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Orto- y para- hidrógeno

Publicado por Ángeles Méndez

Los spines que tiene el núcleo de los dos átomos que posee la molécula de hidrógeno
(H2), pueden tener forma paralela o pueden ser antiparaleleos, teniendo un spin que resulta de la unidad, o es cero. Por lo cual, se dice que hay dos isómeros del spin del hidrógeno molecular, conocidos como orto- y para- hidrógeno de manera respectiva. Su cambio es lento, menos cuando se encuentra en presencia de un catalizador, donde el hidrógeno pasa a ser absorbido de manera atómica, o en altas temperaturas, en las que puede haber una disociación de los átomos. Orto- y para- hidrógeno poseen propiedades químicas muy similares, pero algunas de sus propiedades físicas difieren un poco, por ejemplo, el vapor, la capacidad calorífica o la conductividad térmica entre otras.

La primera vez que se detectó la existencia de las dos formas de hidrógeno mencionadas, fue de manera espectroscópica. Por razones que entran dentro de la mecánica estadística, las formas orto- y para-, se encuentran ocupando niveles de energía solamente rotacionales diferentes, y cuando las formas se presentas de manera junta, se deducen sus concentraciones relativas partiendo de los datos de las intensidades. En el equilibrio, la composición que tiene el hidrógeno molecular es de un 100% de la forma para-hidrógeno (forma que posee una energía interna menor), cuando la temperatura se acerca a un valor de cero absoluto; la propició de orto-hidrógeno se alza con la temperatura hasta un valor de un 75% por encima de 230K.

Cuando el hidrógeno común (con una proporción de la mezcla orto:para de un valor 3:1), se enfría a la temperatura del aire, y se encuentra en presencia de carbón o de óxido de hierro (III) hidratado, se transforma de gran manera en la forma –para. Esta forma se puede calentar hasta llegar a una temperatura común sin que ésta cambie, pudiendo entonces usarse para el cálculo de la concentración estacionaria de átomos de hidrógeno de una mezcla de reacción, la velocidad de cambio de la mezcla en equilibrio es proporcional a la concentración existente de átomos de hidrógeno. En muchos libros científicos podemos encontrar que se hace mención a orto- y para- hidrógeno, y a su separación por cromatografía de gases usando helio como gas portador, así como una columna de óxido de aluminio a unos 77 K.

La conversión catalítica de orto- y para- hidrógeno posee una importancia industrial considerable relacionada con el almacenamiento de hidrógeno en estado líquido. El cambio lento desprende suficiente calor como para que existan pérdidas por evaporación de la mayoría del líquido si lo que se almacena es una mezcla superfría de ambas formas. Sin embargo, la presencia del óxido de hierro (III) hidratado, cuando se licua el hidrógeno acelera bastante el cambio en para-hidrógeno prácticamente puro y permite evitar la dificultad anteriormente mencionada.

El resto de las moléculas diatómicas formadas por átomos con spines nucleares existentes también en las formas orto- y para-, se pueden demostrar de manera espectroscópica que es así; menos en el caso del deuterio, donde no hay diferencia alguna en sus propiedades físicas generales.

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