Imagínate que estamos a 23 de agosto de 2022. Alemania y Canadá firman el Acuerdo del Hidrógeno y, por tanto, son socios del hidrógeno desde ese día. A partir de 2025, Alemania se abastecerá de hidrógeno verde procedente de Canadá. La transición energética está llegando.
Mientras tanto, te sientas en casa y te preguntas a qué viene este hidrógeno. ¿Qué es?, ¿cuáles son sus propiedades?, ¿qué compuestos puede formar? Sigue leyendo para tener más información sobre este elemento tan interesante.
- Este artículo trata sobre el hidrógeno.
- Para comenzar, veremos qué es el hidrógeno.
- Continuaremos analizando sus características.
- Posteriormente, veremos cuáles son las propiedades de este elemento.
- Luego, estudiaremos cuáles son los isótopos del hidrógeno.
- Seguidamente, veremos cuáles son los compuestos que puede formar el hidrógeno, así como su nomenclatura.
- Para terminar, resolveremos algunos ejemplos de los compuestos hidrogenados.
¿Qué es el hidrógeno?
El hidrógeno es el elemento químico más pequeño y ligero que existe. Su número atómico es 1, lo que significa que tiene un protón y, al ser un elemento neutro, deducimos que también tiene un electrón. Su símbolo en la tabla periódica es H.
Observa el modelo atómico del hidrógeno:
Figura 1: Modelo atómico del hidrógeno: tiene una capa electrónica con un electrón en ella.
Características del hidrógeno
Ya que sabemos qué es el hidrógeno, veamos sus características más importantes:
- Su número atómico es 1.
- Su masa atómica es de 1,008 g/mol.
- La densidad de este elemento es de 0.089 g/L.
- Su punto de fusión es de -259,14 °C.
- El punto de ebullición es de -252 °C.
- Su energía de ionización es de 13.6 eV.
Acá tienes una tabla con una breve descripción de cada característica del hidrógeno.
| Característica del hidrógeno | Descripción |
| Número atómico | Como ya hemos visto, el número atómico del hidrógeno es 1, lo que significa que tiene un protón en su núcleo. Al ser un átomo neutro, podemos deducir que tiene también un electrón en una capa electrónica que, además, coincide con su capa de valencia. |
| Masa atómica | La masa atómica del hidrógeno es de 1,008 g/mol, lo que significa que un mol de este elemento, pesa 1,008 g (aunque generalmente, para los cálculos que puedes realizar en el colegio, en el instituto o en la universidad, se suele redondear y utilizar 1 g/mol). |
| Densidad | La densidad del hidrógeno es de 0,089 g/L, lo que quiere decir que es un elemento muy poco denso. |
| Punto de fusión | El punto de fusión del hidrógeno es de -259,14 °C —es decir que es muy bajo—, por lo que es un gas a temperatura ambiente. |
| Punto de ebullición | El punto de ebullición del hidrógeno es de -252 °C. |
| Energía de ionización | La energía de ionización del hidrógeno es de 13,6 eV, lo que significa que para separar un electrón de un átomo en estado fundamental de hidrógeno, se necesitan aplicarle 13,6 eV. |
Tabla 1. El hidrógeno: Características y descripción del hidrógeno.
Para entender bien cuál es la energía de ionización del hidrógeno, es importante que sepamos qué es:
La energía de ionización de un elemento es la energía que se necesita para separar un electrón de un átomo cuando este se encuentra en estado gaseoso.
Propiedades del hidrógeno
Analicemos ahora algunas de las propiedades que tiene el hidrógeno como lemento:
- Es el elemento químico más ligero y más pequeño de toda la tabla periódica.
- Es un elemento diatómico.
- En condiciones normales, es un gas.
- Es muy inflamable.
