Hidrogênio

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Nas estrelas, o hidrogênio é convertido em hélio pela fusão nuclear, processo que proporciona energia das estrelas, entre elas o Sol. Na Terra, está presente em todas as substâncias animais e vegetais, na forma de compostos em que se combina com o carbono e outros elementos.

O hidrogênio, elemento do símbolo H, é o mais simples de todos os elementos químicos, pois é constituído de um próton e um elétron que gira ao seu redor. Embora na terra ocupe o nono lugar entre os elementos em termos de ocorrência, correspondendo a 0,9% da massa do planeta, é o mais abundante no universo, pois apresenta cerca de 75% de toda a massa cósmica.

Propriedades físicas e químicas:

O hidrogênio é uma substância simples, presente em abundância na superfície terrestre em combinação com os outros elementos e, em especial, na água. Em seu estado molecular, H₂, como se encontra na natureza, constitui-se de dois átomos de hidrogênio, ligados por covalência, e faz parte das emanações vulcânicas em proporções reduzidas.

O hidrogênio molecular, o gás mais leve que se conhece, é incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água. Sua densidade é 14 vezes menor que a do ar. Ao esfriá-lo com ar liquefeito e comprimi-lo fortemente, obtêm-se hidrogênio líquido, que entra em ebulição a -258,8º C à pressão atmosférica.

Distinguem-se dois tipos de hidrogênio molecular, em função do sentido de rotação de seu núcleo ou spin nuclear. Estas variedades são o para-hidrogênio, menos energético e com diferentes sentidos de rotação dos núcleos dos átomos, e o orto-hidrogênio, de maior energia e com giros análogos. Em temperatura ambiente, a proporção normal é de três partes do segundo para uma do primeiro.

O hidrogênio atômico não se encontra livre na natureza, mas sim combinado em grande número de compostos. É um elemento de grande instabilidade e, conseqüentemente, muito reativo, que tende a ajustar seu estado eletrônico de diversas formas. Quando perde um elétron, constitui um cátion H⁺, que é na realidade um próton. Em outros casos se produz por meio do ganho de um elétron para formar o ânion hídrico H¯, presente apenas em combinações com metais alcalinos e acalinos-terrosos.

Isótopos do hidrogênio:

A estrutura atômica do hidrogênio, a mais simples de todos os elementos químicos, apresenta um próton, o carga positiva, no núcleo, e um elétron, ou carga negativa, na camada externa. Seu peso atômico na escala comparativa externa. Seu peso atômico na escala comparativa é de 1,00797. A diferença entre esse valor e o observado para o peso do hidrogênio em seus compostos fez com que alguns químicos pensassem que não se tratava de um erro de medida, mas sim do peso combinado de átomos de hidrogênio de pesos diferentes, ou seja, de isótopos do hidrogênio. O químico americano Halo Clauton Urey, prêmio Nobel de química em 1934, e dois colaboradores detectaram, no resíduo de destilação do hidrogênio líquido, um hidrogênio mais pesado. Esse hidrogênio mais pesado, o deutério, ²H ou D, tem um nêutron junto ao próton do núcleo. Seu número atômico é o mesmo do hidrogênio normal, mais o peso é 2,0147.

Existe outro tipo de hidrogênio, o trício, ³H ou T, com dois números atômicos no núcleo, além do próton, presente em quantidades mínimas na água natural. O trício é formado continuamente nas altas camadas da atmosfera por reações induzidas por raios cósmicos.

Obtenção e aplicações:

Em pequenas quantidades, o hidrogênio é normalmente produzido pela ação do zinco sobre o ácido sulfúrico. Entre outros processos de produção industrial, cite-se a ação do vapor ou do oxigênio sobre hidrocarbonetos como o metano. Em 1783 e a segunda guerra mundial, o hidrogênio foi usado para encher balões, ainda que, no caso de dirigíveis para passageiros, o hélio tenha a vantagem de não ser inflamável. Atualmente sua principal aplicação é na síntese do amoníaco e do metanol na difusão do petróleo. Outra aplicação importante é na hidrogenização de substâncias orgânicas para produção de solventes, produtos químicos industriais e alimentos como a margarina e gordura vegetal. Em outros campos da indústria química e metalúrgica, emprega-se também o hidrogênio na fase de redução para metal.

Em outro contexto, a explosão de uma bomba de hidrogênio, também chamada termonuclear, é causada pela colisão e fusão de núcleos leves de hidrogênio, deutério e trício. A obtenção de um meio de controlar a reação de fusão pode levar a uma fonte de energia praticamente inesgotável, já que tem como combustível a água do mar, de altíssimo rendimento e grande pureza, por não gerar subprodutos.