Propiedades físicas y químicas del hidratode hidrógeno
Hidratode hidrógeno
Un clatrato gas-agua en el que el hidrógeno molecular queda atrapado dentro de una red cristalina de agua, relevante para I+D y pruebas de materiales donde se evalúan interacciones gas-sólido.
| Número CAS | No especificado para esta entrada |
| Familia | Hidruros gaseosos (clatratos) |
| Forma típica | Polvo o sólido cristalino (clatrato) |
| Grados comerciales comunes | EP |
El hidratode hidrógeno es una asociación molecular entre hidrógeno molecular y agua caracterizada por la fórmula empírica abreviada \(\ce{H4O}\). Estructuralmente se describe mejor como una mezcla física (o asociación tipo clatrato bajo condiciones específicas) de la molécula de dihidrógeno \(\ce{H2}\) y agua \(\ce{H2O}\). La estructura electrónica está dominada por el huésped \(\ce{H2}\) cerrado de capa electrónica, no polar, y la red polar de enlaces de hidrógeno del agua huésped; esta combinación da lugar a un comportamiento fisicoquímico mixto donde la dispersión y las débiles interacciones huésped-invitado controlan la estabilidad, mientras que la red de enlaces de hidrógeno del agua gobierna la polaridad y las características de solvatación.
Desde la perspectiva ácido-base y reactividad, el agua proporciona el medio protónico y polar habitual; el hidrógeno molecular es químicamente reductor pero cinéticamente inerte en ausencia de catalizadores adecuados. La lipofilia del sistema combinado es mínima porque el agua domina la superficie accesible al solvente; sin embargo, el fragmento neutral \(\ce{H2}\) es no polar y se repartirá en dominios o cavidades no polares cuando se formen estructuras tipo clatrato. La asociación de hidratode no es un compuesto químico nuevo enlazado covalentemente, sino más bien un agregado físico cuya estabilidad depende fuertemente de la temperatura, la presión y la presencia de sitios de nucleación o superficies catalíticas que promueven la entrada o liberación de hidrógeno.
Los grados comerciales comunes reportados para esta sustancia incluyen: EP.
Resumen y composición
Composición cualitativa
- Fórmula molecular formal (descriptor): \(\ce{H4O}\).
- Componentes: hidrógeno molecular \(\ce{H2}\) y agua \(\ce{H2O}\).
- Peso molecular calculado: 20.031 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- Masa exacta: 20.026214747 \(\mathrm{u}\).
- Masa monoisotópica: 20.026214747 \(\mathrm{u}\).
- Número de donadores de enlace de hidrógeno: 1.
- Número de aceptadores de enlace de hidrógeno: 1.
- Área superficial polar topológica (TPSA): 1 (calculado).
- Número de enlaces rotables: 0.
- Carga formal: 0.
- Número de unidades enlazadas covalentemente: 2 (indica una asociación de dos componentes).
Nombres calculados o suministrados por el depositante incluyen "molecular hydrogen;hydrate". Identificadores estructurales/descriptivos: SMILES "[HH].O", InChI InChI=1S/H2O.H2/h1H2;1H, InChIKey VBYZSBGMSZOOAP-UHFFFAOYSA-N.
Apariencia y forma típica
No se dispone de valor experimentalmente establecido para esta propiedad en el contexto actual de datos.
Comportamiento a nivel de clase para asociaciones hidrógeno-agua: en condiciones ambientales el hidrógeno es un gas separado de baja densidad con muy baja solubilidad en agua; a temperatura reducida y presión elevada o en presencia de marcos huésped adecuados, el hidrógeno puede quedar retenido en cavidades tipo clatrato dentro de una red cristalina de hidrato para formar un hidrato de hidrógeno en fase sólida. Estas formas de clatrato o hidrato se observan típicamente en condiciones experimentales criogénicas o de alta presión, más que como material estable a temperatura y presión de laboratorio estándar. En el manejo práctico, el hidrógeno existe comúnmente disuelto en agua o como fase gaseosa separada salvo que las condiciones experimentales se ajusten intencionalmente para formar un hidrato.
