Hidrógeno

Curiosidades sobre el elemento: El hidrógeno se preparaba muchos años antes de que Cavendish lo reconociera como sustancia en 1776. El nombre se lo dió Lavoisier.

Es elemento más ligero y abundante del Universo (más del 90% de los átomos y 3/4 partes de la masa total). Se formó pocos segundos después del "Big Bang" que se cree que fue el comienzo del universo. Se encuentra en el Sol y la mayoría de las estrellas y juega un importante papel en la reacción protón-protón y el ciclo del carbono-nitrógeno que aporta la energía del Sol y las estrellas y que forma (junto con el helio) elementos más pesados.

Se piensa que es el componente principal de Júpiter y que en las profundidades del planeta la presión es tan grande que el hidrógeno sólido molecular está como hidrógeno metálico sólido. En la corteza terrestre existe en una proporción del 0,14% en peso. En 1973, científicos rusos obtuvieron hidrógeno metálico a 2,8 Mbar y 20 K. En el punto de transición, la densidad cambia de 1,08 a 1,3 g/cm³. En 1972, un grupo americano (Livermore, California) informó de un experimento similar en el que se lograba la transición a 2 Mbar. Este hidrógeno metálico puede ser metaestable. Podría ser superconductor a temperatura ambiente.

En la Tierra se encuentra unido con el oxígeno formando agua y en los seres vivos. También se encuentra en el petróleo, carbón, gas natural,..... En la atmósfera hay menos de 1 ppm (en volumen), ya que la molécula H₂ es tan ligera que escapa al espacio exterior.
El hidrógeno se prepara mediante:

• reducción de vapor de agua con carbono caliente, metano,
  
  
• descomposición de hidrocarburos con calor,
  
  
• acción de los hidróxidos sódico y potásico sobre el aluminio,
  
  
• electrólisis de cloruros alcalinos,
  
  
• electrólisis de agua, o
  
  
• desplazamiento de los ácidos por ciertos metales.

Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Poco soluble en agua (2,5 volúmenes/%): la molécula de hidrógeno es muy apolar. Se absorbe muy bien por los metales: el paladio absorbe hasta 850 veces su volumen de hidrógeno.

El hidrógeno gas difunde fácilmente a través de los metales y del cuarzo. Es relativamente inerte, pero con un ligero aporte energético se disocia y el hidrógeno monoatómico resultante es muy reactivo: con el oxígeno lo hace de forma explosiva y llama azul pálida. Reacciona con otros muchos elementos: metales alcalinos, alcalinotérreos (excepto berilio), algunos metales del grupo d para formar hidruros metálicos; con los del grupo del nitrógeno forma amoníaco, fosfina,...; con los halógenos forma los halogenuros de hidrógeno,...

Es un reductor poderoso, que se utiliza para la obtención de metales a partir de sus óxidos o sulfuros disueltos en ácido sulfúrico y haciendo burbujear el gas: extracción hidrometalúrgica que consume aproximadamente 1/3 del hidrógeno producido y que sirve para obtener de cobre y otros metales.

El coste de producción de hidrógeno es superior al de los combustibles fósiles, pero en el futuro se podrían construir plantas productoras en las costas desde donde se trasladaría mediante "hidrógenoductos" a los lugares de consumo. Otras opciones para almacenamiento y transporte de hidrógeno es el empleo de hidruros salinos (compuestos de hidrógeno y un metal muy electropositivo, de los grupos s del Sistema Periódico menos berilio, que reducen el agua produciendo el hidrógeno) o hidruros metálicos (hidruros, intersticiales, conductores, de ciertos metales de la zona d del Sistema Periódico, que al ser calentados o tratados con un ácido liberan hidrógeno).

La combustión del hidrógeno produce agua. Así se eliminarían los efectos contaminantes de las gasolinas, gas, etc., y, además, tiene la mayor entalpía específica de todos los combustibles conocidos.

El hidrógeno gas normal, en condiciones ordinarias, es una mezcla de dos clases de moléculas, orto y para-hidrógeno, que se diferencian en los espines de sus electrones y núcleos: paralelos (orto) y opuestos (para). A temperatura ambiente el 25% del hidrógeno es la forma para y al subir la temperatura esta forma aumenta su porcentaje. La forma orto no puede prepararse pura. Puesto que las dos formas se diferencian energéticamente, las propiedades físicas son algo diferentes: los puntos de fusión y ebullición del para-hidrógeno son, aproximadamente, 0,1ºC menores que los del hidrógeno normal.

El hidrógeno líquido (densidad = 70,8 g/cm³ en el punto de ebullición) se emplea como refrigerante y en estudios de superconductividad y combustible.
En estado gaseoso fundamentalmente se emplea en la síntesis de amoníaco (Proceso Haber), sustancia de partida para la producción de compuestos nitrogenados, y en la síntesis de otras sustancias: metanol, ácido clorhídrico y otras sustancias y en la hidrogenación de sustancias orgánicas (grasas y aceites), hidrodesalquilación, hidrocraqueo e hidrodesulfurización. Otros usos incluyen combustible de cohetes, soldadura, llenado de globos, células combustibles.Es el único elemento cuyos isótopos reciben nombres diferentes: Protio (1-H), Deuterio (2-H) y Tritio (3-H). El protio es el isótopo normal. El tritio, fácilmente producido en los reactores nucleares, se usa en la bomba de hidrógeno. También se usa como agente radiactivo en la fabricación de pinturas luminosas y como trazador. El deuterio, como D₂O (agua pesada) es un moderador de neutrones lentos; hay 1 átomo de deuterio por cada 6000 átomos de protio. Deuterio y tritio se usan como combustibles en reactores de fusión.