Hidrógeno

El hidrógeno es el elemento químico con el símbolo H y el número atómico  1. Con un peso atómico estándar de1.008 , el hidrógeno es el elemento más ligero de la tabla periódica . El hidrógeno es la sustancia química más abundante del universo y constituye aproximadamente el 75% de toda la masa bariónica . [7] [nota 1] Las estrellas no remanentes están compuestas principalmente de hidrógeno en estado de plasma . El isótopo más común de hidrógeno, denominado protio (nombre que se usa raramente, símbolo 1 H), tiene un protón y no tiene neutrones .

Hidrógeno,  1 H
Tubo de descarga de hidrógeno.jpg
Resplandor púrpura en su estado de plasma
Hidrógeno
Aparienciagas incoloro
Peso atómico estándar A r, estándar (H) [1.007 841.008 11 ] convencional: 1.008
Hidrógeno en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón
Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencium Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-

H

Li
- ← hidrógenohelio
Número atómico ( Z )1
Grupogrupo 1 : hidrógeno y metales alcalinos
Períodoperiodo 1
Cuadra  bloque s
Configuración electronica1 s 1
Electrones por capa1
Propiedades físicas
Fase en  STPgas
Punto de fusion(H 2 ) 13,99  K (-259,16 ° C, -434,49 ° F)
Punto de ebullición(H 2 ) 20,271 K (−252,879 ° C, −423,182 ° F)
Densidad (en STP)0.08988 g / L
cuando es líquido (a  mp )0,07 g / cm 3 (sólido: 0,0763 g / cm 3 ) [1]
cuando líquido (en  bp )0,07099 g / cm 3
Triple punto13.8033 K, 7.041 kPa
Punto crítico32,938 K, 1,2858 MPa
Calor de fusión(H 2 ) 0.117  kJ / mol
Calor de vaporización(H 2 ) 0.904 kJ / mol
Capacidad calorífica molar(H 2 ) 28,836 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en  T  (K) 15 20
Propiedades atómicas
Estados de oxidación−1 , +1 (un óxido anfótero )
ElectronegatividadEscala de Pauling: 2,20
Energías de ionización
  • 1 °: 1312.0 kJ / mol
Radio covalente31 ± 5  pm
Radio de Van der Waals120 pm
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales de hidrógeno
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalina ​hexagonal
Estructura cristalina hexagonal para hidrógeno.
Velocidad del sonido1310 m / s (gas, 27 ° C)
Conductividad térmica0,1805 W / (m⋅K)
Orden magnéticodiamagnético [2]
Susceptibilidad magnética molar−3,98 × 10 −6  cm 3 / mol (298 K) [3]
Número CAS12385-13-6
1333-74-0 (H 2 )
Historia
DescubrimientoHenry Cavendish [4] [5] (1766)
Nombrado porAntoine Lavoisier [6] (1783)
Principales isótopos de hidrógeno
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto
1 hora 99,98% estable
2 H 0,02% estable
3 H rastro 12,32 años β - 3 Él
Categoría Categoría: Hidrógeno
| referencias

La aparición universal del hidrógeno atómico se produjo por primera vez durante la época de la recombinación ( Big Bang ). A temperatura y presión estándar , el hidrógeno es un incoloro , inodoro , insípido , no tóxico, no metálico , altamente combustible diatómico gas con la fórmula molecular H 2 . Dado que el hidrógeno forma fácilmente compuestos covalentes con la mayoría de los elementos no metálicos, la mayor parte del hidrógeno en la Tierra existe en formas moleculares como agua o compuestos orgánicos . El hidrógeno juega un papel particularmente importante en las reacciones ácido-base porque la mayoría de las reacciones ácido-base implican el intercambio de protones entre moléculas solubles. En los compuestos iónicos , el hidrógeno puede tomar la forma de una carga negativa (es decir, un anión ) cuando se lo conoce como hidruro , o como una especie cargada positivamente (es decir, un catión ) indicada por el símbolo H + . El catión de hidrógeno se escribe como si estuviera compuesto por un protón desnudo, pero en realidad, los cationes de hidrógeno en los compuestos iónicos son siempre más complejos. Como el único átomo neutro para el que la ecuación de Schrödinger puede resolverse analíticamente, [8] el estudio de la energía y los enlaces del átomo de hidrógeno ha jugado un papel clave en el desarrollo de la mecánica cuántica .

El gas hidrógeno se produjo por primera vez artificialmente a principios del siglo XVI mediante la reacción de ácidos sobre metales. En 1766-1781, Henry Cavendish fue el primero en reconocer que el hidrógeno gaseoso era una sustancia discreta, [9] y que produce agua cuando se quema, la propiedad por la que más tarde fue nombrado: en griego, hidrógeno significa "formador de agua". .

La producción industrial proviene principalmente del reformado con vapor de gas natural y, con menos frecuencia, de métodos que consumen más energía, como la electrólisis del agua . [10] La mayor parte del hidrógeno se utiliza cerca del lugar de su producción, siendo los dos usos más importantes el procesamiento de combustibles fósiles (por ejemplo, hidrocraqueo ) y la producción de amoníaco , principalmente para el mercado de fertilizantes. El hidrógeno es problemático en la metalurgia porque puede fragilizar muchos metales, [11] complicando el diseño de tuberías y tanques de almacenamiento . [12]

Combustión

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Combustión de hidrógeno con el oxígeno del aire. Cuando se quita la tapa inferior, permitiendo que el aire entre en la parte inferior, el hidrógeno en el recipiente se eleva por la parte superior y se quema al mezclarse con el aire.
A black cup-like object hanging by its bottom with blue glow coming out of its opening.
El motor principal del transbordador espacial quemó hidrógeno con oxígeno, produciendo una llama casi invisible a toda potencia.