Acá tienes una tabla con una breve descripción de cada propiedad del hidrógeno.
| Propiedad del hidrógeno | Descripción |
| Ligero y pequeño | Como ya hemos visto, el hidrógeno es el elemento más pequeño y más ligero de todos los elementos que existen. Esto se debe a que solo tiene un protón, un electrón y un neutrón. |
| Diatómico | El hidrógeno es un elemento que, en su estado neutro, tiene solamente un electrón. Como ya sabemos, los elementos buscan tener su capa de valencia llena (en su máxima capacidad) para ser lo más estables posible. Como el hidrógeno solo tiene un electrón, tiene solamente una capa electrónica, que coincide con su capa de valencia. Para llenar esta primera capa solo son necesarios dos electrones, por lo que al hidrógeno le basta con unirse a otro átomo de hidrógeno para que ambos llenen su capa. Por eso, lo más común es encontrarlo como un conjunto de dos átomos de hidrógeno, es decir, es un elemento diatómico. |
| Gas en condiciones normales | En condiciones normales, es decir, a 1 atm de presión y 25 °C de temperatura, el hidrógeno es un gas. Esto se debe a que tiene un punto de fusión muy bajo, como ya hemos visto. La mayor parte del hidrógeno de la Tierra se encuentra en la atmósfera y en el agua. |
| Inflamable | El hidrógeno es un elemento muy inflamable, por lo que hay que tener especial precaución cuando se está manipulando, sobre todo cuando se junta con agentes oxidantes en un laboratorio. |
Tabla 2. El hidrógeno: Propiedades y descripción del hidrógeno.
Isótopos de hidrógeno
Antes de seguir, es muy importante que veamos qué son los isótopos:
Los isótopos son diferentes variaciones del mismo elemento que tienen el mismo número de protones y electrones, pero un número diferente de neutrones en el núcleo.
El hidrógeno que hemos visto hasta ahora es el isótopo que se produce normalmente. El hidrógeno habitual se denomina protio (1H), porque solamente contiene un protón en el núcleo. El deuterio (2H) tiene un neutrón adicional, mientras que el tritio (3H) tiene dos neutrones.
Para que te hagas una mejor idea, puedes ver los tres isótopos, con su correspondiente núcleo, en la siguiente ilustración. Allí se puede notar claramente que todos tienen un protón (p) en el núcleo, con exactamente un electrón (e) orbitando a su alrededor; solo aumenta el número de neutrones (n).
Observa los tres isótopos del hidrógeno en la siguiente imagen:
Figura 2: Los isótopos del hidrógeno: protio, deuterio y tritio.
Compuestos con hidrógeno
El hidrógeno es un elemento que se puede combinar con otros, para dar lugar a compuestos químicos. Generalmente, los compuestos que forman se denominan hidruros. Pero antes de ver en profundidad qué son estos compuestos y cuáles son sus características, es muy importante que tengamos claro cuál es el principal enlace que se da en los átomos de hidrógeno: el enlace de hidrógeno.
El enlace de hidrógeno
El enlace de hidrógeno es la fuerza de atracción entre el par o pares solitarios de electrones de un átomo muy electronegativo (normalmente oxígeno, nitrógeno o flúor) y el hidrógeno, cuando se une a otro átomo muy electronegativo (de nuevo, normalmente O, N o F).
Sin embargo, el término enlace de hidrógeno es un poco inapropiado, ya que se trata (principalmente) de una atracción, no de un enlace. Más concretamente, es una atracción electrostática (debida a electrones/cargas). No obstante, existe cierta covalencia (transferencia de carga a través del solapamiento de orbitales), pero es mucho más débil que un enlace totalmente covalente.
El enlace de hidrógeno puede producirse gracias a un enlace dipolo.
Un enlace dipolo es una separación de cargas opuestas a través de un enlace.
Cuando el hidrógeno se une a N, O o F existe una diferencia significativa en la electronegatividad entre el hidrógeno y el otro átomo. Debido a esto, la densidad electrónica es atraída hacia ese átomo, lo que deja al hidrógeno con una falta de densidad electrónica. Esto provoca un dipolo.
En este dipolo, el otro átomo tiene un exceso de densidad electrónica, por lo que cuenta con una carga negativa parcial (δ-). El hidrógeno, en cambio, carece de densidad electrónica, por lo que tiene una carga positiva parcial (δ+). Esta carga positiva parcial es la clave del enlace de hidrógeno.
Como el hidrógeno quiere densidad de electrones, buscará pares solitarios.
Los pares solitarios son pares de electrones que no participan en el enlace. Estos son electrones de valencia, lo que significa que se encuentran en la capa más externa del átomo o en el nivel de energía más alto.
Dado que los electrones del otro átomo participan en el enlace, los pares solitarios son el blanco perfecto para el hidrógeno. El enlace de hidrógeno describe la atracción entre estos electrones y el hidrógeno positivo (parcial).
Observa cómo es el enlace de hidrógeno en las moléculas de agua:
Fig. 3: Enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua.
