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Hidrógeno

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Posición del Hidrógeno en la tabla periódica; grupo 1, periodo 1
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Nombre, símbolo, Z: Hidrógeno, H, 1
Serie química: No metales
Grupo, periodo, bloque: 1, 1 , s
Configuración electrónica: 1s1
Propiedades atómicas
Masa atómica: 1,00794 uma
Radio atómico: 53 pm
 - Medio 25 pm
 - Covalente 37 pm
 - De Van der Waals 120 pm
Nº de oxidación (óxido): 1 (anfótero)
Electronegatividad: 2,2 (Pauling)
Potencial de ionización: 1312 kJ/mol

Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico.

Propiedades físicas
Estado: Gas
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Incoloro
Densidad: 0,0899 (kg/)
Dureza: Sin datos
Conductividad eléctrica: Sin datos
Conductividad térmica: 0,1815 W/(m·K)
Calor específico: 14304 J/kg·K
Punto de fusión: 14,025 K
Entalpía de fusión: 0,05868 kJ/mol
Punto de ebullición: 20,268 K
Entalpía de vaporización: 0,44936 kJ/mol
Presión de vapor: 209 Pa a 23 K
Velocidad del sonido: 1270 m/s a ___ K
Isótopos más estables
Iso. AN (%) PsD MD ED (MeV) PD
1H 99,985 Estable con 0 neutrones
2H 0,015 Estable con 1 neutrones
3H Trazas 12,33 a β- 0,019 3He
4H Sintético Sin datos n 2,910 3H
Valores en el SI y en condiciones normales (0 ºC y 1 atm), salvo indicación en contra.

El hidrógeno es un elemento químico de número atómico 1. A temperatura ambiente es un gas diatómico inflamable, incoloro e inodoro y es el elemento químico más ligero y más abundante del Universo, estando las estrellas durante la mayor parte de su vida formadas mayormente por este elemento en estado de plasma. Aparece además en multitud de substancias, como por ejemplo el agua y los compuestos orgánicos y es capaz de reaccionar con la mayoría de los elementos. El núcleo del isótopo más abundante está formado por un solo protón. Además existen otros dos isótopos: el deuterio, que tiene un neutrón y el tritio que tiene dos.

En laboratorio se obtiene mediante la reacción de ácidos con metales como el cinc e industrialmente mediante la electrólisis del agua, aunque se están investigando otros métodos en los que intervienen las algas verdes. El hidrógeno se emplea en la producción de amoniaco, como combustible alternativo y recientemente para el suministro de energía en las células de combustible.

Características principales

El hidrógeno es el elemento químico más ligero, estando su isótopo más abundante constituido por un único par protón-electrón. En condiciones normales de presión y temperatura forma un gas diatómico, H2 con un punto de ebullición de tan sólo 20,27 K (-252,88 ºC) y un punto de fusión de 14,02 K (-259,13 ºC). A muy alta presión, tal como la que se produce en el núcleo de las estrellas gigante de gas, las moléculas mudan su naturaleza y el hidrógeno se convierte en un líquido metálico (ver hidrógeno metálico). A muy baja presión, como la del espacio, el hidrógeno tiende a existir en átomos individuales, simplemente porque es muy baja la probabilidad de que se combinen, sin embargo, cuando esto sucede pueden llegar a formarse nubes de H2 que se asocian a la génesis de las estrellas.

Este elemento desempeña un papel fundamental en el Universo, ya que mediante la fusión estelar (combinación de átomos de hidrógeno del que resulta un átomo de helio) proporciona ingentes cantidades de energía.

Aplicaciones

Industrialmente se precisan grandes cantidades de hidrógeno, principalmente en el proceso de Haber para la obtención de amoniaco, en la hidrogenación de grasas y aceites y en la obtención de metanol. Otros usos que pueden citarse son:

El hidrógeno puede emplearse en motores de combustión interna alternativos. Una flota de automóviles con motores de este tipo es mantenida en la actualidad por Chrysler-BMW. Además, las células de combustible en desarrollo parece que serán capaces de ofrecer una alternativa limpia y económica a los motores de combustión interna.

Historia

El hidrógeno (del francés Hydrogène, a su vez del griego hudôr, agua y -geno, de la raíz griega γεν, generar) fue reconocido como un elemento químico en 1776 por Henry Cavendish; más tarde Antoine Lavoisier le daría el nombre por el que lo conocemos.

Símbolo usado por Dalton, un círculo con un punto en su centro Símbolo químico empleado por Dalton para el hidrógeno.

Abundancia y obtención

El hidrógeno es el elemento más abundante, constituyendo el 75% de la masa y el 90% de los átomos del universo. Se encuentra en abundancia en las estrellas y en los planetas gigantes gaseosos, por el contrario, en la atmósfera terrestre se encuentra tan sólo una fracción de 1ppm en volumen.

La fuente más común de hidrógeno es el agua, compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Otras fuentes son la mayor parte de los compuestos orgánicos, incluyendo todas las formas de vida conocidas, los combustibles fósiles y el gas natural. El metano, producto de la descomposición orgánica, está adquiriendo una creciente importancia como fuente de hidrógeno.

El hidrógeno se obtiene de distintas formas:

Compuestos

El hidrógeno tiene una electronegatividad intermedia (2,2) por lo que puede formar compuestos en los que sea el elemento con mayor o menor carácter metálico. Tanto con los elementos metálicos de los grupos 1 y 2 como con los no metales de los grupos 15, 16 y 17 forma hidruros. Con los primeros está presente en forma de H- mientras que en los segundos está presente como ión H+, por lo que éstos últimos tienen carácter ácido.

Algunos compuestos binarios son amoniaco (NH3), hidracina (N2H4), agua (H2O), agua oxigenada (H2O2), sulfuro de hidrógeno (H2S), etc.

Con el carbono (elemento del grupo 14) forma una inmensa cantidad de compuestos, los hidrocarburos y derivados que son el objeto de estudio de la química orgánica.

Formas

En condiciones normales, el gas hidrógeno es una mezcla de dos tipos de hidrógeno diferentes en función de la dirección del espín de sus electrones y núcleos. Estas formas se conocen como orto- y para-hidrógeno. El hidrógeno normal está compuesto por un 25% de la forma para- y un 75% de la forma orto-, la considerada "normal", aunque no pueda obtenerse en estado puro. Ambas formas tienen energías ligeramente diferentes, lo que provoca que sus propiedades físicas no sean idénticas; así por ejemplo, la forma para- tiene puntos de fusión y ebullicicón 0,1 K más bajos que la forma orto-.

Diagrama del protio, el isótopo más abundante del hidrógeno

Isótopos

El isótopo más común del hidrógeno -protio- no posee neutrones, existiendo otros dos, el deuterio (D) con uno y el tritio (T), radiactivo con dos. El deuterio tiene una abundancia natural comprendida entre 0,0184 y el 0,0082% (IUPAC).

El hidrógeno es el único elemento químico que tiene nombres, y símbolos químicos, distintos para sus diferentes isótopos.

Precauciones

El hidrógeno es un gas extremadamente inflamable. Reacciona violentamente con el flúor y el cloro, especialmente con el primero, con el que la reacción es tan rápida e imprevisible que no se puede controlar. El agua pesada es tóxica para la mayoría de las especies, aunque la dosis mortal es muy grande.

Referencias

Artículos relacionados

Fuentes empleadas y notas


Otras fuentes de información

H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh  
  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
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