El hidrógeno gaseoso ( dihidrógeno o hidrógeno molecular) [13] es muy inflamable:

2 H 2 (g) + O 2 (g) → 2 H 2 O (l) + 572 kJ (286 kJ / mol) [nota 2]

La entalpía de combustión es -286 kJ / mol. [14]

El hidrógeno gaseoso forma mezclas explosivas con el aire en concentraciones de 4 a 74% [15] y con cloro de 5 a 95%. Las reacciones explosivas pueden ser provocadas por chispas, calor o luz solar. La temperatura de autoignición del hidrógeno , la temperatura de ignición espontánea en el aire, es de 500 ° C (932 ° F). [dieciséis]

Fuego

Las llamas de hidrógeno puro y oxígeno emiten luz ultravioleta y con una mezcla alta de oxígeno son casi invisibles a simple vista, como lo ilustra la tenue columna del motor principal del transbordador espacial , en comparación con la columna altamente visible de un cohete propulsor sólido del transbordador espacial , que utiliza un compuesto de perclorato de amonio . La detección de una fuga de hidrógeno ardiente puede requerir un detector de llama ; tales fugas pueden ser muy peligrosas. Las llamas de hidrógeno en otras condiciones son azules, parecidas a las llamas azules de gas natural. [17] La destrucción de la aeronave Hindenburg fue un ejemplo notorio de combustión de hidrógeno y la causa aún se debate. Las llamas visibles en las fotografías fueron el resultado de la quema de compuestos de carbono en la piel de la aeronave. [18]

Reactivos

H 2 es relativamente no reactivo. La base termodinámica de esta baja reactividad es el enlace HH muy fuerte, con una energía de disociación del enlace de 435,7 kJ / mol. [19] La base cinética de la baja reactividad es la naturaleza no polar del H 2 y su débil polarización. Reacciona espontáneamente con el cloro y el flúor para formar cloruro de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno , respectivamente. [20] La reactividad de H 2 es fuertemente afectada por la presencia de catalizadores metálicos. Por tanto, aunque el H 2 se quema fácilmente, las mezclas de H 2 y O 2 no reaccionan en ausencia de un catalizador.

Niveles de energía de electrones

Drawing of a light-gray large sphere with a cut off quarter and a black small sphere and numbers 1.7x10−5 illustrating their relative diameters.
Representación de un átomo de hidrógeno con el tamaño del protón central mostrado y el diámetro atómico mostrado como aproximadamente el doble del radio del modelo de Bohr (imagen no a escala)

El nivel de energía del estado fundamental del electrón en un átomo de hidrógeno es -13,6  eV , [21] que es equivalente a un fotón ultravioleta de aproximadamente 91  nm de longitud de onda. [22]

Los niveles de energía del hidrógeno se pueden calcular con bastante precisión utilizando el modelo de Bohr del átomo, que conceptualiza al electrón como "orbitando" el protón en analogía con la órbita terrestre del Sol. Sin embargo, el electrón atómico y el protón se mantienen unidos por la fuerza electromagnética , mientras que los planetas y los objetos celestes se mantienen unidos por la gravedad . Debido a la discretización del momento angular postulada por Bohr en la mecánica cuántica temprana , el electrón en el modelo de Bohr solo puede ocupar ciertas distancias permitidas del protón y, por lo tanto, solo ciertas energías permitidas. [23]

Una descripción más precisa del átomo de hidrógeno proviene de un tratamiento puramente mecánico cuántico que utiliza la ecuación de Schrödinger , la ecuación de Dirac o la formulación integral de la ruta de Feynman para calcular la densidad de probabilidad del electrón alrededor del protón. [24] Los tratamientos más complicados tienen en cuenta los pequeños efectos de la relatividad especial y la polarización del vacío . En el tratamiento de la mecánica cuántica, el electrón en un átomo de hidrógeno en estado fundamental no tiene momento angular en absoluto, lo que ilustra cómo la "órbita planetaria" difiere del movimiento de los electrones.

Formas moleculares elementales

Two bright circles on dark background, both contain numerous thin black lines inside.
Primeras huellas observadas en la cámara de burbujas de hidrógeno líquido en el Bevatron

Molecular H 2 existe como dos isómeros de rotación , es decir compuestos con dos de espín nuclear estados. [25] En la forma ortohidrógeno , los espines de los dos núcleos son paralelos y forman un estado triplete con un número cuántico de espín molecular de 1 ( 12 + 12 ); en laforma parahidrógeno, los espines son antiparalelos y forman un singlete con un número cuántico de espín molecular de 0 ( 12 - 12 ). A temperatura y presión estándar, el gas hidrógeno contiene aproximadamente el 25% de la forma para y el 75% de la forma orto, también conocida como "forma normal". [26] La relación de equilibrio de ortohidrógeno a parahidrógeno depende de la temperatura, pero debido a que la forma orto es un estado excitado y tiene una energía más alta que la forma para, es inestable y no se puede purificar. A temperaturas muy bajas, el estado de equilibrio se compone casi exclusivamente de la forma para. Las propiedades térmicas de la fase líquida y gaseosa del parahidrógeno puro difieren significativamente de las de la forma normal debido a diferencias en las capacidades de calor de rotación, como se discute con más detalle en los isómeros de espín del hidrógeno . [27] La distinción orto / para también ocurre en otras moléculas o grupos funcionales que contienen hidrógeno, como el agua y el metileno , pero tiene poca importancia por sus propiedades térmicas. [28]

La forma orto se convierte a la forma para lentamente a bajas temperaturas. [29] La relación orto / para en el H 2 condensado es una consideración importante en la preparación y almacenamiento de hidrógeno líquido : la conversión de orto a para es exotérmica y produce suficiente calor para evaporar parte del hidrógeno líquido, lo que lleva a la pérdida de líquido licuado. material. Los catalizadores para la interconversión orto-para, como el óxido férrico , el carbón activado , el amianto platinizado, los metales de tierras raras, los compuestos de uranio, el óxido crómico o algunos compuestos de níquel [30] , se utilizan durante el enfriamiento con hidrógeno. [31]

Etapas

  • Hidrógeno gaseoso
  • Hidrógeno líquido
  • Granizado de hidrógeno
  • Hidrógeno sólido
  • Hidrógeno metálico

Compuestos

Compuestos orgánicos y covalentes

Si bien el H 2 no es muy reactivo en condiciones estándar, forma compuestos con la mayoría de los elementos. El hidrógeno puede formar compuestos con elementos más electronegativos , como halógenos (F, Cl, Br, I) u oxígeno ; en estos compuestos, el hidrógeno adquiere una carga parcial positiva. [32] Cuando se une a un elemento más electronegativo, en particular flúor , oxígeno o nitrógeno , el hidrógeno puede participar en una forma de enlace no covalente de fuerza media con otro elemento electronegativo con un par solitario, un fenómeno llamado enlace de hidrógeno que es fundamental para el estabilidad de muchas moléculas biológicas. [33] [34] El hidrógeno también forma compuestos con elementos menos electronegativos, como metales y metaloides , donde adquiere una carga negativa parcial. Estos compuestos se conocen a menudo como hidruros . [35]

