L’elemento più abbondante nell’universo, l’idrogeno è anche una fonte promettente di carburante “pulito” sulla Terra.
Prende il nome dalle parole greche hydro per “acqua” e geni per “formare”, l’idrogeno costituisce oltre il 90% di tutti gli atomi, che equivale a tre quarti della massa dell’universo, secondo il Los Alamos National Laboratory. L’idrogeno è essenziale per la vita, ed è presente in quasi tutte le molecole negli esseri viventi, secondo la Royal Society of Chemistry. L’elemento si verifica anche nelle stelle e alimenta l’universo attraverso la reazione protone-protone e il ciclo carbonio-azoto. I processi di fusione dell’idrogeno stellare rilasciano enormi quantità di energia mentre combinano atomi di idrogeno per formare elio, secondo Los Alamos.
L’idrogeno puro è scarso nell’atmosfera terrestre e qualsiasi idrogeno che effettivamente entra nell’atmosfera sfugge rapidamente alla gravità terrestre, secondo la Royal Society. Sul nostro pianeta, l’idrogeno si verifica principalmente in combinazione con ossigeno e acqua, così come in materia organica come piante viventi, petrolio e carbone, riferisce Los Alamos.
Solo i fatti
- numero Atomico (numero di protoni nel nucleo): 1
- simbolo Atomico (sulla Tavola Periodica degli Elementi): H
- peso Atomico (media massa dell’atomo): 1.00794
- Densità: 0.00008988 grammi per centimetro cubo
- Fase a temperatura ambiente: Gas
- punto di Fusione: meno 434.7 gradi Fahrenheit (meno 259.34 gradi Celsius)
- punto di Ebollizione: meno 423.2 F (meno 252.87 C)
- Numero di isotopi (atomi di uno stesso elemento con diverso numero di neutroni): 3 comune isotopi, di cui 2 stabili
- isotopo Più comune: 1H, abbondanza naturale 99.9885 per cento
Idrogeno scoperta
Robert Boyle prodotto gas di idrogeno nel 1671, mentre lui stava sperimentando con ferro e acidi, ma non è stato fino al 1766, che Henry Cavendish riconosciuto come un unico elemento, secondo Jefferson Lab. L’elemento è stato chiamato idrogeno dal chimico francese Antoine Lavoisier.
L’idrogeno ha tre isotopi comuni: protium, che è solo idrogeno ordinario; deuterio, un isotopo stabile scoperto nel 1932 da Harold C. Urey; e trizio, un isotopo instabile scoperto nel 1934, secondo Jefferson Lab. La differenza tra i tre isotopi sta nel numero di neutroni che ciascuno di essi ha. L’idrogeno non ha neutroni a tutti; deuterio ha uno, mentre trizio ha due neutroni, secondo Lawrence Berkeley National Laboratory. Deuterio e trizio sono usati come combustibile nei reattori a fusione nucleare, secondo Los Alamos.
L’idrogeno si combina con altri elementi, formando un numero di composti, compresi quelli comuni come acqua (H2O), ammoniaca (NH3), metano (CH4), zucchero da tavola (C12H22O11), perossido di idrogeno (H2O2) e acido cloridrico (HCl), secondo Jefferson Lab.
L’idrogeno è tipicamente prodotto riscaldando il gas naturale con vapore per formare una miscela di idrogeno e monossido di carbonio chiamato syngas, che viene poi separato per produrre idrogeno, secondo la Royal Society.
L’idrogeno viene utilizzato per produrre ammoniaca per fertilizzanti, in un processo chiamato processo Haber, in cui viene fatto reagire con azoto. L’elemento viene anche aggiunto a grassi e oli, come l’olio di arachidi, attraverso un processo chiamato idrogenazione, secondo Jefferson Lab. Altri esempi di uso di idrogeno includono combustibile per razzi, saldatura, produzione di acido cloridrico, riduzione di minerali metallici e riempimento di palloncini, secondo Los Alamos. I ricercatori hanno lavorato allo sviluppo della tecnologia a celle a combustibile a idrogeno che consente di ottenere quantità significative di energia elettrica utilizzando il gas idrogeno come fonte di energia priva di inquinamento che può essere utilizzata come combustibile per auto e altri veicoli.
L’idrogeno viene utilizzato anche nell’industria del vetro come atmosfera protettiva per la produzione di lastre di vetro piano, mentre l’industria elettronica, viene utilizzato come gas di lavaggio nel processo di produzione di chip di silicio, secondo la Royal Society.
