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HIDROGENO

Historia

Ya en el siglo XVI se había observado por parte de los alquimistas que cuando el aceite de vitriolo (nombre que éstos daban al ácido sulfúrico H2SO4) actuaba sobre las limaduras de hierro se desprendía un gas combustible de naturaleza desconocida. Cavendish, en 1.766, observó que este gas era diferente de otros gases inflamables y le llamó aire inflamable, aunque se equivocó al suponer que procedía del metal y no del ácido. En 1.781 el propio Cavendish observó que cuando este gas ardía en el aire y en el oxígeno se formaba agua, descubrimiento que indujo a Lavoisier a llamarlo Hidrógeno, es decir productor de agua. El hidrógeno fue licuado por primera vez en 1.898 por J. Dewar (1.842-1.923). Comúnmente se coloca en el grupo 1 de la tabla periódica aunque sus propiedades no tienen nada que ver con las de dicho grupo.

Abundancia

En la naturaleza se encuentra libre en muy pequeña proporción principalmente en el gas natural, en los gases procedentes de las erupciones volcánicas y en las capas altas de la atmósfera, pero los espectros estelares y solares muestran que es abundante en el Sol y en otras estrellas y es, de hecho, el elemento más común en el universo. Combinado con otros elementos se distribuye ampliamente sobre la tierra, donde el compuesto más importante y abundante de hidrógeno es el agua, H2O. Está presente en la materia viva así como también en muchos minerales. Forma una parte esencial de todos los hidrocarburos y una variedad extensa de otras sustancias orgánicas.

Estructura

Propiedades

El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. El hidrógeno líquido, obtenido por primera vez por Sir James Dewar en 1.898, es incoloro (aunque ligeramente azul en capas gruesas) con un peso específico de 0,070. Cuando se evapora rápidamente bajo presión reducida, congela en un sólido incoloro. Como la mayoría de los elementos gaseosos, el hidrógeno es diatómico (sus moléculas contienen dos átomos), pero se disocia en átomos libres a altas temperaturas. El hidrógeno es una mezcla de dos formas diferentes, ortohidrógeno y parahidrógeno; el hidrógeno ordinario contiene aproximadamente tres cuartos de la forma orto y un cuarto de la forma para. Los puntos de fusión y ebullición de ambas formas difieren ligeramente de los del hidrógeno ordinario. El parahidrógeno se obtiene prácticamente puro por adsorción del hidrógeno ordinario sobre carbón a unos - 225ºC. Se conocen tres isótopos del hidrógeno. El núcleo de cada átomo de hidrógeno ordinario se compone de un protón. El Deuterio, representa en el hidrógeno ordinario alrededor del 0,02%, y contiene un protón y un neutrón en el núcleo , siendo su masa atómica de dos. El Tritio, un isótopo radioactivo inestable, contiene un protón y dos neutrones en el núcleo y tiene una masa atómica de tres. Todos los ácidos contienen hidrógeno; la característica distintiva de un ácido es su disociación, en la que se producen iones de hidrógeno. El hidrógeno (H2) es el elemento más ligero que se conoce, por lo que puede penetrar fácilmente por las superficies porosas. Metales como el platino, cobalto, níquel, hierro y paladio, en ciertas condiciones, tienen la propiedad de adsorber hidrógeno y es por ello que a veces se ha encontrado hidrógeno asociado a estos metales en algunos meteoritos. Por ejemplo, el paladio es capaz de adsorber hidrógeno en una proporción de unas 800 veces su volumen.

Preparación

Existen muchos métodos para obtenerlo. Industrialmente se suele obtener a partir del agua, por electrólisis, o recuperándolo del gas natural. Cuando se obtiene por electrólisis del agua es necesario que ésta contenga sales en disolución con el objeto de aumentar su conductividad eléctrica. En el electrodo negativo, cátodo, se descargan los iones hidronio H3O+ en forma de hidrógeno atómico combinándose inmediatamente entre sí para formar las moléculas H2 que forman burbujas y se desprenden. Simultáneamente, en el electrodo positivo (ánodo) se desprende oxígeno. Para obtener hidrógeno a partir del gas natural se comprime éste para separar los hidrocarburos ligeros, se le somete a un proceso de desecación para eliminar el agua y se separan el azufre y el nitrógeno. La mezcla resultante se refrigera con nitrógeno líquido y por último se procede a la separación gaseosa del monóxido de carbono y el hidrógeno. En los laboratorios, para obtener pequeñas cantidades de hidrógeno, se suele tratar cinc con ácido clorhídrico diluido, proceso en el que se forma cloruro de cinc y se desprende hidrógeno:

2HCl + Zn = ZnCl2 + H2

Usos

Debido a su ligereza se utilizó a principios del siglo XX para llenar los dirigibles y los globos aerostáticos, pero se produjeron muchos accidentes ya que el hidrógeno es un gas muy inflamable. Para evitar estos problemas se comenzó a usar helio que, aunque es más pesado que el hidrógeno, no es inflamable. Actualmente los globos aerostáticos funcionan con el aire caliente que proporcionan unos quemadores de gas situados bajo la boca del globo. El hidrógeno líquido, junto con el oxígeno, se utiliza para la propulsión de cohetes espaciales y últimamente se empiezan a considerar sus grandes posibilidades como fuente de energía para el futuro ya que su combustión produce vapor de agua y, por lo tanto, no es contaminante. En muchas reacciones de electrólisis el hidrógeno es un subproducto importante. Industrialmente se usa para la fabricación del amoníaco, en la síntesis del alcohol metílico, para la hidrogenación de grasas vegetales para producir grasas comestibles, en la industria petroquímica para la elaboración de gasolinas sintéticas y como agente reductor en algunos procesos. El hidrógeno se usa también para soldar a alta temperatura. Se almacena comúnmente en cilindros de acero a presiones de 120 a 150 atmósferas.