Hidrógeno: El elemento más abundante del universo
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¿Sabías de qué elementos está compuesta el agua? Cada molécula de agua tiene dos partes de hidrógeno y una de oxígeno (H2o). El hidrógeno por sí solo es un gas incoloro e inodoro, pero como vemos, al compartir sus electrones se obtiene agua, una de las sustancias más complejas del universo. Hoy conoceremos un poco más sobre este curioso elemento y su aplicabilidad.
Definición y características
El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica. A su vez, el más ligero que existe y en estado normal se encuentra en estado gaseoso. Es insípido, no tiene color ni olor. Este compuesto químico está constituido por un átomo formado por un protón y un electrón. El que conocemos como H2.
Constituye el 75% de la materia del Universo, y como está compuesto por otros elementos como el oxígeno, no es un combustible que pueda tomarse directamente de la naturaleza. Es decir, debe ser fabricado.
Historia del hidrógeno
La palabra hidrógeno viene del griego “hydro” que significa agua, y “genos”, que significa generador. En conjunto, su nombre significa “generador de agua”. Así fue bautizado por el químico Antoine Lavoisier. Sin embargo, fue en 1766, cuando el británico Cavendish se convirtió en el primer químico en formular la composición del agua. Cabe acotar que el H2 fue descubierto de por varios científicos y un trabajo arduo:
Veamos una pequeña línea de tiempo sobre su evolución
El agua será el carbón del futuro
El escritor Julio Verne dijo en una de sus novelas lo que para muchos hoy es una predicción casi cumplida: “Creo que un día el agua será un carburante, que el hidrógeno y el oxígeno que la constituyen, utilizados solos o conjuntamente, proporcionarán una fuente inagotable de energía y de luz, con una intensidad que el carbón no puede; que dado que las reservas de carbón se agotarán, nos calentamos gracias al agua. El agua será el carbón del futuro”.
Como dato curioso, es realmente atractivo conocer, que el hidrógeno no tenía una ubicación en las tablas periódicas de los años 30. Esto fue en evolución. En la tabla propuesta por el químico estadounidense Seaborg, el hidrógeno encabezó dos grupos: el grupo 1 de los metales alcalinos y el grupo 17, de los halógenos. Posteriormente, se propuso que encabezará el grupo 14, sobre el carbono. Todas estas ubicaciones tuvieron argumentos químicos.
Propiedades del hidrógeno
| Numero atómico | 1 |
| Valencia | 1 |
| Estado de oxidación | +1 |
| Electronegatividad | 2,1 |
| Radio covalente (A) | 0,37 |
| Radio iónico (A) | 2,08 |
| Radio atómico | - |
| Configuración electrónica | 1s1 |
| Primer potenciald e oinización (eV) | 13,65 |
| Masa atómica (g/mol) | 1,00797 |
| Densidad (g/ml) | 0,071 |
| Punto de ebullición (°C) | -252,7 |
| Punto de fusión (°C) | -259,2 |
| Descubridor | Boyle en 1671 |
Propiedades químicas
El átomo de hidrógeno de símbolo (H) está constituido por un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón, como dijimos con anterioridad. Su número atómico es 1 y tiene un peso atómico de 1.00797. Constituye toda la materia orgánica y es uno de los principales componentes del agua.
El hidrógeno posee tres isótopos: el protio (de masa 1), que se encuentra en más del 99% del elemento natural; el deuterio (de masa 2), se encuentra en la naturaleza en aproximadamente un 0.02%; y el tritio (de masa 3), el cual aparece en cantidades muy pequeñas también de la naturaleza, con la diferencia que puede producirse artificialmente a través de diferentes reacciones nucleares.
El hidrógeno actúa con estado de oxidación +1 y tiene un comportamiento metálico en estado sólido. Por su parte, también cuenta con similitudes con el flúor como no metal y propiedades químicas como: potenciales de ionización y afinidad electrónica que se acercan al grupo 14.
Tipos de Hidrógeno
Las varias formas de producir el hidrógeno, dan lugar a los diferentes tipos de hidrógeno y sus variantes, que nombraremos a continuación:
1. Hidrógeno verde
Se produce mediante electrólisis separando las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. Además, este oxígeno se puede liberar de manera segura a la atmósfera como un subproducto. En el caso del hidrógeno verde, la electrólisis necesita energía eléctrica generada a través de energías renovables como la eólica y la solar.
El hidrógeno verde es la forma más limpia de producir hidrógeno con la menor cantidad de emisiones de CO₂, casi nulas.
