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title: "El hidrógeno y el bloque s"
book: "Química universitaria — primer año"
subject: chemistry
language: es
chapter: 26
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/26-el-hidrogeno-y-el-bloque-s
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
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# Capítulo 26 — El hidrógeno y el bloque s

Todo teléfono, todo portátil y todo coche eléctrico lleva una batería cuyas cargas positivas transportan iones litio. Ese litio procede sobre todo de dos lugares: las minas de roca dura de Australia y los salares de los Andes, donde una salmuera bombeada desde debajo de la costra se deja evaporar al sol durante meses, hasta que pueden precipitarse de ella las sales de litio. El litio es el primero de los [metales alcalinos](#def-b1-s-block-families), los metales más reactivos que existen, y sus vecinos sodio, potasio, magnesio y calcio suministran los productos químicos básicos de la industria: la sosa cáustica, el carbonato de sodio, la cal. Este capítulo abre la química descriptiva de los elementos con el hidrógeno y el [bloque](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-table) s, y usa las herramientas de los capítulos anteriores — energías de ionización, [potenciales estándar](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#def-b1-nernst-electrode-potential), [productos de solubilidad](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/11-precipitacion-y-solubilidad#def-b1-precipitation-solubility-product) — para explicar lo que hacen estos elementos.

**Lo que ya sabes.**

Las energías de ionización y la [electronegatividad](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-electronegativity) ([Capítulo 2](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#ch-b1-periodicity)); los [potenciales estándar](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#def-b1-nernst-electrode-potential) ([Capítulo 13](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#ch-b1-nernst)); los [productos de solubilidad](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/11-precipitacion-y-solubilidad#def-b1-precipitation-solubility-product) y la precipitación de los hidróxidos ([Capítulo 11](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/11-precipitacion-y-solubilidad#ch-b1-precipitation)). El volumen escolar (año 10) agrupó los elementos en familias: [metales alcalinos](#def-b1-s-block-families), [metales alcalinotérreos](#def-b1-s-block-families), halógenos, gases nobles.

![Piscinas de evaporación de salmuera de litio en el Salar de Atacama, vistas desde la órbita (Landsat 8, 2018; NASA Earth Observatory, dominio público, Wikimedia Commons). El color de cada piscina cambia a medida que la salmuera se concentra y las sales cristalizan.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-s-block/img-62416e056b18.jpg)

*Piscinas de evaporación de salmuera de litio en el Salar de Atacama, vistas desde la órbita (Landsat 8, 2018; NASA Earth Observatory, dominio público, Wikimedia Commons). El color de cada piscina cambia a medida que la salmuera se concentra y las sales cristalizan.*

## 26.1 El hidrógeno y los hidruros

El hidrógeno tiene un electrón: puede perderlo ($\ce{H+}$, que el agua transporta como $\ce{H3O+}$), compartirlo ([enlaces covalentes](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/3-estructuras-de-lewis-resonancia-y-modelo-rpecv#def-b1-lewis-resonance-vsepr-lewis)) o ganar uno ($\ce{H-}$, con la [configuración electrónica](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/1-numeros-cuanticos-y-configuraciones-electronicas#def-b1-quantum-numbers-configuration) del helio). Lo que haga depende de su compañero.

**Definición 26.1 (Hidruros).**

Un *hidruro* es un compuesto binario del hidrógeno con otro elemento. Los *hidruros salinos*, que forma con los [metales alcalinos](#def-b1-s-block-families) y los alcalinotérreos más pesados ($\ce{LiH}$, $\ce{NaH}$, $\ce{CaH2}$), son sólidos iónicos que contienen $\ce{H-}$. Los *hidruros covalentes*, que forma con los elementos del [bloque](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-table) p ($\ce{CH4}$, $\ce{NH3}$, $\ce{H2O}$, $\ce{HCl}$), son moleculares. Los *hidruros metálicos*, que forma con algunos metales de transición, son sólidos en los que el hidrógeno ocupa [huecos intersticiales](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/5-cristales-i-el-cristal-perfecto-y-los-metales#def-b1-crystals-metals-site) de la [red](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/5-cristales-i-el-cristal-perfecto-y-los-metales#def-b1-crystals-metals-lattice) del metal, a menudo con una composición variable.

