Idrogeno | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Idrogeno liquido in una camera a bolle . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Posizione nella tavola periodica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Simbolo | H | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nome | Idrogeno | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Numero atomico | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppo | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Periodo | 1 e periodo | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bloccare | Blocca s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Famiglia di elementi | Metalloide | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configurazione elettronica | 1 s 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elettroni per livello di energia | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Proprietà atomiche dell'elemento | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massa atomica | 1.00794 ± 0.00007 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raggio atomico (calc) | 25 pm ( 53 pm ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
raggio covalente | 31 ± 17:00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raggio di Van der Waals | 120 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stato di ossidazione | -1, +1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elettronegatività ( Pauling ) | 2.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ossido | anfotero | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energie di ionizzazione | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 re : 13.598443 eV | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isotopi più stabili | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Proprietà fisiche semplici del corpo | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massa volumica |
0,089 88 g L -1 (gas, CNTP ), 0,070 8 kg L -1 (liquido, -253 ° C ), |
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Sistema di cristallo | Esagonale | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Varie | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Precauzioni | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NFPA 704 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 0 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Trasporto | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1049 : IDROGENO COMPRESSO Classe: 2.1 Etichetta: 2.1 : Gas infiammabili (corrisponde ai gruppi indicati con la F maiuscola); |
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Unità di SI e STP se non diversamente indicato. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
L' idrogeno è l' elemento chimico di numero atomico 1, di simbolo H. L'idrogeno presente sulla Terra è costituito quasi interamente dall'isotopo 1 H (un protone , zero neutrone ); contiene circa lo 0,01% di 2 H (un protone, un neutrone). Questi due isotopi sono stabili . Un terzo isotopo 3 H (un protone, due neutroni), instabile , viene prodotto nelle esplosioni nucleari. Questi tre isotopi sono chiamati rispettivamente " protium ", " deuterium " e " tritium ".
L'idrogeno può avere i numeri di ossidazione 0 ( diidrogeno H 2 o idrogeno metallico ), + I (nella maggior parte dei suoi composti chimici ) e –I (negli idruri metallici). L'idrogeno è un elettropositivo elemento , spesso ionizzato nel H + o H 3 O + stato . Ma forma anche legami covalenti , specialmente nell'acqua e nella materia organica .
L'idrogeno è il costituente principale del Sole e della maggior parte delle stelle (la cui energia deriva dalla fusione termonucleare di questo idrogeno), e della materia interstellare o intergalattica . È un componente importante dei pianeti giganti , in forma metallica nel cuore di Giove e Saturno , e sotto forma di idrogeno solido, liquido o gassoso nei loro strati più esterni e negli altri pianeti giganti. Sulla Terra è presente principalmente sotto forma di acqua liquida, solida ( ghiaccio ) o gas ( vapore acqueo ), ma è contenuta anche nei fumi di alcuni vulcani forma H 2 e metano CH 4 .
Questo gas fu identificato per la prima volta da Cavendish nel 1766 , che lo chiamò "aria infiammabile" perché brucia o esplode in presenza di ossigeno , dove forma vapore acqueo. Lavoisier designò questo gas con il nome idrogeno, composto dal prefisso “idro-”, dal greco ὕδωρ ( hudôr ) che significa “acqua”, e dal suffisso “-gene”, dal greco γεννάω ( gennaô ), “generare ”. Questo è il gas con la formula chimica H 2 , il cui nome scientifico è ora "diidrogeno".
Il diidrogeno è quasi sempre chiamato "idrogeno" nel linguaggio comune.
L'idrogeno è l' elemento più abbondante nella nell'universo : 75% in massa e 92% in numero di atomi. È presente in grandi quantità nelle stelle e nei pianeti gassosi; è anche il componente principale delle nebulose e del gas interstellare .