El hidrógeno forma una amplia gama de compuestos con carbono llamados hidrocarburos , y una gama aún más amplia con heteroátomos que, debido a su asociación general con los seres vivos, se denominan compuestos orgánicos . [36] El estudio de sus propiedades se conoce como química orgánica [37] y su estudio en el contexto de los organismos vivos se conoce como bioquímica . [38] Según algunas definiciones, los compuestos "orgánicos" solo deben contener carbono. Sin embargo, la mayoría de ellos también contienen hidrógeno, y debido a que es el enlace carbono-hidrógeno el que le da a esta clase de compuestos la mayoría de sus características químicas particulares, se requieren enlaces carbono-hidrógeno en algunas definiciones de la palabra "orgánico" en química. [36] Se conocen millones de hidrocarburos , y generalmente se forman por vías complicadas que rara vez involucran hidrógeno elemental.

El hidrógeno es muy soluble en muchas tierras raras y metales de transición [39] y es soluble tanto en metales nanocristalinos como amorfos . [40] La solubilidad del hidrógeno en metales está influenciada por distorsiones locales o impurezas en la red cristalina . [41] Estas propiedades pueden ser útiles cuando el hidrógeno se purifica al pasar a través de discos de paladio calientes , pero la alta solubilidad del gas es un problema metalúrgico que contribuye a la fragilización de muchos metales, [11] complicando el diseño de tuberías y tanques de almacenamiento. [12]

Hidruros

Los compuestos de hidrógeno a menudo se denominan hidruros , un término que se usa de manera bastante vaga. El término "hidruro" sugiere que el átomo de H ha adquirido un carácter negativo o aniónico, denominado H - , y se usa cuando el hidrógeno forma un compuesto con un elemento más electropositivo . La existencia del anión hidruro , sugerido por Gilbert N. Lewis en 1916 para los hidruros de tipo sal de los grupos 1 y 2, fue demostrada por Moers en 1920 mediante la electrólisis de hidruro de litio fundido (LiH), que produce una cantidad estequiométrica de hidrógeno en la ánodo. [42] Para los hidruros distintos de los metales de los grupos 1 y 2, el término es bastante engañoso, considerando la baja electronegatividad del hidrógeno. Una excepción en los hidruros del grupo 2 es BeH
2
, que es polimérico. En hidruro de litio y aluminio , el AlH-
4
El anión transporta centros hídricos firmemente unidos al Al (III).

Aunque se pueden formar hidruros con casi todos los elementos del grupo principal, el número y la combinación de posibles compuestos varía ampliamente; por ejemplo, se conocen más de 100 hidruros de borano binarios, pero solo un hidruro de aluminio binario. [43] Aún no se ha identificado el hidruro de indio binario , aunque existen complejos más grandes. [44]

En química inorgánica , los hidruros también pueden servir como ligandos puente que unen dos centros metálicos en un complejo de coordinación . Esta función es particularmente común en elementos del grupo 13 , especialmente en boranos ( hidruros de boro ) y complejos de aluminio , así como en carboranos agrupados . [45]

Protones y ácidos

La oxidación del hidrógeno elimina su electrón y da H + , que no contiene electrones y un núcleo que generalmente está compuesto por un protón. Es por eso que H+
a menudo se le llama protón. Esta especie es fundamental para la discusión de los ácidos . Según la teoría ácido-base de Brønsted-Lowry , los ácidos son donantes de protones, mientras que las bases son aceptores de protones.

Un protón desnudo, H+
, no puede existir en solución o en cristales iónicos debido a su imparable atracción hacia otros átomos o moléculas con electrones. Excepto a las altas temperaturas asociadas con los plasmas, estos protones no pueden eliminarse de las nubes de electrones de átomos y moléculas y permanecerán unidos a ellos. Sin embargo, el término 'protón' se usa a veces de manera vaga y metafórica para referirse al hidrógeno catiónico o cargado positivamente unido a otras especies de esta manera, y como tal se denota " H+
"sin ninguna implicación de que un solo protón exista libremente como especie.

Para evitar la implicación del "protón solvatado" desnudo en la solución, a veces se considera que las soluciones acuosas ácidas contienen una especie ficticia menos improbable, denominada " ion hidronio " ( H
3
O+
). Sin embargo, incluso en este caso, estos cationes de hidrógeno solvatados se conciben de manera más realista como organizados en grupos que forman especies más cercanas a H
9
O+
4
. [46] Otros iones de oxonio se encuentran cuando el agua está en una solución ácida con otros solventes. [47]

Aunque exótico en la Tierra, uno de los iones más comunes del universo es el H+
3
ion, conocido como hidrógeno molecular protonado o catión trihidrógeno. [48]

Hidrógeno atómico

La NASA ha investigado el uso de hidrógeno atómico como propulsor de cohetes . Podría almacenarse en helio líquido para evitar que se recombine en hidrógeno molecular. Cuando el helio se vaporiza, el hidrógeno atómico se libera y se vuelve a combinar para formar hidrógeno molecular. El resultado sería una corriente intensamente caliente de hidrógeno y helio. El peso de despegue de los cohetes podría reducirse en un 50% con este método. [49]

La mayor parte del hidrógeno interestelar está en forma de hidrógeno atómico porque los átomos rara vez pueden colisionar y combinarse. Son la fuente de la importante línea de hidrógeno de 21 cm en astronomía a 1420 MHz. [50]

Isótopos

Tubo de descarga de hidrógeno (espectro)
Tubo de descarga de deuterio (espectro)
Schematic drawing of a positive atom in the center orbited by a negative particle.
El protio, el isótopo más común de hidrógeno, tiene un protón y un electrón. Único entre todos los isótopos estables, no tiene neutrones (ver diprotón para una discusión de por qué otros no existen).