2. Hidrógeno turquesa:
Se crea mediante pirólisis de metano que se separa en carbono sólido e hidrógeno en un reactor, proceso que no produce CO₂ gaseoso como subproducto y, si el reactor se alimenta de energías renovables, se asume como neutro en emisiones de CO₂.
3. Hidrógeno gris
El hidrógeno gris se produce de una manera similar al hidrógeno azul, a partir de combustibles fósiles como el carbón o el gas natural. Sin embargo, las emisiones de carbono se liberan a la atmósfera, resultando que esta tecnología afecte al medio ambiente.
4. Hidrógeno Rosa
Producido mediante electrólisis a partir de la energía nuclear.
5. Hidrógeno azul
Se produce al separar el gas natural en hidrógeno y CO₂, por ejemplo, a través del reformado de metano con vapor (SMR). El CO₂ no se libera a la atmósfera, sino que se captura en el proceso y se almacena. Este proceso de captura y almacenamiento de carbono (CAC) ayuda a minimizar el impacto ambiental.
6. Hidrógeno Amarillo
Producido de forma similar al verde, con energía que se obtiene únicamente a través de energía solar.
Aplicaciones del hidrógeno
Sin duda, el empleo más importante del hidrógeno se centra en la síntesis del amoníaco. Pero también tiene otras aplicaciones industriales. Sin embargo, también es usado en la industria electrónica, en la elaboración de cosméticos y en el hidrotratamiento de crudos muy pesados.
Otros usos importantes del hidrógeno
Producción de amoníaco: conocido como el proceso de Haber, se produce a partir de hidrógeno (H2) y nitrógeno (N2), a través de una reacción de alta presión.
Como combustible: puede usarse directamente en un motor de combustión interna, o en una estufa, también como celda de combustible. Ese último uso fue empleado por la NASA para producir electricidad en vuelos espaciales. También en el transporte aéreo o marítimo.
Otras industrias: también, el hidrógeno es importante en la fabricación de vidrio y acero. A su vez, también es usado como gas en la elevación de globos meteorológicos y en la elaboración de herramientas de corte a alta velocidad.
Otro uso importante del hidrógeno es el almacenamiento de energía. Debido a que el hidrógeno se caracteriza por su alta densidad energética por unidad de masa. Sin embargo, el principal problema de esto es que ocupa mucho volumen. Por ello, existen diferentes maneras de almacenamiento, según su grado de desarrollo, que nombraremos a continuación:
Tipos de almacenamiento
Gas comprimido: es una técnica bastante usada para suministrar hidrógeno en presiones pequeñas. Su principal característica es que es de bajo costo y tiene disponibilidad general.
Hidrógeno líquido: es una de las tecnologías más empleadas y por lo tanto, más reconocidas. Tiene una buena densidad de almacenamiento. Para esta se requieren temperaturas muy bajas, lo que puede hacer un poco más costoso su procedimiento.
Hidruros metálicos: se almacena el hidrógeno sobre un metal. Al utilizarse este sólido para fijar el gas, su vida útil puede ser menor.
Hidruros químicos: consta de sistemas compactos que tienen un tamaño muy reducido. Necesitan de infraestructuras especiales.
Estructuras de carbono: permiten una elevada densidad de almacenamiento de hidrógeno. Aunque aún están en fase de investigación, son prácticas debido a su ligereza.
Hidrógeno y su importancia para la vida
- Es el elemento más antiguo. Fue creado segundos después del Big Bang, momento en el que comenzó lo que conocemos como “Universo”.
- Está presente en el 90% de los átomos y en las tres cuartas partes de la masa total.
- Es un elemento impuro. Debido a que es muy ligero, asciende a la atmósfera con el resto de los gases, por lo que no es encontrado en cantidades importantes. Incluso, se pierde en el espacio debido a que sube a sus capas más altas.
- Las estrellas brillan gracias a él. Las estrellas convierten grandes cantidades de hidrógeno en helio, lo que produce su efecto.
- El sol, por su parte, consume por segundo seiscientos millones de toneladas de hidrógeno. De allí se libera la energía que recibimos como luz y calor.
- Es indispensable en nuestro cuerpo. El hidrógeno es esencial para que exista agua y el agua constituye alrededor del 60% de nuestra masa corporal.
Sirve como biomoléculas como carbohidratos, proteínas o almidones. A su vez, mantiene la estructura de nuestro ADN.
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