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.