TuttoChimica.it

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 SO₄^2- mentre al polo negativo si scaricano gli ioni H⁺:

2H⁺ + 2 e^- ---> H₂

II) Industrialmente

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

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 700°C e con catalizzatore di Nichel:

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

-- Cracking termico, a 800°C:

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).