El ion [hidruro](#def-b1-s-block-hydride) es una base y un [reductor](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#def-b1-nernst-couple) muy fuertes: los [hidruros salinos](#def-b1-s-block-hydride) reaccionan con el agua, $\ce{NaH + H2O -> NaOH + H2}$, y sirven como agentes desecantes de disolventes y como bases en síntesis orgánica ([Capítulo 22](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/22-los-alcoholes-activar-el-grupo-oh#ch-b1-alcohol-activation)). Los [hidruros covalentes](#def-b1-s-block-hydride) del segundo [periodo](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-table) muestran la tendencia de la [electronegatividad](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-electronegativity) a lo largo de él: $\ce{CH4}$, ni ácido ni básico; $\ce{NH3}$, básico; $\ce{H2O}$, anfótero; $\ce{HF}$, ácido.

## 26.2 Los metales alcalinos

**Definición 26.2 (Metales alcalinos y alcalinotérreos).**

Los *metales alcalinos* (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) forman el [grupo](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-table) 1, con un electrón de valencia *ns*$^1$; los *metales alcalinotérreos* (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) forman el [grupo](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-table) 2, con *ns*$^2$. Sus elementos constituyen el [bloque](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-table) s.

**Proposición 26.3 (Los metales alcalinos son reductores fuertes).**

Los [metales alcalinos](#def-b1-s-block-families) tienen las [primeras energías de ionización](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-ionisation-energy) más bajas de sus [periodos](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-table) (Li $5.39\,\mathrm{eV}$, Na 5.14, K 4.34) y [potenciales estándar](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#def-b1-nernst-electrode-potential) muy negativos ($\ce{Li+}$/$\ce{Li}$ $-3.04$ V, $\ce{Na+}$/$\ce{Na}$ $-2.71$, $\ce{K+}$/$\ce{K}$ $-2.94$): reducen el agua y en la naturaleza solo se encuentran como iones $\ce{M+}$.

**Demostración.** Un único electrón fuera de un núcleo de gas noble, lejos del núcleo y apantallado por las capas internas ([Capítulo 2](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#ch-b1-periodicity)), se arranca con facilidad. En agua, el pequeño ion $\ce{M+}$ está fuertemente hidratado, lo que hace aún más bajo el potencial del par. Con un $E^\circ$ más de $2.2\,\mathrm{V}$ por debajo de la recta del agua a pH 7 ($-0.41$ V), la reacción $\ce{2M + 2H2O -> 2M+ + 2OH- + H2}$ tiene una constante enorme ([Proposición 13.12](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#prop-b1-nernst-equilibrium-constant)). ∎

![Izquierda: el sodio se guarda bajo aceite mineral, lejos del aire y de la humedad (fotografía de Justin Urgitis, CC BY-SA 2.5). Derecha: colores de llama, de izquierda a derecha, de compuestos de litio, estroncio, calcio, sodio, bario, boro, cobre, cesio y potasio: los electrones excitados en la llama vuelven a niveles más bajos emitiendo luz de longitudes de onda características de cada elemento () (fotografía de Hegelrast, CC BY-SA 4.0). Ambas de Wikimedia Commons.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-s-block/img-cafacefef83e.jpg)

![Izquierda: el sodio se guarda bajo aceite mineral, lejos del aire y de la humedad (fotografía de Justin Urgitis, CC BY-SA 2.5). Derecha: colores de llama, de izquierda a derecha, de compuestos de litio, estroncio, calcio, sodio, bario, boro, cobre, cesio y potasio: los electrones excitados en la llama vuelven a niveles más bajos emitiendo luz de longitudes de onda características de cada elemento () (fotografía de Hegelrast, CC BY-SA 4.0). Ambas de Wikimedia Commons.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-s-block/img-bc353a64d5cd.jpg)

*Izquierda: el sodio se guarda bajo aceite mineral, lejos del aire y de la humedad (fotografía de Justin Urgitis, CC BY-SA 2.5). Derecha: colores de llama, de izquierda a derecha, de compuestos de litio, estroncio, calcio, sodio, bario, boro, cobre, cesio y potasio: los electrones excitados en la llama vuelven a niveles más bajos emitiendo luz de longitudes de onda características de cada elemento ([Capítulo 1](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/1-numeros-cuanticos-y-configuraciones-electronicas#ch-b1-quantum-numbers)) (fotografía de Hegelrast, CC BY-SA 4.0). Ambas de Wikimedia Commons.*

**En el laboratorio — Una demostración, no un experimento.**

La reacción del sodio con el agua solo la muestra un profesor, detrás de una pantalla de seguridad, dejando caer un trozo del tamaño de una lenteja en una gran cubeta de agua con fenolftaleína: el metal se funde en una bola que corre por la superficie, el hidrógeno burbujea, y la estela rosa muestra el hidróxido formado. El potasio inflama el hidrógeno. Los trozos más grandes explotan. El sodio se corta bajo aceite, se manipula con pinzas, y sus restos se destruyen con etanol, nunca con agua.