El hidrógeno tiene tres isótopos naturales, denominados 1
H
,2
H
y3
H
. Otros núcleos altamente inestables (4
H
a7
H
) se han sintetizado en el laboratorio pero no se han observado en la naturaleza. [51] [52]

  • 1
    H
    es el isótopo de hidrógeno más común, con una abundancia de más del 99,98%. Debido a que el núcleo de este isótopo consta de un solo protón, se le da el nombre formal descriptivo, pero rara vez utilizado, de protio . [53]
  • 2
    H
    , el otro isótopo estable de hidrógeno, se conoce como deuterio y contiene un protón y un neutrón en el núcleo. Se cree que todo el deuterio del universo se produjo en el momento del Big Bang y ha perdurado desde entonces. El deuterio no es radiactivo y no representa un riesgo de toxicidad significativo. El agua enriquecida en moléculas que incluyen deuterio en lugar del hidrógeno normal se llama agua pesada . El deuterio y sus compuestos se utilizan como marcador no radiactivo en experimentos químicos y en disolventes para1
    Espectroscopía H - RMN . [54] El agua pesada se utiliza como moderador de neutrones y refrigerante para reactores nucleares. El deuterio también es un combustible potencial para la fusión nuclear comercial . [55]
  • 3
    H
    se conoce como tritio y contiene un protón y dos neutrones en su núcleo. Es radiactivo, se desintegra en helio-3 a través de la desintegración beta con una vida media de 12,32 años. [45] Es tan radiactivo que puede usarse en pintura luminosa , lo que lo hace útil en cosas como relojes. El vidrio evita que salga la pequeña cantidad de radiación. [56] Pequeñas cantidades de tritio se producen naturalmente por la interacción de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos; El tritio también se ha liberado durante las pruebas de armas nucleares . [57] Se utiliza en reacciones de fusión nuclear, [58] como trazador en geoquímica de isótopos , [59] y endispositivosespecializados de iluminación autoamplificados . [60] El tritio también se ha utilizado en experimentos de etiquetado químico y biológico como radiomarcaje . [61]

Único entre los elementos, se asignan nombres distintos a sus isótopos de uso común en la actualidad. Durante el estudio inicial de la radiactividad, se les dio sus propios nombres a varios isótopos radiactivos pesados, pero esos nombres ya no se utilizan, excepto el deuterio y el tritio. Los símbolos D y T (en lugar de2
H
y3
H
) se utilizan a veces para el deuterio y el tritio, pero el símbolo correspondiente para el protio, P, ya se utiliza para el fósforo y, por tanto, no está disponible para el protio. [62] En sus directrices de nomenclatura , la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) permite cualquiera de D, T,2
H
, y3
H
para ser utilizado, aunque2
H
y3
Se prefieren H. [63]

El átomo exótico muonio (símbolo Mu), compuesto por una antimuona y un electrón , también se considera a veces como un radioisótopo ligero de hidrógeno, debido a la diferencia de masa entre la antimuona y el electrón. [64] El muonio fue descubierto en 1960. [65] Durante el muón2,2  µs de vida útil, el muonio puede entrar en compuestos como el cloruro de muonio (MuCl) o el muónido de sodio (NaMu), análogos al cloruro de hidrógeno y al hidruro de sodio, respectivamente. [66]

Descubrimiento y uso

En 1671, Robert Boyle descubrió y describió la reacción entre limaduras de hierro y ácidos diluidos , que da como resultado la producción de gas hidrógeno. [67] [68] En 1766, Henry Cavendish fue el primero en reconocer el gas hidrógeno como una sustancia discreta, al nombrar el gas de una reacción metal-ácido "aire inflamable". Especuló que el "aire inflamable" era de hecho idéntico a la sustancia hipotética llamada " flogisto " [69] [70] y descubrió además en 1781 que el gas produce agua cuando se quema. Por lo general, se le atribuye el mérito del descubrimiento del hidrógeno como elemento. [4] [5] En 1783, Antoine Lavoisier le dio al elemento el nombre de hidrógeno (del griego ὑδρο- hydro que significa "agua" y genes -γενής que significa "creador") [71] cuando él y Laplace reprodujeron el hallazgo de Cavendish de que el agua es producido cuando se quema hidrógeno. [5]

Antoine-Laurent de Lavoisier

Lavoisier produjo hidrógeno para sus experimentos sobre conservación de masas haciendo reaccionar un flujo de vapor con hierro metálico a través de un tubo de hierro incandescente calentado en el fuego. La oxidación anaeróbica del hierro por los protones del agua a alta temperatura se puede representar esquemáticamente mediante el conjunto de reacciones siguientes:

   Fe + H 2 O → FeO + H 2
2 Fe + 3 H 2 O → Fe 2 O 3 + 3 H 2
3 Fe + 4 H 2 O → Fe 3 O 4 + 4 H 2

Muchos metales, como el circonio, experimentan una reacción similar con el agua que conduce a la producción de hidrógeno.

El hidrógeno fue licuado por primera vez por James Dewar en 1898 usando enfriamiento regenerativo y su invención, el matraz de vacío . [5] Produjo hidrógeno sólido al año siguiente. [5] El deuterio fue descubierto en diciembre de 1931 por Harold Urey , y el tritio fue preparado en 1934 por Ernest Rutherford , Mark Oliphant y Paul Harteck . [4] El agua pesada , que consiste en deuterio en lugar del hidrógeno regular, fue descubierta por el grupo de Urey en 1932. [5] François Isaac de Rivaz construyó el primer motor de Rivaz , un motor de combustión interna propulsado por una mezcla de hidrógeno y oxígeno en 1806. Edward Daniel Clarke inventó la cerbatana de gas hidrógeno en 1819. La lámpara y el candelero de Döbereiner se inventaron en 1823. [5]

El primer globo lleno de hidrógeno fue inventado por Jacques Charles en 1783. [5] El hidrógeno proporcionó el sustento para la primera forma confiable de transporte aéreo después de la invención en 1852 de la primera aeronave levantada por hidrógeno por Henri Giffard . [5] El conde alemán Ferdinand von Zeppelin promovió la idea de aeronaves rígidas elevadas por hidrógeno que más tarde se llamaron Zeppelins ; el primero de los cuales tuvo su vuelo inaugural en 1900. [5] Los vuelos programados regularmente comenzaron en 1910 y para el estallido de la Primera Guerra Mundial en agosto de 1914, habían transportado a 35.000 pasajeros sin un incidente grave. Los dirigibles impulsados ​​por hidrógeno se utilizaron como plataformas de observación y bombarderos durante la guerra.

