Idrogeno

L’idrogeno è l’elemento numero 1 appartenente al 1° Gruppo e al primo periodo della tavola periodica avente configurazione elettronica 1s1 e massa atomica pari a 1.00784 u.

Sebbene appartenga al 1° Gruppo la chimica dell’idrogeno è diversa da quella dei metalli alcalini appartenenti allo stesso gruppo.

L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’universo e si presenta sotto tre forme isotopiche: 1H detto Protio, 2H detto Deuterio indicato con D che ha un protone nel nucleo ed infine 3H detto Tritio indicato con T che ha due protoni nel nucleo e viene prodotto nell’alta atmosfera nell’alta atmosfera da una reazione nucleare.

L’idrogeno fu scoperto nel 1671 dal chimico irlandese Robert Boyle in quanto fu ottenuto dalla reazione tra il ferro e un acido. Fu solo nel 1766 che il chimico inglese Henry Cavendish come una sostanza nuova che denominò aria infiammabile.

Poiché dalla combustione dell’idrogeno si ottenne vapore acqueo il chimico francese Antoine Lavoisier diede all’elemento questo nome dal greco ὑδρο che significa acqua e γενής che significa creatore.

Il deuterio che ha un’abbondanza dello 0.0115 % fu scoperto dal chimico statunitense Harold Clayton Urey nel 1931 per distillazioni successive dell’idrogeno liquido e furono esaminati gli spettri di emissione del liquido rimasto che dava nuove linee di assorbimento rispetto a quelle dell’idrogeno.

L’abbondanza naturale del tritio, dell’ordine di 10-17 % è così bassa che non può essere rilevata da esperimenti simili e fu preparato per la prima volta nel 1934 da una reazione nucleare.

Poiché il punto di ebollizione di D2O è di 101,4 °C è possibile utilizzare l’evaporazione o la distillazione frazionata dell’acqua per aumentare la concentrazione di deuterio in un campione di acqua mediante la rimozione selettiva dell’acqua.

Pertanto il Gran Lago salato e il Mar morto hanno un’elevata concentrazione di acqua deuterata rispetto all’acqua di mare.

L’idrogeno che ha un solo elettrone spaiato può formare legami chimici in diversi modi:

  • Perdendo un elettrone che formare uno ione H+ che è un acido di Lewis in quanto accetta una coppia di elettroni per formare un legame con un atomo avente un doppietto elettronico solitario come nel caso di una molecola di acqua a cui si lega per dare lo ione idronio H3O+
  • Accettando un elettrone per formare un idruro idruro con un metallo appartenente al gruppo dei metalli alcalini o alcalino-terrosi come nel caso di KH
  • Condividendo il suo elettrone con altri atomi per formare legami covalenti polari come nel caso di HCl

L’idrogeno è un gas inodore e insapore che si presenta in forma molecolare H2 ed è particolarmente infiammabile.

In laboratorio può essere preparato dalla reazione tra un metallo e un acido:

Zn(s) + H2SO4(aq)→ ZnSO4(aq) + H2(g)

Sfruttando le caratteristiche anfotere di alcuni idrossidi può essere ottenuto dalla reazione di alcuni metalli come zinco o alluminio con una base:

2 Al(s) + 2 OH(aq) + 6 H2O(l) → 2 [Al(OH)4](aq) +3 H2(g)

A livello industriale l’idrogeno può essere ottenuto tramite il processo detto del gas d’acqua in cui si fa reagire il coke e vapore acqueo a circa 1000°C secondo la reazione endotermica:

C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g)

L’ idrogeno può ottenuto mediante conversione del monossido di carbonio a 400°C circa, facendo passare la miscela gassosa su catalizzatori a base di ossido di ferro, cromo e cobalto secondo la reazione:

CO(g) + H2O(g)→CO2(g) + H2(g)

Grandi quantità di idrogeno vengono prodotte durante i processi di cracking catalitico degli idrocarburi in cui le specie paraffiniche si trasformano in idrocarburi meno idrogenati di tipo insaturo e aromatico. Inoltre, partendo dagli idrocarburi residui del cracking e vapor d’acqua inviati su catalizzatori di nichel a circa 800°C, si hanno reazioni del tipo:

C3H6(g) + 3 H2O(g) → 3 CO(g) + 6 H2(g)

L’idrogeno viene impiegato nell’industria chimica, per produrre ammoniaca, metanolo, concimi per l’agricoltura e prodotti petroliferi, e nell’industria metallurgica per il trattamento dei metalli. E’ inoltre utilizzato nelle reazioni di idrogenazione per aumentare il grado di saturazione.

La ricerca si sta sempre più indirizzando nell’utilizzo dell’idrogeno nei motori a combustione interna ai fini energetici e nelle pile a combustibile.

Avatar

Author: Chimicamo

Share This Post On