El litio es la excepción de su grupo: el ion más pequeño, el más fuertemente hidratado y, por tanto, el de potencial más negativo, y sin embargo el más lento en reaccionar con el agua. Sus compuestos se parecen a los del magnesio (el carbonato y el fosfato de litio son poco solubles, como los del magnesio): una relación diagonal en la tabla periódica. Los [metales alcalinos](#def-b1-s-block-families) se obtienen por electrólisis de sus cloruros fundidos, pues ningún [reductor](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#def-b1-nernst-couple) químico es lo bastante fuerte; las reacciones de electrodo de esas celdas se estudian en el volumen del segundo año.

## 26.3 Los compuestos del sodio en la industria

**Definición 26.4 (Carácter de los óxidos).**

Un *óxido básico* reacciona con el agua para dar un hidróxido, o con los ácidos para dar sales ($\ce{Na2O}$, $\ce{CaO}$); un *óxido ácido* reacciona con el agua para dar un ácido, o con las bases para dar sales ($\ce{CO2}$, $\ce{SO3}$, $\ce{P4O10}$); un *óxido anfótero* reacciona a la vez con los ácidos y con las bases ($\ce{Al2O3}$, $\ce{ZnO}$). A lo largo de un [periodo](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/2-periodicidad#def-b1-periodicity-table), los óxidos pasan de básicos (metales, a la izquierda) a ácidos (no metales, a la derecha).

El hidróxido de sodio se fabrica por electrólisis de la salmuera (el proceso cloro-álcali, que también da cloro e hidrógeno). El carbonato de sodio, la sosa Solvay, que se usa para el vidrio, los detergentes y la extracción del litio, se extrae como el mineral trona o se fabrica a partir de sal y de caliza: en 2025 el mundo produjo unos 71 millones de toneladas, 19 millones de yacimientos naturales y 52 millones de síntesis, la mayor parte por el proceso Solvay.

**Proposición 26.5 (El proceso Solvay).**

El proceso Solvay convierte el cloruro de sodio y el carbonato de calcio en carbonato de sodio y cloruro de calcio, $\ce{2NaCl + CaCO3 -> Na2CO3 +
CaCl2}$, mediante etapas en las que se reciclan el amoniaco y el dióxido de carbono.

**Demostración.** Las etapas son: (1) $\ce{CaCO3 -> CaO + CO2}$ (horno); (2) $\ce{NaCl + NH3 +
CO2 + H2O -> NaHCO3 + NH4Cl}$ (carbonatación de la salmuera amoniacal; el hidrogenocarbonato, la sal menos soluble presente, precipita); (3) $\ce{2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O}$ (calcinación); (4) $\ce{CaO + H2O ->
Ca(OH)2}$; (5) $\ce{Ca(OH)2 + 2NH4Cl -> CaCl2 + 2NH3 + 2H2O}$ (recuperación del amoniaco). Al sumar $(1) + 2\times(2) + (3) + (4) + (5)$, se cancelan $\ce{NH3}$, $\ce{CO2}$, $\ce{NH4Cl}$, $\ce{NaHCO3}$, $\ce{CaO}$, $\ce{Ca(OH)2}$ y el agua: $\ce{2NaCl + CaCO3 -> Na2CO3 + CaCl2}$. ∎

![El proceso Solvay. El dióxido de carbono y el amoniaco circulan en bucles; entran la sal y la caliza, y salen el carbonato de sodio y el cloruro de calcio.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-s-block/fig-f710fd242c0e.svg)

*El proceso Solvay. El dióxido de carbono y el amoniaco circulan en bucles; entran la sal y la caliza, y salen el carbonato de sodio y el cloruro de calcio.*

![Una planta de carbonato de sodio: hornos de cal, torres de carbonatación y acopios de carbonato de sodio.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-s-block/img-a198b0c7519a.jpg)

*Una planta de carbonato de sodio: hornos de cal, torres de carbonatación y acopios de carbonato de sodio.*

**Método 26.6 (Balance de materia en un diagrama de flujo).**

1. Se escribe la ecuación global (suma de las etapas, con las especies recicladas canceladas).
2. A partir del producto deseado, se calculan las cantidades de materias primas con la ecuación global y después se corrigen con el [rendimiento](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/7-describir-un-sistema-quimico-avance-actividades-q-y-k#def-b1-extent-q-and-k-fractional-extent) de cada etapa.
3. Para una especie reciclada, se calcula solo la reposición necesaria para compensar sus pérdidas.
4. Se comprueba el balance de cada elemento entre entradas y salidas.