Nella crosta terrestre , l'idrogeno rappresenta solo lo 0,22% degli atomi, molto indietro rispetto all'ossigeno (47%) e al silicio (27%). È raro anche nell'atmosfera terrestre , poiché rappresenta in volume solo 0,55 ppm di gas atmosferici. Sulla Terra, la fonte più comune di idrogeno è l' acqua , la cui molecola è formata da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno ; l'idrogeno è soprattutto il costituente principale (in numero di atomi) di tutta la materia vivente, associato al carbonio in tutti i composti organici . Ad esempio, l'idrogeno rappresenta il 63% degli atomi e il 10% della massa del corpo umano.
Sotto pressioni molto basse, come quelle che esistono nello spazio , l'idrogeno tende ad esistere come atomi individuali perché non si scontra con altri atomi per combinarsi. Le nubi di idrogeno sono alla base del processo di formazione stellare .
L'idrogeno è l' elemento chimico più semplice; il suo isotopo più comune è costituito da un solo protone e un elettrone . L'idrogeno è l'atomo più leggero. Avendo un solo elettrone, può formare solo un legame covalente : è un atomo univalente .
Tuttavia, l'idrogeno solido può essere metallico quando è sottoposto a una pressione molto elevata . Quindi cristallizza con un legame metallico (vedi idrogeno metallico ). Nella tavola periodica degli elementi si trova nella colonna dei metalli alcalini . Tuttavia, non essendo presente in questo stato sulla Terra, non è considerato un metallo in chimica .
La sezione d'urto di cattura dell'idrogeno (200 mb con neutroni termici e 0,04 mb con neutroni veloci) è sufficientemente bassa da consentire l'uso dell'acqua come moderatore e refrigerante nei reattori nucleari.
L'atomo di idrogeno è l'atomo più semplice che esista. È quindi quella per cui la soluzione dell'equazione di Schrödinger , in meccanica quantistica , è la più semplice. Lo studio di questo caso è fondamentale, poiché ha permesso di spiegare gli orbitali atomici , e quindi i vari legami chimici con la teoria degli orbitali molecolari .
L'idrogeno è l'unico elemento per il quale ogni isotopo ha un nome specifico, perché la loro differenza di massa (rispetto a quella dell'atomo di idrogeno) è significativa: da singolo a doppio o triplo, il che spiega perché, a differenza di quanto vale per gli isotopi in generale , queste differenze possono influenzare le proprietà chimiche del deuterio o del trizio rispetto al prozio (effetto isotopico). L' acqua pesante (D 2 O), che contiene isotopi pesanti dell'idrogeno, è un esempio tossico (alto dosaggio) per molte specie. Infatti, a causa della grande differenza di massa tra gli isotopi, la cinetica delle reazioni in soluzione acquosa risulta notevolmente rallentata.
Gli isotopi più importanti dell'idrogeno sono:
L'idrogeno, presente in grande quantità nel cuore delle stelle, è una fonte di energia attraverso reazioni di fusione nucleare , che combinano due nuclei di atomi di idrogeno (due protoni ) per formare un nucleo di atomo di elio . Le due vie di questa fusione nucleare naturale sono la catena protone-protone , da Eddington , e il ciclo catalitico carbonio-azoto-ossigeno , da Bethe e von Weizsäcker .
La fusione nucleare effettuata in bombe all'idrogeno o bombe H riguarda isotopi intermedi di fusione (l'idrogeno si trasforma in elio), come quella che avviene nelle stelle: isotopi pesanti dell'idrogeno, elio 3 , trizio, ecc. Ma, in una bomba H , le reazioni nucleari durano solo poche decine di nanosecondi, il che consente reazioni solo in un unico passaggio. Tuttavia, per ottenere la trasformazione dell'idrogeno in elio, sono necessari diversi passaggi, il primo dei quali, la reazione di un protone, è molto lento.
Dal 2006 il progetto ITER ha l' obiettivo di verificare la “fattibilità scientifica e tecnica della fusione nucleare come nuova fonte di energia ”.
