L'idrogeno

Caratteristiche e reazioni


L'idrogeno è l'atomo più semplice essendo cosituito da un solo protone e un solo elettrone. La sua configurazione elettronica è 1s1.

I suoi isotopi sono  1H ,  2D (Deuterio) e  3T (Trizio). Il trizio si ricava bombardando atomi di Litio con neutroni:

6Li + 1n ---> 3T + 4He

 

Principali utilizzi dell'idrogeno:

1) Produzione di ammoniaca col processo Haber (alta P, bassa T e uso di catalizzzatori):

3H2 (g) + N2 (g) <--->  2 NH3

2) Combustibile per lo shuttle

3) Produzione di metanolo, e da lì formaldeide e acido acetico

2H2 (g) + CO (g) --->  CH3OH (l)

4) Nelle fiamme ossidriche come combustibile, per la saldatura dei metalli.

Come si ricava l'idrogeno:

I) In laboratorio:

1) Mediante estrazione idrometallurgica, usando metalli con potenziale di riduzione inferiore a quello dell'elettrodo standard.

Zn (s) + 2 H+ ---> H2 (g) + Zn2+       lo Zn si ossida, H si riduce

Questo viene effettuato usando HCl (o H2SO4):

Zn (s) + 2 HCl ---> H2 (g) + 2 Cl- + Zn2+

Si possono usare analogamente altri metalli, quali Sn, Pb, Ni, Cs, Te, Cd, Co.

2) Reazione tra metalli e una base, con formazione di un metallato e idrogeno:

2 Al + 2 NaOH + 2 H2O ---> 2 NaAlO2  +  3 H2

Zn + 2 NaOH –--> Na2ZnO2  + H2

Sn + 2 NaOH ---> Na2SnO2  + H2

3) Elettrolisi di acqua con H2SO4:

al polo positivo si scaricano gli ioni OH- e SO42- mentre al polo negativo si scaricano gli ioni H+:

2H+ + 2 e- ---> H2

II) Industrialmente

1) Dal carbon fossile (o carbon coke) a 1000C

C + H2O –--> CO (g)+ H2

2) Processo Messerschmitt: vapori di H2O su ferro rovente:

3 Fe (s) + 4 H2O ---> Fe3O4 (s) + 4 H2

Il Ferro poi viene recuperato per motivi economici:

Fe3O4 (s) + 4 CO ---> 3 Fe(s) + 4 CO2

3) Dal metano, in due processi:

-- Reforming, a 700C e con catalizzatore di Nichel:

CH4 (g) + H2O (g) ----202Ni--->  CO (g) + 3 H2 (g)

-- Cracking termico, a 800C:

CH4 ---> C + 2 H2

 

Proprietà dell'idrogeno:

L'idrogeno è un gas incolore ed inodore, poco solubile in acqua e difficlmente liquefacibile.Pesa 14,4 volte meno dell'aria. E' chimicamente molto reattivo, può combinarsi facilmente con fluoro o cloro gassosi a formare i rispettivi acidi (liquidi). E' esplosivo in presenza di ossigeno ed innesco (scintilla o fiamma).