Diferencia entre revisiones de «Hidrógeno»

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{{Elemento químico|nombre=Hidrógeno|imagen=Molecula_hidrogeno.jpg|Informacion_general=|nombre,simbolo,numero=H,1|serie_quimica=|grupo,periodo,bloque=|densidad=0.071 g/l a 0ºC|apariencia=|Propiedades_atomicas=|radio_medio=|radio_atomico=|radio_covalente=|radio_de_van_der_Walls=|configuracion_electronica=|electrones_por_nivel_de_energia=1|estado_de_oxidacion=|estructura_cristalina=|Propiedades_fisicas=|estado_ordinario=|punto_de_fusion=ºC|punto_de_ebullicion=ºC|entalpia_de_vaporizacion=|entalpia_de_fusion=|presion_de_vapor=|velocidad_del_sonido=}}
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{{Sistema:Artículo certificado
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|contenido=la '''MSc. Mayra Arap Fresno''', perteneciente a la '''[[Universidad Agraria de La Habana]]''' (UNAH).
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'''Hidrógeno'''. Es un elemento químico representado por el símbolo H y con un número atómico de 1.
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== Características  ==
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{{Elemento_químico
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 +
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En condiciones normales de presión y temperatura, es un gas diatómico (H2) incoloro, inodoro, insípido, no metálico y altamente inflamable. Con una masa atómica de 1,00794(7) u, el hidrógeno es el elemento químico más ligero y es, también, el elemento más abundante, constituyendo aproximadamente el 75% de la materia visible del universo. En su ciclo principal, las estrellas están compuestas por hidrógeno en estado de [[plasma]]. <br>
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El hidrógeno elemental es muy escaso en la [[Planeta Tierra|Tierra]] y es producido industrialmente a partir de hidrocarburos como, por ejemplo, el metano. La mayor parte del hidrógeno elemental se obtiene "in situ", es decir, en el lugar y en el momento en el que se necesita. El hidrógeno puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más caro que la obtención a partir del gas natural.  
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''' Hidrógeno '''. Es el elemento químico de número atómico 1, representado por el símbolo H con una masa atómica de 1,00794 (7) u, es el más ligero de la tabla de los elementos. Por lo general, se presenta en su forma molecular, formando el gas diatómico H2 en condiciones normales. Este gas es inflamable, incoloro, inodoro, no metálico e insoluble en [[agua]].
  
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Sus principales aplicaciones industriales son el refinado de combustibles fósiles (por ejemplo, el hidrocracking) y la producción de amoníaco (usado principalmente para fertilizantes). El isótopo del hidrógeno más común en la [[Naturaleza|naturaleza]], conocido como protio (término muy poco usado), tiene un solo protón y ningún neutrón. En los compuestos iónicos, el hidrógeno puede adquirir carga positiva (convirtiéndose en un catión llamado hidrón, H+, compuesto únicamente por un protón, a veces acompañado de algún neutrón); o carga negativa (convirtiéndose en un anión conocido como hidruro, H-).  
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Debido a sus distintas propiedades, el hidrógeno no se puede encuadrar claramente en ningún grupo de la tabla periódica, aunque muchas veces se sitúa en el grupo 1 (o familia 1A) por poseer un solo electrón en la capa de valencia o capa superior.
  
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El hidrógeno puede formar compuestos con la mayoría de los elementos y está presente en el agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos. Desempeña un papel particularmente importante en la [[Química|química]] ácido - base, en la que muchas reacciones conllevan el intercambio de protones (iones hidrógeno, H+) entre moléculas solubles.  
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El hidrógeno es el elemento químico más abundante, al constituir aproximadamente el 75 % de la materia visible del universo. En su secuencia principal, las estrellas están compuestas principalmente por hidrógeno en estado de plasma.
  
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Puesto que es el único átomo neutro para el cual la ecuación de Schrödinger puede ser resuelta analíticamente, el estudio de la energía y del enlace del átomo de hidrógeno ha sido fundamental para el desarrollo de la mecánica cuántica.
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Las características de este elemento y su solubilidad en diversos metales son muy importantes en la metalurgia, puesto que muchos metales pueden sufrir fragilidad en su presencia, y en el desarrollo de formas seguras de almacenarlo para su uso como combustible. Es altamente soluble en diversos compuestos que poseen tierras raras y metales de transición, y puede ser disuelto tanto en metales cristalinos como amorfos. La solubilidad del hidrógeno en los metales está influenciada por las distorsiones locales o impurezas en la estructura cristalina del metal.
  
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== Nomenclatura  ==
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== Etimología ==
  
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Hidrógeno, del latín "hydrogenium", y éste del griego antiguo ὕδωρ (hydor): "agua" y γένος-ου(genos): "generador". "generador de agua" La palabra hidrógeno puede referirse tanto al átomo de hidrógeno (descrito en este artículo), como a la molécula diatómica (H2) que se encuentra a nivel de trazas en la atmósfera terrestre. Los químicos tienden a referirse a esta molécula como dihidrógeno, [[Molécula|molécula]] de hidrógeno, o hidrógeno diatómico, para distinguirla del átomo del elemento, que no existe de forma aislada en las condiciones ordinarias.  
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El término hidrógeno proviene del latín hydrogenium, y éste del griego antiguo ὕδωρ (hydro): ‘agua’ y γένος-ου (genos): ‘generador’; es decir, "productor de agua". Fue ése el nombre con el que lo bautizó Antoine Lavoisier. La palabra puede referirse tanto al átomo de hidrógeno (descrito en este artículo), como a la molécula diatómica (H2), que se encuentra a nivel de trazas en la atmósfera terrestre. Los químicos tienden a referirse a esta molécula como dihidrógeno, molécula de hidrógeno, o hidrógeno diatómico, para distinguirla del átomo del elemento, que no existe de forma aislada en las condiciones ordinarias.
  
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== Historia  ==
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=== Reseña histórica ===
  
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=== Descubrimiento del hidrógeno ===
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El hidrógeno diatómico gaseoso, H2, fue el primero producido artificialmente y formalmente descrito por T. von Hohenheim (más conocido como Paracelso), que lo obtuvo artificialmente mezclando metales con ácidos fuertes. Paracelso no era consciente de que el gas inflamable generado en estas reacciones químicas estaba compuesto por un nuevo elemento químico.
  
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El hidrógeno diatómico gaseoso, H2, fue formalmente descrito por primera vez por T. Von Hohenheim (más conocido como Paracelso, [[1493|1493]]-[[1541|1541]]) que lo obtuvo artificialmente mezclando metales con ácidos fuertes. Paracelso no era consciente de que el gas inflamable generado en estas reacciones químicas estaba compuesto por un nuevo elemento químico.  
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En [[1671]], Robert Boyle redescubrió y describió la reacción que se producía entre limaduras de hierro y ácidos diluidos, lo que resulta en la producción de gas hidrógeno.  
  
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En [[1671|1671]], [[Robert Boyle|Robert Boyle]] redescubrió y describió la reacción que se producía entre limaduras de hierro y ácidos diluidos, y que generaba hidrógeno gaseoso. En [[1766|1766]], [[Henry Cavendish|Henry Cavendish]] fue el primero en reconocer el hidrógeno gaseoso como una sustancia discreta, identificando el gas producido en la reacción metal - ácido como "aire inflamable" y descubriendo que la combustión del gas generaba [[Agua|agua]].  
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En [[1766]], Henry Cavendish fue el primero en reconocer el hidrógeno gaseoso como una sustancia discreta, identificando el gas producido en la reacción metal-ácido como "aire inflamable" y descubriendo más profundamente, en [[1781]], que el gas produce agua cuando se quema. Generalmente, se le da el crédito por su descubrimiento como un elemento químico.  
  
