L'IDROGENO

L'esistenza dell'idrogeno è nota da secoli, ma la sua vera natura comincia ad emergere solo intorno al XVI secolo quando Paracelso per primo descrisse un gas infiammabile prodotto per reazione dell'acido solforico con il ferro. In seguito, nel 1760, Henry Cavendish approfondì gli studi sulle proprietà e la preparazione dell'idrogeno dall'acqua e nel 1783 Lavoisier diede a questo gas il nome di idrogeno, che significa "generatore di acqua". Esso rappresenta l'elemento più abbondante nell'universo, come risulta dall'analisi spettrale della luce emessa dalle stelle, che rivela che la maggior parte di esse sono costituite principalmente da idrogeno; ad esempio nel sole, la stella a noi più vicina, è presente per circa il 90%. Con l'ossigeno ed il silicio è uno degli elementi più diffusi (0,9% in peso) sulla crosta terrestre. Molto raro è l'idrogeno allo stato elementare sul nostro pianeta in quanto l'attrazione gravitazionale terrestre, minore di quella delle stelle e dei grandi pianeti, è insufficiente a trattenere molecole molto leggere come quelle dell'idrogeno. Si trova libero nelle emanazioni vulcaniche, nelle sorgenti petrolifere, nelle fumarole e nell'atmosfera ad un'altezza superiore ai cento chilometri. Particolarmente abbondante è invece allo stato combinato: con l'ossigeno è presente nell'acqua di cui costituisce l'11,2% in peso; combinato con carbonio, ossigeno ed alcuni altri elementi è uno dei principali costituenti del mondo vegetale ed animale, l'organismo umano ne contiene circa il 10% del suo peso. Nel solo campo della chimica organica sono noti milioni di composti contenenti idrogeno che vanno dal più semplice degli idrocarburi, il metano, alle gigantesche proteine dei carboidrati con un enorme numero di atomi di idrogeno. Esso può formare molecole biatomiche che possono trovarsi in due stati energeticamente diversi e ciò è dovuto al fatto che atomi con numero dispari di protoni o di neutroni possono accoppiarsi nella formazione della molecola in modo parallelo o antiparallelo, dando luogo alle forme orto e para rispettivamente. L'idrogeno è a temperatura ambiente un gas incolore, inodore e praticamente insolubile in acqua. Dopo l'elio è il gas più difficile a liquefarsi. E' un discreto conduttore del calore e dell'elettricità, viene facilmente assorbito da taluni metalli. Generalmente poco attivo a freddo, l'idrogeno dà luogo, a caldo o in presenza di catalizzatori a numerose reazioni chimiche. Esso si combina direttamente alla maggior parte dei non metalli e dei metalli alcalini e alcalino-terrosi. La combinazione con ossigeno, per dare acqua, avviene spesso con esplosione a temperatura elevata o in presenza di un catalizzatore. Con lo zolfo si combina intorno ai 250 °C; la reazione con azoto, che dà luogo all'ammoniaca, richiede l'uso di catalizzatori, alta temperatura ed alta pressione. Con il carbonio reagisce verso i 1100 °C per generare metano. Insufflando idrogeno in un arco elettrico si ottiene un gas dotato di proprietà riducenti eccezionali detto "idrogeno atomico", che riduce tutti gli ossidi e si combina a freddo con la maggior parte dei non metalli. L'idrogeno ha il più alto contenuto di energia per unità di massa di tutti gli altri combustibili, il potere calorifico superiore è 141,9 MJ/Kg (Ciborra, 1999). Nella tabella sono riportate alcune importanti proprietà dell'idrogeno:
PROPRIETA' UNITA' DI MISURA VALORE PROPRIETA' UNITA' DI MISURA VALORE
peso molecolare uma 2,016 densità Kg/m3 0,0838
potere calorifico superiore MJ/Kg 141,90 potere calorifico inferiore MJ/Kg 119,90
temperatura di ebollizione °K 20,3 densità come liquido Kg/m3 70,8
punto critico °K 32,94 temperatura di auto-ignizione °K 858
calore specifico KJ/Kg°K 14,89 miscela stechiometrica aerea vol.% 29,53
temperatura di combustione aerea °K 2,318 coefficiente di diffusione cm2/s 0,61