Con esta entrada (y a sugerencia vuestra) vamos a empezar una serie bastante ambiciosa, Conoce tus elementos, en la que pretendemos recorrer la tabla periódica completa hablando brevemente de cada elemento: qué lo hace especial, dónde podemos encontrarlo, cómo se descubrió, etc. Como siempre, prefiero ser breve y simplificar cosas que ser muy completo y aburrir, de modo que si a alguien le sabe a poco alguna entrada, siempre le quedará el resto de internet para buscar.

Aunque probablemente estés familiarizado con el concepto, hoy sabemos que cada elemento está constituido por átomos que tienen el mismo número de protones. De hecho, lo que define a los átomos de un elemento es exactamente eso: cuántos protones tienen. Por ejemplo, el que va a abrir la serie, el hidrógeno, tiene un protón. Como los átomos son neutros (si no, se trata de iones), los átomos de un elemento tienen los mismos electrones que protones.

¿Y los neutrones? Eso no importa tanto - los átomos con el mismo número de protones (es decir, del mismo elemento) pero distinto número de neutrones se denominan_ isótopos._ Seguro que has oído hablar de varios de diversos elementos: el deuterio, el carbono-14, etc.

De manera que en esta serie vamos a explorar la tabla elemento a elemento: desde el hidrógeno (que tiene un número atómico, es decir, un número de protones, Z = 1) hasta….pero no, prefiero no decirte hasta dónde. Es parte del interés.

De manera que en esta entrada vamos a hablar del elemento más ligero de todos, el átomo más sencillo y más pequeño que puede existir: el hidrógeno, con un solo protón y un solo electrón.

En la Edad Media, Paracelso (personaje querido de El Tamiz) estaba realizando experimentos con metales y ácidos fuertes cuando observó que, al hacerlos reaccionar, se producían burbujas de un gas altamente inflamable. Aunque Theophrastus Bombastus describió este hecho, no le dio mayor importancia ni fue consciente de que acababa de obtener hidrógeno.

Un par de siglos más tarde, Robert Boyle redescubriría esta reacción, pero sería Henry Cavendish en 1766 (experimentando con mercurio y ácidos) el que se daría cuenta de que había descubierto algo nuevo, y de hecho se le considera a él el descubridor del hidrógeno. Cavendish pensaba que el ácido extraía algo del mercurio, y que ese algo era el gas desprendido. Hoy sabemos que el hidrógeno no estaba en el mercurio sino en el ácido.

Cavendish, siendo un científico y, por lo tanto, curioso hasta la médula, prendió fuego al gas que había obtenido y observó que quemaba muy bien, combinándose con oxígeno y produciendo una llama brillante. De hecho, le pareció tan inflamable que así lo llamó:_ “aire inflamable”. _También se dio cuenta de que el resultado de esa combustión de hidrógeno con oxígeno daba agua.

Pero fue Lavoisier quien le dio el nombre: junto con Laplace, repitió el experimento de Cavendish y observó la formación de agua al quemar el gas obtenido. A Lavoisier le impresionó más el hecho de que se generase agua que el hecho de que fuera inflamable. Como ese gas era capaz de generar agua, Lavoisier lo llamó hidrógeno (“generador de agua”), y el nombre es el que se ha mantenido hasta nuestros días.

El hidrógeno es incoloro, insípido, inodoro y muy, muy ligero (al ser átomos tan pequeños). De hecho, el hidrógeno diatómico (H2) es el gas más ligero que existe. Por eso, durante mucho tiempo su uso principal fue meterlo en globos y dirigibles para que el empuje de la atmósfera los elevara. Sin embargo, llegó un momento en el que el peligro debido a lo inflamable del gas hiciera que no mereciese la pena su poca densidad (¿te acuerdas del Hindenburg?). Hoy en día, los dirigibles no utilizan hidrógeno sino helio, que es menos ligero pero que (como veremos) no reacciona con ningún otro elemento, de modo que no es peligroso.

Como es tan ligero en forma de gas, el H2 se escapa de la atmósfera terrestre en muy poco tiempo. Por lo tanto, probablemente nunca has visto hidrógeno que no esté combinado con otros elementos (de ese modo lo has visto muchas veces: en el agua, en casi todos los compuestos orgánicos…). Sin embargo, el hidrógeno es el elemento más común del Universo: el 90% de todos los átomos que existen son de hidrógeno. Como sabes, es el principal responsable ahora mismo de la energía que recibimos del Sol debida a la fusión que forma helio.

El protio, el deuterio y el tritio son los únicos isótopos que tienen “nombres propios” en vez de etiquetas con la masa atómica (como el Uranio-235). Son los tres isótopos naturales del hidrógeno, con cero, uno y dos neutrones. El tritio es radiactivo (inestable) pero los otros dos son estables. De hecho, alrededor de uno de cada 10.000 átomos de hidrógeno en la Tierra es deuterio. El agua que tiene deuterio en vez de protio se denomina “agua pesada” (que se utiliza como moderador en las centrales nucleares), y el deuterio puede ser esencial en el futuro para nuestra generación de energía, si la fusión finalmente despega. Afortunadamente, uno de cada 10.000 átomos de hidrógeno son muchos átomos (piensa en el agua del mar, por ejemplo).

El hidrógeno que utilizamos en la Tierra, al casi no existir puro, lo sintetizamos: en el laboratorio sigue haciéndose mediante la reacción de metales con ácidos fuertes (el metal reemplaza al hidrógeno en el ácido, que se convierte en una sal, y libera el hidrógeno). Industrialmente no se hace así (sería demasiado caro), sino que se obtiene haciendo reaccionar metano con vapor de agua, con lo que se obtiene monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso:

CH4 + H2O -> CO + 3H2

¿Para qué se utiliza el hidrógeno? La mayor parte se utilizar para refinar petróleo y para producir amoníaco (que se emplea para muchas cosas, como por ejemplo abonos nitrogenados). Pero también se utilizar para aumentar el nivel de saturación de algunas grasas vegetales (por ejemplo, en la margarina) y la producción de metanol.

Además, al ser un excelente conductor del calor (para ser un gas) se emplea como refrigerante en los rotores de centrales eléctricas. También actúa como refrigerante a muy bajas temperaturas, en forma líquida.

En el futuro, es posible que se utilice como un “almacenador de energía” en células de combustible. Para que actúe de este modo se separa de, por ejemplo, el agua mediante la electrólisis, y luego se recombina con oxígeno para liberar la energía de nuevo y volver a dar agua:

2H2 + O2 -> 2H2O

Ya existen, por ejemplo, “autobuses de hidrógeno” que lo queman para producir vapor de agua, pero este proceso no es demasiado eficiente energéticamente - las células de combustible pueden cambiar eso. Además, siempre hay que recordar que hace falta energía para obtener el hidrógeno en primer lugar. Si lo obtenemos del metano para esto, seguiríamos dependiendo de los combustibles fósiles, igual que si realizamos la hidrólisis utilizando energías convencionales.

Pero, independientemente del uso que hagamos de él, lo que hace especial al hidrógeno es que es el elemento más ligero y el más sencillo, y que es el más común (de lejos) en nuestro Universo.