El hidrógeno es atraído por los pares solitarios del oxígeno cercano. El oxígeno contiene dos pares solitarios, por lo que cada molécula de agua puede formar cuatro enlaces de hidrógeno.
Aunque los enlaces de hidrógeno son una de las fuerzas intermoleculares (fuerzas entre moléculas) más potentes, siguen siendo bastante débiles en comparación con los enlaces covalentes (enlaces en los que se comparten electrones). Los enlaces de hidrógeno tienen ~1/10 de la fuerza de un enlace covalente, y se rompen y reforman constantemente en el agua (líquida).
Hidruros
Los hidruros son los principales compuestos que forma el hidrógeno al unirse a los átomos de otros elementos químicos.
Cuando forma hidruros, el hidrógeno actúa con su estado de oxidación -1.
Los hidruros se pueden clasificar en dos tipos:
- Hidruros metálicos: se forman cuando el hidrógeno se junta con un elemento metálico.
- Hidruros no metálicos: se forman cuando el hidrógeno se junta con un elemento no metálico.
Otros compuestos
Además de los hidruros, el hidrógeno puede formar otros compuestos que se nombran de manera distinta y que son muy importantes, tanto en ámbito de la química, como en nuestra vida cotidiana:
- El agua (H2O): El agua es uno de los compuestos más importantes para la vida en la Tierra. Está compuesto por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.
- Amoníaco (NH3): El amoníaco es un compuesto químico formado por tres átomos de hidrógeno y un átomo de nitrógeno. Actualmente, es utilizado como producto de limpieza y como parte de algunos tientes de cabello.
- Metano (NH4): el metano es un compuesto formado por cuatro átomos de hidrógeno y un átomo de nitrógeno. Se trata de un gas que se encuentra en la atmósfera y es uno de los causantes del efecto invernadero.
Ejemplos de compuestos hidrogenados
Veamos ahora algunos ejemplos de compuestos hidrogenados:
Hidruros metálicos
Algunos ejemplos de hidruros metálicos son los siguientes:
- NaH: hidruro de sodio. Es un compuesto básico bastante inflamable, muy usado en química para la condensación con grupos carbonilo.
- LiH: hidruro de litio. Es un compuesto sólido cristalino empleado como agente reductor y como compuesto necesario en la fabricación de cerámica.
- AuH3: trihidruro de oro.
- CaH2: dihidruro de calcio. Es un compuesto que se usa, sobre todo, para reducir óxidos metálicos.
Hidruros no metálicos
Veamos ahora algunos ejemplos de hidruros no metálicos:
- HI: yoduro de hidrógeno. Es un gas que, cuando se encuentra en disolución, se conoce como ácido yodhídrico.
- HCl: cloruro de hidrógeno. Cuando está en disolución se conoce como ácido clorhídrico. Es un compuesto muy utilizado en química, sobre todo para las reacciones de formación de cloruros.
- H2S: sulfuro de hidrógeno. En disolución recibe el nombre de ácido sulfhídrico. Es un compuesto que podemos encontrar en combustibles y en el petróleo. Es fácil detectar su presencia, ya que tiene un olor muy fuerte y muy característico )como si tuviésemos huevos podridos cerca).
- HBr: bromuro de hidrógeno. Al igual que el resto de compuestos que hemos visto, en disolución se conoce como ácido bromhídrico. Se emplea, sobre todo, en la industria farmacéutica para la elaboración de medicamentos veterinarios.
El hidrógeno - Puntos clave
- El hidrógeno es el elemento químico más pequeño y ligero que existe. Su número atómico es 1.
- Los isótopos son diferentes variaciones del mismo elemento que tienen el mismo número de protones y electrones, pero un número diferente de neutrones en el núcleo. El hidrógeno tiene tres: protio, deuterio y tritio.
- Uno de los enlaces más importantes en la química es el enlace de hidrógeno, que es la fuerza de atracción entre el par o pares solitarios de electrones de un átomo muy electronegativo (normalmente oxígeno, nitrógeno o flúor) y el hidrógeno cuando se une a otro átomo muy electronegativo (de nuevo, normalmente O, N o F).
- Los hidruros son los principales compuestos que forma el hidrógeno, y estos pueden ser metálicos o no metálicos. Además, el hidrógeno puede formar otros compuestos como el agua, el amoníaco, el metano…
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