L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’universo, ma sul nostro pianeta non si trova allo stato libero, bensì combinato con l’ossigeno sotto forma di acqua. È il costituente di moltissimi composti che costituiscono la gran parte delle sostanze organiche ed è il principale componente delle stelle. È il più leggero dei gas, è incolore, insapore, inodore e infiammabile. È un discreto conduttore del calore e dell’elettricità, viene assorbito con facilità da alcuni metalli. È poco attivo a freddo mentre a caldo o in presenza di catalizzatori dà luogo a molte reazioni. La gran parte dell’idrogeno prodotto viene ottenuto dai combustibili fossili, mentre il rimanente si ottiene attraverso l’elettrolisi dell’acqua.
Descritto formalmente nel XVI secolo, fu riconosciuto come sostanza autonoma dallo scienziato inglese Cavendish che lo definì come “aria infiammabile”; successivamente Lavoisier, che riprodusse gli esperimenti di Cavendish, gli attribuì il nome con il quale il gas è attualmente conosciuto (il termine deriva dal greco e significa “generatore di acqua”).
Indice
Proprietà chimiche
Questo elemento è scarsamente reattivo senza sostanze catalizzatrici:si combina solo con elementi più elettronegativi (per esempio, ossigeno) o più elettropositivi (per esempio, calcio).
- Simbolo: H
- Numero atomico: 1
- Serie: Non metalli
- Gruppo, periodo: 1 (IA), 1
- Densità: 0,0899 kg/m³
- Peso atomico: 1,00784 u
- Configurazione elettronica: 1s1
- Struttura cristallina: esagonale
- Stato della materia: gassoso
- Punto di fusione: −259,125 °C
- Punto di ebollizione: −252,882 °C
- Calore di fusione: 0,05868 kJ/mol
- Elettronegatività: 2,2 (Scala di Pauling)
- Calore specifico: 14 304 J/(kg·K)
- Conducibilità termica: 0,1815 W/(m·K)
Idrogeno – Composti principali
Monossido di idrogeno H2O – L’acqua, il composto naturalmente più famoso dell’idrogeno, generato dalla combinazione di diidrogeno con diossigeno.
Perossido di idrogeno H2O2 – Noto come acqua ossigenata, liquido incolore e corrosivo dall’odore forte che viene di solito diluita in acqua per molti utilizzi industriali, chimici e farmaceutici.
Idrogeno solforato H2S – Noto anche come acido solfidrico, è un gas incolore dall’odore sgradevole tipico dei sulfurei, è estremamente velenoso e si produce anche in natura da proteine che contengono zolfo e vengono decomposte da alcuni batteri (succede per esempio nelle paludi e nel petrolio).
Cloruro di idrogeno HCl – Gas incolore irritante, noto anche come acido cloridrico in quanto usato principalmente diluito in acqua, diventando un liquido molto corrosivo. È il principale componente dei succhi gastrici e dell’acido muriatico usato per le pulizie.
Fluoruro di idrogeno HF – Noto anche come acido fluoridrico, è un gas incolore molto velenoso, solubile in acqua e molto corrosivo nella sua forma liquida.
Isotopi – Questo elemento è l’unico ad avere isotopi con nomi specifici: il prozio H-1 (nessun neutrone), il deuterio H-2 (un neutrone) e il trizio H-3 (radioattivo, due neutroni).
Il prozio è l’isotopo dell’idrogeno maggiormente più diffuso (rappresenta il 99,985% della miscela dei tre isotopi); il suo nucleo è costituito unicamente da un protone; di norma, essendo l’isotopo più diffuso, le proprietà dell’elemento idrogeno sono riferite a esso. Il suo nome deriva dal greco pròtos, primo.
Il deuterio (dal greco déuteros, secondo), diversamente dal prozio, ha un nucleo – detto deutone o deuterone – composto da un protone e da un neutrone; talvolta lo si indica con il simbolo D; costituisce lo 0,015 della miscela; è stato scoperto nel 1931 da un chimico statunitense, Harold Urey; grazie a questa scoperta, nel 1934 Urey si aggiudicò il premio Nobel per la chimica. Sul nostro pianeta il deuterio è presente in minima parte nella molecola dell’acqua; si definisce acqua pesante (o acqua deuterata) l’acqua che contiene una percentuale significativa di deuterio rispetto alla normale acqua che, per la gran parte, contiene prozio. L’acqua pesante ha una notevole importanza nella tecnologia nucleare come moderatore per neutroni.
Il trizio (anche tritio, dal greco trítos, terzo) ha un nucleo, detto tritone, formato da un protone e due neutroni; è talvolta indicato con il simbolo T; è un isotopo radioattivo presente solo in tracce nella miscela dei tre isotopi; ha un tempo di dimezzamento di circa 12 anni. La sua esistenza fu prevista verso la fine degli anni ’20 del XX secolo da Walter Russell; fu poi prodotto nel 1934 dal deuterio da Rutherford, Oliphant e Harteck, anche se non furono in grado di isolarlo. Uno dei suoi principali utilizzi è quello di tracciante radioattivo.
Applicazioni
Grandi quantità d’idrogeno s’impiegano per la sintesi dell’ammoniaca (per fissazione dell’azoto dell’aria), per l’idrogenazione di oli e di grassi, per la produzione dell’acido cloridrico e del metanolo e dei combustibili fossili ecc. È un gas industriale molto importante; per molto tempo venne usato per il gonfiamento degli aerostati (dirigibili), ma a causa della sua infiammabilità fu sostituito dall’elio, che è un po’ più pesante, ma non infiammabile. Allo stato liquido viene impiegato come combustibile per missili.
Viene usato infine come refrigerante nei generatori delle centrali elettriche e in ambito nucleare per rallentare i neutroni e per produrre le bombe a idrogeno.
Ricostruzione grafica della molecola dell’acqua, composta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno
Biologia
L’idrogeno è ovviamente presente in grandi quantità nel corpo umano sotto forma di acqua, il nostro principale elemento costituente, che deve essere introdotto ogni giorno nelle giuste quantità. Si trova anche come costituente in tutte le molecole organiche delle nostre cellule, legato a atomi di carbonio. Questo elemento, inoltre, ha un ruolo importante nei meccanismi di ossidazione cellulare che avvengono nel nostro corpo: una parte di uno dei due sistemi di degradazione delle molecole organiche nel corpo è la combinazione dell’idrogeno con l’ossigeno a formare acqua da eliminare.
Fondamentale è poi il legame a idrogeno, un particolare legame chimico che costituisce la struttura cellulare di proteine e acidi nucleici (tiene uniti i due filamenti della tipica struttura a elica del DNA). Infine, la giusta concentrazione di ioni H+ nelle cellule è indispensabile per una corretta attività degli enzimi al loro interno.
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