El elemento más abundante en el universo, el hidrógeno también es una fuente prometedora de combustible «limpio» en la Tierra.
Nombrado por las palabras griegas hidro para «agua» y genes para «formación», el hidrógeno constituye más del 90 por ciento de todos los átomos, lo que equivale a tres cuartas partes de la masa del universo, según el Laboratorio Nacional de Los Álamos. El hidrógeno es esencial para la vida, y está presente en casi todas las moléculas de los seres vivos, según la Royal Society of Chemistry. El elemento también ocurre en las estrellas y alimenta el universo a través de la reacción protón-protón y el ciclo carbono-nitrógeno. Los procesos estelares de fusión de hidrógeno liberan grandes cantidades de energía a medida que combinan átomos de hidrógeno para formar helio, según Los Álamos.
El gas de hidrógeno puro es escaso en la atmósfera de la Tierra y cualquier hidrógeno que realmente ingrese a la atmósfera escapa rápidamente de la gravedad de la Tierra, según la Royal Society. En nuestro planeta, el hidrógeno se produce principalmente en combinación con oxígeno y agua, así como en materia orgánica como plantas vivas, petróleo y carbón, informa Los Álamos.
Solo los hechos
- Número atómico (número de protones en el núcleo): 1
- Símbolo atómico (en la Tabla Periódica de elementos): H
- Peso atómico (masa media del átomo): 1.00794
- Densidad: 0.00008988 gramos por centímetro cúbico
- Fase a temperatura ambiente: Gas
- Punto de fusión: menos 434,7 grados Fahrenheit (menos 259,34 grados Celsius)
- Punto de ebullición: menos 423.2 F (menos 252,87 C)
- Número de isótopos (átomos del mismo elemento con un número diferente de neutrones): 3 isótopos comunes, incluidos 2 estables
- Isótopo más común: 1H, abundancia natural 99,9885 por ciento
Descubrimiento de hidrógeno
Robert Boyle produjo gas de hidrógeno en 1671 mientras experimentaba con hierro y ácidos, pero no fue hasta 1766 que Henry Cavendish lo reconoció como un elemento distinto, según Jefferson Lab. El elemento fue llamado hidrógeno por el químico francés Antoine Lavoisier.
el Hidrógeno tiene tres isótopos: protio, que es solo hidrógeno ordinario; deuterio, un isótopo estable descubierto en 1932 por Harold C. Urey; y tritio, un isótopo inestable descubierto en 1934, según Jefferson Lab. La diferencia entre los tres isótopos radica en el número de neutrones que tiene cada uno de ellos. El hidrógeno no tiene neutrones en absoluto; el deuterio tiene uno, mientras que el tritio tiene dos neutrones, según el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. El deuterio y el tritio se utilizan como combustible en los reactores de fusión nuclear, según Los Álamos.
El hidrógeno se combina con otros elementos, formando una serie de compuestos, incluidos los comunes como el agua (H2O), amoníaco (NH3), metano (CH4), azúcar de mesa (C12H22O11), peróxido de hidrógeno (H2O2) y ácido clorhídrico (HCl), según Jefferson Lab.
El hidrógeno se produce típicamente calentando gas natural con vapor para formar una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono llamada gas de síntesis, que luego se separa para producir hidrógeno, según la Royal Society.
El hidrógeno se utiliza para hacer amoníaco como fertilizante, en un proceso llamado proceso Haber, en el que se hace reaccionar con nitrógeno. El elemento también se agrega a las grasas y aceites, como el aceite de maní, a través de un proceso llamado hidrogenación, según Jefferson Lab. Otros ejemplos de uso de hidrógeno incluyen combustible para cohetes, soldadura, producción de ácido clorhídrico, reducción de minerales metálicos y llenado de globos, según Los Álamos. Los investigadores han estado trabajando en el desarrollo de la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno que permite obtener cantidades significativas de energía eléctrica utilizando gas de hidrógeno como fuente de energía libre de contaminación que puede usarse como combustible para automóviles y otros vehículos.
El hidrógeno también se utiliza en la industria del vidrio como atmósfera protectora para fabricar láminas de vidrio planas, mientras que en la industria electrónica se utiliza como gas de lavado en el proceso de fabricación de chips de silicio, según la Royal Society.
