Historia Del Hidrógeno

Investigación del hidrogeno

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.

Historia de 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 titulado

New experiments touching the relation betwixt flame and air 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, recogiéndolo sobre mercurio, 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.

Este es el símbolo utilizado por John Dalton para el representar al hidrógeno en su libro titulado New System of Chemical Philosophy (1808).

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 mas 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 molécula a la que denominaremos dihidrógeno, como recomiendan algunos autores, hidrógeno molecular o simplemente hidrógeno. El dihidrógeno (H2) 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 y se sustentan a sí mismas mediante reacciones como:

1H + 1H 2H + β+

1H + 2H 3He

3He + 3He 4He + 21H

Isótopos del hidrógeno

El hidrógeno tiene dos isótopos estables y un tercero radioactivo:

Protio (hidrógeno-1), o simplemente hidrógeno, 11H, abundancia natural: 99.04%. Spin nuclear: 1/23

Deuterio (hidrógeno-2), 12H o D; abundancia: 0.0115 %. Spin nuclear: 1

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 23He + β

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

714N + 10n 612C + 13T

Existe una significativa demanda de tritio como marcador radioactivo para usos médicos dado que emite electrones de baja energía (solo radiación b sin radiación g) (3) 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 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 11H.

Debido a que el hidrógeno es tan ligero, las diferencias relativas en cuanto a masa atómica entre sus isótopos es la mayor que podemos encontrar en toda la Tabla Periódica.

Como consecuencia de ello es el hidrogeno el que presenta isótopos con una mayor diferencia en cuanto a propiedades físicas.

Por tener la misma configuración electrónica, los tres isótopos tienen esencialmente las mismas propiedades químicas. Sin embargo la diferencia de masa atómica, que se manifiesta por ejemplo en una energía de disociación importante, influye en aspectos como son: las energías de enlace E-H vs. E-D, las velocidades de reacción y las constantes de equilibrio.

Propiedades físicas de los diferentes isótopos de H

Constantes físicas H2 D2 T2

Masa atómica (uma) 1,0078 (H) 2,0141 (D) 3,0160 (T)

Punto de ebullición (K) 20,6 23,9 25,2

Longitud de enlace (Å) 0,7414 0,7414 0,7414

Energía de enlace (kJ•mol-1)* 435,5 443,4 446,9

Calor latente de fusión (kJ•mol-1) 0,117 0,197 0,250

Presión de vapor (mm Hg) 54 5,8

Proceso productivo del hidrógeno

Actualmente se utiliza el siguiente proceso por etapas:

(1) Reacción endotérmica catalizada entre el metano (gas natural) con vapor de agua a alta temperatura (steam reforming) produciendo una mezcla

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