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Cavendish tropezó con el hidrógeno cuando experimentaba con ácidos y mercurio. Aunque asumió erróneamente que el hidrógeno era un componente liberado por el mercurio y no por el ácido, fue capaz de describir con precisión varias propiedades fundamentales del hidrógeno.  
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En [[1783]], Antoine Lavoisier dio al elemento el nombre de hidrógeno (del griego υδρώ (hydro), [[agua]] y γένος-ου (genes) generar, es decir, "productor de agua") cuando él y Laplace reprodujeron el descubrimiento de Cavendish, donde se produce agua cuando se quema hidrógeno. Lavoisier produjo hidrógeno para sus experimentos sobre conservación de la masa haciendo reaccionar un flujo de vapor con hierro metálico a través de un tubo de hierro incandescente calentado al fuego.
  
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Tradicionalmente, se considera a Cavendish el descubridor de este elemento. En [[1783|1783]], [[Antoine Lavoisier|Antoine Lavoisier]] dio al elemento el nombre de hidrógeno (en francés Hydrogène, del griego ὕδωρ, ὕδᾰτος, "agua" y γένος-ου, "generador") cuando comprobó (junto a Laplace) el descubrimiento de Cavendish. En el artículo teoría del flogisto se narra un poco más acerca de esta historia.  
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Muchos metales, tales como circonio, se someten a una reacción similar con [[agua]], lo que conduce a la producción de hidrógeno.
  
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=== Papel del hidrógeno en la Teoría Cuántica  ===
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El hidrógeno fue licuado por primera vez por James Dewar en [[1898]] al usar refrigeración regenerativa, y su invención se aproxima mucho a lo que conocemos hoy en día como termo. Produjo hidrógeno sólido al año siguiente. El deuterio fue descubierto en [[diciembre]] de [[1931]] por Harold Urey, y el tritio fue preparado en [[1934]] por Ernest Rutherford, Marcus Oliphant, y Paul Harteck. El agua pesada, que tiene deuterio en lugar de hidrógeno regular en la molécula de agua, fue descubierta por el equipo de Urey en [[1932]].
  
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Gracias a su estructura atómica relativamente simple, consistente en un solo protón y un solo electrón para el isótopo más abundante (protio), el átomo de hidrógeno posee un espectro de absorción que pudo ser explicado cuantitativamente lo que supuso un punto central del modelo atómico de Bohr que sirvió como un hito en el desarrollo la Teoría de la Estructura Atómica. Además, la consiguiente simplicidad de la molécula de hidrógeno diatómico y el correspondiente catión dihidrógeno, H2+, permitió una comprensión más completa de la [[Naturaleza|naturaleza]] del enlace químico, que continuó poco después con el tratamiento mecano - cuántico del átomo de hidrógeno, que había sido desarrollado a mediados de la década de [[1920|1920]] por [[Erwin Schrödinger|Erwin Schrödinger]] y [[Werner Heisenberg|Werner Heisenberg]].  
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François Isaac de Rivaz construyó el primer dispositivo de combustión interna propulsado por una mezcla de hidrógeno y [[oxígeno]] en [[1806]]. Edward Daniel Clarke inventó el rebufo de gas de hidrógeno en [[1819]]. La lámpara de Döbereiner y la Luminaria Drummond fueron inventadas en [[1823]].  
  
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Uno de los primeros efectos cuánticos que fue explícitamente advertido (pero no entendido en ese momento) fue una observación de Maxwell en la que estaba involucrado el hidrógeno, medio siglo antes de que se estableciera completamente la Teoría Mecano - Cuántica.  
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El llenado del primer globo con gas hidrógeno fue documentado por Jacques Charles en [[1783]]. El hidrógeno proveía el ascenso a la primera manera confiable de viajes aéreos después de la invención del primer dirigible de hidrógeno retirado en [[1852]] por Henri Giffard. El conde alemán Ferdinand von Zeppelin promovió la idea de utilizar el hidrógeno en dirigibles rígidos, que más tarde fueron llamados zepelines, el primero de los cuales tuvo su vuelo inaugural en [[1900]]. Los vuelos normales comenzaron en [[1910]], y para el inicio de la [[Primera Guerra Mundial]], en [[agosto]] de [[1914]], se había trasladado a 35 000 pasajeros sin ningún incidente grave. Los dirigibles elevados con hidrógeno se utilizan como plataformas de observación y bombarderos durante la guerra.  
  
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Maxwell observó que el calor específico del H2, inexplicablemente, se desviaba del correspondiente a un gas diatómico por debajo de la temperatura ambiente y comenzaba a parecerse cada vez más al correspondiente a un gas monoátomico a temperaturas muy bajas. De acuerdo con la Teoría Cuántica, este comportamiento resulta del espaciamiento de los niveles energéticos rotacionales (cuantizados), que se encuentran particularmente separados en el H2 debido a su pequeña masa.  
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La primera travesía transatlántica sin escalas fue hecha por el dirigible británico R34 en [[1919]]. A partir de [[1928]], con el Graf Zeppelin LZ 127, el servicio regular de pasajeros prosiguió hasta mediados de la década de [[1930]] sin ningún incidente. Con el descubrimiento de las reservas de otro tipo de gas ligero en los [[Estados Unidos]], este proyecto debió ser modificado, ya que el otro elemento prometió más seguridad, pero el Gobierno de Estados Unidos se negó a vender el gas a tal efecto. Por lo tanto, el H2 fue utilizado en el dirigible Hindenburg, que resultó destruido en un incidente en vuelo sobre [[Nueva Jersey]] el [[6 de mayo]] de [[1937]]. El incidente fue transmitido en vivo por radio y filmado. El encendido de una fuga de hidrógeno se atribuyó como la causa del incidente, pero las investigaciones posteriores señalaron a la ignición del revestimiento de tejido aluminizado por la electricidad estática.
  
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Estos niveles tan separados impiden el reparto equitativo de la energía calorífica para generar movimiento rotacional en el hidrógeno a bajas temperaturas. Los gases diatómicos compuestos de átomos pesados no poseen niveles energéticos rotacionales tan separados y, por tanto, no presentan el mismo efecto que el hidrógeno.
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== Abundancia en la naturaleza ==
  
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== Abundancia  ==
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El hidrógeno es el elemento químico más abundante del universo, suponiendo más del 75 % en materia normal por masa y más del 90 % en número de átomos. Este elemento se encuentra en abundancia en las estrellas y los planetas gaseosos gigantes. Las nubes moleculares de H2 están asociadas a la formación de las estrellas. El hidrógeno también juega un papel fundamental como combustible de las estrellas por medio de las reacciones de fusión nuclear entre núcleos de hidrógeno.
  
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El hidrógeno es el elemento más abundante del universo, suponiendo más del 75% en masa y más del 90% en número de átomos. Este elemento se encuentra en abundancia en las estrellas y los planetas gaseosos gigantes. Las nubes moleculares de H2 están asociadas a la formación de las estrellas.  
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En el universo, el hidrógeno se encuentra principalmente en su forma atómica y en estado de plasma, cuyas propiedades son bastante diferentes a las del hidrógeno molecular. Como plasma, el electrón y el protón del hidrógeno no se encuentran ligados, por lo que presenta una alta conductividad eléctrica y una gran emisividad (origen de la luz emitida por el [[Sol]] y otras estrellas). Las partículas cargadas están fuertemente influenciadas por los campos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, en los vientos solares las partículas interaccionan con la magnetosfera terrestre generando corrientes de Birkeland y el fenómeno de las auroras.
  