Esta vista simulada en color verdadero de Júpiter se compone de 4 imágenes tomadas por la nave espacial Cassini de la NASA el 7 de diciembre de 2000. La resolución es de aproximadamente 89 millas (144 kilómetros) por píxel. Crédito: NASA / JPL / Universidad de Arizona
¿Quién sabía?
- El hidrógeno es el componente principal de Júpiter y los otros planetas gigantes gaseosos, según Los Álamos.
- El primer vuelo en globo de gas se lanzó en París en 1783 y el gas utilizado en el globo era hidrógeno, según el Museo Nacional de Globos. Su uso en el llenado de dirigibles terminó cuando el Hindenburg se incendió, según la Royal Society.
- La NASA utiliza hidrógeno como combustible para cohetes para llevar a la tripulación al espacio.
- El hidrógeno licuado es extremadamente frío y puede causar congelación severa cuando entra en contacto con la piel.
- El hidrógeno es aproximadamente 14 veces más ligero que el aire, de acuerdo con «Los Principios de la Química.»
- Lavoisier, el químico francés que dio su nombre al hidrógeno, se desempeñó como financiero y administrador público antes de la Revolución Francesa y fue ejecutado durante la revolución, según la Enciclopedia Británica.
- Alrededor de 3 mil millones de pies cúbicos de hidrógeno se producen en los Estados Unidos por año, según Los Álamos.
- El hidrógeno tiene la densidad más baja de todos los gases, según la Royal Society.
- El hidrógeno es el único elemento cuyos tres isótopos comunes – protio, deuterio y tritio – han recibido nombres diferentes, informa Los Álamos.
Investigación actual
Los investigadores han estado estudiando el hidrógeno con gran interés durante años debido a su potencial como combustible libre de contaminación. «El hidrógeno es un portador de energía sin carbono, por lo que cuando se quema, solo se produce agua», lo que lo convierte en un combustible limpio, sin emisiones, dijo Richard Chahine, director del Instituto de Investigación del Hidrógeno de la Universidad de Québec en Trois-Rivières, en Canadá. Sin embargo, hay un problema importante con el combustible de hidrógeno: es más caro que el gas. De hecho, el año pasado, el vicepresidente sénior de Toyota, Bob Carter, anunció que, según las estimaciones del Departamento de Energía, un tanque lleno de hidrógeno comprimido costaría inicialmente alrededor de 5 50, Ecomento.com reportado. En general, los costos asociados con la tecnología del combustible de hidrógeno son «una barrera muy desafiante porque, a partir de ahora, la gente preferiría tener mejores tecnologías a un precio continuo», dijo Chahine a Live Science.
Otro problema con el combustible de hidrógeno es que el proceso de producción de hidrógeno en sí mismo, de hecho, no es tan «limpio» o libre de contaminación. «A día de hoy, la mayor parte del hidrógeno producido proviene del gas natural», un proceso que genera dióxido de carbono (CO2), dijo Chahine.
Por lo tanto, los investigadores han estado buscando formas alternativas y más respetuosas con el medio ambiente de producir hidrógeno que idealmente eliminarían las emisiones de CO2 del proceso. El año pasado, por ejemplo, científicos de los Estados Unidos El Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía desarrolló un «generador de hidrógeno de tamaño nano» a pequeña escala, un dispositivo que produce hidrógeno puro utilizando luz y grafeno y sin quemar combustibles fósiles. La versión actual del generador es muy pequeña, pero si resulta que se puede expandir, podría permitir a los científicos producir suficiente hidrógeno para proporcionar combustible para automóviles y generadores.
Otra forma de producir hidrógeno, llamada «división biológica del agua», implicaría el uso de ciertos microbios fotosintéticos que usan energía de luz para producir hidrógeno a partir del agua como parte de sus procesos metabólicos, según el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, donde los investigadores están investigando actualmente este proceso. Otro método potencial para producir hidrógeno implica la fermentación de materiales de biomasa renovables, informa el NREL. Los investigadores del NREL también han estado trabajando en la conversión de residuos agrícolas (como cáscaras de maní) y desechos de consumo (como plásticos y grasa residual) en un producto líquido llamado bio-aceite cuyos componentes se pueden separar en combustibles, incluido el hidrógeno. La forma más limpia de producir hidrógeno, sin embargo, es a través de la división del agua en hidrógeno y oxígeno mediante el uso de la luz solar, informa el NREL.