Más información sobre el hidrógeno

El hidrógeno es el elemento químico más ligero del universo y es capaz de unirse a otros átomos de hidrógeno, formando un gas que tiene varios usos.

Hidrógeno

Imagen de Florencia Viadana en Unsplash

El hidrógeno es el elemento químico con menor masa atómica (1 u) y menor número atómico (Z = 1) entre todos los elementos conocidos hasta la fecha. A pesar de estar posicionado en el primer período de la familia IA (metales alcalinos) de la Tabla Periódica, el hidrógeno no presenta características físicas y químicas similares a los elementos de esta familia y, por tanto, no forma parte de ella. En términos generales, el hidrógeno es el elemento más abundante en todo el universo y el cuarto elemento más abundante en el planeta Tierra.

El hidrógeno tiene características únicas, es decir, no se parece a ningún otro elemento químico conocido por los humanos. El hidrógeno participa comúnmente en la composición de varios tipos de sustancias orgánicas e inorgánicas, como el metano y el agua, cuando no forma parte de sustancias químicas, se encuentra exclusivamente en forma gaseosa, cuya fórmula es H2.

En su estado natural y en condiciones normales, el hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es una molécula con gran capacidad para almacenar energía y por ello se ha investigado ampliamente su uso como fuente renovable de energía eléctrica y térmica.

Descubrimiento del hidrógeno

A mediados del siglo XVI, Pareselsv decidió poner algunos metales en reacción con ácidos y terminó obteniendo hidrógeno. Aunque probado anteriormente, Henry Cavendish logró separar el hidrógeno de los gases inflamables y lo consideró un elemento químico en 1766.

No ser un metal, mucho menos un metal, constituye su peculiaridad en la Tabla Periódica. En 1773, Antoine Lavoisier le dio al componente químico el nombre de hidrógeno, que deriva del griego hidro y genes , y significa generador de agua.

Hidrógeno en la naturaleza

  • El hidrógeno forma parte de la composición química de varias sustancias orgánicas (proteínas, carbohidratos, vitaminas y lípidos) y sustancias inorgánicas (ácidos, bases, sales e hidruros);
  • En el aire atmosférico está presente en formato gaseoso, representado por la forma molecular H2, que se forma a través del enlace covalente entre dos átomos de hidrógeno;
  • El hidrógeno también forma moléculas de agua, un recurso importante para la vida.

Fuentes de hidrógeno

En la Tierra, el hidrógeno no se encuentra en su forma más pura, sino en forma combinada (hidrocarburos y derivados). Por esta razón, el hidrógeno debe extraerse de varias fuentes. Las principales fuentes de hidrógeno son:

  1. Gas natural;
  2. Etanol;
  3. Metanol;
  4. Agua;
  5. Biomasa;
  6. Metano;
  7. Algas y Bacterias;
  8. Gasolina y Diesel.

Características del hidrógeno atómico

  • Tiene tres isótopos (átomos del mismo número atómico y diferente número de masa), siendo el protio (1H1), el deuterio (1H2) y el tritio (1H3);
  • Presenta solo un nivel electrónico;
  • Tiene un solo protón en su núcleo;
  • Tiene un solo electrón en su nivel electrónico;
  • El número de neutrones depende del isótopo: propio (0 neutrones), deuterio (1 neutrón) y tritio (2 neutrones);
  • Tiene uno de los rayos atómicos más pequeños de la tabla periódica;
  • Tiene mayor electronegatividad que cualquier elemento metálico;
  • Tiene mayor potencial de ionización que cualquier elemento metálico;
  • Es un átomo capaz de transformarse en catión (H +) o anión (H-).

La estabilidad del átomo de hidrógeno se logra cuando recibe un electrón en la capa de valencia (la capa más externa de un átomo). En los enlaces iónicos, el hidrógeno interactúa exclusivamente con un metal, obteniendo un electrón de él. En los enlaces covalentes, el hidrógeno comparte su electrón con un metal o consigo mismo, formando enlaces simples.