La primera travesía transatlántica sin escalas fue realizada por el dirigible británico R34 en 1919. El servicio regular de pasajeros se reanudó en la década de 1920 y el descubrimiento de reservas de helio en los Estados Unidos prometió una mayor seguridad, pero el gobierno de los Estados Unidos se negó a vender el gas para este propósito. . Por lo tanto, H 2 se utilizó en el Hindenburg aeronave, que fue destruida en un incendio aire sobre Nueva Jersey el 6 de mayo de 1937. [5] El incidente fue transmitido en vivo por la radio y filmó. Se asume ampliamente que la causa es la ignición de la fuga de hidrógeno, pero investigaciones posteriores apuntaron a la ignición del revestimiento de tela aluminizada por electricidad estática . Pero el daño a la reputación del hidrógeno como gas de elevación ya estaba hecho y cesaron los viajes en aeronaves comerciales de hidrógeno . El hidrógeno todavía se usa, con preferencia al helio no inflamable pero más caro, como gas de elevación para globos meteorológicos .

Ese mismo año, el primer turbogenerador enfriado por hidrógeno entró en servicio con hidrógeno gaseoso como refrigerante en el rotor y el estator en 1937 en Dayton , Ohio, por Dayton Power & Light Co .; [72] debido a la conductividad térmica y la muy baja viscosidad del gas hidrógeno, por lo tanto, menor resistencia al aire, este es el tipo más común en su campo hoy en día para generadores grandes (típicamente 60 MW y más grandes; los generadores más pequeños generalmente se enfrían por aire ) .

La batería de níquel-hidrógeno se utilizó por primera vez en 1977 a bordo del satélite de tecnología de navegación 2 (NTS-2) de la Marina de los EE. UU. [73] Por ejemplo, la ISS , [74] Mars Odyssey [75] y el Mars Global Surveyor [76] están equipados con baterías de níquel-hidrógeno. En la parte oscura de su órbita, el telescopio espacial Hubble también funciona con baterías de níquel-hidrógeno, que finalmente fueron reemplazadas en mayo de 2009, [77] más de 19 años después del lanzamiento y 13 años después de su vida útil. [78]

Papel en la teoría cuántica

A line spectrum showing black background with narrow lines superimposed on it: one violet, one blue, one cyan, and one red.
Líneas de espectro de emisión de hidrógeno en el rango visible. Estas son las cuatro líneas visibles de la serie Balmer

Debido a su estructura atómica simple, que consta únicamente de un protón y un electrón, el átomo de hidrógeno , junto con el espectro de luz producido a partir de él o absorbido por él, ha sido fundamental para el desarrollo de la teoría de la estructura atómica . [79] Además, el estudio de la simplicidad correspondiente de la molécula de hidrógeno y el catión H correspondiente+ 2trajo comprensión de la naturaleza del enlace químico , que siguió poco después de que se desarrollara el tratamiento mecánico cuántico del átomo de hidrógeno a mediados de la década de 1920.

Uno de los primeros efectos cuánticos que se notó explícitamente (pero no se entendió en ese momento) fue una observación de Maxwell que involucraba hidrógeno, medio siglo antes de que llegara la teoría de la mecánica cuántica completa . Maxwell observó que la capacidad de calor específico de H 2 se aparta inexplicablemente de la de un diatómico gas por debajo de la temperatura ambiente y empieza a parecerse cada vez más que de un gas monoatómico a temperaturas criogénicas. Según la teoría cuántica, este comportamiento surge del espaciamiento de los niveles de energía rotacional (cuantificados), que están particularmente espaciados en H 2 debido a su baja masa. Estos niveles ampliamente espaciados inhiben la distribución equitativa de la energía térmica en movimiento de rotación en el hidrógeno a bajas temperaturas. Los gases diatómicos compuestos por átomos más pesados ​​no tienen niveles tan espaciados y no exhiben el mismo efecto. [80]

Antihidrógeno (
H
) es la contraparte de antimateria del hidrógeno. Consiste en un antiprotón con un positrón . El antihidrógeno es el único tipo de átomo de antimateria que se ha producido a partir de 2015.. [81] [82]

A white-green cotton-like clog on black background.
NGC 604 , una región gigante de hidrógeno ionizado en la Galaxia del Triángulo

El hidrógeno, como H atómico, es el elemento químico más abundante en el universo, y constituye el 75 por ciento de la materia normal en masa y más del 90 por ciento en número de átomos. (La mayor parte de la masa del universo, sin embargo, no está en forma de materia de tipo elemento químico, sino que se postula que ocurre como formas de masa aún no detectadas, como la materia oscura y la energía oscura . [83] ) Este elemento se encuentra en gran abundancia en estrellas y planetas gigantes gaseosos . Las nubes moleculares de H 2 se asocian con la formación de estrellas . El hidrógeno juega un papel vital en el suministro de energía a las estrellas a través de la reacción protón-protón en el caso de estrellas con una masa del Sol desde muy baja hasta aproximadamente 1 y el ciclo CNO de fusión nuclear en el caso de estrellas más masivas que nuestro Sol . [84]

Estados

En todo el universo, el hidrógeno se encuentra principalmente en los estados atómico y plasmático , con propiedades bastante distintas de las del hidrógeno molecular. Como plasma, el electrón y el protón del hidrógeno no están unidos, lo que da como resultado una conductividad eléctrica y una emisividad muy altas (produciendo la luz del Sol y otras estrellas). Las partículas cargadas están muy influenciadas por campos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, en el viento solar interactúan con la magnetosfera de la Tierra dando lugar a las corrientes de Birkeland y la aurora . El hidrógeno se encuentra en estado atómico neutro en el medio interestelar . Se cree que la gran cantidad de hidrógeno neutro que se encuentra en los sistemas Lyman-alfa amortiguados domina la densidad bariónica cosmológica del universo hasta el corrimiento al rojo z = 4. [85]

Bajo condiciones ordinarias de la Tierra, existe hidrógeno elemental como gas diatómico, H 2 . Sin embargo, el gas hidrógeno es muy raro en la atmósfera de la Tierra (1 ppm por volumen) debido a su peso ligero, lo que le permite escapar de la gravedad de la Tierra más fácilmente que los gases más pesados. Sin embargo, el hidrógeno es el tercer elemento más abundante en la superficie de la Tierra, [86] principalmente en forma de compuestos químicos como hidrocarburos y agua. [45] El gas hidrógeno es producido por algunas bacterias y algas y es un componente natural de los flatos , al igual que el metano , una fuente de hidrógeno de creciente importancia. [87]

Una forma molecular llamada hidrógeno molecular protonado ( H+
3
) se encuentra en el medio interestelar, donde se genera por ionización del hidrógeno molecular de los rayos cósmicos . Este ion también se ha observado en la atmósfera superior del planeta Júpiter . El ion es relativamente estable en el entorno del espacio exterior debido a la baja temperatura y densidad. H+
3
es uno de los iones más abundantes del universo y juega un papel notable en la química del medio interestelar. [88] El hidrógeno triatómico neutro H 3 sólo puede existir en forma excitada y es inestable. [89] Por el contrario, el ion molecular de hidrógeno positivo ( H+
2
) es una molécula rara en el universo.

