Hidrógeno
El hidrógeno es un elemento químico
de número atómico 1. A temperatura ambiente es un gas
diatómico inflamable, incoloro e inodoro y es el elemento
químico más ligero y más abundante del Universo,
estando las estrellas durante la mayor parte de su vida formadas
mayormente por este elemento en estado de plasma. Aparece además
en multitud de substancias, como por ejemplo el agua y los compuestos orgánicos y es
capaz de
reaccionar con la mayoría de los
elementos. El núcleo del isótopo
más abundante
está formado por un solo protón. Además existen
otros dos isótopos: el deuterio, que tiene un neutrón y
el tritio que tiene dos.
En laboratorio se obtiene mediante la reacción de
ácidos con metales como el zinc
e industrialmente mediante la
electrólisis del agua, aunque se están investigando otros
métodos en los que intervienen las algas verdes. El
hidrógeno se emplea en la producción de amoniaco, como combustible
alternativo y recientemente para el suministro de
energía en las células de combustible.
Características
El hidrógeno es el elemento químico más
ligero,
estando su isótopo más abundante
constituido por un único par protón-electrón. En
condiciones normales de presión y temperatura forma un gas
diatómico, H2 con un punto de ebullición de
tan sólo 20,27 K (-252,88 ºC)
y un punto de fusión de 14,02 K (-259,13 ºC).
Este elemento juega un papel fundamental en el universo, ya
que
mediante la fusión estelar (combinación de átomos
de hidrógeno del que resulta un átomo de helio)
proporciona ingentes cantidades de energía.
Aplicaciones
Industrialmente se precisan grandes cantidades de
hidrógeno,
principalmente en el proceso de Haber para la obtención de
amoniaco, en la hidrogenación de grasas y aceites y en la
obtención de metanol.
Otros usos que
pueden citarse son:
- Producción de ácido clorhídrico,
combustible
para cohetes, y reducción de minerales metálicos.
- El hidrógeno líquido se emplea en
aplicaciones criogénicas,
incluyendo la investigación de la
superconductividad.
- Empleado antaño por su ligereza como gas de relleno
en
globos y zepelines, tras el desastre del Hindenburg se abandonó
su uso por su gran inflamabilidad.
- El tritio se produce en las reacciones nucleares y se
emplea en
la construcción de bombas de hidrógeno. También se
emplea como fuente de radiación en pinturas luminosas y
como
marcador en las ciencias biológicas.
- El deuterio se emplea en aplicaciones nucleares como
moderador,
como constituyente del agua pesada.
El hidrógeno puede emplearse en motores de combustión
interna. Una flota de automóviles con motores de este tipo es
mantenida en la actualidad por Chrysler-BMW. Además, las
células de combustible
o baterías de hidrógeno en desarrollo parece que
serán capaces de
ofrecer una alternativa limpia y económica a los motores de
combustión
interna.
Historia
El hidrógeno (del francés Hydrogène,
a
su vez del griego hydor, agua y gennasin, generar)
fue reconocido como un elemento químico en 1776 por Henry
Cavendish; más tarde Antoine Lavoisier le daría el nombre
por el que lo conocemos.
Abundancia y obtención
El hidrógeno es el elemento más abundante,
constituyendo
el 75% de la masa y el 90% de los átomos del universo. Se
encuentra en abundancia en las estrellas y en los planetas gigantes
gaseosos, por contra, en la atmósfera terrestre se encuentra tan
sólo una fracción de 1ppm (parte por millón) en
volumen.
La fuente más común de hidrógeno es el
agua,
compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O).
Otras fuentes son la mayor parte de
los compuestos orgánicos,
incluyendo todas las formas de vida
conocidas, los combustibles fósiles
y el gas natural. El metano,
producto de la descomposición orgánica, está
adquiriendo una creciente importancia como fuente de hidrógeno.
El hidrógeno se obtiene de distintas formas:
Formas
En condiciones normales, el gas hidrógeno es una mezcla
de
dos tipos
de hidrógeno diferentes en función de la dirección
del espín de sus
electrones y núcleos. Estas formas se conocen como orto- y
para-hidrógeno. El hidrógeno normal está compuesto
por un 25% de la
forma para- y un 75% de la forma orto-, la considerada "normal", aunque
no pueda obtenerse en estado puro. Ambas formas tienen energías
ligeramente diferentes, lo que provoca que sus propiedades
físicas no
sean idénticas; así por ejemplo, la forma para- tiene
puntos de fusión
y ebullicicón 0,1 K más bajos que la forma orto-.
Isótopos
El isótopo más común del hidrógeno
no posee
neutrones, existiendo otros dos, el deuterio (D) con uno y el tritio
(T), radiactivo con dos. El deuterio tiene una abundancia natural
comprendida entre 0,0184 y el 0,0082% .
El hidrógeno es el único elemento químico
que
tiene nombres, y símbolos químicos, distintos para sus
diferentes isótopos.
Precauciones
El hidrógeno es un gas extremadamente
inflamable. Reacciona violentamente con el flúor y el cloro,
especialmente con el primero, con el que la reacción es tan
rápida e imprevisible que no se puede controlar. El agua pesada
es tóxica
para la mayoría de las especies, aunque la dosis mortal es muy
grande.
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