Questa vista simulata a colori di Giove è composta da 4 immagini scattate dalla sonda Cassini della NASA il 7 dicembre 2000. La risoluzione è di circa 89 miglia (144 chilometri) per pixel. Credito: NASA / JPL / Università dell’Arizona
Chi sapeva?
- L’idrogeno è il componente principale di Giove e degli altri pianeti giganti gassosi, secondo Los Alamos.
- Il primo volo in mongolfiera a gas fu lanciato a Parigi nel 1783 e il gas utilizzato nel pallone era l’idrogeno, secondo il National Balloon Museum. Il suo uso nel riempimento di dirigibili finì quando l’Hindenburg prese fuoco, secondo la Royal Society.
- La NASA usa l’idrogeno come combustibile per razzi per trasportare l’equipaggio nello spazio.
- L’idrogeno liquefatto è estremamente freddo e può causare gravi congelamenti quando viene a contatto con la pelle.
- L’idrogeno è circa 14 volte più leggero dell’aria, secondo ” I principi della chimica.”
- Lavoisier, il chimico francese che diede il nome all’idrogeno, servì come finanziere e amministratore pubblico prima della rivoluzione francese e fu giustiziato durante la rivoluzione, secondo Encyclopedia Britannica.
- Circa 3 miliardi di piedi cubi di idrogeno sono prodotti negli Stati Uniti all’anno, secondo Los Alamos.
- L’idrogeno ha la densità più bassa di tutti i gas, secondo la Royal Society.
- L’idrogeno è l’unico elemento i cui tre isotopi comuni – protio, deuterio e trizio – hanno ricevuto nomi diversi, riferisce Los Alamos.
Ricerca attuale
I ricercatori hanno studiato l’idrogeno con grande interesse per anni a causa del suo potenziale come combustibile privo di inquinamento. “L’idrogeno è un vettore energetico senza carbonio, quindi quando lo si brucia, si produce solo acqua”, il che lo rende un combustibile pulito, senza emissioni, ha detto Richard Chahine, direttore dell’Istituto di ricerca sull’idrogeno dell’Università del Québec a Trois-Rivières in Canada. Tuttavia, c’è un grosso problema con il combustibile a idrogeno: è più costoso del gas. Infatti, l’anno scorso, il vice presidente senior di Toyota Bob Carter ha annunciato che, secondo le stime del Dipartimento dell’Energia, un serbatoio pieno di idrogeno compresso inizialmente costerebbe circa 5 50, Ecomento.com segnalato. In generale, i costi associati alla tecnologia del combustibile a idrogeno sono “una barriera molto impegnativa perché, a partire da ora, le persone preferirebbero avere tecnologie migliori al prezzo in corso”, ha detto Chahine a Live Science.
Un altro problema con il combustibile a idrogeno è che il processo di produzione di idrogeno stesso non è in realtà così “pulito” o privo di inquinamento. “Ad oggi, la maggior parte dell’idrogeno prodotto proviene dal gas naturale”, un processo che genera anidride carbonica (CO2), ha detto Chahine.
I ricercatori hanno quindi cercato modi alternativi e più rispettosi dell’ambiente per produrre idrogeno che idealmente eliminassero le emissioni di CO2 dal processo. L’anno scorso, per esempio, gli scienziati negli Stati Uniti. Il Laboratorio nazionale Argonne del Dipartimento dell’Energia ha sviluppato un “generatore di idrogeno di dimensioni nanometriche” su piccola scala, un dispositivo che produce idrogeno puro usando luce e grafene e senza bruciare combustibili fossili. La versione attuale del generatore è davvero piccola, ma se si scopre che può essere espansa, potrebbe consentire agli scienziati di produrre abbastanza idrogeno per fornire carburante per auto e generatori.
Un altro modo di produrre idrogeno, chiamato “scissione biologica dell’acqua”, comporterebbe l’uso di alcuni microbi fotosintetici che utilizzano energia luminosa per produrre idrogeno dall’acqua come parte dei loro processi metabolici, secondo il National Renewable Energy Laboratory, dove i ricercatori stanno attualmente studiando questo processo. Un altro metodo potenziale per produrre idrogeno comporta la fermentazione di materiali da biomassa rinnovabili, riferisce il NREL. I ricercatori del NREL hanno anche lavorato sulla conversione di residui agricoli (come gusci di arachidi) e rifiuti di consumo (come plastica e grasso di scarto) in un prodotto liquido chiamato bio-olio i cui componenti possono quindi essere separati in combustibili, incluso l’idrogeno. Il modo più pulito per produrre idrogeno, tuttavia, è attraverso la scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando la luce solare, riporta il NREL.