H
2
se produce en laboratorios de química y biología, a menudo como subproducto de otras reacciones; en la industria para la hidrogenación de sustratos insaturados ; y en la naturaleza como medio de expulsar equivalentes reductores en reacciones bioquímicas.

Electrólisis de agua

Ilustrando las entradas y salidas de la electrólisis simple de la producción de agua de hidrógeno.

La electrólisis del agua es un método simple de producir hidrógeno. Una corriente de bajo voltaje pasa a través del agua y se forma oxígeno gaseoso en el ánodo, mientras que se forma hidrógeno gaseoso en el cátodo . Normalmente, el cátodo está hecho de platino u otro metal inerte cuando se produce hidrógeno para almacenamiento. Sin embargo, si el gas se va a quemar en el lugar, es deseable que el oxígeno ayude a la combustión, por lo que ambos electrodos estarían hechos de metales inertes. (El hierro, por ejemplo, se oxidaría y, por lo tanto, disminuiría la cantidad de oxígeno emitido). La eficiencia máxima teórica (electricidad utilizada frente al valor energético del hidrógeno producido) está en el rango de 88 a 94%. [90] [91]

2 H
2
O
(l) → 2 H
2
(g) + O
2
(gramo)

Pirolisis de metano (método industrial)

Ilustrando las entradas y salidas de la pirólisis de metano , un proceso para producir hidrógeno

La producción de hidrógeno mediante pirólisis de metano con gas natural es un proceso reciente de un solo paso "sin gases de efecto invernadero". [92] [93] El desarrollo de la producción en volumen utilizando este método es la clave para permitir una reducción más rápida del carbono mediante el uso de hidrógeno en procesos industriales, [94] transporte de camiones pesados ​​eléctricos con pilas de combustible , [95] [96] [97] [98] y en generación de energía eléctrica con turbinas de gas. [99] [100] La pirólisis de metano utiliza metano CH
4
burbujeó a través del catalizador de metal fundido a altas temperaturas (1340 K, 1065 ° C o 1950 ° F) para producir hidrógeno H no contaminante
2
gas en gran volumen, a bajo coste y produce carbono sólido C no contaminante [101] [102] sin emisión de gases de efecto invernadero. [103] [104]

CH
4
(g) → C (s) + 2 H
2
(g) ΔH ° = 74 kJ / mol

El carbono sólido de calidad industrial puede venderse como materia prima para la fabricación o depositarse en vertederos de forma permanente, no se libera a la atmósfera y no contamina el agua subterránea en los vertederos. La pirólisis de metano está en desarrollo y se considera adecuada para la producción comercial de hidrógeno a granel. El volumen de producción se está evaluando en la planta piloto de "pirólisis de metano a escala" de BASF . [105] Continúan las investigaciones en varios laboratorios, incluido el Laboratorio de metales líquidos de Karlsruhe (KALLA) [106] y el laboratorio de ingeniería química de la Universidad de California - Santa Bárbara [107]

Reformado con vapor (método industrial)

Ilustrando las entradas y salidas del reformado con vapor de gas natural, un proceso para producir hidrógeno

El hidrógeno se produce a menudo utilizando gas natural, lo que implica la eliminación de hidrógeno de los hidrocarburos a temperaturas muy altas, y el 48% de la producción de hidrógeno proviene del reformado con vapor. [108] [109] El hidrógeno comercial a granel generalmente se produce mediante reformado con vapor de gas natural [110] con liberación de gas de efecto invernadero atmosférico o con captura mediante CAC y mitigación del cambio climático . El reformado con vapor también se conoce como el proceso Bosch y se usa ampliamente para la preparación industrial de hidrógeno.

A altas temperaturas (1000–1400 K, 700–1100 ° C o 1300–2000 ° F), el vapor (vapor de agua) reacciona con el metano para producir monóxido de carbono y H
2
.

CH
4
+ H
2
O
→ CO + 3 H
2

Esta reacción se favorece a bajas presiones, pero no obstante se lleva a cabo a altas presiones (2,0 MPa, 20 atm o 600  inHg ). Esto se debe a que la H de alta presión
2
es el producto más comercializable y los sistemas de purificación de adsorción por cambio de presión (PSA) funcionan mejor a presiones más altas. La mezcla de productos se conoce como " gas de síntesis " porque a menudo se utiliza directamente para la producción de metanol y compuestos relacionados. Se pueden usar hidrocarburos distintos del metano para producir gas de síntesis con diferentes proporciones de productos. Una de las muchas complicaciones de esta tecnología altamente optimizada es la formación de coque o carbono:

CH
4
→ C + 2 H
2

En consecuencia, el reformado con vapor normalmente emplea un exceso de H
2
O
. Se puede recuperar hidrógeno adicional del vapor mediante el uso de monóxido de carbono a través de la reacción de desplazamiento de gas de agua , especialmente con un catalizador de óxido de hierro . Esta reacción también es una fuente industrial común de dióxido de carbono : [110]

CO + H
2
O
CO
2
+ H
2

Otros métodos importantes para CO y H
2
la producción incluye la oxidación parcial de hidrocarburos: [111]

2 canales
4
+ O
2
→ 2 CO + 4 H
2

y la reacción del carbón, que puede servir como preludio de la reacción de cambio anterior: [110]

C + H
2
O
→ CO + H
2

El hidrógeno a veces se produce y consume en el mismo proceso industrial, sin separarse. En el proceso de Haber para la producción de amoníaco , el hidrógeno se genera a partir del gas natural. [112] La electrólisis de la salmuera para producir cloro también produce hidrógeno como coproducto. [113]

