Hidrógeno | elemento químico

Propiedades

El hidrógeno se clasifica como un no metal reactivo, a diferencia de los otros elementos que aparecen en la primera columna de la tabla periódica, que se clasifican como metales alcalinos. Sin embargo, se espera que la forma sólida del hidrógeno se comporte como un metal.

Cuando está solo, el hidrógeno suele unirse a sí mismo para formar dihidrógeno (H₂ ) que es muy estable, debido a su elevada energía de disociación de enlace de 435,7 kJ/mol. A temperatura y presión estándar, este gas hidrógeno (H₂ ) no tiene color, olor ni sabor. No es tóxico. Es un no metal y arde muy fácilmente.

Combustión

El hidrógeno molecular es inflamable y reacciona con el oxígeno:

2 H₂ (g) + O₂ (g) → 2 H₂ O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

A temperaturas superiores a los 500 grados Celsius, el hidrógeno se inflama espontáneamente en el aire.

Compuestos

Aunque el hidrógeno gaseoso en su forma pura no es reactivo, forma compuestos con muchos elementos, en particular con los halógenos, que son muy electronegativos. El hidrógeno también forma grandes conjuntos con los átomos de carbono, formando hidrocarburos. El estudio de las propiedades de los hidrocarburos se conoce como química orgánica.

El anión H^- (átomo con carga negativa) se denomina hidruro, aunque el término no es muy utilizado. Un ejemplo de hidruro es el hidruro de litio (LiH), que se utiliza como "bujía" en las armas nucleares.

Ácidos

Los ácidos disueltos en el agua suelen contener altos niveles de iones de hidrógeno, es decir, protones libres. El nivel de éstos suele utilizarse para determinar su pH, que básicamente significa el contenido de iones de hidrógeno en un volumen concreto. Por ejemplo, el ácido clorhídrico, que se encuentra en el estómago de las personas, puede disociarse en un anión cloruro y un protón libre, y la propiedad del protón libre es la que le permite digerir los alimentos corroyéndolos.

Aunque es raro en la Tierra, el catión H₃⁺ es uno de los iones más comunes en el universo.

Isótopos

Artículo principal: isótopos del hidrógeno

El hidrógeno tiene 7 isótopos conocidos, dos de los cuales son estables (¹ H y² H), que se denominan comúnmente protio y deuterio. El isótopo H se conoce como ³tritio y tiene una vida media de 12,33 años, y es producido en pequeñas cantidades por los rayos cósmicos. Los 4 isótopos restantes tienen vidas medias en la escala de los yoctosegundos.

El hidrógeno en la naturaleza

En su forma pura en la Tierra, el hidrógeno suele ser un gas. El hidrógeno es también una de las partes que componen una molécula de agua. El hidrógeno es importante porque es el combustible que alimenta al Sol y a otras estrellas. El hidrógeno constituye aproximadamente el 74% de todo el universo. El símbolo del hidrógeno en la tabla periódica de los elementos es H.

El hidrógeno puro está formado normalmente por dos átomos de hidrógeno conectados entre sí. Los científicos los llaman moléculas diatómicas. El hidrógeno tiene una reacción química cuando se mezcla con la mayoría de los otros elementos. No tiene color ni olor.

El hidrógeno puro es muy poco común en la atmósfera terrestre, porque casi todo el hidrógeno primordial habría escapado al espacio debido a su peso. En la naturaleza, suele estar en el agua. El hidrógeno también está en todos los seres vivos, como parte de los compuestos orgánicos de los que están hechos los seres vivos. Además, los átomos de hidrógeno pueden combinarse con los de carbono para formar hidrocarburos. El petróleo y otros combustibles fósiles están hechos de estos hidrocarburos y se utilizan habitualmente para crear energía para uso humano.

Algunos otros datos sobre el hidrógeno:

• Es un gas a temperatura ambiente
• Actúa como un metal cuando es sólido.
• Es el elemento más ligero del Universo.
• Es el elemento más común en el Universo.
• Se quema o explota por encima de los 1000°F / 528°C, como en un incendio.
• brilla en color púrpura cuando está en estado de plasma.

Historia del hidrógeno

El hidrógeno fue separado por primera vez en 1671 por Robert Boyle. En 1776, Henry Cavendish lo identificó como elemento propio y lo llamó "aire inflamable". En 1781 se dio cuenta de que al quemarlo se obtenía agua.

Antoine Lavoisier dio su nombre al hidrógeno, a partir de la palabra griega para agua, 'υδορ (pronunciada /HEEW-dor/) y gennen que significa "generar", ya que forma agua en una reacción química con el oxígeno.

Usos del hidrógeno

Los principales usos son en la industria del petróleo y en la fabricación de amoníaco mediante el proceso Haber. Una parte se utiliza en otros sectores de la industria química. Una parte se utiliza como combustible, por ejemplo, en los cohetes de las naves espaciales. La mayor parte del hidrógeno que utiliza la gente procede de una reacción química entre el gas natural y el vapor.

Fusión nuclear

La fusión nuclear es una fuente de energía muy potente. Se basa en forzar la unión de los átomos para producir helio y energía, exactamente como ocurre en una estrella como el Sol, o en una bomba de hidrógeno. Esto necesita una gran cantidad de energía para ponerse en marcha, y aún no es fácil de realizar. Una gran ventaja sobre la fisión nuclear, que se utiliza en las centrales nucleares actuales, es que produce menos residuos nucleares y no utiliza un combustible tóxico y raro como el uranio. Más de 600 millones de toneladas de hidrógeno sufren la fusión cada segundo en el Sol.

Utilizar el hidrógeno

El hidrógeno se utiliza sobre todo en la industria petrolera, para transformar las fracciones pesadas del petróleo en otras más ligeras y útiles. También se utiliza para fabricar amoníaco. Cantidades más pequeñas se queman como combustible. La mayor parte del hidrógeno se fabrica mediante una reacción entre el gas natural y el vapor.

La electrólisis del agua rompe el agua en hidrógeno y oxígeno, utilizando la electricidad. El hidrógeno en combustión se combina con las moléculas de oxígeno para formar vapor (vapor de agua puro). Una pila de combustible combina el hidrógeno con una molécula de oxígeno, liberando un electrón en forma de electricidad. Por estas razones, mucha gente cree que la energía del hidrógeno acabará sustituyendo a otros combustibles sintéticos.

El hidrógeno también puede quemarse para producir calor para las turbinas de vapor o los motores de combustión interna. Al igual que otros combustibles sintéticos, el hidrógeno puede crearse a partir de combustibles naturales como el carbón o el gas natural, o a partir de la electricidad, por lo que representa una valiosa adición a la red eléctrica; en el mismo papel que el gas natural. Una red e infraestructura de este tipo con vehículos de pila de combustible está siendo planificada por varios países, como Japón, Corea y muchos países europeos. Esto permite a estos países comprar menos petróleo, lo que supone una ventaja económica. La otra ventaja es que, utilizado en una pila de combustible o quemado en un motor de combustión como en un coche de hidrógeno, el motor no contamina. Sólo se forma agua y una pequeña cantidad de óxidos de nitrógeno.