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El hidrógeno también juega un papel fundamental como combustible de las estrellas por medio de las reacciones de fusión nuclear entre núcleos de hidrógeno. En el universo, el hidrógeno se encuentra principalmente en su forma atómica y en estado de plasma, cuyas propiedades son bastante diferentes a las del hidrógeno molecular. Como plasma, el electrón y el protón del hidrógeno no se encuentran ligados, por lo que presenta una alta conductividad eléctrica y una gran emisividad (origen de la luz emitida por el Sol y otras estrellas).  
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Bajo condiciones normales de presión y temperatura, el hidrógeno existe como gas diatómico, H2. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso es extremadamente poco abundante en la [[atmósfera]] de la [[Tierra]] (1 ppm en volumen), debido a su pequeña masa que le permite escapar al influjo de la gravedad terrestre más fácilmente que otros gases más pesados. Aunque los átomos de hidrógeno y las moléculas diatómicas de hidrógeno abundan en el espacio interestelar, son difíciles de generar, concentrar y purificar en la Tierra. El hidrógeno es el decimoquinto elemento más abundante en la superficie terrestre. La mayor parte del hidrógeno terrestre se encuentra formando parte de compuestos químicos tales como los hidrocarburos o el [[agua]]. El hidrógeno gaseoso es producido por algunas bacterias y algas, y es un componente natural de las flatulencias.
  
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Las partículas cargadas están fuertemente influenciadas por los campos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, en los vientos solares las partículas interaccionan con la magnetosfera terrestre generando corrientes de Birkeland y el fenómeno de la aurora. Bajo condiciones ordinarias en la [[Planeta Tierra|Tierra]], el hidrógeno existe como gas diatómico, H2. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso es extremadamente poco abundante en la atmósfera de la Tierra (1 ppm en volumen), debido a su pequeña masa que le permite escapar al influjo de la gravedad terrestre más fácilmente que otros gases más pesados.
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== Combustión ==
  
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Aunque los átomos de hidrógeno y las moléculas diatómicas de hidrógeno abundan en el espacio interestelar, son difíciles de generar, concentrar y purificar en la Tierra. El hidrógeno es el decimoquinto elemento más abundante en la superficie terrestre La mayor parte del hidrógeno terrestre se encuentra formando parte de compuestos químicos tales como los hidrocarburos o el agua.  
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El gas hidrógeno (dihidrógeno) es altamente inflamable y se quema en concentraciones de 4 % o más H2 en el aire. La entalpía de combustión de hidrógeno es −286 kJ/mol. Cuando se mezcla con [[oxígeno]] en una variedad de proporciones, de hidrógeno explota por ignición.  
  
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El [[Hidrógeno|hidrógeno]] gaseoso es producido por algunas bacterias y algas, y es un componente natural de las flatulencias. El metano es una fuente de enorme importancia para la obtención del hidrógeno.
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El hidrógeno se quema violentamente en el aire; se produce la ignición automáticamente a una temperatura de 560 °C. Llamas de hidrógeno-oxígeno puros se queman en la gama del color ultravioleta y son casi invisibles a simple vista, como lo demuestra la debilidad de la llama de las turbinas principales del transbordador espacial (a diferencia de las llamas fácilmente visibles del cohete acelerador del sólido). Así que se necesita un detector de llama para detectar si una fuga de hidrógeno está ardiendo. La explosión del dirigible Hindenburg fue un caso infame de combustión de hidrógeno. La causa fue debatida, pero los materiales combustibles en la cubierta de la aeronave fueron los responsables del color de las llamas. Otra característica de los fuegos de hidrógeno es que las llamas tienden a ascender rápidamente con el gas en el aire, como ilustraron las llamas del Hindenburg, causando menos daño que los fuegos de hidrocarburos. Dos terceras partes de los pasajeros del Hindenburg sobrevivieron al incendio, y muchas de las muertes que se produjeron fueron por caída o fuego del combustible diesel.  
  
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== El átomo de hidrógeno  ==
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El hidrógeno reacciona directamente con otros elementos oxidantes. Una reacción espontánea y violenta puede ocurrir a temperatura ambiente con cloro y flúor, formando los haluros de hidrógeno correspondientes: cloruro de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno. A diferencia la de los hidrocarburos, la combustión del hidrógeno no genera óxidos de carbono (monóxido y dióxido) sino simplemente [[agua]] en forma de vapor, por lo que se considera un combustible amigable con el [[medio ambiente]] y ayuda a mitigar el calentamiento global.
  
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=== Niveles energéticos electrónicos  ===
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== Reacciones biológicas ==
  
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El nivel energético del estado fundamental electrónico de un átomo de hidrógeno es -13,6 eV, que equivale a un fotón ultravioleta de, aproximadamente, 92 nm de longitud de onda. Los niveles energéticos del hidrógeno pueden calcularse con bastante precisión empleando el modelo atómico de Bohr, que considera que el electrón orbita alrededor del protón de forma análoga a la orbita terrestre alrededor del Sol. Sin embargo, la fuerza electromagnética hace que el protón y el electrón se atraigan, de igual modo que los planetas y otros cuerpos celestes se atraen por la fuerza gravitatoria.  
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Es un producto de algunos tipos de metabolismo anaeróbico y es producido por diversos microorganismos, por lo general a través de reacciones catalizadas por enzimas que contienen hierro o [[níquel]] llamadas hidrogenasas. Estas enzimas catalizan la reacción redox reversible entre H2 y sus componentes, dos protones y dos electrones. La creación de gas de hidrógeno ocurre en la transferencia de reducir equivalentes producidos durante la fermentación del piruvato al [[agua]].  
  
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Debido al carácter discreto (cuantizado) del momento angular postulado en los inicios de la Mecánica Cuántica por Bohr, el electrón en el modelo de Bohr sólo puede orbitar a ciertas distancias permitidas alrededor del protón y, por extensión, con ciertos valores de energía permitidos.  
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La separación del agua, en la que el agua se descompone en sus componentes, protones, electrones y [[oxígeno]] ocurre durante la fase clara en todos los organismos fotosintéticos. Algunos organismos —incluyendo el alga Chlamydomonas reinhardtii y cianobacteria— evolucionaron un paso más en la fase oscura en el que los protones y los electrones se reducen para formar gas de H2 por hidrogenasas especializadas en el cloroplasto. Se realizaron esfuerzos para modificar genéticamente las hidrogenasas de cianobacterias para sintetizar de manera eficiente el gas H2 incluso en la presencia de oxígeno. También se realizaron esfuerzos con algas modificadas genéticamente en un biorreactor.
  
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Una descripción más precisa del átomo de hidrógeno viene dada mediante un tratamiento puramente mecano - cuántico que emplea la ecuación de onda de Schrödinger o la formulación equivalente de las integrales de camino de Feynman para calcular la densidad de probabilidad del electrón.
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== Aplicaciones ==
  
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El tratamiento del electrón a través de la hipótesis de De Broglie (dualidad onda - partícula) reproduce resultados químicos (tales como la configuración del átomo de hidrógeno) de manera más natural que el modelo de partículas de Bohr, aunque la energía y los resultados espectrales son los mismos.  
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Se necesitan grandes cantidades de H2 en las industrias del [[petróleo]] y química. Una aplicación adicional de H2 es de tratamiento ("mejoramiento") de combustibles fósiles, y en la producción de amoníaco. Los principales consumidores de H2 en una planta petroquímica incluyen hidrodesalquilación, hidrodesulfuración, y de hidrocraqueo. El H2 se utiliza como un agente hidrogenizante, particularmente en el aumento del nivel de saturación de las grasas y aceites insaturados (que se encuentran en artículos como la margarina) y en la producción de [[metanol]]. Del mismo modo es la fuente de hidrógeno en la fabricación de ácido clorhídrico. El H2 también se utiliza como agente reductor de minerales metálicos.  
  
