El hidrógeno

Sólo hay un elemento en la tabla periódica que no pertenezca a ningún grupo en particular: el hidrógeno. Este elemento tiene una química singular. Además sus tres isótopos difieren tanto en sus masas moleculares que las propiedades físicas y químicas son sensiblemente diferentes.

Su descubrimiento

La primera referencia histórica escrita acerca del hidrógeno procede de Paracelso, célebre alquimista, quien en el s. XVI observó un aire (que se desprendía al hacer reaccionar un ácido sobre hierro) el cual era inflamable.

Robert Boyle (1627-1691), químico y físico inglés, publicó en 1671 un trabajo  en el cual describía la reacción entre el hierro y algunos ácidos diluidos dando lugar a lo que definió como inflammable solution of Mars (nombre alquímico con el que se designaba al hierro).

Sin embargo no fue hasta mucho después que se reconoció como elemento por Henry Cavendish (1731-1810), otro físico y químico inglés, que lo aisló,  por primera vez en 1766 Lo describió como un inflammable air from metals. Cavendish pensaba, erróneamente, que su compuesto de origen era el metal y no el ácido.

Fue Lavoisier quien, finalmente, bautizó a este elemento con el nombre hidro-geno, debido a una de sus reacciones más características: arde en presencia de oxígeno para formar agua.

Presencia en la naturaleza

El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo. Representa, en peso, el 92% de la materia conocida; del resto, un 7% es de He y solamente queda un 1% para los demás elementos.

En nuestro planeta es el 10º elemento más abundante en la corteza terrestre. Lo encontramos combinado en forma de agua (su compuesto mas abundante; cubre el 80% de la superficie del planeta), materia viva (hidratos de carbono y proteínas; constituye el 70% del cuerpo humano), compuestos orgánicos, combustibles fósiles (petróleo y gas natural), etc.

Curiosamente, es poco abundante en la atmósfera terrestre debido a que su reducida masa molecular hace difícil su retención gravitatoria.

Excepto en la estratosfera, donde se puede detectar en forma atómica, el hidrógeno elemental se presenta siempre en forma molecular H2 a la que denominaremos, hidrógeno molecular o simplemente hidrógeno. Es un gas incoloro e inodoro, menos denso que cualquier otro gas (d=8.99·10-5 g·cm-3) y muy poco soluble en agua.

El hidrógeno es el sistema de almacenamiento de energía por excelencia en el universo.

Las estrellas relativamente jóvenes como nuestro Sol, están compuestas mayoritariamente por hidrógeno.

Isótopos del hidrógeno

El hidrógeno tiene dos isótopos estables y un tercero radioactivo:

Protio (hidrógeno-1), o simplemente hidrógeno, 11H, abundancia natural: 99.04%.

Deuterio (hidrógeno-2), 12H o D; abundancia: 0.0115 %.

Tritio (hidrógeno-3), 13H. Isótopo radioactivo (vida media 12.26 años). Abundancia: 7 10-16 %. Decae a helio-3 emitiendo una partícula β, β≡10e .

13H flecha 23He + β

El tritio se forma constantemente como consecuencia del impacto de los rayos cósmicos en átomos de las capas altas de la atmósfera.

Existe una significativa demanda de tritio como marcador radioactivo para usos médicos dado que emite electrones de baja energía, que apenas dañan los tejidos biológicos. Pero su demanda más importante parte de su uso militar. Las denominadas bombas de hidrógeno son en realidad bombas de tritio. Su corta vida media hace que haya que regenerarlas cada poco tiempo.

La obtención del tritio se realiza mediante química nuclear, irradiando lentamente 36 Li con neutrones

36 Li + 10n flecha 13H + 24He

La notable diferencia en cuanto a la abundancia relativa de los tres isótopos hace que las propiedades del hidrógeno sean básicamente las del isótopo hidrógeno-1 11

Importancia del hidrógeno en la industria química

La importancia del hidrogeno en la industria química ha venido marcada por su aplicación como intermedio en procesos, y en la producción de otros sectores como la síntesis del amoniaco, para refinerías como gas de síntesis, farmacia, peroxido de hidrogeno (agua oxigenada), electrónica y petroquímica. El gas de síntesis constituido por monóxido y dióxido de carbono e hidrogeno encuentra su aplicación en la producción de metanol, oxoalcoholes, isocianatos, ácido acético, acetatos, combustible sintético, siderurgia e industria del vidrio.

Actualmente el mercado actual del hidrogeno esta sufriendo una profunda revisión pues el H apunta como piedra angular en el panorama energético futuro. La pésima predicción de las reservas de combustibles fósiles así como el progresivo efecto invernadero esta gestando un cambio de mentalidad industrial y política.

Se producen cada año aproximadamente 400.000 millones de metros cúbicos de hidrógeno, lo que supone un potencial energético equivalente al 10% del petróleo consumido. La mayor parte es producida y utilizada por la industria petroquímica y por la de abonos nitrogenados.

Además, se emplea en la industria espacial. Normalmente se obtiene a partir del metano, pero para muchos la técnica más prometedora es la electrólisis del agua, aunque sólo el 4% del hidrógeno se produce con esta técnica.

 

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