Hidrogen

Hidrogen
1H
- ← hidrogen → heli
-
↑
H
↓
Li
Aspecte
Gas incolor amb resplendor lila en estat de plasma



Línies espectrals de l'hidrogen
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Hidrogen, H, 1
Categoria d'elements No metalls
Grup, període, bloc 1, 1, s
Pes atòmic estàndard 1,00784(7)
Configuració electrònica 1s1
1
Configuració electrònica de Hidrogen
Propietats físiques
Color Incolor
Fase Gas
Densitat (0 °C, 101.325 kPa)
0,08988 g/L
Densitat del
líquid en el p. f. 		0,07 (0,0763 sòlid)[1] g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. e. 		0,07099 g·cm−3
Punt de fusió 14,01 K, −259,14 °C
Punt d'ebullició 20,28 K, −252,87 °C
Punt triple 13,8033 K (−259 °C), 7,042 kPa
Punt crític 32,97 K, 1,293 MPa
Entalpia de fusió (H2) 0,117 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització (H2) 0,904 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar (H2) 28,836 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 15 20
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 1, -1
(òxid amfòter)
Electronegativitat 2,20 (escala de Pauling)
Energia d'ionització 1a: 1.312,0 kJ·mol−1
Radi covalent 31±5 pm
Radi de Van der Waals 120 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Hexagonal
Hidrogen té una estructura cristal·lina hexagonal
Ordenació magnètica Diamagnètic[2]
Conductivitat tèrmica 0,1805 W·m−1·K−1
Velocitat del so (Gas a 27 °C) 1.310 m·s−1
Nombre CAS 1333-74-0
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops de l'hidrogen
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
1H 99,985% 1H és estable amb 0 neutrons
2H 0,015% 2H és estable amb 1 neutró
3H traça 12,32 a β− 0,01861 3He

L'hidrogen és l'element químic de símbol H i nombre atòmic 1. La seva massa atòmica mitjana d'1,00784 uma en fa l'element més lleuger. És un element incolor, inodor, insípid i altament combustible que no presenta toxicitat. En condicions estàndard pren la forma de gas diatòmic de fórmula molecular H₂. Es tracta de la substància química més abundant de l'Univers i en constitueix un 75% de la massa bariònica.[3] Els estels, incloent-hi el Sol, es componen majoritàriament d'hidrogen en estat de plasma, mentre que l'hidrogen de la Terra es dona principalment en l'aigua, en compostos orgànics, com a dihidrogen i en altres formes moleculars. El seu isòtop més abundant (¹H) consisteix simplement en un protó i un electró.

L'hidrogen atòmic d'ocurrència natural és molt rar a la Terra, ja que forma fàcilment compostos covalents amb la majoria d'elements i es troba present a la molècula d'aigua i en la majoria de compostos orgànics. L'hidrogen té un paper molt important en la química d'àcid-base: en moltes reaccions s'intercanvien protons entre molècules solubles.

En compostos iònics, l'hidrogen pot prendre una càrrega negativa (en forma d'un anió conegut com a hidrur que s'escriu H−), o bé una càrrega positiva (catió H+). Aquest darrer s'escriu com si fos un simple protó però, en realitat, els cations d'hidrogen en compostos iònics ocorren en espècies més complexes. D'altra banda, l'isòtop més comú de l'hidrogen és el proti (símbol ¹H), que té un sol protó i cap neutró. Com que es tracta de l'àtom conegut més simple, l'àtom d'hidrogen ha estat molt utilitzat per resoldre problemes teòrics: per exemple, com que és l'únic àtom neutre que té una solució analítica de l'equació de Schrödinger, l'estudi de l'energètica i dels enllaços de l'àtom d'hidrogen tingué un paper clau en el desenvolupament de la mecànica quàntica.

L'hidrogen gas fou produït artificialment per primer cop als inicis del segle xvi mitjançant la barreja de metalls i àcids forts. En els anys 1766–81, Henry Cavendish fou el primer a reconèixer que l'hidrogen era una substància distinta[4] i que produeix aigua quan es crema, propietat que més tard li donà a l'element el seu nom actual: el nom «hidrogen» és una derivació del grec que significa 'formador d'aigua'.

La producció industrial es fa principalment a partir de la reformació amb vapor de gas natural i, menys freqüentment, a partir de mètodes de producció d'hidrogen com l'electròlisi de l'aigua.[5] La majoria de l'hidrogen es fa servir prop del seu lloc de producció; els dos usos majoritaris són el processament de combustible fòssil (per exemple, l'hidrocraqueig) i la producció d'amoníac, bàsicament per al mercat de fertilitzants. Finalment, l'hidrogen és una preocupació important en l'àmbit de la metal·lúrgia, ja que pot fragilitzar molts metalls,[6] cosa que complica el disseny de productes com canonades i dipòsits d'emmagatzematge.[7]

  1. ↑ Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick. Inorganic chemistry. Academic Press, 2001, p. 240. ISBN 0123526515. 
  2. ↑ «Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds». A: CRC Handbook of Chemistry and Physics. 81a. CRC Press. 
  3. ↑ Laboratori Nacional Los Alamos. «Hydrogen» (en anglès), 2016. [Consulta: 22 febrer 2021].
  4. ↑ BBC. Discovering the Elements (en anglès), 21 gener 2010, p. 25:40 (Chemistry: A Volatile History). 
  5. ↑ «Hydrogen Basics — Production» (en anglès). Florida Solar Energy Center, 2007.
  6. ↑ Rogers, H.C. «Hydrogen Embrittlement of Metals» (en anglès). Science, 159, 3819, 1999, pàg. 1057–1064. Bibcode: 1968Sci...159.1057R. DOI: 10.1126/science.159.3819.1057. PMID: 17775040.
  7. ↑ Christensen, C.H.; Nørskov, J.K.; Johannessen, T. «Making society independent of fossil fuels — Danish researchers reveal new technology» (en anglès). Universitat Tècnica de Dinamarca, 09-07-2005.