Características del hidrógeno molecular (H2)

  • A temperatura ambiente, siempre se encuentra en estado gaseoso;
  • Es un gas inflamable;
  • Su punto de fusión es de -259,2 ° C;
  • Su punto de ebullición es de -252,9 ° C;
  • Tiene una masa molar igual a 2 g / mol, siendo el gas más ligero;
  • Tiene un enlace sigma covalente, tipo ss, entre los dos átomos de hidrógeno involucrados;
  • Entre los átomos, se comparten dos electrones;
  • Tiene geometría lineal;
  • Sus moléculas son apolares;
  • Sus moléculas interactúan mediante fuerzas dipolares inducidas.

El hidrógeno molecular tiene una gran afinidad química con varios compuestos. Esta propiedad se refiere a la capacidad de una sustancia para reaccionar con la otra, porque incluso si dos o más sustancias entran en contacto, pero no hay afinidad entre ellas, la reacción no se producirá. De esta forma, participa en reacciones como la hidrogenación, la combustión y el intercambio simple.

Formas de obtener hidrógeno molecular (H2)

Método físico

El hidrógeno molecular se puede obtener del aire atmosférico, ya que es uno de los gases presentes en esta mezcla. Para ello es necesario someter el aire atmosférico al método de licuefacción fraccionada y luego a destilación fraccionada.

Método químico

El hidrógeno molecular se puede obtener mediante reacciones químicas específicas, como:

  • Intercambio simple: reacción en la que un metal no noble (Me) desplaza el hidrógeno presente en un ácido inorgánico (HX), formando cualquier sal (MeX) y el hidrógeno molecular (H2):
    • Yo + HX → MeX + H2
  • Hidratación del carbón coquizable (subproducto del carbón mineral): en esta reacción el carbono (C) del carbón interactúa con el oxígeno del agua (H2O), formando monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso:
    • C + H2O → CO + H2
  • Electrólisis del agua: cuando el agua se somete al proceso de electrólisis, se forman gases de oxígeno e hidrógeno:
    • H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

Utilidades de hidrógeno

  • Combustible para cohetes o automóviles;
  • Quemadores de arco (utilizan energía eléctrica) para cortar metales;
  • Soldaduras;
  • Síntesis orgánica, más precisamente en reacciones de hidrogenación de hidrocarburos;
  • Reacciones orgánicas que transforman grasas en aceites vegetales;
  • Producción de haluros de hidrógeno o ácidos hidrogenados;
  • Producción de hidruros metálicos, como hidruro de sodio (NaH).

Bomba de hidrogeno

La bomba de hidrógeno, la bomba H o la bomba termonuclear es la bomba atómica que tiene el mayor potencial de destrucción. Su funcionamiento es el resultado de un proceso de fusión nuclear, por lo que también se le puede llamar bomba de fusión.

La explosión de una bomba de hidrógeno es el resultado del proceso de fusión, que tiene lugar a temperaturas muy altas, aproximadamente 10 millones de grados Celsius. El proceso de producción de esta bomba comienza con la unión de isótopos de hidrógeno, llamados protio, deuterio y tritio. La unión de isótopos de hidrógeno hace que el núcleo del átomo genere aún más energía, esto se debe a que se forman núcleos de helio, cuya masa atómica es 4 veces mayor que la del hidrógeno.

Por lo tanto, el núcleo que era ligero se vuelve pesado. Por tanto, el proceso de fusión nuclear es miles de veces más violento que el de la fisión. La fuerza de una bomba de hidrógeno puede alcanzar los 10 millones de toneladas de dinamita, liberando material radiactivo y radiación electromagnética a un nivel muy superior al de las bombas atómicas.

La primera prueba de una bomba de hidrógeno, en 1952, liberó una cantidad de energía equivalente a unos 10 millones de toneladas de TNT. Cabe mencionar que este tipo de reacción es la fuente de energía de estrellas como el Sol. Está compuesta por un 73% de hidrógeno, un 26% de helio y un 1% de otros elementos. Esto se explica por el hecho de que hay reacciones de fusión en su núcleo, en las que los átomos de hidrógeno se fusionan para formar átomos de helio.

Datos del hidrógeno

  • El hidrógeno molecular es más ligero que el aire y el conde alemán Ferdinand von Zeppelin lo utilizó en aeronaves rígidas, de ahí el nombre de las aeronaves;
  • Algunas bacterias y algas pueden sintetizar hidrógeno molecular;
  • El hidrógeno se puede utilizar para producir combustible de energía limpia;
  • El gas metano (CH4) es una fuente de hidrógeno cada vez más importante.