Historia de su descubrimiento
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 titulado
New experiments touching the relation betwixt flame and air en el cual describía la reacción entre el hierro y algunos ácidos diluidos dando lugar a lo que definió como inflammable solution of Mars (nombre alquímico con el que se designaba al hierro).
Sin embargo no fue hasta mucho después que se reconoció como elemento por Henry Cavendish (1731-1810), otro físico y químico inglés, que lo aisló, recogiéndolo sobre mercurio, por primera vez en 1766 Lo describió como un inflammable air from metals. Cavendish pensaba, erróneamente, que su compuesto de origen era el metal y no el ácido.
Fue Lavoisier quien, finalmente, bautizó a este elemento con el nombre hidro-geno, debido a una de sus reacciones más características: arde en presencia de oxígeno para formar agua.
Este es el símbolo utilizado por John Dalton para el representar al hidrógeno en su libro titulado New System of Chemical Philosophy (1808).
Presencia en la naturaleza
El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo. Representa, en peso, el 92% de la materia conocida; del resto, un 7% es de He y solamente queda un 1% para los demás elementos.En nuestro planeta es el 10º elemento mas abundante en la corteza terrestre Lo encontramos combinado en forma de agua (su compuesto mas abundante; cubre el 80% de la superficie del planeta), materia viva (hidratos de carbono y proteínas; constituye el 70% del cuerpo humano), compuestos orgánicos, combustibles fósiles (petróleo y gas natural), etc.
Curiosamente, es poco abundante en la atmósfera terrestre debido a que su reducida masa molecular hace difícil su retención gravitatoria.
Excepto en la estratosfera, donde se puede detectar en forma atómica, el hidrógeno elemental se presenta siempre en forma molecular H2 molécula a la que denominaremos dihidrógeno, como recomiendan algunos autores, hidrógeno molecular o simplemente hidrógeno. El dihidrógeno (H2) es un gas incoloro e inodoro, menos denso que cualquier otro gas (d=8.99·10-5 g·cm-3) y muy poco soluble en agua.
El hidrógeno es el sistema de almacenamiento de energía por excelencia en el universo.
Las estrellas relativamente jóvenes como nuestro Sol, están compuestas mayoritariamente por hidrógeno y se sustentan a sí mismas mediante reacciones como:
1H + 1H 
2H
+ β+
2H
+ β+
1H + 2H 3He
3He
3He + 3He 4He
+ 21H
4He
+ 21HIsótopos del hidrógeno (2)
El hidrógeno tiene dos isótopos estables y un tercero radioactivo:Protio (hidrógeno-1), o simplemente hidrógeno, 11H, abundancia natural: 99.04%. Spin nuclear: 1/23
Deuterio (hidrógeno-2), 12H o D; abundancia: 0.0115 %. Spin nuclear: 1
Tritio (hidrógeno-3), 13H. Isótopo radioactivo (vida media 12.26 años). Abundancia: 7 10-16 %. Decae a helio-3 emitiendo una partícula β, β≡-10e .
13H 23He + β
El tritio se forma constantemente
como consecuencia del impacto de los rayos cósmicos en átomos de las capas
altas de la atmósfera: 23He + β714N + 10n
612C + 13TExiste una significativa demanda de tritio como marcador radioactivo para usos médicos dado que emite electrones de baja energía (solo radiación b sin radiación g) (3) que apenas dañan los tejidos biológicos. Pero su demanda más importante parte de su uso militar. Las denominadas bombas de hidrógeno son en realidad bombas de tritio. Su corta vida media hace que haya que regenerarlas cada poco tiempo.
La obtención del tritio se realiza mediante química nuclear, irradiando lentamente 36 Li con neutrones
36 Li + 10n 13H + 24He
La notable diferencia en cuanto a
la abundancia relativa de los tres isótopos hace que las propiedades del
hidrógeno sean básicamente las del isótopo hidrógeno-1 11H. 13H + 24HeDebido a que el hidrógeno es tan ligero, las diferencias relativas en cuanto a masa atómica entre sus isótopos es la mayor que podemos encontrar en toda la Tabla Periódica.
Como consecuencia de ello es el hidrogeno el que presenta isótopos con una mayor diferencia en cuanto a propiedades físicas.
Por tener la misma configuración electrónica, los tres isótopos tienen esencialmente las mismas propiedades químicas. Sin embargo la diferencia de masa atómica, que se manifiesta por ejemplo en una energía de disociación importante, influye en aspectos como son: las energías de enlace E-H vs. E-D, las velocidades de reacción y las constantes de equilibrio. (4)
Propiedades físicas de los diferentes isótopos de H
Constantes físicas
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H2
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D2
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T2
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|---|---|---|---|
| Masa atómica (uma) | 1,0078 (H) | 2,0141 (D) | 3,0160 (T) |
| Punto de ebullición (K) | 20,6 | 23,9 | 25,2 |
| Longitud de enlace (Å) | 0,7414 | 0,7414 | 0,7414 |
| Energía de enlace (kJ·mol-1)* | 435,5 | 443,4 | 446,9 |
| Calor latente de fusión (kJ·mol-1) | 0,117 | 0,197 | 0,250 |
| Presión de vapor (mm Hg) | 54 | 5,8 |
Las energías de los enlaces E–D y E–T son ligeramente mayores que las del enlace E-H
Esto se traduce en que la energía de activación de las reacciones en las que este involucrada la ruptura de un enlace E–H aumentarán en el caso de una sustitución por D o T.
Es lo que se conoce con el nombre de efecto isotópico cinético. Como consecuencia del mismo:
- el H2 es adsorvido más rápidamente por las superficies que el D2.
- el H2 reacciona unas 13 veces más rápidamente con el Cl2 que el D2.
- las reacciones que involucran (por ruptura o formación) enlaces C–H transcurren unas 7 veces mas lentas cuando el protio se remplaza por deuterio.
- la oxidación del EtOH es seis veces más rápida que la del EtOD.
- el D2O (agua pesada), utilizada como disolvente, altera notablemente las velocidades de reacción de las delicadas y perfectamente interreguladas reacciones bioquímicas puesto que favorece un intercambio masivo de H por D. Ademas, el agua pesada es incapaz de mantener la vida ya que su velocidad de difusión a través de las membranas celulares es mucho menor que la del agua normal, por lo que mueren deshidratadas.
