2.4: Hidrógeno atómico

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Andrew R. Barron
Rice University via CNX

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El hidrógeno atómico tiene la conguración electrónica de 1s ¹ y como tal representa la conguración atómica más simple. No obstante, como consecuencia existe controversia en cuanto a su posición adecuada dentro de la Tabla Periódica. Su conguración de electrones es similar a la conguración de electrones de valencia de los metales alcalinos (ns ¹) sugiriendo que se listará en la parte superior del Grupo 1 (1A). Sin embargo, su química de reacción es diferente a la de los metales alcalinos. El hidrógeno también está a un electrón corto de una conguración de gas Nobel, y por lo tanto es posible pensar en su relación con los halógenos.

Fase vapor

Hidrógeno atómico (H^.) es altamente reactivo y, en consecuencia, tiene una vida útil corta debido a su química de reacción. En consecuencia, para generar y observar la reactividad deben generarse a bajas presiones.

La termólisis del compuesto de hidrógeno (comúnmente haluro) o fotólisis a una energía por encima de la energía de disociación del enlace da como resultado la escisión homoléptica del enlace H-X para generar las especies radicales apropiadas.

\[ H-X \xleftrightarrow{\Delta \space or \space h\nu} H + X\]

Alternativamente, el hidrógeno atómico puede generarse a partir del hidrógeno elemental.

\[ H-H \xleftrightarrow{\Delta \space or \space h\nu} H^. + H^.\]

La reacción inversa (recombinación de dos átomos de hidrógeno) es altamente exotérmica (-434 kJ.mol ^-1) y forma la base del calor generado en la soldadura por arco.

Solución

El hidrógeno atómico puede generarse en solución acuosa a través de la solvatación de electrones.

\[e^-_{(aq)} + H_3O^+ \leftrightharpoons H^. + H_2O \]

La constante de equilibrio de formación (K _eq) es muy pequeña dando como resultado la generación de concentraciones muy bajas (10 ^-5 M). Como era de esperar, el hidrógeno atómico solvatado es un agente reductor fuerte.

\[ Ag^+ + H^. \rightarrow Ag + H^+ \]

\[ 2I^- + 2H^. \rightarrow 2H^+ + I_2\]

Estado sólido

Los átomos de hidrógeno pueden quedar atrapados en la red de estado sólido tras la generación por fotólisis de HX. La observación por resonancia de espín electrónico (esr) de una señal dividida por s = ¹/₂ núcleo (i.e., ¹ H) da como resultado un doblete con un acoplamiento de 1428 MHz.