## 26.4 Los metales alcalinotérreos

El magnesio y el calcio son menos reactivos que los [metales alcalinos](#def-b1-s-block-families) (energías de ionización más altas: Mg $7.65\,\mathrm{eV}$, Ca 6.11; dos electrones que perder), pero siguen siendo [reductores](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#def-b1-nernst-couple) fuertes ($E^\circ$ de $\ce{Mg^2+}$/$\ce{Mg}$, $-2.36$ V). El magnesio arde en el aire con una luz blanca deslumbrante; su película de óxido lo protege a temperatura ambiente. El magnesio se recupera del agua de mar precipitando su hidróxido con cal, $\mathrm{p}K_s = 11.25$ ([Capítulo 11](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/11-precipitacion-y-solubilidad#ch-b1-precipitation)).

**Proposición 26.7 (El ciclo de la cal).**

La caliza, la cal viva, la cal apagada y de nuevo la caliza forman un ciclo: $\ce{CaCO3 -> CaO + CO2}$ (calentado en un horno); $\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}$ (apagado, fuertemente exotérmico); $\ce{Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O}$ (fraguado del mortero de cal al aire). El ciclo en su conjunto no cambia nada químicamente, pero almacena y libera energía y dióxido de carbono.

**Demostración.** Al sumar las tres ecuaciones, todas las especies se cancelan. La descomposición del carbonato requiere calor, que se libera de nuevo en las otras dos etapas; el $\ce{CO2}$ desprendido en el horno lo vuelve a captar, lentamente, el mortero. ∎

![El ciclo de la cal, de la caliza al mortero y de vuelta al carbonato de calcio.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-s-block/fig-f56b429961b6.svg)

*El ciclo de la cal, de la caliza al mortero y de vuelta al carbonato de calcio.*

## 26.5 El litio

![Los mayores productores de litio en 2025 (estimaciones; total mundial, unas 290\,000 toneladas de litio). Australia extrae roca dura (espodumena); Chile y Argentina bombean salmueras.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-s-block/fig-c342d4f5c89d.svg)

*Los mayores productores de litio en 2025 (estimaciones; total mundial, unas $290\,000$ toneladas de litio). Australia extrae roca dura (espodumena); Chile y Argentina bombean salmueras.*

La salmuera se concentra por evaporación, el magnesio se elimina con cal, y el carbonato de litio se precipita con carbonato de sodio. El carbonato de litio tiene la propiedad poco habitual de ser menos soluble en caliente que en frío: $1.31\,\%$ en masa a $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, $0.84\,\%$ a $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, $0.71\,\%$ a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Por eso se precipita en disolución caliente, como calcula el problema de fin de semana.

## 26.6 Ejercicios

**Ejercicio 26.1 ★.**

Clasifíquense como [hidruro salino](#def-b1-s-block-hydride), covalente o metálico: $\ce{KH}$, $\ce{SiH4}$, $\ce{CaH2}$, $\ce{H2S}$, $\ce{PdH_{0.6}}$. Escríbase la reacción del $\ce{CaH2}$ con el agua.

**Solución de Ejercicio 26.1.**

$\ce{KH}$ y $\ce{CaH2}$: salinos; $\ce{SiH4}$ y $\ce{H2S}$: covalentes; $\ce{PdH_{0.6}}$: metálico. $\ce{CaH2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + 2H2}$.

**Ejercicio 26.2 ★.**

Escríbanse las reacciones del litio, el sodio y el potasio con el agua, y la del magnesio con ácido clorhídrico diluido.

**Solución de Ejercicio 26.2.**

$\ce{2Li + 2H2O -> 2LiOH + H2}$, e igual con Na y K; $\ce{Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2}$.

