A) DEFINICIÓN.
El hidrógeno es el elemento más ligero y abundante en el Universo, aunque en la Tierra sólo ocupa el noveno lugar en cuanto a abundancia. Casi todo él se encuentra en las capas altas de la atmósfera. En muchas ocasiones forma parte de casi todos los compuestos orgánicos y de muchos inorgánicos: proteínas, hidratos de carbono, agua…
B) ESTRUCTURA.
En estado libre se encuentra formando moléculas diatómicas en las que los átomos están unidos por enlaces covalentes sencillos.
C) PROPIEDADES.
o El hidrógeno es un elemento muy peculiar: puede incluirse en la familia de los alcalinos, pues solo posee un electrón en su nivel electrónico externo; pero también en la de los halógenos, pues solamente le falta un electrón para adquirir la estructura del gas noble correspondiente (He).
o Es un gas incoloro, inodoro e insípido.
o Es el elemento más ligero que existe.
o Las fuerzas intermoleculares, son fuerzas de London (dipolo inducido), pues el H2 es una molécula apolar. Las moléculas están en continua vibración y como consecuencia se produce una distorsión de la nube electrónica que originará un dipolo instantáneo, que atraerá a otras moléculas originando un dipolo inducido.
o A temperaturas ordinarias el hidrógeno es una sustancia poco reactiva a menos que haya sido activado de alguna manera, por ejemplo, por un catalizador adecuado.
o El hidrógeno atómico es un agente reductor poderoso, aún a la temperatura ambiente.
o Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797.
o Excepto en la formación de hidruros metálicos su estado de oxidación pasa de 0 a +1.
El pequeño tamaño del átomo y la electronegatividad intermedia que posee le permiten participar en un enorme conjunto de compuestos diferentes:
Ø El ión H+:
H + energía ------------> H+ + e-
Es muy inestable, solo puede existir temporalmente o a temperaturas muy elevadas como las de las estrellas. Debido a su pequeño tamaño y a su gran densidad de carga, se encuentra asociado a moléculas como H2O o NH3, formando H3O+ (hidronio) y NH4+ (amonio).
Ø El ión H-:
H + 1e- H-
El hidrógeno molecular es relativamente inerte a temperatura ambiente, como consecuencia de la alta energía del enlace H-C. Cuando se eleva la temperatura reacciona violentamente con algunos elementos. Ello explica la afinidad del hidrógeno por el oxígeno para dar agua:
H2 (g) + ½O2 (g) -------------> H2O (l)
También reacciona con los halógenos para formar haluros.
F2 (g) + H2 (g) ----------------> 2HF(l)
Incluso con nitrógeno para dar amoniaco.
N2 (g) + 3H2 (g) ---------------> 2NH3
Por último, con ciertos metales para producir hidruros iónicos.
2Na (s) + H2 (g) --------------> 2NaH (s)
D) OBTENCIÓN.
Ø Industrialmente se produce hidrógeno por reducción de vapor de agua con carbón (industria del amoniaco):
C (s) + H2O (g) ---------------> CO (g) + H2 (g)
CH4 (g) + H2O (g) --------------> CO (g) + 3H2O (l)
La mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso, llamada gas de agua o gas de síntesis, se trata con vapor de agua, en presencia de un catalizador
CO (g) + H2 (g) + H2O (g) --------------> 2H2 (g) + CO2 (g)
El dióxido de carbono formado se separa, haciendo pasar la mezcla por agua a presión.
También se pude obtener mediante oxidación del hierro al rojo vivo.
3Fe (s) + 4 H2O (g) --------------> Fe3O4 + H2 (g)
Ø En el laboratorio, se obtiene por:
·Reducción del agua con un metal muy activo (Na o Mg).
Mg(s) + H2O (g) --------------> MgO (s) + H2 (g)
·Acción de los ácidos sobre los metales:
Zn (s) + 2HCl (ac) -------------> ZnCl2 (ac) + H2 (g)
·Electrólisis del agua:
2H2O (l) ----------------> 2H2 (g) + O2 (g)
E) APLICACIONES.
El hidrógeno molecular se utiliza en:
o La producción de amoniaco, ácido clorhídrico y metanol.
o La hidrogenación catalítica de diverso compuestos orgánicos.
o La industria metalúrgica, como agente reductor parta obtener metales de gran pureza.
o La industria aeroespacial, como combustible de cohetes.
o Sopletes que alcanzan altas temperaturas.