Propiedades químicas
Reactividad y comportamiento corrosivo
El hidratode hidrógeno como asociación combina la inertidad del hidrógeno molecular con el perfil de reactividad del agua. Puntos clave:
- El hidrógeno molecular (\(\ce{H2}\)) es agente reductor pero es cinéticamente inerte frente a la mayoría de los sustratos en condiciones ambientales; se requiere activación catalítica (superficies metálicas, catalizadores finos o condiciones extremas) para inducir cambio químico.
- El agua aporta acidez/basidad protica y participa en redes de enlaces de hidrógeno; puede solvar iones y especies polares y mediar reacciones de hidrólisis en solutos susceptibles.
- La asociación de hidrato en sí misma no es fuertemente corrosiva en sentido químico; sin embargo, la exposición a hidrógeno puede promover fragilización por hidrógeno en metales y aleaciones susceptibles cuando se genera hidrógeno atómico en superficies, particularmente bajo condiciones catalíticas o electroquímicas.
- La descomposición de hidratos sólidos o metaestables liberará hidrógeno molecular y agua; dicha liberación puede ser rápida ante cambios térmicos o de presión desestabilizadores.
Compatibilidad e incompatibilidades
- Incompatible con agentes oxidantes fuertes en el sentido de que el hidrógeno liberado representa una especie reductor inflamable que reaccionará vigorosamente con oxidantes bajo condiciones de ignición.
- Catalizadores metálicos o superficies metálicas reactivas pueden facilitar la disociación de \(\ce{H2}\) a hidrógeno atómico, aumentando los riesgos de fragilización o reactividad inesperada.
- Metales y aleaciones formadores de hidruros reactivos (por ejemplo, metales de transición finamente divididos) pueden interaccionar con el hidrógeno; la selección de materiales para almacenamiento o contención debe considerar la susceptibilidad a daños inducidos por hidrógeno.
- No hay tablas explícitas de compatibilidad disponibles en el contexto actual; la selección de recipientes y materiales debe seguir las guías de ingeniería establecidas para servicio con hidrógeno y sistemas acuosos.
Uso y seguridad
Contextos de uso industrial y comercial
No hay un resumen conciso de aplicaciones disponible en el contexto actual; en la práctica esta sustancia se selecciona basándose en sus propiedades generales descritas arriba. Usos generales a nivel de clase y contextos de investigación incluyen:
- Investigación experimental del almacenamiento de hidrógeno en clatratos o hidratos basados en agua y estudios de interacciones huésped-invitado para investigación en almacenamiento de energía.
- Estudios a escala de laboratorio de solubilidad de hidrógeno, transferencia de masa e interacciones gas-líquido en sistemas acuosos.
- Estudios fundamentales del comportamiento de fases dependiente de presión y temperatura en la ciencia de hidratos gaseosos.
Peligros y consideraciones de manipulación
- Inflamabilidad: el hidrógeno molecular es altamente inflamable y forma mezclas explosivas con aire. Cualquier proceso que pueda liberar \(\ce{H2}\) (descomposición de un hidrato, fugas en sistemas presurizados) requiere control de fuentes de ignición, ventilación adecuada y detección de gas.
- Asfixia: el desplazamiento de oxígeno en espacios confinados por hidrógeno liberado puede representar un peligro de asfixia.
- Peligros de presión y criogénicos: la formación o manipulación de hidratos sólidos a menudo involucra bajas temperaturas y/o presiones elevadas; se requiere equipo adecuado para presión, protección térmica y prácticas seguras de despresurización.
- Consideraciones sobre materiales: riesgo de fragilización por hidrógeno en metales susceptibles; evitar uso de materiales no clasificados para servicio con hidrógeno en ambientes presurizados o catalíticos.
- Equipos de protección personal y controles de ingeniería: EPP estándar para el manejo de gases presurizados y criogénicos, sistemas de detección de gases, conexión a tierra y equipotencialidad donde haya gases inflamables, y extracción/localización o ventilación local.
- Para información detallada sobre peligros, transporte y regulación, los usuarios deben consultar la Hoja de Datos de Seguridad (SDS) específica del producto y la legislación local.