Tranne che a pressioni estremamente basse (come nello spazio intergalattico ) o estremamente alte (come nelle parti centrali di Giove e Saturno ), l' idrogeno a corpo unico è costituito da molecole di H 2 ( diidrogeno ).
A pressioni estremamente elevate, l'idrogeno si trova in un cosiddetto stato "oscuro", intermedio tra un gas e un metallo. Non riflette la luce e non la trasmette. Diventa anche un debole conduttore di elettricità. È simile ai metalli alcalini che seguono nel gruppo 1 della tavola periodica .
A pressioni più basse, l'idrogeno è un gas monoatomico .
La molecola di idrogeno esiste in due isomeri di spin nucleari: ortoidrogeno ( spin paralleli) e paraidrogeno (spin antiparalleli).
In condizioni normali di temperatura e pressione , come nella maggior parte delle condizioni di interesse in chimica e scienze della terra , l'idrogeno è un gas molecolare con la formula H 2, idrogeno . Il diidrogeno forma anche vaste " nuvole molecolari " nelle galassie , che sono la fonte della formazione stellare .
A pressione molto bassa e temperatura molto alta, l'idrogeno è un gas monoatomico (quindi di formula H), questo è in particolare il caso del gas interstellare o intergalattico . A causa della vastità di questi spazi e nonostante la bassissima densità del gas, idrogeno monoatomico costituisce quasi il 75% della massa barionica della dell'universo .
L' idrogeno solido si ottiene abbassando la temperatura al di sotto del punto di fusione dell'idrogeno, situato a 14,01 K ( -259,14 ° C ). Lo stato solido fu ottenuto per la prima volta nel 1899 da James Dewar .
L'idrogeno metallico è una fase dell'idrogeno che si verifica quando è sottoposto a pressioni molto elevate ea temperature molto basse . Questo è un esempio di materia degenerata . Alcuni credono che ci sia una gamma di pressioni (circa 400 GPa ) sotto la quale l'idrogeno metallico è liquido , anche a temperature molto basse.
L'idrogeno triatomico è una forma allotropica molto instabile dell'idrogeno a corpo semplice , con la formula H 3.
L'atomo di idrogeno può perdere il suo singolo elettrone per dare lo ione H + , comunemente chiamato protone . Infatti l'atomo che ha perso il suo unico elettrone si riduce al suo nucleo, e nel caso dell'isotopo 1 H più abbondante , questo nucleo è costituito da un solo protone. Questo nome non è strettamente corretto se si tiene conto della presenza, seppur discreta (inferiore allo 0,02%), di altri isotopi. Il nome hydron è più generale (diciamo anche ione idrogeno , nonostante la possibile confusione con l'anione H - ). Il suo raggio è molto piccolo: circa 1,5 × 10 −15 m contro 5 × 10 −11 m per l'atomo.
In soluzione, il protone non esiste allo stato libero ma è sempre legato alla nuvola di elettroni di una molecola. In soluzione acquosa è solvatato da molecole d'acqua; possiamo semplificare considerando che viene catturato da una molecola di acqua H 2 O, formando uno ione “hydronium” H 3 O + , chiamato anche “oxonio” o “hydroxonium”.
L'atomo di idrogeno può anche acquisire un secondo elettrone per dare la " idruro " ione H - , che dà la stessa scuderia processione elettronico come elio atomo .
L'idrogeno svolge un ruolo primordiale in una reazione acido-base (ai sensi della teoria di Brønsted-Lowry ) poiché quest'ultima corrisponde formalmente allo scambio di uno ione idrogeno H + tra due specie, la prima (l' acido ) liberando H + da rompendo un legame covalente , e il secondo (la base ) catturando questo H + formando un nuovo legame covalente:
Il legame idrogeno è un'interazione elettrostatica tra un atomo di idrogeno legato chimicamente a un atomo elettronegativo A e un altro atomo elettronegativo B (A e B tipicamente sono O , N o F in chimica organica).