Metal-ácido

Muchos metales reaccionan con el agua para producir H
2
, pero la velocidad de desprendimiento de hidrógeno depende del metal, el pH y la presencia de agentes de aleación. Más comúnmente, el desprendimiento de hidrógeno es inducido por ácidos. Los metales alcalinos y alcalinotérreos, el aluminio, el zinc, el manganeso y el hierro reaccionan fácilmente con los ácidos acuosos. Esta reacción es la base del aparato de Kipp , que una vez se utilizó como fuente de gas de laboratorio:

Zn + 2 H+
Zn2+
+ H
2

En ausencia de ácido, la evolución de H
2
es más lento. Debido a que el hierro es un material estructural ampliamente utilizado, su corrosión anaeróbica es de importancia tecnológica:

Fe + 2 H
2
O → Fe (OH)
2
+ H
2

Muchos metales, como el aluminio , reaccionan lentamente con el agua porque forman recubrimientos pasivados de óxidos. Sin embargo, una aleación de aluminio y galio reacciona con el agua. [114] A un pH alto, el aluminio puede producir H
2
:

2 Al + 6 H
2
O
+ 2 OH-
→ 2 Al (OH)-
4
+ 3 H
2

Algunos compuestos que contienen metales reaccionan con ácidos para generar H
2
. En condiciones anaeróbicas, el hidróxido ferroso ( Fe (OH)
2
) puede ser oxidado por los protones del agua para formar magnetita y H
2
. Este proceso se describe mediante la reacción de Schikorr :

3 Fe (OH)
2
Fe
3
O
4
+ 2 H
2
O + H
2

Este proceso ocurre durante la corrosión anaeróbica del hierro y el acero en aguas subterráneas libres de oxígeno y en la reducción de suelos por debajo del nivel freático .

Termoquímica

Se pueden utilizar más de 200 ciclos termoquímicos para la división del agua . Muchos de estos ciclos, tales como el ciclo de óxido de hierro , cerio (IV) óxido de cerio ciclo de óxido de (III) , zinc ciclo de zinc-óxido , ciclo del azufre-yodo , ciclo de cobre y cloro y ciclo del azufre híbrido han sido evaluados por su potencial comercial para producir hidrógeno y oxígeno a partir del agua y el calor sin utilizar electricidad. [115] Varios laboratorios (incluidos Francia, Alemania, Grecia, Japón y los Estados Unidos) están desarrollando métodos termoquímicos para producir hidrógeno a partir de energía solar y agua. [116]

Reacción de serpentinización

En condiciones geológicas profundas que prevalecen lejos de la atmósfera terrestre, el hidrógeno ( H
2
) se produce durante el proceso de serpentinización . En este proceso, los protones del agua (H + ) son reducidos por los iones ferrosos (Fe 2+ ) proporcionados por la fayalita ( Fe
2
SiO
4
). La reacción forma magnetita ( Fe
3
O
4
), cuarzo (Si O
2
) e hidrógeno ( H
2
): [117] [118]

3 Fe
2
SiO
4
+ 2 H
2
O → 2 Fe
3
O
4
+ 3 Si O
2
+ 3 H
2
fayalita + agua → magnetita + cuarzo + hidrógeno

Esta reacción se parece mucho a la reacción de Schikorr observada en la oxidación anaeróbica del hidróxido ferroso en contacto con el agua.

Industria petroquímica

Grandes cantidades de H
2
se utilizan en la "mejora" de combustibles fósiles. Consumidores clave de H
2
incluyen hidrodesalquilación , hidrodesulfuración e hidrocraqueo . Muchas de estas reacciones se pueden clasificar como hidrogenólisis , es decir, la ruptura de enlaces al carbono. Es ilustrativa la separación del azufre de los combustibles fósiles líquidos:

RSR + 2 H 2 → H 2 S + 2 RH

Hidrogenación

Hidrogenación , la adición de H
2
a varios sustratos se realiza a gran escala. La hidrogenación de N2 para producir amoníaco mediante el proceso Haber-Bosch consume un pequeño porcentaje del presupuesto de energía en toda la industria. El amoniaco resultante se utiliza para suministrar la mayor parte de las proteínas consumidas por los seres humanos. [119] La hidrogenación se utiliza para convertir grasas y aceites insaturados en grasas y aceites saturados. La principal aplicación es la producción de margarina . El metanol se produce por hidrogenación de dióxido de carbono. De manera similar, es la fuente de hidrógeno en la fabricación de ácido clorhídrico . H
2
También se utiliza como agente reductor para la conversión de algunos minerales en metales. [120]

Refrigerante

El hidrógeno se usa comúnmente en las centrales eléctricas como refrigerante en generadores debido a una serie de propiedades favorables que son un resultado directo de sus moléculas diatómicas ligeras. Estos incluyen baja densidad , baja viscosidad y el calor específico más alto y la conductividad térmica de todos los gases.

Portador de energía

El hidrógeno no es un recurso energético como combustible de combustión porque no existe una fuente natural de hidrógeno en cantidades útiles. [121] La energía del Sol proviene de la fusión nuclear de hidrógeno, pero este proceso es difícil de lograr de manera controlable en la Tierra. [122] El hidrógeno elemental de fuentes solares, biológicas o eléctricas requiere más energía de la que se obtiene al quemarlo, por lo que en estos casos el hidrógeno funciona como un portador de energía, como una batería. El hidrógeno se puede obtener de fuentes fósiles (como el metano), pero estas fuentes son insostenibles. [121]

La densidad de energía por unidad de volumen tanto del hidrógeno líquido como del gas de hidrógeno comprimido a cualquier presión practicable es significativamente menor que la de las fuentes de combustible tradicionales, aunque la densidad de energía por unidad de masa de combustible es mayor. [121] Sin embargo, el hidrógeno elemental ha sido ampliamente discutido en el contexto de la energía, como un posible futuro portador de energía a escala económica. [123] Por ejemplo, CO
2
El secuestro seguido de la captura y el almacenamiento de carbono podría realizarse en el punto de H
2
producción a partir de combustibles fósiles. [124] El hidrógeno utilizado en el transporte se quemaría de forma relativamente limpia, con algunas emisiones de NO x , [125] pero sin emisiones de carbono. [124] Sin embargo, los costos de infraestructura asociados con la conversión total a una economía de hidrógeno serían sustanciales. [126] Las pilas de combustible pueden convertir hidrógeno y oxígeno directamente en electricidad de forma más eficiente que los motores de combustión interna. [127]

