Práctica Hidrógeno.docx

Universidad Politécnica de Aguascalientes

Ingeniería en Energía

Práctica 1: “Producción de hidrógeno a partir de metales activos” Energía del hidrógeno con Laboratorio

Kristopher Ocampo Covarrubias

UP170102

Citlali Ramírez Torres

UP170672

Luis Alejandro Ocegueda Ventura

UP170146

Alejandra Muñoz Gallegos

UP170047

Nancy Delgado Rodríguez

UP170110

Cindy Paola Ruiz Medina

UP170302

Profesora: Ing. Isabel Gallegos Ruiz

Aguascalientes, Ags. México

18 de Febrero de 2019

Objetivos Obtener hidrógeno a partir de la reacción de oxidación de un metal activo en contacto con un ácido.

Introducción El hidrógeno se encuentra en la naturaleza formando parte de los compuestos orgánicos e inorgánicos (agua, ácidos, hidróxidos, hidruros, azúcares, petróleo, alcohol, etc.) En estado libre se encuentra, en muy pequeñas cantidades, en la alta atmósfera, los gases de los pozos de petróleo, las emanaciones volcánicas, los gases de alumbrado (hulla), etc. La producción de hidrógeno se genera a partir de diferentes métodos basados en procesamiento de combustibles y tecnologías no reformadoras y a partir de reacciones químicas (COLOMBIAN MILITARY FORCES, 2011).

Marco Teórico Se pueden producir pequeñas cantidades de hidrógeno para su uso en laboratorio a partir de las reacciones de metales con ácidos. Los ácidos deben contener hidrógeno, ya que el metal desplaza al hidrógeno del ácido. Las reacciones se producen de la siguiente manera: 𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙 + Á𝑐𝑖𝑑𝑜 → 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑚𝑒𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 + 𝐻𝑖𝑑𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 (𝑔𝑎𝑠) Los metales alcalinos se caracterizan por solo tener un electrón en su nivel energético más externo, con tendencia a perderlo. Los compuestos típicos de estos metales son solubles en agua y están presentes en el agua de mar y en depósitos salinos. Las reacciones entre este tipo de metales y un ácido diluido, son de las denominadas reacciones redox, donde se producen cambios en los estados de oxidación de determinados elementos. La reacción del zinc con ácido clorhídrico es la siguiente:

2𝐻𝐶𝑙 + 𝑍𝑛 → 𝑍𝑛𝐶𝑙2 + 𝐻2 En el resultado de la reacción se obtienen dos productos, el cloruro de zinc que tiene diversas aplicaciones en la industria y el hidrógeno (Bruno García & Limón Hernández, 2015). La reacción del magnesio con ácido clorhídrico es la siguiente: 𝑀𝑔 + 2𝐻𝐶𝑙 → 𝑀𝑔𝐶𝑙2 + 𝐻2 El magnesio reacciona inmediatamente al entrar en contacto con el ácido clorhídrico, se producen burbujas (liberación de gas) y se disuelve totalmente la mezcla. También es una reacción exotérmica (Pérez, 2010).

De igual forma, la reacción del aluminio con ácido clorhídrico también produce hidrógeno.

6𝐻𝐶𝑙 + 2𝐴𝑙 → 2𝐴𝑙𝐶𝑙3 + 3𝐻2 La reacción entre el aluminio y el ácido clorhídrico es una reacción oxidación-reducción, que da como resultado un cloruro de aluminio y gas hidrógeno. En toda reacción de oxidación-reducción, que se produce gracias a la diferencia de potencial de oxidación de los elementos, hay un componente que pierde electrones (oxidándose) y otro que los gana (reduciéndose). En esta reacción se oxida el aluminio, pasando de aluminio metal, con estado de oxidación 0, a ion aluminio 3+ y se reduce el hidrógeno que pasa del protón H+ al gas hidrógeno. Ésta es una reacción fuertemente exotérmica y se produce de forma espontánea (Begoña, 2016).

Materiales ● ● ● ● ● ●

3 jeringas 1 lata de aluminio Papel aluminio 0.2 g de magnesio 0.1 g de zinc Ácido clorhídrico

Procedimiento Experimento A: Magnesio 1) Se preparó una solución de ácido clorhídrico (HCl) a 3 molar [3M].