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Si en la construcción del modelo se emplea la masa reducida del núcleo y del electrón (como se haría en el problema de dos cuerpos en Mecánica Clásica), se obtiene una mejor formulación para los espectros del hidrógeno, y los desplazamientos espectrales correctos para el deuterio y el tritio.  
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Además de su uso como un reactivo, H2 tiene amplias aplicaciones en la física y la ingeniería. Se utiliza como gas de protección en los métodos de soldadura tales como la soldadura de hidrógeno atómico. H2 se utiliza como un enfriador de generadores en centrales eléctricas, porque tiene la mayor conductividad térmica de todos los gases. H2 líquido se utiliza en las investigaciones criogénicas, incluyendo estudios de superconductividad. Dado que el H2 es más ligero que el aire, teniendo un poco más de 1/15 de la densidad del aire, fue ampliamente utilizado en el pasado como gas de elevación en globos aerostáticos y dirigibles.  
  
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Pequeños ajustes en los niveles energéticos del átomo de hidrógeno, que corresponden a efectos espectrales reales, pueden determinarse usando la Teoría Mecano - Cuántica completa, que corrige los efectos de la Relatividad Especial (ver ecuación de Dirac), y computando los efectos cuánticos originados por la producción de partículas virtuales en el vacío y como resultado de los campos eléctricos (ver Electrodinámica Cuántica).  
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En aplicaciones más recientes, se utiliza hidrógeno puro o mezclado con [[nitrógeno]] (a veces llamado forming gas) como gas indicador para detectar fugas. Las aplicaciones pueden ser encontradas en las industrias automotriz, química, de generación de energía, aeroespacial y de telecomunicaciones. El hidrógeno es un aditivo alimentario autorizado (E 949) que permite la prueba de fugas de paquetes, entre otras propiedades antioxidantes.  
  
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En el hidrógeno gaseoso, el nivel energético del estado electrónico fundamental está dividido a su vez en otros niveles de estructura hiperfina, originados por el efecto de las interacciones magnéticas producidas entre los espines del electrón y del protón. La energía del átomo cuando los espines del protón y del electrón están alineados es superior que cuando los espines no lo están.  
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Los isótopos más raros de hidrógeno también poseen aplicaciones específicas para cada uno. El deuterio (hidrógeno-2) se utiliza en aplicaciones de la fisión nuclear como un moderador para neutrones lentos, y en las reacciones de fusión nuclear. Los compuestos de deuterio tienen aplicaciones en la química y biología en los estudios de los efectos isotópicos. El Tritio (hidrógeno-3), producido en los reactores nucleares, se utiliza en la producción de bombas de hidrógeno, como un marcador isotópico en las ciencias biológicas, como una fuente de radiación en pinturas luminosas.  
  
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La transición entre esos dos estados puede tener lugar mediante la emisión de un fotón a través de una transición de dipolo magnético. Los radiotelescopios pueden detectar la radiación producida en este proceso, lo que sirve para crear mapas de distribución del hidrógeno en la galaxia.  
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La temperatura de equilibrio del punto triple de hidrógeno es un punto fijo definido en la escala de temperatura ITS-90 a 13,8033 Kelvin.
  
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=== Isótopos  ===
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== Seguridad y precauciones ==
  
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El hidrógeno posee tres [[Isótopos|isótopos]] naturales que se denotan como 1H, 2H y 3H. Otros isótopos altamente inestables (del 4H al 7H) han sido sintetizados en laboratorio, pero nunca observados en la [[Naturaleza|naturaleza]]. · 1H, conocido como protio, es el isótopo más común del hidrógeno con una abundancia de más del 99,98%.  
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El hidrógeno genera diversos riesgos para la seguridad humana, de potenciales detonaciones e incendios cuando se mezcla con el aire al ser un asfixiante en su forma pura, libre de [[oxígeno]]. Además, el hidrógeno líquido es un criogénico y presenta peligros (tales como congelación) asociados con líquidos muy fríos. El elemento se disuelve en algunos metales y, además de fuga, pueden tener efectos adversos sobre ellos, tales como fragilización por hidrógeno. La fuga de gas de hidrógeno en el aire externo puede inflamarse espontáneamente. Por otra parte, el fuego de hidrógeno, siendo extremadamente caliente, es casi invisible, y por lo tanto puede dar lugar a quemaduras accidentales.  
  
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Debido a que el núcleo de este isótopo está formado por un solo protón se le ha bautizado como protio, nombre que a pesar de ser muy descriptivo, es poco usado. · 2H, el otro isótopo estable del hidrógeno, es conocido como deuterio y su núcleo contiene un protón y un neutrón. El deuterio representa el 0,0026% o el 0,0184% (según sea en fracción molar o fracción atómica) del hidrógeno presente en la Tierra, encontrándose las menores concentraciones en el hidrógeno gaseoso, y las mayores (0,015% o 150 ppm) en aguas oceánicas.  
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Aunque incluso interpretar los datos de hidrógeno (incluyendo los datos para la seguridad) es confundido por diversos fenómenos. Muchas de las propiedades físicas y químicas del hidrógeno, dependen de la tasa de parahidrógeno/ortohidrógeno (por lo general llevar a días o semanas a una temperatura determinada para llegar a la tasa de equilibrio por el cual los resultados suelen aparecer. los parámetros de detonación de hidrógeno, como la presión y temperatura crítica de fundición, dependen en gran medida de la geometría del recipiente.
  
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El deuterio no es radiactivo, y no representa un riesgo significativo de toxicidad. El agua enriquecida en moléculas que incluyen deuterio en lugar de hidrógeno 1H (protio), se denomina agua pesada. El deuterio y sus compuestos se emplean en marcado no radiactivo en experimentos y también en disolventes usados en espectroscopia 1H - RMN. El agua pesada se utiliza como moderador de neutrones y refrigerante en reactores nucleares.
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== Bibliografías ==
  
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El deuterio es también un potencial combustible para la fusión nuclear con fines comerciales. · 3H se conoce como tritio y contiene un protón y dos neutrones en su núcleo. Es radiactivo, desintegrándose en 32He+ a través de una emisión beta. Posee un periodo de semidesintegración de 12,33 años.  
+
*Asimov, Isaac (2014). Breve historia de la química: Introducción a las ideas y conceptos de la química. Alianza Editorial (El Libro de Bolsillo). p. 83. ISBN 978-84-206-6421-7.
 +
*Shriver, D. F.; Atkins, P. W.; Langford, C. H. Química Inorgánica, Vol. 1 Segunda edición. Reverté. 1997 ISBN 84-291-7004-9
 +
*Gutiérrez Ríos, E. Química Inorgánica. Reverté. 1994. ISBN 84-291-7215-7
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*Schlapbach, L. y A. Züttel (2001), “Hydrogen-storage materials for mobile applications”, Nature, 414:353-358.
 +
*R.E. Kirk – D.S. Othmer, Encyclopedia of Chemical Techology, 3ª ed. John Wiley, (1978).
 +
*Actas de la Reunión de París (Francia) sobre Producción Nuclear de Hidrógeno, 2-3 octubre 2000, NEA-OCDE. París (2001).
 +
*OCDE, CEPAL, «Evaluaciones del desempeño ambiental,» 2016.
 +
*A. San Martín, «Hidrogeno en Metales y sus Aplicaciones,» de IV Simposio de Física Experimental, Concepción, 1992.
 +
*A. San Martin, «Aleaciones almacenadoras de hidrógeno y sus usos,» de HIDRÓGENO EN MATERIALES, Simposio MATERIA ́97, Montevideo, 1997.
 +
*M. Tesei, F. Hentzschel y J. Ramírez, «Hidrógeno para la Movilidad y su Producción, Reporte de Inteligencia Tecnológica,» CORFO, Santiago, 2017.
 +
*F. G. Salinas, «Producción solar de hidrógeno utilizando el principio de electrólisis,» Santiago, 2016.
  