Questo legame svolge un ruolo importante nella chimica organica, poiché gli atomi di ossigeno O, azoto N o fluoro F sono in grado di creare legami idrogeno, ma anche nella chimica inorganica, tra alcoli e alcolati metallici.
L'atomo di idrogeno può impegnare il suo singolo elettrone per formare un legame covalente con molti atomi non metallici.
I composti più famosi sono:
L'idrogeno è presente anche in tutte le molecole organiche , dove è principalmente legato agli atomi di carbonio , ossigeno e azoto .
L'idrogeno si combina con la maggior parte degli altri elementi perché ha un'elettronegatività media (2,2) e può quindi formare composti con elementi metallici o non metallici. I composti che forma con metalli sono chiamati " idruri ", in cui si trova come H - ioni solito in soluzione. Nei composti con elementi non metallici, l'idrogeno forma legami covalenti , perché lo ione H + ha una forte tendenza ad associarsi con gli elettroni. In acidi in soluzione acquosa, H 3 O + ioni sono formati chiamati " hydronium " o " ossonio " ioni , una combinazione del protone e di una molecola di acqua .
L'idrogeno corrode molti sistemi di leghe indebolendoli. Ciò può portare a guasti catastrofici, ad esempio delle celle a combustibile o di determinati processi catalitici. Questo è un problema serio per le industrie che producono o utilizzano idrogeno. È ancora un ostacolo alla produzione, al trasporto, allo stoccaggio e all'ampio utilizzo di questo prodotto.
La scienza dei materiali ricerca materiali più resistenti all'infragilimento da idrogeno, ma questo lavoro è complicato dalla difficoltà di misurare o osservare l'idrogeno e sperimentalmente su scala atomica. Chen et al. è riuscito nel 2017 a osservare la precisa distribuzione tridimensionale (3D) degli atomi di idrogeno nella materia utilizzando un nuovo approccio alla tomografia a sonda atomica basato su deuterizzazione , trasferimento criogenico e algoritmi di analisi dei dati appropriati.
Sembra che siano stati condotti pochissimi studi su questi argomenti, forse perché non si ritiene che gli organismi viventi siano esposti in natura al gas idrogeno. Infatti, essendo questo gas molto leggero, si disperde rapidamente verso gli strati molto alti dell'atmosfera.
Per quanto riguarda la tossicità per l'uomo, l'idrogeno può essere assorbito dall'organismo per inalazione. In un ambiente industriale o in presenza di una grossa perdita, si può raggiungere rapidamente una concentrazione dannosa di questo gas (inodore) nell'aria (e formare anche una miscela esplosiva con aria, ossigeno, alogeni e tutti i potenti ossidanti, soprattutto nelle presenza di un catalizzatore metallico come nichel o platino). Ad alte concentrazioni, l'idrogeno espone le persone a un peggioramento dei problemi polmonari preesistenti e all'anossia, con sintomi come mal di testa, ronzio alle orecchie, vertigini, sonnolenza, perdita di coscienza, nausea, vomito e depressione. tutti i sensi” e una pelle che può assumere una tinta bluastra, prima del soffocamento se l'esposizione è prolungata.
L'idrogeno non è ancora (2019) noto per essere una fonte di mutagenicità, embriotossicità, teratogenicità o tossicità per la riproduzione.
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1 | H | Hey | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Essere | B | VS | NON | oh | F | Nato | |||||||||||||||||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | sì | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K | è | Sc | Ti | V | Cr | mn | Fe | Co | O | Cu | Zn | Ga | Ge | Asso | Vedi | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | sì | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Nel | Sn | Sb | voi | io | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | Ba | Il | Questo | prima | Nd | Pm | Sm | Aveva | Gd | Tb | Dy | come | Er | Tm | Yb | Leggere | HF | Il tuo | W | Ri | osso | Ir | Pt | A | Hg | Tl | Pb | Bi | po | A | Rn | |
7 | Fr | RA | AC | questo | papà | tu | Np | Poteva | Am | Cm | Bk | Cf | È | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
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