**Ejercicio 26.3 ★.**

Clasifíquense como básicos, ácidos o anfóteros: $\ce{Na2O}$, $\ce{MgO}$, $\ce{Al2O3}$, $\ce{SiO2}$, $\ce{SO3}$, $\ce{ZnO}$, $\ce{CO2}$. Escríbase una reacción de cada tipo.

**Solución de Ejercicio 26.3.**

Básicos: $\ce{Na2O}$, $\ce{MgO}$ ($\ce{MgO + 2HCl -> MgCl2 + H2O}$). Ácidos: $\ce{SiO2}$, $\ce{SO3}$, $\ce{CO2}$ ($\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}$). Anfóteros: $\ce{Al2O3}$, $\ce{ZnO}$ ($\ce{ZnO + 2OH- + H2O -> Zn(OH)4^2-}$).

**Ejercicio 26.4 ★.**

Calcúlese la constante de $\ce{2Na + 2H2O -> 2Na+ + 2OH- + H2}$ a pH 14 a partir de los [potenciales estándar](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#def-b1-nernst-electrode-potential).

**Solución de Ejercicio 26.4.**

A pH 14, el par del agua es $\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}$, $E = -0.83$ V; $\log K = 2(-0.83 + 2.71)/0.059 = 64$.

**Ejercicio 26.5 ★★.**

Explíquense los colores de llama del litio (rojo) y del sodio (amarillo) mediante los [niveles de energía](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/1-numeros-cuanticos-y-configuraciones-electronicas#def-b1-quantum-numbers-energy-level) de los átomos ([Capítulo 1](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/1-numeros-cuanticos-y-configuraciones-electronicas#ch-b1-quantum-numbers)). ¿Cuál es la energía de un fotón amarillo de $589\,\mathrm{nm}$?

**Solución de Ejercicio 26.5.**

En la llama, los choques llevan un electrón a un nivel excitado; al volver al [estado fundamental](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/1-numeros-cuanticos-y-configuraciones-electronicas#def-b1-quantum-numbers-energy-level), el átomo emite un fotón de energía igual a la diferencia, propia del elemento. $E = hc/\lambda = 6.626 \times 10^{-34} \times
3.00 \times 10^8/(589 \times 10^{-9}) = 3.375 \times 10^{-19}\,\mathrm{J} = 2.11\,\mathrm{eV}$.

**Ejercicio 26.6 ★★.**

Calcúlense la masa de caliza ($\ce{CaCO3}$ pura) y la de cloruro de sodio necesarias para una tonelada de carbonato de sodio por el proceso Solvay, con un [rendimiento](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/7-describir-un-sistema-quimico-avance-actividades-q-y-k#def-b1-extent-q-and-k-fractional-extent) global del $90\,\%$ respecto del cloruro de sodio.

**Solución de Ejercicio 26.6.**

$10^6/106.0 = 9.43 \times 10^{3}\,\mathrm{mol}$ de carbonato de sodio: $9.43 \times 10^{3}\,\mathrm{mol}$ de caliza, $0.944\,\mathrm{t}$, y $2 \times 9.43 \times 10^3/0.90 =
2.10 \times 10^{4}\,\mathrm{mol}$ de sal, $1.23\,\mathrm{t}$.

**Ejercicio 26.7 ★★.**

El agua de mar contiene unos $1.3\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ de magnesio (dato del ejercicio). ¿A qué pH empieza a precipitar el hidróxido de magnesio? ¿Qué masa de cal apagada precipita el magnesio de $1.0\,\mathrm{m}^{3}$?

**Solución de Ejercicio 26.7.**

$[\ce{Mg^2+}] = 1.3/24.3 = 0.053\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$; $\mathrm{pH} = 14.00 -
\frac12(11.25 + \log 0.053) = 9.0$. Los $53.5\,\mathrm{mol}$ de magnesio de $1.0\,\mathrm{m}^{3}$ necesitan $53.5\,\mathrm{mol}$ de $\ce{Ca(OH)2}$: $4.0\,\mathrm{kg}$.

**Ejercicio 26.8 ★★.**

¿Por qué reacciona el litio con el agua más despacio que el potasio, aunque su [potencial estándar](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/13-equilibrios-redox-y-ecuacion-de-nernst#def-b1-nernst-electrode-potential) sea más bajo? Distíngase entre termodinámica y cinética.