La industria de semiconductores

El hidrógeno se emplea para saturar enlaces rotos ("colgantes") de silicio amorfo y carbono amorfo que ayuda a estabilizar las propiedades del material. [128] También es un donante potencial de electrones en varios materiales de óxidos, incluidos ZnO , [129] [130] SnO 2 , CdO , MgO , [131] ZrO 2 , HfO 2 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 , TiO 2 , SrTiO 3 , LaAlO 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , HfSiO 4 y SrZrO 3 . [132]

Nicho y usos en evolución

Aparte de su uso como reactivo, H
2
tiene una variedad de aplicaciones más pequeñas. Se utiliza como gas protector en métodos de soldadura como la soldadura con hidrógeno atómico . [133] [134] El H 2 líquido se utiliza en la investigación criogénica , incluidos los estudios de superconductividad . [135] Porque H
2
es más ligero que el aire, tiene un poco más de 114 de la densidad del aire, alguna vez se usó ampliamente como gas de elevación en globos y dirigibles . [136]

Puro o mezclado con nitrógeno (a veces llamado gas de formación ), el hidrógeno es un gas trazador para la detección de fugas diminutas. Las aplicaciones se pueden encontrar en las industrias automotriz, química, de generación de energía, aeroespacial y de telecomunicaciones. [137] El hidrógeno es un aditivo alimentario autorizado (E 949) que permite la prueba de fugas en los envases de alimentos, entre otras propiedades antioxidantes. [138]

Los isótopos más raros del hidrógeno también tienen aplicaciones específicas. El deuterio (hidrógeno-2) se utiliza en aplicaciones de fisión nuclear como moderador de neutrones lentos y en reacciones de fusión nuclear . [5] Los compuestos de deuterio tienen aplicaciones en química y biología en estudios de efectos isotópicos de reacción . [139] El tritio (hidrógeno-3), producido en reactores nucleares , se utiliza en la producción de bombas de hidrógeno , [140] como marca isotópica en las biociencias, [61] y como fuente de radiación en pinturas luminosas. [141]

La temperatura de punto triple del hidrógeno de equilibrio es un punto fijo definitorio en la escala de temperatura ITS-90 a 13.8033  Kelvin . [142]

H 2 es un producto de algunos tipos de metabolismo anaeróbico y es producido por varios microorganismos , por lo general a través de reacciones catalizadas por hierro - o de níquel que contiene enzimas llamados hidrogenasas . Estas enzimas catalizan la reversible redox reacción entre H 2 y su componente de dos protones y dos electrones. La creación de gas hidrógeno se produce en la transferencia de equivalentes reductores producidos durante la fermentación de piruvato al agua. [143] El ciclo natural de producción y consumo de hidrógeno por parte de los organismos se denomina ciclo del hidrógeno . [144] El hidrógeno es el elemento más abundante en el cuerpo humano en términos de número de átomos del elemento, pero es el tercer elemento más abundante en masa, porque el hidrógeno es muy ligero. El H 2 se encuentra en el aliento de los seres humanos debido a la actividad metabólica de los microorganismos que contienen hidrogenasas en el intestino grueso . La concentración en personas en ayunas en reposo suele ser inferior a 5 partes por millón (ppm), pero puede ser de 50 ppm cuando las personas con trastornos intestinales consumen moléculas que no pueden absorber durante las pruebas de diagnóstico de hidrógeno en el aliento . [145]

La división del agua , en la que el agua se descompone en sus componentes protones, electrones y oxígeno, ocurre en las reacciones de luz en todos los organismos fotosintéticos . Algunos de estos organismos, incluyendo el alga Chlamydomonas reinhardtii y cianobacterias , han evolucionado un segundo paso en las reacciones oscuras en el que los protones y los electrones se reduce para formar H 2 gas por hidrogenasas especializados en el cloroplasto . [146] Se han realizado esfuerzos para modificar genéticamente las hidrogenasas de cianobacterias para sintetizar eficientemente el gas H 2 incluso en presencia de oxígeno. [147] También se han realizado esfuerzos con algas modificadas genéticamente en un biorreactor . [148]

Hidrógeno
Peligros
Pictogramas GHS GHS02: Flammable
Palabra de señal GHS Peligro
Declaraciones de peligro GHS
H220
Consejos de prudencia del SGA
P202 , P210 , P271 , P403 , P377 , P381 [149]
NFPA 704 (diamante de fuego)
0
4
0

El hidrógeno presenta una serie de peligros para la seguridad humana, desde posibles detonaciones e incendios cuando se mezcla con aire hasta ser un asfixiante en su forma pura y libre de oxígeno . [150] Además, el hidrógeno líquido es un criógeno y presenta peligros (como congelación ) asociados con líquidos muy fríos. [151] El hidrógeno se disuelve en muchos metales y, además de filtrarse, puede tener efectos adversos sobre ellos, como fragilización por hidrógeno , [152] que conduce a grietas y explosiones. [153] El gas hidrógeno que se escapa al aire exterior puede inflamarse espontáneamente. Además, el fuego de hidrógeno, aunque es extremadamente caliente, es casi invisible y, por lo tanto, puede provocar quemaduras accidentales. [154]

Incluso la interpretación de los datos del hidrógeno (incluidos los datos de seguridad) se ve confundida por una serie de fenómenos. Muchas propiedades físicas y químicas del hidrógeno dependen de la relación parahidrógeno / ortohidrógeno (a menudo se necesitan días o semanas a una temperatura determinada para alcanzar la relación de equilibrio, para la cual generalmente se dan los datos). Los parámetros de detonación de hidrógeno, como la presión y la temperatura críticas de detonación, dependen en gran medida de la geometría del contenedor. [150]

  1. ^ Sin embargo, la mayor parte de la masa del universo no está en forma de bariones o elementos químicos. Vea la materia oscura y la energía oscura .
  2. ^ 286 kJ / mol: energía por mol del material combustible (hidrógeno molecular).

  • Economía de hidrógeno
  • Producción de hidrógeno
  • Seguridad del hidrógeno
  • Tecnologías de hidrógeno
  • Hidrógeno líquido
  • Pirolisis de metano (para hidrógeno)
  • Pirólisis

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