Ilustración 1. Preparación de la solución HCl con una porción de H2O

2) Se pesaron 0.2 g de magnesio y se colocaron en la jeringa.

Ilustración 2. Magnesio dentro de la jeringa

3) Se vació ácido clorhídrico en un vaso de precipitados.

Ilustración 3. Ácido clorhídrico en el vaso de precipitados

4) Se succionaron 4 ml de ácido clorhídrico con la jeringa.

Ilustración 4. Magnesio y ácido clorhídrico dentro de la jeringa

5) Se observó la reacción.

Ilustración 5. Magnesio en reacción con el HCl

6) Otros equipos realizaron el mismo procedimiento, pero utilizaron zinc en vez de

magnesio. Experimento B: aluminio 1) Se pesaron 0.2 g de papel aluminio y se colocaron en la jeringa.

Ilustración 6. Trozos de aluminio compactados en forma esférica

2)

Se vació ácido clorhídrico en un vaso de precipitados.

Ilustración 7. Vaso de precipitados con ácido clorhídrico en su interior

3)

Se succionaron 4 ml de ácido clorhídrico con la jeringa

4)

Se observó la reacción.

5)

Se repitió el proceso, pero con aluminio de lata.

Ilustración 8. Aluminio de casa mezclado con ácido clorhídrico dentro de la jeringa

Ilustración 9. Aluminio reaccionando con el HCl

Ilustración 10. Aluminio de lata con HCl dentro de la jeringa

Ilustración 11. Aluminio de lata en reacción con el HCl

Ilustración 12. Vapor producido por la reacción del aluminio de lata y el HCl

Cuestionario 1. ¿Qué reacción obtenemos al combinar los metales y el ácido clorhídrico? Un compuesto metálico (cloruros del metal) e Hidrógeno diatómico. 2. ¿Se observa algún cambio de color en la reacción al mezclar los metales con el ácido? Tono grisáceo transparente. 3. ¿Qué tipo de reacción se produce? Exotérmica, REDOX. 4. ¿Qué diferencia observaste en la hoja de aluminio y el de la lata? Tardo un poco más la reacción con el papel aluminio, probablemente por el lado encerado del este material.

Resultados

Se obtuvo Hidrógeno diatómico a partir de la reacción del Zinc, del Magnesio y del Aluminio con el Ácido Clorhídrico individualmente.

Observaciones En la reacción Ácido Clorhídrico y el Zinc, ocurrió una reacción violenta en la que emergieron burbujas en gran cantidad, dicha reacción fue relativamente rápida. La reacción con el Magnesio fue diferente, no hubo mucha producción de burbujas y la reacción tardo un poco en aparecer, pero sí hubo un cambio en la presión en la jeringa y no fue violenta. Las reacciones con las muestras de Aluminio no tuvieron diferencias entre ambas, las dos tardaron bastante en entrar en reacción con el Ácido Clorhídrico, pero fueron las reacciones más reactivas, después de cierto tiempo liberaron una cantidad de calor excesiva, se tornaron violentas y la aparición de burbujas y cambio de color fue también excesiva; la presión dentro de la jeringa era también muy alta. Cabe decir que todas reacciones fueron exotérmicas, pero por supuesto cada una tuvo diferente nivel de presencia calorífica.

Conclusión La producción de hidrógeno se realiza mediante diversos métodos que requieren la separación del hidrógeno de otros elementos químicos, y a pesar de que el método más común para producirlo es a partir de la reformación de hidrocarburos, en esta práctica pudimos realizar reacciones tipo redox a escala laboratorio en las que se generaba hidrógeno en forma de gas a partir de metales alcalinos. En ambos experimentos, se pudo observar el burbujeo en la reacción y que el gas producido (hidrógeno y vapor de agua) empujaba el émbolo de la jeringa; en algunas ocasiones, destapábamos la jeringa para liberar un poco de gas y disminuir la presión dentro de la jeringa, para evitar accidentes. También se pudo constatar que las reacciones fueron exotérmicas, ya que las jeringas se calentaban. Citlali Ramírez Torres