**Solución de Ejercicio 26.8.**

La constante de equilibrio (termodinámica) es enorme en ambos casos; la velocidad (cinética) no la decide $E^\circ$. El litio funde a una temperatura más alta, sigue sólido y se recubre de una capa de producto menos soluble, y pierde su electrón con menos facilidad que el potasio (energía de ionización más alta): reacciona de forma regular, y el potasio, violentamente.

**Ejercicio 26.9 ★★.**

Calcúlense la masa de cal viva obtenida a partir de una tonelada de caliza y el volumen de $\ce{CO2}$ liberado, a $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ y $1\,\mathrm{bar}$.

**Solución de Ejercicio 26.9.**

$10^6/100.1 = 9.99 \times 10^{3}\,\mathrm{mol}$: CaO, $9.99 \times 10^3 \times 56.1 =
0.560\,\mathrm{t}$; $\ce{CO2}$, $9.99 \times 10^{3}\,\mathrm{mol}$, $V = nRT/p = 9.99 \times 10^3
\times 8.314 \times 298.15/10^5 = 248\,\mathrm{m}^{3}$.

**Ejercicio 26.10 ★★★.**

El mundo extrajo unas $290\,000$ toneladas de litio en 2025. ¿Qué masa de carbonato de litio representa? Si la batería de un coche contiene $8\,\mathrm{kg}$ de litio (dato del ejercicio), ¿para cuántas baterías alcanzaría?

**Solución de Ejercicio 26.10.**

$2.9 \times 10^8/6.9 = 4.2 \times 10^{7}\,\mathrm{kmol}$ de Li (masa en kg), $\times 73.8/2 =
1.55 \times 10^{9}\,\mathrm{kg}$: unos 1.6 millones de toneladas de carbonato de litio. $2.9 \times 10^8/8 = 3.6 \times 10^{7}$ baterías.

**Ejercicio 26.11 ★★★.**

Demuéstrese con los datos del capítulo que la [solubilidad](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/11-precipitacion-y-solubilidad#def-b1-precipitation-solubility) del carbonato de litio disminuye con la temperatura, y explíquese por qué precipitarlo en caliente mejora su recuperación a partir de una salmuera.

**Solución de Ejercicio 26.11.**

1.31, 0.84 y 0.71 por ciento a 20, 80 y $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: la [solubilidad](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/11-precipitacion-y-solubilidad#def-b1-precipitation-solubility) disminuye. En caliente queda menos carbonato en disolución: se recupera más.

**Ejercicio 26.12 ★★★.**

En la etapa (2) del proceso Solvay, la disolución contiene $\ce{Na+}$, $\ce{NH4+}$, $\ce{Cl-}$ y $\ce{HCO3-}$. Explíquese por qué precipita el hidrogenocarbonato de sodio y no el cloruro de amonio, y por qué el proceso necesita amoniaco y no hidróxido de sodio.

**Solución de Ejercicio 26.12.**

El $\ce{NaHCO3}$ es la menos soluble de las sales que pueden formar los iones, y la disolución se satura de ella en primer lugar. El amoniaco hace la disolución lo bastante básica para convertir el $\ce{CO2}$ en $\ce{HCO3-}$ y, a la vez, puede recuperarse (como $\ce{NH4Cl}$, que la cal regenera); el hidróxido de sodio se consumiría y costaría más que el producto.

## 26.7 Problema: litio a partir de una salmuera

**Problema 26.1.**

Problema de fin de semana — la concentración de una salmuera de litio, la eliminación del magnesio con cal, la precipitación del carbonato de litio con carbonato de sodio, y la masa de carbonato de litio recuperada de un metro cúbico

Una salmuera bombeada desde debajo de un salar contiene $1.5\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ de litio y $0.60\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ de magnesio (en forma de iones, con mucho cloruro de sodio). La evaporación en piscinas la concentra cuatro veces. Se trata después un metro cúbico de la salmuera concentrada: la cal elimina el magnesio, el carbonato de sodio el calcio, y finalmente el carbonato de sodio en caliente precipita el carbonato de litio a $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Datos: masas molares ($\mathrm{g}/\mathrm{mol}$) Li 6.9, Mg 24.3, $\ce{Ca(OH)2}$ 74.1, $\ce{Na2CO3}$ 106.0, $\ce{Li2CO3}$ 73.8; $\mathrm{p}K_s$ $\ce{Mg(OH)2}$ 11.25, $\ce{CaCO3}$ 8.30; $\mathrm{p}K_e = 14.00$; [solubilidad](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/11-precipitacion-y-solubilidad#def-b1-precipitation-solubility) del $\ce{Li2CO3}$, $0.84\,\%$ en masa a $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$; se toma el líquido final como $1.00\,\mathrm{m}^{3}$ de densidad $1.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{L}$.