−
Pequeñas cantidades de tritio se encuentran en la naturaleza por efecto de la interacción de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos. También ha sido liberado tritio por la realización de pruebas de armamento nuclear. El tritio se usa en reacciones de fusión nuclear, como trazador en Geoquímica Isotópica, y en dispositivos luminosos auto - alimentados.
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== Fuentes ==
  
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Antes era común emplear el tritio como radiomarcador en experimentos químicos y biológicos, pero actualmente se usa menos. El hidrógeno es el único elemento que posee diferentes nombres comunes para cada uno de sus isótopos (naturales). Durante los inicios de los estudios sobre la radiactividad, a algunos isótopos radiactivos pesados les fueron asignados nombres, pero ninguno de ellos se sigue usando).
+
*[https://definicion.de/hidrogeno/ Definición.de]
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*[https://www.eve.eus/Conoce-la-Energia/Que-sabes-de/El-hidrogeno?lang=es-es/ Agencia Energética del Gobierno Vasco]
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*[http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-888X2012000100005/ SciELO México – Biblioteca electrónica científica en línea]
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*[https://www.energyavm.es/plantas-de-hidrogeno-como-funcionan-y-para-que-sirven/ EnérgyaVM – Primera zona de regulación 100% eólica de Europa]
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*[https://www.caracteristicas.co/hidrogeno/ Hidrógeno – Definición y Características]
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*[http://enciclopedia.us.es/index.php/Hidr%C3%B3geno/ Enciclopedia Libre Universal en Español]
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*[https://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/70_1/PDF/Hidrogeno.pdf/ Revista Ciencia – Academia Mexicana de Ciencias]
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*[https://www.ier.unam.mx/~ojs/pub/Liquid3/node12.html/ Instituto de Energías Renovables – México]
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*[https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=181620581004/ Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal]
  
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Los símbolos D y T (en lugar de 2H y 3H) se usan a veces para referirse al deuterio y al tritio, pero el símbolo P corresponde al fósforo y, por tanto, no puede usarse para representar al protio. La IUPAC declara que aunque el uso de estos símbolos sea común, no es lo aconsejado.
 
  
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== Formas elementales moleculares  ==
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[[Category:Elementos no metálicos]]  
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[[Category:Elementos químicos]]  
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Existen dos tipos distintos de moléculas diatómicas de hidrógeno que difieren en la relación entre los espines de sus núcleos:
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[[Category:Gases]]  
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[[Category:Hidrógeno]]
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· '''Orto - hidrógeno''': los espines de los dos protones se encuentran paralelos y conforman un estado triplete.
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[[Categoría:Artículos certificados]]
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· '''Para - hidrógeno''': los espines de los dos protones se encuentran antiparalelos y conforman un estado singlete.
 
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En condiciones normales de presión y temperatura el hidrógeno gaseoso contiene aproximadamente un 25% de la forma para y un 75% de la forma orto, también conocida como "forma normal".
 
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La relación del equilibrio entre orto - hidrógeno y para - hidrógeno depende de la temperatura, pero puesto que la forma orto es un estado excitado, y por tanto posee una energía superior, es inestable y no puede ser purificada. A temperaturas muy bajas, el estado de equilibrio está compuesto casi exclusivamente por la forma para.
 
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Las propiedades físicas del para - hidrógeno puro difieren ligeramente de las de la forma normal (orto). La distinción entre formas orto / para también se presenta en otras moléculas o grupos funcionales que contienen hidrógeno, tales como el [[Agua|agua]] o el metileno.
 
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La interconversión no catalizada entre el para - hidrógeno y el orto - hidrógeno se incrementa al aumentar la temperatura; por esta razón, el H2 condensado rápidamente contiene grandes cantidades de la forma orto que pasa a la forma para lentamente.
 
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La relación orto / para en el H2 condensado es algo importante a tener en cuenta para la preparación y el almacenamiento del hidrógeno líquido: la conversión de la forma orto a la forma para es exotérmica y produce el calor suficiente para evaporar el hidrógeno líquido, provocando la pérdida del material licuado.
 
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Catalizadores para la interconversión orto / para, tales como compuestos de hierro, son usados en procesos de refrigeración con hidrógeno. Una forma molecular llamada "hidrógeno molecular protonado", H3+, se encuentra en el medio interestelar, donde se genera por la ionización del hidrógeno molecular provocada por los rayos cósmicos. También se ha observado en las capas superiores de la atmósfera de Júpiter.
 
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Esta molécula es relativamente estable en el medio del espacio exterior debido a las bajas temperaturas y a la bajísima densidad. El H3+ es uno de los iones más abundantes del universo, y juega un papel notable en la química del medio interestelar.
 
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=== Hidrógeno metálico  ===
 
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Artículo principal: Hidrógeno metálico Si bien se suele catalogar al hidrógeno como no metal, a bajas temperaturas y altas presiones puede comportarse como metal. En marzo de [[1996|1996]], un grupo de científicos del [[Laboratorio Nacional Lawrence Livermore|Laboratorio Nacional Lawrence Livermore]] informó de que habían producido casualmente, durante un microsegundo y a temperaturas de miles de kelvins y presiones de más de un millón de atmósferas (&gt; 100 GPa), el primer hidrógeno metálico identificable.
 
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== Aplicaciones  ==
 
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El átomo de hidrógeno no puede aislarse, siempre se encuentra formando moléculas o compuestos. La molécula más sencilla es el hidrógeno diatómico. Para conocer información adicional de alguna sustancia que contiene átomos de hidrógeno, diríjase a los artículos sobre dihidrógeno, hidruro, ácido, o hidrocarburo.
 
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== Compuestos  ==
 
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=== Compuestos covalentes y orgánicos  ===
 
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A pesar de que el H2 no es muy reactivo en condiciones normales, forma multitud de compuestos con la mayoría de los elementos químicos. Se conocen millones de hidrocarburos, pero no se generan por la reacción directa del [[Hidrógeno|hidrógeno]] elemental con el [[Carbono|carbono]] (aunque la producción del gas de síntesis seguida del proceso Fischer - Tropsch para sintetizar hidrocarburos parece ser una excepción pues comienza con carbón e [[Hidrógeno|hidrógeno]] elemental generado in situ).
 
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El hidrógeno puede formar compuestos con elementos más electronegativos, tales como los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo) o los calcógenos ([[Oxígeno|oxígeno]], [[Azufre|azufre]], [[Selenio|selenio]]); en estos compuestos, el hidrógeno adquiere carga parcial positiva debido a la polaridad del enlace covalente.
 
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Cuando se encuentra unido al flúor, al oxígeno o al nitrógeno, el hidrógeno puede participar en una modalidad de enlace no covalente llamado "enlace de hidrógeno" o "puente de hidrógeno", que es fundamental para la estabilidad de muchas moléculas biológicas.
 
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El [[Hidrógeno|hidrógeno]] puede también formar compuestos con elementos menos electronegativos, tales como metales o semi - metales, en los cuales adquiere carga parcial negativa. Estos compuestos se conocen como hidruros.
 
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El [[Hidrógeno|hidrógeno]] forma una enorme variedad de compuestos con el carbono. Debido a su presencia en los seres vivos, estos compuestos se denominan compuestos orgánicos; el estudio de sus propiedades es la finalidad de la Química Orgánica, y el estudio en el contexto de los organismos vivos se conoce como [[Bioquímica|Bioquímica]].
 
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Atendiendo a algunas definiciones, los compuestos "orgánicos" requieren la presencia de carbono para ser denominados así (ahí tenemos el clásico ejemplo de la urea) pero no todos los compuestos de carbono se consideran orgánicos (es el caso del monóxido de [[Carbono|carbono]], o los carbonatos metálicos.
 
