EL HIDRÓGENO

La primera referencia histórica escrita acerca del hidrógeno procede de Paracelso, célebre alquimista, quien en el s. XVI observó un aire (que se desprendía al hacer reaccionar un ácido sobre hierro) el cual era inflamable.

Robert Boyle (1627-1691), químico y físico inglés, publicó en 1671 un trabajo en el cual describía la reacción entre el hierro y algunos ácidos diluidos dando lugar a lo que definió como inflamable solution of Mars.

Henry Cavendish (1731-1810), otro físico y químico inglés, lo aisló, recogiéndolo sobre mercurio, por primera vez en 1766. Lo describió como un inflammable air from metals.

Fue Lavoisier quien, finalmente, bautizó a este elemento con el nombre hidrógeno, debido a una de sus reacciones más características: arde en presencia de oxígeno para formar agua.

El hidrógeno es el elemento más común del universo, pero, ¿por qué?

Es posible que en alguna ocasión hayas escuchado que el hidrógeno es el elemento más común del universo. Pero, ¿alguna vez te has preguntado por qué? Si es así, no eres la única persona. Tiene una respuesta sencilla.

Para poder responder a esta cuestión, lo primero que necesitamos hacer es dar vuelta atrás. Muy atrás. Tanto que vamos a regresar al mismo origen del universo. Al momento en el que se produjo el Big Bang. No sólo fue el inicio del universo, el Big Bang también creó los elementos que podemos encontrar en la tabla periódica. Son los bloques que forman, de una manera muy literal, el universo que nos rodea.

Cada elemento tiene una cantidad concreta de partículas subatómicas. Por si tienes el conocimiento oxidado, esas partículas son protones (cargadas positivamente), neutrones (neutrales, no tienen cargan) y electrones (que tienen carga negativa). El hidrógeno sólo tiene un protón y un electrón. Es el único elemento que no tiene un neutrón. O lo que es lo mismo, es el elemento más simple que podemos encontrar en el universo. Por eso es, además, el más abundante.

Lo que quizá no sepas es que el hidrógeno tiene isótopos. Aunque quizá convenga aclarar primero qué es eso de los isótopos. Un isótopo es, sencillamente, un átomo que pertenece al mismo elemento químico que otro. Tiene su mismo número atómico pero su masa atómica es diferente. En el caso del hidrógeno, hay tres isótopos que se dan de manera natural. El primero es el protio, cuyo núcleo está formado por un único protón. Es al que comúnmente nos referimos cuando hablamos de hidrógeno. El segundo es el deuterio, cuyo núcleo está compuesto por un protón y un neutrón. El tercero es el tritio, formado por un protón y dos neutrones. En laboratorio también se ha logrado sintetizar otros isótopos.

En el interior de las estrellas (como el Sol), el hidrógeno se fusiona para crear helio. Es el segundo elemento más común del universo. El helio está compuesto por dos protones, dos neutrones y dos electrones. Juntos representan casi la totalidad de toda la materia conocida en el universo. Sí, por increíble que parezca, un 99,9% de toda la materia presente en el universo está formada por dos elementos. Hay, aproximadamente, 10 veces más hidrógeno que helio. El oxígeno es el tercer elemento más común, y unas 1.000 veces menos abundante que el hidrógeno.

Quizá te hayas dado cuenta de la tendencia. Cuanto más alto sea el número atómico, más escaso es el elemento en cuestión. Sin embargo, la composición de la Tierra es muy diferente a la del universo. Por ejemplo, el elemento más común en la corteza de la Tierra no es el helio, si no el oxígeno. Le siguen el silicio, el aluminio y el hierro. Hace falta descender hasta el décimo puesto para encontrar al hidrógeno.

