Propiedades y Aplicaciones de los Gases Nobles, Hidrógeno y Compuestos de Carbono

Gases Nobles

Los gases nobles presentan poca tendencia a formar compuestos debido a que cumplen la regla del octeto y poseen su capa de valencia completa. El xenón es una excepción, ya que reacciona con flúor debido a su alta electronegatividad.

Obtención

• Helio: Producto secundario de la extracción de gas natural.
• Radón: Producto de la desintegración de elementos radiactivos.
• Resto de gases: Se obtienen mediante destilación fraccionada.

Aplicaciones

Se utilizan como refrigerantes, en tubos fluorescentes, iluminación, gas inerte, aislante térmico y en la propulsión de cohetes.

Producción y Aplicaciones de Elementos Industriales

Producción de Hidrógeno

Se obtiene a partir de hidrocarburos que reaccionan con agua u oxígeno para producir gas de síntesis, así como mediante carbono y electrólisis.

Aplicaciones

• Hidrógeno: Combustible, soldadura, corte de metales y semiconductores.
• Dióxido de carbono: Recuperación mejorada de petróleo y refrigerante.
• Silicio: Aleaciones, siliconas, paneles solares y lubricantes.
• Nitrógeno: Refrigerante, gas inerte e industria alimentaria.
• Amoníaco: Fertilizantes y refrigerante.
• Ácido nítrico: Fertilizantes y polímeros.

Propiedades del Hidrógeno y Carbono

• El hidrógeno forma iones monopositivos, al igual que el sodio.
• Tanto el sodio como el hidrógeno tienen carácter metálico y reaccionan con agua.
• El hidrógeno forma moléculas diatómicas y es relativamente poco reactivo.

Alótropos del Carbono

Los alótropos son sustancias simples que pueden poseer estructuras moleculares distintas (ejemplos: O, C, S).

• El diamante y el grafito tienen composiciones diferentes.
• El alótropo más estable del carbono a temperatura y presión ambiente es el grafito (nota: el diamante es metaestable).
• El diamante y el grafito presentan propiedades conductoras distintas; los enlaces más abundantes en ambos son de tipo sp3.

Carbonatos y Bicarbonatos

• Todos los carbonatos son más insolubles que los bicarbonatos.
• El bicarbonato es una base más fuerte que el carbonato y actúa como ácido débil.

Reacciones Químicas y Procesos

• Reacciones ácido-base:
  • HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺
  • HCl + NaOH → NaCl + H₂O
  • NaH + H₂O → NaOH + H₂
  • NaCl + H₂O → NaOH + HCl (reacción teórica)
• Reducción: CuO + H₂ → Cu + H₂O
• Compuestos comunes: El negro de carbono, el grafito y el carbonato de sodio son los compuestos de carbono más utilizados.
• Procesos industriales:
  • Haber-Bosch: N₂ + 3H₂ → 2NH₃
  • Ostwald: NH₃ + 2O₂ → HNO₃ + H₂O
• Moléculas diatómicas: El N, O y F prefieren formar moléculas diatómicas debido a la estabilidad de sus enlaces (simple en F, doble en O, triple en N).
• Ácido sulfúrico: Se obtiene a partir de la oxidación de SO₂ a SO₃ y su posterior reacción con agua.