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La mayoría de los compuestos orgánicos también contienen [[Hidrógeno|hidrógeno]] y, puesto que es el enlace carbono-hidrógeno el que proporciona a estos compuestos muchas de sus principales características, se hace necesario mencionar el enlace carbono-hidrógeno en algunas definiciones de la palabra "orgánica" en [[Química|Química]]. (Estas recientes definiciones no son perfectas, sin embargo, ya que un compuesto indudablemente orgánico como la urea no podría ser catalogado como tal atendiendo a ellas).
 
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En la Química Inorgánica, los hidruros pueden servir también como ligandos puente que unen dos centros metálicos en un complejo de coordinación. Esta función es particularmente común en los elementos del grupo 13, especialmente en los boranos (hidruros de boro) y en los complejos de aluminio, así como en los clústers de carborano.
 
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Algunos ejemplos de compuestos covalentes importantes que contienen hidrógeno son: amoniaco (NH3), hidracina (N2H4), agua (H2O), peróxido de hidrógeno (H2O2), sulfuro de hidrógeno (H2S), etc.
 
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=== Hidruros  ===
 
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A menudo los compuestos del hidrógeno se denominan hidruros, un término usado con bastante inexactitud. Para los químicos, el término "hidruro" generalmente implica que el átomo de hidrógeno ha adquirido carga parcial negativa o carácter aniónico (denotado como H-).
 
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La existencia del anión hidruro, propuesta por G. N. Lewis en [[1916|1916]] para los hidruros iónicos del grupo 1 (I) y 2 (II), fue demostrada por Moers en [[1920|1920]] con la electrolisis del hidruro de litio (LiH) fundido, que producía una cantidad estequiométrica de hidrógeno en el ánodo. Para los hidruros de metales de otros grupos, el término es bastante erróneo, considerando la baja electronegatividad del [[Hidrógeno|hidrógeno]].
 
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Una excepción en los hidruros del grupo II es el BeH2, que es polimérico. En el tetrahidruroaluminato (III) de litio, el anión AlH4- posee sus centros hidrúricos firmemente unidos al [[Aluminio|aluminio]] (III). Aunque los hidruros pueden formarse con casi todos los elementos del grupo principal, el número y combinación de posibles compuestos varía mucho; por ejemplo, existen más de 100 hidruros binarios de boro conocidos, pero solamente uno de aluminio. El hidruro binario de indio no ha sido identificado aún, aunque existen complejos mayores.
 
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=== "Protones" y ácidos  ===
 
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La oxidación del H2 formalmente origina el protón, H+. Esta especie es fundamental para explicar las propiedades de los ácidos, aunque el término "protón" se usa imprecisamente para referirse al hidrógeno catiónico o ion hidrógeno, denotado H+.
 
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Un protón aislado H+ no puede existir en disolución debido a su fuerte tendencia a unirse a átomos o moléculas con electrones mediante un enlace coordinado o enlace dativo. Para evitar la cómoda, aunque incierta, idea del protón aislado solvatado en disolución, en las disoluciones ácidas acuosas se considera la presencia del ion hidronio (H3O+) organizado en clústers para formar la especie H9O4+.
 
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Otros iones oxonio están presentes cuando el agua forma disoluciones con otros disolventes. Aunque exótico en la [[Tierra|Tierra]], uno de los iones más comunes en el universo es el H3+, conocido como hidrógeno molecular protonado o catión hidrógeno triatómico.
 
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== Ventajas y desventajas de la utilización como energía ==
 
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===Ventajas===
 
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*No produce: contaminación ni consume recursos naturales, se toma del agua y luego se oxida y se devuelve en el agua. No hay productos secundarios ni tóxicos de ningún tipo que puedan producirse en este proceso.
 
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*Seguridad: Es más seguro que el combustible que está siendo reemplazado. Además de disiparse rápidamente en la atmósfera si se fuga, no es tóxico.
 
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*Alta eficiencia: las celdas de combustible convierten la energía química directamente a [[electricidad]] con mayor eficiencia que ningún otro sistema de [[energía]].
 
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*Funcionamiento silencioso: en funcionamiento normal, la celda de combustible es casi absolutamente silenciosa.
 
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*Modularidad: se puede elaborar las celdas de combustible en cualquier tamaño, tan pequeñas como para impulsar una carretilla de [[Golf]] o tan grandes como para generar energía para una comunidad. Esta modularidad permite aumentar la energía de los sistemas según los crecimientos de la demanda energética, reduciendo drásticamente los costos iniciales.
 
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=== Desventajas ===
 
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Las desventajas del uso del hidrógeno son las siguientes:  
 
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* Como no es un combustible primario entonces se incurre en un gasto para la obtención.
 
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* Requiere de sistemas de almacenamiento costosos y aun poco desarrollados.
 
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* Elevado gasto de energía en la licuefacción.
 
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* Elevado precio del hidrógeno puro.
 
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== Aplicación ==
 
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El hidrógeno como combustible puede usarse mediante el uso directo en un motor de combustión interna, una estufa, etc. o utilizarse en forma eficiente en una celda de combustible. Esta última opción es la que más llama la atención para una aplicación masiva del hidrógeno, debido a que las celdas de combustible ofrecen limpieza, versatilidad, capacidad modular y altas eficiencias en la transformación de la energía química del hidrógeno en energía eléctrica. La [[NASA]] inicio el desarrollo de las celdas de combustibles con aplicaciones para producir electricidad durante vuelos espaciales. A partir de los años ochenta, varios países
 
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como [[Estados Unidos]], [[Canadá]], [[Japón]] y otros de la [[Unión Europea]] impulsaron la investigación y el desarrollo de esta tecnología y como resultado, actualmente cientos de compañías por todo el mundo están comercializando las celdas de combustible, tanto en
 
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estaciones fijas como portátiles.
 
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== Véase también ==
 
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* [[Cloruro de Hidrógeno]]
 
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== Fuentes  ==
 
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−
*[http://www.lenntech.es/periodica/elementos/h.htm Propiedades químicas]
 
−
*[http://www.proyectohercules.es/opencms/es/galerias/descargas/web/Historia_del_hidrogeno_20090129.pdf Historia del Hidrógeno]
 
−
*[http://www.elmasacre.com/?modulo=articulos&seccion=67&articulo=2544 Uso del Hidrógeno como combustible]
 
−
*[http://www.lenntech.es/periodica/elementos/h.htm Efectos sobre la salud]
 
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[[Category:Química]]
 

última versión al 10:05 3 nov 2020

Artículo certificado
 Este artículo ha sido certificado por la MSc. Mayra Arap Fresno, perteneciente a la Universidad Agraria de La Habana (UNAH).


Hidrógeno
Información sobre la plantilla
Hidrógeno.jpg
Información general
Nombre,símbolo,número:Hidrógeno, H, 1
Serie química:No metales
Grupo,período,bloque:1, 1, s
Densidad:0.071 g/l a 0ºC
Propiedades atómicas
Radio medio:25 pm
Radio atómico(calc):53 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente:37 pm
Radio de van der Walls:120 pm
Electrones por nivel de energía:1
Estado(s) de oxidación:-1, 1 y 0
Estructura cristalina:Hexagonal


Hidrógeno . Es el elemento químico de número atómico 1, representado por el símbolo H con una masa atómica de 1,00794 (7) u, es el más ligero de la tabla de los elementos. Por lo general, se presenta en su forma molecular, formando el gas diatómico H2 en condiciones normales. Este gas es inflamable, incoloro, inodoro, no metálico e insoluble en agua.

