
Idrogeno (Dal greco hydor e geno, "generatore d'acqua"),
elemento chimico di simbolo H e numero atomico 1, appartenente al
gruppo IA (o l) della tavola periodica; è un gas molto reattivo,
incolore, inodore e insapore.
Fu scoperto nel 1766 dal chimico britannico Henry Cavendish, come
prodotto dell'azione dell'acido solforico sui metalli e come
elemento costituente dell'acqua; nominato inizialmente "aria
infiammabile" da Joseph Priestley, fu poi chiamato idrogeno
dal chimico francese Antoine-Laurent Lavoisier.
Proprietà e diffusione
Come molti elementi gassosi, l'idrogeno è diatomico (la molecola
contiene due atomi), ma ad alte temperature si dissocia in atomi
liberi. Ha punto di ebollizione e di fusione più bassi di ogni
altra sostanza, fatta eccezione per l'elio: solidifica a -259,2
°C e liquefà a -252,77 °C. Alla temperatura di 0 °C e alla
pressione di 1 atmosfera, si presenta allo stato gassoso con
densità 0,089 g/litro. Il peso atomico è 1,007. L'idrogeno
liquido, ottenuto per la prima volta dal chimico britannico James
Dewar nel 1898, è incolore e ha densità relativa 0,070.
Il gas idrogeno è una miscela di due forme diverse, l'ortoidrogeno
(con spin dei nuclei paralleli), che costituisce circa il 75%
della miscela, e il paraidrogeno (con spin antiparalleli). Ai
punti di fusione e di ebollizione la composizione è leggermente
diversa.
Esistono tre isotopi dell'idrogeno: il nucleo dell'idrogeno
ordinario è composto da un solo protone; il deuterio, presente
nel normale idrogeno per lo 0,02%, ha nucleo costituito da un
protone e un neutrone, e ha quindi massa atomica 2; il trizio,
isotopo radioattivo e instabile, ha nucleo formato da un protone
e due neutroni, e ha massa atomica 3.
L'idrogeno libero è presente solo in ridottissime quantità nell'atmosfera,
ma dall'analisi degli spettri solari e stellari, risulta l'elemento
più abbondante nell'universo. È presente in grandi quantità
anche sulla Terra, in diversi composti, tra i quali il più
importante è l'acqua, H2O. È parte essenziale di tutti gli
idrocarburi e di molte sostanze organiche. Inoltre tutti gli
acidi contengono idrogeno.
Usi
L'idrogeno reagisce con molti non-metalli. In presenza di un
catalizzatore, si combina con l'azoto formando ammoniaca , con lo
zolfo dando solfuro di idrogeno, con il cloro formando acido
cloridrico e con l'ossigeno per formare acqua. La reazione fra
ossigeno e idrogeno avviene a temperatura ambiente solo in
presenza di un catalizzatore di platino. L'idrogeno si combina
anche con alcuni metalli, come sodio e litio, formando composti
detti idruri. Si comporta da riducente nei confronti degli ossidi
metallici, tra i quali l'ossido di rame, liberando ossigeno e
riportando il metallo allo stato elementare. Reagisce inoltre con
i composti organici insaturi per formare i corrispondenti
composti saturi.
L'idrogeno viene preparato in laboratorio sfruttando l'azione
degli acidi diluiti su metalli, ad esempio lo zinco, oppure
attraverso l'elettrolisi dell'acqua. Grandi quantità di gas
vengono prodotte industrialmente a partire da vari gas
combustibili.
L'elemento trova moltissimi impieghi in numerosi settori dell'industria
e della ricerca. Enormi quantità di idrogeno vengono usate nella
produzione di ammoniaca o alcol metilico, nei processi di
idrogenazione degli oli, per ottenere grassi commestibili; del
carbone, per produrre petrolio sintetico; infine del petrolio per
arricchire la benzina.
Inoltre, poiché è il più leggero fra tutti i gas, l'idrogeno
è sempre stato utilizzato per il riempimento di mongolfiere e
dirigibili. Tuttavia, essendo facilmente infiammabile, in questi
casi viene spesso sostituito con l'elio, che ha circa il 92% del
suo potere ascensionale. L'idrogeno è anche usato nelle fiamme
ossidriche ad alta temperatura, per tagliare, fondere o saldare i
metalli. È conservato in bombole di acciaio mantenute alla
pressione di 120/150 atmosfere.