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Hidrógeno

El elemento de la semana

NGC 604, una enorme región de hidrógeno ionizado en la galaxia del Triángulo

 

El hidrógeno es un gas incoloro, inflamable, inodoro e insoluble en agua. A pesar de ser el componente más abundante en el Universo es muy escaso en la atmósfera terrestre ya que al ser tan ligero escapa a la gravedad de nuestro planeta. La mayor parte del hidrógeno terrestre se encuentra en forma de hidrocarburos y de agua.

Este elemento de número atómico 1 es el primero en muchos aspectos: el primero que se formó, el más abundante en el Universo, el más ligero de los gases y el más importante. Es esencial para la vida, para el universo y para casi todo. Sin él no tendríamos el sol para dar calor y luz. No habría compuestos orgánicos útiles para formar los bloques de construcción de la vida y el agua no sería líquida en la Tierra.

El hidrógeno era conocido antes de ser considerado un nuevo elemento. Paracelso, alquimista suizo del siglo XVI también conocido como Teofrasto Philippus Aureolus Bombastus von Hohenheim, obtuvo un gas inflamable al hacer reaccionar metales con ácidos fuertes y Robert Boyle describió en 1671 la producción de un gas al disolver limaduras de hierro en un ácido, que al arder emitía mucha luz y calor. No obstante, el descubrimiento del elemento se atribuye a Henry Cavendish, un excéntrico químico inglés en 1766. Este último, no solo aisló el hidrógeno, al que denominó aire inflamable, sino que descubrió que cuando se quemaba se combinaba con el oxígeno, aire deflogisticado, y se formaba agua. Este aspecto fue considerado por Lavoisier para asignarle el nombre de hidrógeno (formador de agua).

Entre sus características está el ser el elemento más simple, ya que está compuesto solamente por un protón y un electrón. Esto ha permitido que juegue un papel muy interesante en el estudio de la cuántica. Además, la explicación de su espectro por parte de Bohr fue un hito en el estudio de la teoría atómica.

Aplicaciones

El hidrógeno es, en muchos sentidos, el combustible perfecto. Es el más eficiente y el de combustión más limpia. Puede producir electricidad y esta, a su vez, puede generar hidrógeno, creando así un bucle de energía renovable e inocua para el medio ambiente.

Como se combina químicamente con la mayoría de los elementos, se ha utilizado durante mucho tiempo como producto químico industrial en una gran variedad de aplicaciones. Por ejemplo, en los vehículos puede servir de combustible de dos maneras. Por una parte para producir electricidad en una pila de combustible, que es la opción menos contaminante. Por otra, se puede emplear en un motor de combustión interna, cuyas emisiones siguen siendo mucho más reducidas en comparación con otros combustibles. Pero su aplicación como combustible no termina aquí, ya que el transbordador espacial de la NASA también emplea el hidrógeno con ese fin. Además, el gas ciudad, que se usaba a principios del siglo XX, estaba compuesto en un 50% por hidrógeno.

Muchas industrias utilizan diariamente el hidrógeno en su forma líquida y en su forma gaseosa, como la industria petrolífera, y también se emplea en procesos de fabricación para producir productos químicos y electrónicos y alimentos.

Sus isótopos poseen aplicaciones específicas para cada uno. El deuterio (hidrógeno-2) se utiliza en  la fisión nuclear como un moderador para neutrones lentos, y en las reacciones de fusión nuclear. El tritio (hidrógeno-3), producido en los reactores nucleares, se usa en la producción de bombas de hidrógeno, como un marcador isotópico en las ciencias biológicas, como una fuente de radiación en pinturas luminosas.

El hidrógeno y el transporte

Debido a que el hidrógeno es tan ligero, el elemento puro no se encuentra comúnmente en la Tierra. Los componentes principales del aire, nitrógeno y oxígeno, son catorce y dieciséis veces más pesados, lo que otorga al hidrógeno una flotabilidad espectacular. Esta característica definió uno de sus primeros usos prácticos: el llenado de globos. Los mejores aerostatos de la época eran los de hidrógeno. La primera embarcación aérea de este tipo fue la creación del científico francés Jacques Charles en 1783, quien inspirado por los hermanos Montgolfier construyó un globo de seda impregnado con caucho y lo llenó de hidrógeno.

Las máquinas voladoras empezaban a ser una realidad y el hidrógeno parecía tener un futuro garantizado en este campo tras la invención de aeronaves construidas sobre un bastidor rígido, llamados dirigibles en el Reino Unido, pero más conocidos por su apodo alemán de Zeppelins, por su entusiasta promotor Graf Ferdinand von Zeppelin. Estas aeronaves atravesaban el Atlático transportando a los pasajeros de manera segura y sin problemas. Pero, sería otra propiedad del hidrógeno, su alta inflamabilidad, la que acabaría con ellos. El 6 de mayo de 1937 el mayor dirigible alemán, el Hindenburg, se incendió cuando aterrizaba en Nueva Jersey. El accidente, que ocasionó la muerte de 36 personas, fue ampliamente cubierto por los medios de la época y supuso el fin de los dirigibles como medio de transporte.

Sin embargo, el hidrógeno sigue siendo un actor clave en el transporte debido a la eficiencia bruta de su combustión. Muchos de los cohetes de la NASA, incluidas las etapas segunda y tercera de los motores principales Saturn V y el transbordador espacial del Programa Apolo, funcionan gracias a la combustión del hidrógeno líquido con oxígeno puro. El hidrógeno se ha propuesto como un reemplazo para los combustibles fósiles en los automóviles ya que solo produce agua y no emite gases de efecto invernadero. La forma más práctica es su uso en una celda de combustible, donde se utiliza una reacción electroquímica para producir electricidad para alimentar el vehículo, aunque todavía quedan muchos retos por resolver como la producción del hidrógeno y su almacenamiento y distribución.

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