**Parte I — La concentración.**

1. Calcúlense las concentraciones de litio y de magnesio en la salmuera concentrada.
2. ¿Qué volumen de agua se evapora por metro cúbico de salmuera concentrada?
3. ¿Por qué se usa la evaporación solar y no el calentamiento?
4. ¿Qué sal cristaliza primero en las piscinas, y por qué?
5. Calcúlense las cantidades de litio y de magnesio en un metro cúbico.
6. ¿Por qué hay que eliminar el magnesio antes de precipitar el litio?

**Parte II — La eliminación del magnesio y del calcio.**

7. Escríbase la reacción de los iones magnesio con la cal apagada.
8. Calcúlese la masa de cal apagada necesaria (estequiométrica).
9. ¿A qué pH ha precipitado el $99.9\,\%$ del magnesio?
10. ¿Por qué no precipita el litio como hidróxido?
11. Escríbase la eliminación del calcio introducido, con carbonato de sodio.
12. Calcúlese la masa de carbonato de sodio necesaria para esa etapa.

**Parte III — El carbonato de litio.**

13. Escríbase la precipitación del carbonato de litio.
14. Calcúlese la masa de carbonato de sodio necesaria para el litio.
15. Calcúlese la masa teórica de carbonato de litio.
16. ¿Por qué se hace la precipitación a $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?
17. ¿Qué masa de carbonato de litio queda disuelta en el líquido?
18. ¿Cómo se lava el precipitado sin perder mucho de él?

**Parte IV — El balance.**

19. Calcúlese la masa de carbonato de litio recuperada.
20. Calcúlese el [rendimiento](https://one-course.com/books/chemistry/2/es/chapter/7-describir-un-sistema-quimico-avance-actividades-q-y-k#def-b1-extent-q-and-k-fractional-extent) de recuperación del litio.
21. Sugiérase qué se hace con el líquido.
22. Compárese el litio de un metro cúbico con la producción mundial de 2025: ¿cuántos metros cúbicos representaría esa producción?
23. Dese la masa de carbonato de litio recuperada por metro cúbico de salmuera concentrada.

**Solución de Problema 26.1.**

**1.** Li, $6.0\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$; Mg, $2.4\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$. **2.** Cuatro metros cúbicos de salmuera dan uno: se evaporan tres metros cúbicos de agua. **3.** El sol y el clima seco aportan la energía gratis. **4.** El cloruro de sodio, con mucho la sal más abundante, se satura primero. **5.** Li, $6000/6.9 = 870\,\mathrm{mol}$; Mg, $2400/24.3 = 98.8\,\mathrm{mol}$. **6.** El magnesio precipitaría con el carbonato y contaminaría el producto. **7.** $\ce{Mg^2+ + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 + Ca^2+}$. **8.** $98.8 \times 74.1 = 7.32\,\mathrm{kg}$. **9.** Quedan $[\ce{Mg^2+}] = 9.88 \times 10^{-5}$ mol/L: $\mathrm{pH} = 14.00 -
\frac12(11.25 - 4.01) = 10.38$. **10.** El hidróxido de litio es soluble: a este pH no se forma ningún sólido. **11.** $\ce{Ca^2+ + CO3^2- -> CaCO3}$. **12.** $98.8 \times 106.0 = 10.5\,\mathrm{kg}$. **13.** $\ce{2Li+ + CO3^2- -> Li2CO3}$. **14.** $435 \times 106.0 = 46.1\,\mathrm{kg}$. **15.** $435 \times 73.8 = 32.1\,\mathrm{kg}$. **16.** El carbonato de litio es menos soluble en caliente. **17.** $0.0084 \times 1000 = 8.4\,\mathrm{kg}$. **18.** Con pequeños volúmenes de agua caliente, en la que es menos soluble. **19.** $32.1 - 8.4 = 23.7\,\mathrm{kg}$. **20.** $23.7/32.1 = 74\,\%$. **21.** Todavía contiene litio: se devuelve a las piscinas. **22.** $2.9 \times 10^8/6.0 = 4.8 \times 10^{7}$ metros cúbicos. **23.** **$24\,\mathrm{kg}$** (23.7) de carbonato de litio por metro cúbico.