Concetti Chiave
- L'idrogeno è un elemento chimico gassoso, con simbolo H e numero atomico 1, fondamentale nella composizione dell'acqua.
- È il gas più leggero, incolore e inodore, con una densità di 0,071 g/cm3, che attraversa facilmente pareti porose e metalli.
- Reagisce attivamente a caldo, combinandosi con molti non metalli e metalli, e brucia con una fiamma blu, utilizzato anche in torce ossidriche.
- L'idrogeno è prodotto industrialmente tramite elettrolisi dell'acqua e decomposizione catalitica degli idrocarburi e ha molte applicazioni chimiche.
- Considerato elemento più abbondante nell'universo, l'idrogeno ha un futuro promettente come vettore energetico e combustibile per lanciatori spaziali.
Caratteristiche dell'idrogeno
L'idrogeno è un corpo semplice e gassoso che viene utilizzato nella composizione dell'acqua. Il simbolo dell'elemento chimico è H.
• Numero atomico: 1
• Peso atomico: 1.008 0
• Temperatura di fusione: − 259,14 °C
• Temperatura di ebollizione: − 252,87 °C
• Densità: 0.071 g/cm3
L'idrogeno fu identificato da Cavendish nel 1766. L'atomo di idrogeno ordinario è costituito da un singolo protone, attorno al quale ruota un singolo elettrone. Inoltre, sono noti due isotopi dell'idrogeno: il deuterio e il trizio.
Proprietà fisiche e chimiche
L'idrogeno, costituito da molecole diH2, è un gas incolore e inodore; è il più leggero di tutti i corpi; la sua densità rispetto all'aria è 0,07. Attraversa, più velocemente di qualsiasi altro gas, pareti porose e persino alcuni metalli. Dopo l'elio, è il gas più difficile da liquefare. L'idrogeno ordinario è una miscela di due isomeri, l’orto idrogeno e il para idrogeno, le cui molecole hanno strutture diverse. L'atomo di idrogeno è talvolta ionizzato nella forma H− (nei tubi di scarico), ma soprattutto nella forma H+, vale a dire nella forma del protone. Non può esistere da solo in una sostanza polarizzabile: diventa H3O+ in acqua.
Reazioni e combinazioni
Non molto attivo quando è freddo, l'idrogeno dà origine a molte reazioni quando è caldo o a contatto con i catalizzatori. Elemento univalente, ha un carattere chiaramente elettropositivo. Si combina direttamente con la maggior parte dei non metalli, nonché con metalli alcalini e alcalino-terrosi. Gli alogeni combinati con l’idrogeno formano gli idrossicidi. Brucia con una fiamma blu e la sua miscela con l'ossigeno, che detona a contatto con una scintilla o una schiuma di platino, viene utilizzata nella torcia ossidrica. L'idrogeno si combina con zolfo caldo e azoto pressurizzato (preparazione di ammoniaca). Particolarmente bisognoso di ossigeno e di cloro, può ridurre molte delle loro combinazioni. Riduce gli ossidi di zolfo, azoto, arsenico, ecc. Riduce anche il monossido di carbonio quando caldo sprigiona metano (in presenza di nichel), carburi saturi (sintesi di Fischer-Tropsch) o metanolo (in presenza di ZnO). Le condizioni di riduzione sono migliori quando il corpo da ridurre è posto nello stesso mezzo in cui viene prodotto l'idrogeno (idrogeno nascente, presumibilmente in forma atomica). Soffiando idrogeno in un arco elettrico, si ottiene idrogeno atomico Langmuir, che riduce tutti gli ossidi e combina il freddo con la maggior parte dei non metalli.
Riduzione e composti interstiziali
Con i metalli di transizione, l'idrogeno dà composti interstiziali cioè gli atomi di idrogeno vengono posti nei vuoti del reticolo cristallino. Alcuni metalli possono assorbire quantità significative di idrogeno: alcuni idruri metallici sono allo studio per lo stoccaggio dell'idrogeno a bordo dei veicoli dove verrebbe utilizzato come combustibile.
Elemento più abbondante nell'Universo, l'idrogeno non occupa il primo posto sulla Terra. L'aria atmosferica contiene piccole quantità (3/10.000 in volume); Nello stato di combinazione, l'idrogeno appare nell'acqua, in molti corpi minerali e in tutti i corpi organici. È dall'idrogeno che si formano elementi più pesanti nelle stelle, durante le reazioni termonucleari.
L'idrogeno è preparato industrialmente dall'acqua (elettrolisi o riduzione del carbonio) o da miscele gassose che lo contengono (gas naturale, gas di cokeria, gas di petrolio). È fatto principalmente dalla decomposizione catalitica degli idrocarburi (sottoprodotti del cracking del petrolio greggio) dal vapore acqueo. In laboratorio, l'idrogeno viene solitamente preparato dall'azione dell'acido cloridrico diluito sullo zinco.
Usi industriali e futuro
L'idrogeno è diventato un importante gas industriale. Nel suo stato libero, è stato a lungo utilizzato per gonfiare gli aerostati; Ora viene utilizzato come materia prima in un gran numero di operazioni chimiche (sintesi di ammoniaca e metanolo, trattamenti petrolchimici).
L'idrogeno liquido è spesso usato come combustibile per la propulsione dei lanciatori spaziali. Prodotto dall'elettrolisi dell'acqua, potrebbe essere un vettore energetico del futuro.
Domande da interrogazione
- Quali sono le principali caratteristiche fisiche dell'idrogeno?
- Come è stato scoperto l'idrogeno e quali sono i suoi isotopi?
- Quali reazioni chimiche coinvolgono l'idrogeno?
- Qual è il ruolo dell'idrogeno nell'industria e nel futuro energetico?
- Come viene preparato l'idrogeno a livello industriale?
L'idrogeno è un gas incolore e inodore, con una densità di 0.071 g/cm³ e il più leggero di tutti i corpi. La sua temperatura di fusione è di −259,14 °C e quella di ebollizione di −252,87 °C.
L'idrogeno fu identificato da Cavendish nel 1766. Gli isotopi noti dell'idrogeno sono il deuterio e il trizio.
L'idrogeno è poco attivo a basse temperature, ma reagisce facilmente a caldo o con catalizzatori, formando idrossicidi con alogeni e bruciando con una fiamma blu in presenza di ossigeno.
L'idrogeno è un gas industriale importante, utilizzato in sintesi chimiche e come combustibile per lanciatori spaziali. Potrebbe diventare un vettore energetico del futuro, prodotto tramite elettrolisi dell'acqua.
L'idrogeno è preparato industrialmente dall'acqua tramite elettrolisi o riduzione del carbonio, e dalla decomposizione catalitica degli idrocarburi, oltre che dall'azione dell'acido cloridrico diluito sullo zinco in laboratorio.
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