En este experimento pudimos obtener hidrogeno a partir de hacer reaccionar metales alcalinos con ácido clorhídrico. Se presentaron reacciones exotérmicas y las del aluminio fueron violentas, aunque tardaron más en activarse. Ambas reacciones desprendieron burbujas de hidrógeno y vapor de agua. En esta práctica pudimos comprobar que el hidrogeno se puede obtener de distintas reacciones químicas. Kristopher Alexander Ocampo Covarrubias

Como se ha recalcado anteriormente, el hidrógeno elemental es muy escaso en la Tierra y es producido industrialmente a partir de hidrocarburos, pues son los compuestos con más H's en sus cadenas. Gracias a esta sencilla práctica, se pudo comprobar y reafirmar la teoría vista en clase, pues se comprobó que, a través de una reacción química irreversible, la producción de hidrógeno gaseoso es posible a partir de diferentes metales como aluminio, zinc y magnesio y ácido clorhídrico.

Una vez hecha la reacción, la jeringa pasó de tener una temperatura ambiente, a una mucho más alta, esto debido a la reacción exotérmica que se generó gracias al ácido clorhídrico y los diferentes metales utilizados. Nancy Delgado Rodríguez

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo, ya que conforma al menos el 75% de la materia y el 90% en átomos. Sin embargo, en nuestro planeta no se encuentra en su estado original, sino que forma partes de otros compuestos, los cuales los más comunes son los combustibles fósiles. Para obtenerlo se realizan diversos métodos químicos que pueden ser o no amigables con el medio ambiente. Con esta práctica fue posible conocer uno de los métodos por el cual se obtiene, en este caso fue la acidificación de metales. Aunque la reacción fue pequeña, se pudo apreciar el proceso, el cual fue muy interesante ya que comprueba la teoría vista anteriormente en clases. Cindy Paola Ruiz Medina El hidrógeno como fuente de energía, ha obtenido adeptos durante los últimos años, ya sea por su alta eficiencia y precio en comparación con otros combustibles, o porque su producción en algunos casos resulta más económica y funcional. Se cumplió con el objetivo de obtener hidrógeno diatómico a partir de reacciones sencillas y controladas, obteniendo a su vez subproductos que pueden ser usados en la industria de los metales (cloruro de zinc) y así reduciendo la producción de gases contaminantes en el proceso. Luis Alejandro Ocegueda Ventura

Durante el curso hemos estudiado al hidrógeno como alternativa sustentable, y en esta práctica, comprobamos los conocimientos teóricos sobre su obtención. Lo hecho en esta actividad es basado al principio de generación según Paracelsus quien decía que al juntar un metal + ácido obtenemos un gas y así ocurrió, de las reacciones(exotérmicas) generadas con los diferentes metales obtuvimos hidrógeno y vapor de agua, en algunos fue más evidente ya que la presión, temperatura y gasificación reflejada en la jeringa cambiaba según el metal utilizado. Alejandra Guadalupe Muñoz Gallegos

Bibliografía Begoña, S. (2016). Producir Hidrógeno con Aluminio y HCl. Recuperado el 17 de Febrero de 2019, de Experimentos Científicos: https://www.experimentoscientificos.es/producirhidrogeno/ Bruno García, R., & Limón Hernández, R. A. (2015). OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE UNA REACCIÓN QUÍMICA UTILIZANDO ELECTRODOS DE ZINC PROVENIENTE DE LOS DESECHOS

DE PILAS ZINC-CARBONO. Instituto Tecnológico Superior de Misantla. Recuperado el 16 de Febrero de 2019, de https://smbb.mx/congresos%20smbb/guadalajara15/PDF/XVI/trabajos/IX/IXC-29.pdf COLOMBIAN MILITARY FORCES. (2011). LABORATORIO DE QUÍMICA GRADO SÉPTIMO OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO. National Army, Natural Science and Environmental Education Department, Colombia. Recuperado el 16 de Febrero de 2019, de file:///C:/Users/USUARIO/Downloads/Sesion%2011-%207Q.pdf Pérez, J. O. (2010). Propiedades Químicas. Universidad de Antioquia, Facultad de Química Farmacéutica. Recuperado el 17 de Febrero de 2019, de https://deymerg.files.wordpress.com/2011/03/informe-de-laboratorio-6_propiedadesquc3admicas.pdf