Debido a sus distintas propiedades, el hidrógeno no se puede encuadrar claramente en ningún grupo de la tabla periódica, aunque muchas veces se sitúa en el grupo 1 (o familia 1A) por poseer un solo electrón en la capa de valencia o capa superior.

El hidrógeno es el elemento químico más abundante, al constituir aproximadamente el 75 % de la materia visible del universo. En su secuencia principal, las estrellas están compuestas principalmente por hidrógeno en estado de plasma.

Las características de este elemento y su solubilidad en diversos metales son muy importantes en la metalurgia, puesto que muchos metales pueden sufrir fragilidad en su presencia, y en el desarrollo de formas seguras de almacenarlo para su uso como combustible. Es altamente soluble en diversos compuestos que poseen tierras raras y metales de transición, y puede ser disuelto tanto en metales cristalinos como amorfos. La solubilidad del hidrógeno en los metales está influenciada por las distorsiones locales o impurezas en la estructura cristalina del metal.

Etimología

El término hidrógeno proviene del latín hydrogenium, y éste del griego antiguo ὕδωρ (hydro): ‘agua’ y γένος-ου (genos): ‘generador’; es decir, "productor de agua". Fue ése el nombre con el que lo bautizó Antoine Lavoisier. La palabra puede referirse tanto al átomo de hidrógeno (descrito en este artículo), como a la molécula diatómica (H2), que se encuentra a nivel de trazas en la atmósfera terrestre. Los químicos tienden a referirse a esta molécula como dihidrógeno, molécula de hidrógeno, o hidrógeno diatómico, para distinguirla del átomo del elemento, que no existe de forma aislada en las condiciones ordinarias.

Reseña histórica

El hidrógeno diatómico gaseoso, H2, fue el primero producido artificialmente y formalmente descrito por T. von Hohenheim (más conocido como Paracelso), que lo obtuvo artificialmente mezclando metales con ácidos fuertes. Paracelso no era consciente de que el gas inflamable generado en estas reacciones químicas estaba compuesto por un nuevo elemento químico.

En 1671, Robert Boyle redescubrió y describió la reacción que se producía entre limaduras de hierro y ácidos diluidos, lo que resulta en la producción de gas hidrógeno.

En 1766, Henry Cavendish fue el primero en reconocer el hidrógeno gaseoso como una sustancia discreta, identificando el gas producido en la reacción metal-ácido como "aire inflamable" y descubriendo más profundamente, en 1781, que el gas produce agua cuando se quema. Generalmente, se le da el crédito por su descubrimiento como un elemento químico.

En 1783, Antoine Lavoisier dio al elemento el nombre de hidrógeno (del griego υδρώ (hydro), agua y γένος-ου (genes) generar, es decir, "productor de agua") cuando él y Laplace reprodujeron el descubrimiento de Cavendish, donde se produce agua cuando se quema hidrógeno. Lavoisier produjo hidrógeno para sus experimentos sobre conservación de la masa haciendo reaccionar un flujo de vapor con hierro metálico a través de un tubo de hierro incandescente calentado al fuego.

Muchos metales, tales como circonio, se someten a una reacción similar con agua, lo que conduce a la producción de hidrógeno.

El hidrógeno fue licuado por primera vez por James Dewar en 1898 al usar refrigeración regenerativa, y su invención se aproxima mucho a lo que conocemos hoy en día como termo. Produjo hidrógeno sólido al año siguiente. El deuterio fue descubierto en diciembre de 1931 por Harold Urey, y el tritio fue preparado en 1934 por Ernest Rutherford, Marcus Oliphant, y Paul Harteck. El agua pesada, que tiene deuterio en lugar de hidrógeno regular en la molécula de agua, fue descubierta por el equipo de Urey en 1932.

François Isaac de Rivaz construyó el primer dispositivo de combustión interna propulsado por una mezcla de hidrógeno y oxígeno en 1806. Edward Daniel Clarke inventó el rebufo de gas de hidrógeno en 1819. La lámpara de Döbereiner y la Luminaria Drummond fueron inventadas en 1823.

El llenado del primer globo con gas hidrógeno fue documentado por Jacques Charles en 1783. El hidrógeno proveía el ascenso a la primera manera confiable de viajes aéreos después de la invención del primer dirigible de hidrógeno retirado en 1852 por Henri Giffard. El conde alemán Ferdinand von Zeppelin promovió la idea de utilizar el hidrógeno en dirigibles rígidos, que más tarde fueron llamados zepelines, el primero de los cuales tuvo su vuelo inaugural en 1900. Los vuelos normales comenzaron en 1910, y para el inicio de la Primera Guerra Mundial, en agosto de 1914, se había trasladado a 35 000 pasajeros sin ningún incidente grave. Los dirigibles elevados con hidrógeno se utilizan como plataformas de observación y bombarderos durante la guerra.

La primera travesía transatlántica sin escalas fue hecha por el dirigible británico R34 en 1919. A partir de 1928, con el Graf Zeppelin LZ 127, el servicio regular de pasajeros prosiguió hasta mediados de la década de 1930 sin ningún incidente. Con el descubrimiento de las reservas de otro tipo de gas ligero en los Estados Unidos, este proyecto debió ser modificado, ya que el otro elemento prometió más seguridad, pero el Gobierno de Estados Unidos se negó a vender el gas a tal efecto. Por lo tanto, el H2 fue utilizado en el dirigible Hindenburg, que resultó destruido en un incidente en vuelo sobre Nueva Jersey el 6 de mayo de 1937. El incidente fue transmitido en vivo por radio y filmado. El encendido de una fuga de hidrógeno se atribuyó como la causa del incidente, pero las investigaciones posteriores señalaron a la ignición del revestimiento de tejido aluminizado por la electricidad estática.

Abundancia en la naturaleza

El hidrógeno es el elemento químico más abundante del universo, suponiendo más del 75 % en materia normal por masa y más del 90 % en número de átomos. Este elemento se encuentra en abundancia en las estrellas y los planetas gaseosos gigantes. Las nubes moleculares de H2 están asociadas a la formación de las estrellas. El hidrógeno también juega un papel fundamental como combustible de las estrellas por medio de las reacciones de fusión nuclear entre núcleos de hidrógeno.

En el universo, el hidrógeno se encuentra principalmente en su forma atómica y en estado de plasma, cuyas propiedades son bastante diferentes a las del hidrógeno molecular. Como plasma, el electrón y el protón del hidrógeno no se encuentran ligados, por lo que presenta una alta conductividad eléctrica y una gran emisividad (origen de la luz emitida por el Sol y otras estrellas). Las partículas cargadas están fuertemente influenciadas por los campos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, en los vientos solares las partículas interaccionan con la magnetosfera terrestre generando corrientes de Birkeland y el fenómeno de las auroras.

Bajo condiciones normales de presión y temperatura, el hidrógeno existe como gas diatómico, H2. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso es extremadamente poco abundante en la atmósfera de la Tierra (1 ppm en volumen), debido a su pequeña masa que le permite escapar al influjo de la gravedad terrestre más fácilmente que otros gases más pesados. Aunque los átomos de hidrógeno y las moléculas diatómicas de hidrógeno abundan en el espacio interestelar, son difíciles de generar, concentrar y purificar en la Tierra. El hidrógeno es el decimoquinto elemento más abundante en la superficie terrestre. La mayor parte del hidrógeno terrestre se encuentra formando parte de compuestos químicos tales como los hidrocarburos o el agua. El hidrógeno gaseoso es producido por algunas bacterias y algas, y es un componente natural de las flatulencias.

Combustión

El gas hidrógeno (dihidrógeno) es altamente inflamable y se quema en concentraciones de 4 % o más H2 en el aire. La entalpía de combustión de hidrógeno es −286 kJ/mol. Cuando se mezcla con oxígeno en una variedad de proporciones, de hidrógeno explota por ignición.