El papel del hidrógeno

En el cuerpo humano, el elemento más común es el oxígeno, seguido por el carbono y el hidrógeno. El hidrógeno desempeña varias funciones importantes. Por ejemplo, los lazos de hidrógeno ayudan a dar al ADN esa curvatura tan característica. También ayuda al estómago, y a otros órganos, a mantener un pH apropiado. Es decir, mantener lo ácido o básico que debe ser. Si nuestro estómago se vuelve muy básico, el hidrógeno se libera de aquello a lo que esté ligado. Si es demasiado ácido, el hidrógeno se ligará a algo para hacerlo más básico.

Además, es el hidrógeno el que permite que el hielo flote en el agua. Lo que sucede es que las conexiones de hidrógeno provocan que las moléculas de agua congelada se alejen, haciendo que su densidad disminuya. Normalmente, las sustancias son más densas cuando se encuentran en estado sólido que en líquido. El agua es la única sustancia que no exhibe ese comportamiento. En su lugar, es menos densa en estado sólido.

Pero el hidrógeno también puede ser peligroso. ¿Has oído hablar alguna vez de la tragedia del Hindenburg? Por si no lo sabes, el Hindenburg fue un dirigible alemán. Se estrelló el 6 de mayo de 1937. Se estrelló en Manchester Township, en Nueva Jersey, dejando 36 víctimas mortales (35 de los 97 pasajeros y 1 operario en tierra). El desastre se desencadenó cuando el hidrógeno reaccionó con el oxígeno.

Además, las bombas de hidrógeno pueden ser increíblemente destructivas. Por fortuna, nunca han llegado a ser utilizadas como armas. Sin embargo, su potencial fue demostrado por Estados Unidos, la Unión Soviética, Gran Bretaña, Francia y China en la década de los 50. Las bombas de hidrógeno (en ocasiones llamadas bombas H), al igual que las bombas atómicas, utilizan una combinación de fusión nuclear y reacciones de fisión para provocar daños. Al detonarlas, liberan radiación y ondas de choque mecánicas, que arrasan con todo lo que se encuentran a su paso.

Así que ya sabes por qué el hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Está presente en todas partes, desde el interior de las estrellas al de nuestros propios cuerpos. Por desgracia, puede ser utilizado con consecuencias muy negativas, aunque nunca se ha llegado a utilizar una bomba H.

Tomado de: RIVEIRO, ALEX (2017). El hidrógeno. https://www.astrobitacora.com/el-hidrogeno-es-el-elemento-mas-comun-del-universo-pero-por-que/

Crean por primera vez hidrógeno metálico

Casi 80 años después de que se formulara la hipótesis sobre la existencia de hidrógeno metálico, científicos de la Universidad de Harvard han conseguido crearlo. El hidrógeno metálico tiene propiedades sorprendentes que lo convierten en uno de los materiales más preciosos de la Tierra. 

El hidrógeno metálico ha sido creado por Thomas D. Cabot, Isaac Silvera y Ranga Dias. Además de ayudar a los científicos a comprender las cuestiones fundamentales sobre la naturaleza de la materia, este material posee sorprendentes cualidades que incluyen la superconductividad a temperatura ambiente. Los trabajos se publican en la revista Science. 

Se trata del Santo Grial de la física de alta presión, según Silvera. Es la primera muestra de hidrógeno metálico sobre la Tierra y cuando lo miras, ves algo que hasta ahora no existía, añade. 

Para crear este hidrógeno metálico,  Silvera y Dias han comprimido una muestra de hidrógeno a una presión de 495 gigapascales, que equivalen a alrededor de 35.500 toneladas por metro cuadrado, superior a la presión que existe en el centro de la Tierra. 

Bajo estas presiones extremas, el hidrógeno molecular sólido comienza a dividirse y las moléculas disociadas se transforman en un hidrógeno atómico que es un metal. 

Estos trabajos abren una nueva ventana para comprender las propiedades generales del hidrógeno, pero al mismo tiempo abre nuevas vías a la creación de materiales revolucionarios. 

