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L’idrogeno fu riconosciuto come sostanza distinta da Henry Cavendish nel 1776. Diagramma di un semplice atomo di idrogeno.

Idrogeno

Numero atomico:	1	Raggio atomico:	120 pm (Van der Waals)
Simbolo atomico:	H	Punto di fusione:	-259.16 °C
Peso atomico:	1.008	Punto di ebollizione:	-252.879 °C
Configurazione degli elettroni:	1s1	Stati di ossidazione:	-1, +1 (un ossido anfotero)

Storia

Dalla parola greca hydro (acqua), e genes (formare). L’idrogeno fu riconosciuto come sostanza distinta da Henry Cavendish nel 1776. Diagramma di un semplice atomo di idrogeno.

L’idrogeno è il più abbondante di tutti gli elementi dell’universo. Gli elementi più pesanti erano originariamente fatti da atomi di idrogeno o da altri elementi che erano originariamente fatti da atomi di idrogeno.

Fonti

Si stima che l’idrogeno costituisca più del 90% di tutti gli atomi – tre quarti della massa dell’universo! Questo elemento si trova nelle stelle e gioca un ruolo importante nell’alimentazione dell’universo attraverso la reazione protone-protone e il ciclo carbonio-azoto. I processi di fusione stellare dell’idrogeno rilasciano enormi quantità di energia combinando gli idrogeni per formare elio.

La produzione di idrogeno nei soli Stati Uniti ammonta a circa 3 miliardi di piedi cubici all’anno. L’idrogeno è preparato da

• vapore su carbonio riscaldato,
• decomposizione di alcuni idrocarburi con il calore,
• reazione di idrossido di sodio o di potassio su alluminio
• elettrolisi dell’acqua, o
• spostamento da acidi da parte di alcuni metalli.

L’idrogeno liquido è importante nella criogenia e nello studio della superconduttività, poiché il suo punto di fusione è solo 20 gradi sopra lo zero assoluto.

Il trizio è facilmente prodotto nei reattori nucleari ed è usato nella produzione della bomba all’idrogeno.

L’idrogeno è il componente primario di Giove e degli altri pianeti giganti gassosi. Ad una certa profondità all’interno del pianeta la pressione è così grande che l’idrogeno solido-molecolare viene convertito in idrogeno solido metallico.

Nel 1973, un gruppo di sperimentatori russi potrebbe aver prodotto idrogeno metallico ad una pressione di 2,8 Mbar. Alla transizione la densità cambiò da 1,08 a 1,3 g/cm3. Prima, nel 1972, a Livermore, in California, un gruppo ha anche riportato un esperimento simile in cui hanno osservato un punto di pressione-volume centrato a 2 Mbar. Le previsioni dicono che l’idrogeno metallico potrebbe essere metastabile; altri hanno previsto che sarebbe un superconduttore a temperatura ambiente.

Composti

Anche se l’idrogeno puro è un gas, ne troviamo molto poco nella nostra atmosfera. L’idrogeno gassoso è così leggero che, non combinato, l’idrogeno guadagnerà abbastanza velocità dalle collisioni con altri gas che saranno rapidamente espulsi dall’atmosfera. Sulla terra, l’idrogeno si presenta principalmente in combinazione con l’ossigeno nell’acqua, ma è anche presente nella materia organica come le piante viventi, il petrolio, il carbone, ecc. È presente come elemento libero nell’atmosfera, ma solo meno di 1 ppm in volume. Il più leggero di tutti i gas, l’idrogeno si combina con altri elementi – a volte in modo esplosivo – per formare composti.

Usi

Grandi quantità di idrogeno sono richieste commercialmente per la fissazione dell’azoto con il processo Haber dell’ammoniaca, e per l’idrogenazione di grassi e oli. È anche usato in grandi quantità nella produzione di metanolo, nell’idrodealchilazione, nell’idrocracking e nell’idrodesolforazione. Altri usi includono combustibile per razzi, saldatura, produzione di acido cloridrico, riduzione di minerali metallici e riempimento di palloni.

La potenza di sollevamento di 1 piede cubo di idrogeno gassoso è di circa 0,07 lb a °C, 760 m di pressione.

La cella a combustibile a idrogeno è una tecnologia in via di sviluppo che permetterà di ottenere grandi quantità di energia elettrica utilizzando una fonte di idrogeno gassoso.

Si sta prendendo in considerazione un’intera economia basata sull’idrogeno generato da energia solare e nucleare. L’accettazione pubblica, l’alto investimento di capitale e l’alto costo dell’idrogeno rispetto ai combustibili attuali sono solo alcuni dei problemi che si presentano in questa economia. Situate in regioni remote, le centrali elettriche elettrizzerebbero l’acqua di mare; l’idrogeno prodotto viaggerebbe verso città lontane tramite condutture. L’idrogeno non inquinante potrebbe sostituire il gas naturale, la benzina, ecc. e potrebbe servire come agente riducente nella metallurgia, nella lavorazione chimica, nella raffinazione, ecc. Potrebbe anche essere usato per convertire i rifiuti in metano ed etilene.

Forme

A parte gli isotopi, è stato dimostrato che in condizioni ordinarie l’idrogeno è una miscela di due tipi di molecole, note come orto- e para-idrogeno, che differiscono l’una dall’altra per le rotazioni dei loro elettroni e nuclei.

L’idrogeno normale a temperatura ambiente contiene il 25% della forma para e il 75% della forma orto. La forma orto non può essere preparata allo stato puro. Poiché le due forme differiscono in energia, anche le proprietà fisiche differiscono. I punti di fusione e di ebollizione del paraidrogeno sono circa 0,1°C inferiori a quelli dell’idrogeno normale.

Isotopi

L’isotopo ordinario dell’idrogeno, H, è conosciuto come Protio, gli altri due isotopi sono il Deuterio (un protone e un neutrone) e il Trizio (un protrone e due neutroni). L’idrogeno è l’unico elemento ai cui isotopi sono stati dati nomi diversi. Il deuterio e il trizio sono entrambi usati come combustibile nei reattori a fusione nucleare. Un atomo di deuterio si trova in circa 6000 atomi di idrogeno ordinari.

Il deuterio è usato come moderatore per rallentare i neutroni. Anche gli atomi di trizio sono presenti, ma in proporzioni molto più piccole. Il trizio è prodotto facilmente nei reattori nucleari ed è usato nella produzione della bomba all’idrogeno (fusione). È anche usato come agente radioattivo nella produzione di vernici luminose e come tracciante.