El hidrógeno se quema violentamente en el aire; se produce la ignición automáticamente a una temperatura de 560 °C. Llamas de hidrógeno-oxígeno puros se queman en la gama del color ultravioleta y son casi invisibles a simple vista, como lo demuestra la debilidad de la llama de las turbinas principales del transbordador espacial (a diferencia de las llamas fácilmente visibles del cohete acelerador del sólido). Así que se necesita un detector de llama para detectar si una fuga de hidrógeno está ardiendo. La explosión del dirigible Hindenburg fue un caso infame de combustión de hidrógeno. La causa fue debatida, pero los materiales combustibles en la cubierta de la aeronave fueron los responsables del color de las llamas. Otra característica de los fuegos de hidrógeno es que las llamas tienden a ascender rápidamente con el gas en el aire, como ilustraron las llamas del Hindenburg, causando menos daño que los fuegos de hidrocarburos. Dos terceras partes de los pasajeros del Hindenburg sobrevivieron al incendio, y muchas de las muertes que se produjeron fueron por caída o fuego del combustible diesel.

El hidrógeno reacciona directamente con otros elementos oxidantes. Una reacción espontánea y violenta puede ocurrir a temperatura ambiente con cloro y flúor, formando los haluros de hidrógeno correspondientes: cloruro de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno. A diferencia la de los hidrocarburos, la combustión del hidrógeno no genera óxidos de carbono (monóxido y dióxido) sino simplemente agua en forma de vapor, por lo que se considera un combustible amigable con el medio ambiente y ayuda a mitigar el calentamiento global.

Reacciones biológicas

Es un producto de algunos tipos de metabolismo anaeróbico y es producido por diversos microorganismos, por lo general a través de reacciones catalizadas por enzimas que contienen hierro o níquel llamadas hidrogenasas. Estas enzimas catalizan la reacción redox reversible entre H2 y sus componentes, dos protones y dos electrones. La creación de gas de hidrógeno ocurre en la transferencia de reducir equivalentes producidos durante la fermentación del piruvato al agua.

La separación del agua, en la que el agua se descompone en sus componentes, protones, electrones y oxígeno ocurre durante la fase clara en todos los organismos fotosintéticos. Algunos organismos —incluyendo el alga Chlamydomonas reinhardtii y cianobacteria— evolucionaron un paso más en la fase oscura en el que los protones y los electrones se reducen para formar gas de H2 por hidrogenasas especializadas en el cloroplasto. Se realizaron esfuerzos para modificar genéticamente las hidrogenasas de cianobacterias para sintetizar de manera eficiente el gas H2 incluso en la presencia de oxígeno. También se realizaron esfuerzos con algas modificadas genéticamente en un biorreactor.

Aplicaciones

Se necesitan grandes cantidades de H2 en las industrias del petróleo y química. Una aplicación adicional de H2 es de tratamiento ("mejoramiento") de combustibles fósiles, y en la producción de amoníaco. Los principales consumidores de H2 en una planta petroquímica incluyen hidrodesalquilación, hidrodesulfuración, y de hidrocraqueo. El H2 se utiliza como un agente hidrogenizante, particularmente en el aumento del nivel de saturación de las grasas y aceites insaturados (que se encuentran en artículos como la margarina) y en la producción de metanol. Del mismo modo es la fuente de hidrógeno en la fabricación de ácido clorhídrico. El H2 también se utiliza como agente reductor de minerales metálicos.

Además de su uso como un reactivo, H2 tiene amplias aplicaciones en la física y la ingeniería. Se utiliza como gas de protección en los métodos de soldadura tales como la soldadura de hidrógeno atómico. H2 se utiliza como un enfriador de generadores en centrales eléctricas, porque tiene la mayor conductividad térmica de todos los gases. H2 líquido se utiliza en las investigaciones criogénicas, incluyendo estudios de superconductividad. Dado que el H2 es más ligero que el aire, teniendo un poco más de 1/15 de la densidad del aire, fue ampliamente utilizado en el pasado como gas de elevación en globos aerostáticos y dirigibles.

En aplicaciones más recientes, se utiliza hidrógeno puro o mezclado con nitrógeno (a veces llamado forming gas) como gas indicador para detectar fugas. Las aplicaciones pueden ser encontradas en las industrias automotriz, química, de generación de energía, aeroespacial y de telecomunicaciones. El hidrógeno es un aditivo alimentario autorizado (E 949) que permite la prueba de fugas de paquetes, entre otras propiedades antioxidantes.

Los isótopos más raros de hidrógeno también poseen aplicaciones específicas para cada uno. El deuterio (hidrógeno-2) se utiliza en aplicaciones de la fisión nuclear como un moderador para neutrones lentos, y en las reacciones de fusión nuclear. Los compuestos de deuterio tienen aplicaciones en la química y biología en los estudios de los efectos isotópicos. El Tritio (hidrógeno-3), producido en los reactores nucleares, se utiliza en la producción de bombas de hidrógeno, como un marcador isotópico en las ciencias biológicas, como una fuente de radiación en pinturas luminosas.

La temperatura de equilibrio del punto triple de hidrógeno es un punto fijo definido en la escala de temperatura ITS-90 a 13,8033 Kelvin.

Seguridad y precauciones

El hidrógeno genera diversos riesgos para la seguridad humana, de potenciales detonaciones e incendios cuando se mezcla con el aire al ser un asfixiante en su forma pura, libre de oxígeno. Además, el hidrógeno líquido es un criogénico y presenta peligros (tales como congelación) asociados con líquidos muy fríos. El elemento se disuelve en algunos metales y, además de fuga, pueden tener efectos adversos sobre ellos, tales como fragilización por hidrógeno. La fuga de gas de hidrógeno en el aire externo puede inflamarse espontáneamente. Por otra parte, el fuego de hidrógeno, siendo extremadamente caliente, es casi invisible, y por lo tanto puede dar lugar a quemaduras accidentales.

Aunque incluso interpretar los datos de hidrógeno (incluyendo los datos para la seguridad) es confundido por diversos fenómenos. Muchas de las propiedades físicas y químicas del hidrógeno, dependen de la tasa de parahidrógeno/ortohidrógeno (por lo general llevar a días o semanas a una temperatura determinada para llegar a la tasa de equilibrio por el cual los resultados suelen aparecer. los parámetros de detonación de hidrógeno, como la presión y temperatura crítica de fundición, dependen en gran medida de la geometría del recipiente.

Bibliografías

  • Asimov, Isaac (2014). Breve historia de la química: Introducción a las ideas y conceptos de la química. Alianza Editorial (El Libro de Bolsillo). p. 83. ISBN 978-84-206-6421-7.
  • Shriver, D. F.; Atkins, P. W.; Langford, C. H. Química Inorgánica, Vol. 1 Segunda edición. Reverté. 1997 ISBN 84-291-7004-9
  • Gutiérrez Ríos, E. Química Inorgánica. Reverté. 1994. ISBN 84-291-7215-7
  • Schlapbach, L. y A. Züttel (2001), “Hydrogen-storage materials for mobile applications”, Nature, 414:353-358.
  • R.E. Kirk – D.S. Othmer, Encyclopedia of Chemical Techology, 3ª ed. John Wiley, (1978).
  • Actas de la Reunión de París (Francia) sobre Producción Nuclear de Hidrógeno, 2-3 octubre 2000, NEA-OCDE. París (2001).
  • OCDE, CEPAL, «Evaluaciones del desempeño ambiental,» 2016.
  • A. San Martín, «Hidrogeno en Metales y sus Aplicaciones,» de IV Simposio de Física Experimental, Concepción, 1992.
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Fuentes

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