Aplicaciones del Hidrógeno en el Uso Diario

Elevadas cantidades de hidrógeno son necesarias en industrias químicas y petrolíferas, en el bien conocido proceso de “Harber” para la producción de amoníaco, el quinto compuesto que presenta la mayor producción industrial actual.

Además del amoníaco, el hidrógeno también es utilizado en la hidrogenación de la grasa y aceites, hidroalquilaciones, hidrosulfuración, hidrockacking, así como en la producción de metanol entre otras.

El hidrógeno actualmente está siendo testeado como fuente de energía “limpia” para la utilización en transportes. La reacción del hidrógeno con el oxígeno, para producir agua realizada en células de combustibles es una de las formas más promisoras para generar energía para automóviles, evitando la liberación de gases con efecto invernadero, al contrario de lo que sucede con los motores actuales que utilizan la combustión de hidrocarburos de origen fósil.

Otra buena promesa que nos reservaba el hidrógeno a nivel de energía es la fusión nuclear. Este proceso que alimenta la mayor parte de las estrellas que brillan en el firmamento, produce Helio (He) a partir de núcleos de hidrógeno, liberando enormes cantidades de energía.

Esta reacción, que ya fue utilizada en su forma “descontrolada” en las bombas de hidrógeno, si fuera llevada delante de una forma controlada y responsable, podrá permitir tener una fuente de energía casi inagotable.

Otras aplicaciones relevantes del hidrógeno son:

• Producción de ácido clorhídrico (HCl)
• Combustible para cohetes
• Enfriamiento de rotores en generadores eléctricos en usinas de energía, visto que el hidrógeno posee una elevada conductividad térmica.
• En estado líquido, es utilizado en investigaciones “criogénicas” incluyendo estudios de superconductividad.
• Como es 14,5 veces más liviano que el aire y por eso es utilizado muchas veces como agente de elevación en balones y zeppelines, más alla que su utilización sea reducida debido al riesgo de trabajar con grandes cantidades de hidrógeno, que fue bien patente en el accidente que destruyó el zeppelín “Hindenburg” en 1937.
• El deuterio, un isótopo de hidrógeno en que el núcleo es constituido por un protón y un neutrón, es utilizado en la forma de la llamada “agua pesada” en fisión nuclear como moderador de neutrones.
• Compuestos de deuterio poseen aplicaciones en la química y en la biología, en estudio de reacciones utilizando el efecto isotópico.

Autos que Funcionan con Hidrógeno

ACTIVIDADES

I) Contesta las siguientes preguntas:

1) ¿Cómo se descubrió el hidrógeno, quiénes lo descubrieron y en qué fecha?

2) ¿Por qué el hidrógeno es el elemento más común en el universo?

3) ¿Qué sucede en el interior de las estrellas con el hidrógeno?

4) ¿Cuál es el papel del hidrógeno en el cuerpo humano?

5) ¿Qué era el Hindenburg y qué combustible usaba?

 ¿Quiénes crearon el hidrógeno metálico y cuándo?

6) De las aplicaciones del hidrógeno, menciona las tres (3) que consideras más importantes.

II) Observa el video: Autos que Funcionan con Hidrógeno

Haz un resumen de lo que viste y aprendiste en el video.  

Nota: Esta práctica debe ser realizada en el cuadro que está debajo que dice: "Introduce tu comentario". Si deseas no debes escribir la pregunta, pero sí debes enumerar las respuestas con el número correspondiente a la pregunta. Debajo de las respuestas a la pregunta, escribe "Resumen" y copia tu respuesta del video que está colocado antes de las actividades en este blog. 

Cuando trabajes esta práctica debes colocar tu nombre, número y curso al que perteneces. 

Si necesitas ayuda para realizar esta tarea, dirígete a donde la maestra Yajaira Valenzuela. 

ESTA PRÁCTICA TIENE UN VALOR DE 15 PUNTOS.