Hidrogeno

Hidrogenoa elementu kimiko bat da, H ikurra eta 1 zenbaki atomikoa ditu. Nukleoan protoi bat duten atomoak hidrogeno-atomoak direla esaten da.

Hidrogenoa
1 ← Hidrogenoa → Helioa
   
 
1		 H
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Ezaugarri orokorrak
Izena, ikurra, zenbakiaHidrogenoa, H, 1
Serie kimikoaEz-metalak
Taldea, periodoa, orbitala1, 1, s
Masa atomikoa1,00794 g/mol
Konfigurazio elektronikoa1s1
Elektroiak orbitaleko1
Propietate fisikoak
Egoeragasa
Dentsitatea(0 °C, 101,325 kPa) 0,08988 g/L
Urtze-puntua14,01 K
(−259,14 °C, −434,45 °F)
Irakite-puntua20,28 K
(−252,87 °C, −423,17 °F)
Urtze-entalpia(H2) 0,117 kJ·mol−1
Irakite-entalpia(H2) 0,904 kJ·mol−1
Bero espezifikoa(25 °C) (H2) 28,836 J·mol−1·K−1
Lurrun-presioa
P/Pa1101001 k10 k100 k
T/K1520
Propietate atomikoak
Kristal-egiturahexagonala
Oxidazio-zenbakia(k)1, −1
Elektronegatibotasuna2,20 (Paulingen eskala)
Ionizazio-potentziala1.a: 1312,0 kJ/mol
Erradio atomikoa (batezbestekoa)25 pm
Erradio atomikoa (kalkulatua)53 pm
Erradio kobalentea31 ± 5 [1] pm
Van der Waalsen erradioa120 pm
Datu gehiago
Eroankortasun termikoa(300 K) 180,5
Soinuaren abiadura(gas, 27 °C) 1310 m/s
Isotopo egonkorrenak
Hidrogenoaren isotopoak
iso UN Sd-P D DE (MeV) DP
1H %99,985 H egonkorra da 0 neutroirekin
2H %0,0115 H egonkorra da neutroi 1ekin
3H Sintetikoa 12,32 u β− 0,019 3He

Giro-tenperaturan gas-egoeran dago eta diatomikoa, sukoia, usaingabea eta koloregabea da. Elementu arinena (masa atomikoa = 1,00794 u) eta unibertsoko ugariena da. Izarrak hidrogenoz, plasma egoeran, osatuak daude, gehienbat. Lurrean konposatu molekular askoren partaide da (ur eta konposatu organikoak, besteak beste) eta elementu kimiko gehienekin erreakzionatzeko gai da. Isotopo arruntena nukleoan protoi bat eta neutroirik ez duena da. Beste bi isotopo ere aurki daitezke naturan, itsasoko uretan bereziki: deuterioa, neutroi bat duena, eta tritioa, bi neutroi dituena.

Laborategian azido eta metalen arteko erreakzioen bidez lortzen da eta industrialki gas naturaletik lortzen da gehienbat, nahiz eta uraren elektrolisitik ere hartzen den. Hidrogenoa amoniakoa ekoizteko, erretzeko edota pila elektrokimikoetan elektrizitatea sortzeko erabiltzen da, besteak beste.

Hidrogenoarekin Schrödingerren ekuazioa analitikoki ebatz daitekeenez, elementu honen orbital eta loturen azterketa eta analisiak garrantzi handia izan du mekanika kuantikoan.

Ezaugarri nabarmenak

Hidrogenoa elementu arinena da, bere isotopo ugariena protoi bat eta elektroi batez osatua dago, eta oro har egoera diatomikoan (H2) ageri da, hau da, beste hidrogeno atomo bati loturik. Bere urtze-puntua eta irakite-puntua −252,88 °C eta −259,13 °C dira, hurrenez hurren. Presio handian, izar erraldoien nukleoan bezala, hidrogeno molekulek bere izaera aldatzen dute eta hidrogenoa likido metalikoa bihurtzen da. Presio txikian hidrogenoa disoziaturik ageri ohi da, egoera monoatomikoan, konbinatzeko aukera gutxi dauzkate-eta. Hala ere, zenbaitetan hidrogeno molekularrezko hodeiak, izarren sorrerarekin erlazionatutak daudenak, sor ditzake.

Izarretan gertatzen den fusio nuklearraren bidez hidrogeno atomoak binaka konbinatzen dira helio atomo bat sortzeko, eta prozesuaren soberakin gisa izugarrizko energia-kantitatea sortzen da. Prozesu hau da, hain zuzen, gure existentzia ahalbidetzen duena.

Historia

Lehen agerpena
Henry Cavendishen erretratua

T. Von Hohenheim, Parazeltso izenpean ere ezaguna, izan zen H2 gasa lehen aldiz deskribatu eta artifizialki sortu zuena metalak azido indartsuekin nahastean. Gasa aurkitu bazuen ere, Parazelsusek ez zekien hura elementu kimiko berri baten atomoek osatzen zutenik. 1671. urtean Robert Boylek hidrogenoa bigarren aldiz deskribatu zuen, burdin hautsa eta azido ahulak nahasterakoan hidrogeno gasa sortzen zela antzeman baitzuen. Boyle eta Parazelsusen saiakerek lortu ez zutena, ordea, 1766. urtean lortu zen, urte hartan Henry Cavendish-ek lehen aldiz hidrogeno gasa substantzia bakar bat zela antzeman zuen, metal-azido erreakzio batean sortzen zen gasari aire erregaia izena eman eta errekuntzaren hondakin gisa ura sortzen zela ikusi baitzuen. Cavendish merkurio eta azidoekin lanean zebilen hidrogenoa aurkitu zuenean. Nahiz eta hidrogenoa azidoen osagai zela esan beharrean merkuriotik zetorrela esan, hidrogenoaren propietate nagusiak neurtzeko gai izan zen. Hori dela-eta, hidrogenoaren aurkikuntza berari egozten zaio.

Mekanika kuantikoari eginiko ekarpenak

Hidrogeno atomo arruntak badu beste elementuek ez duten ezaugarri bat: bere protoi bakarreko nukleoari esker, egitura atomikorik sinpleena duen elementua da. Atomo honek duen sinpletasuna dela-eta, hidrogenoaren egiturak eta argi espektroaren analisiak egitura atomikoaren teoria formulatzeko berebiziko garrantzia izan dute. 1920ko hamarkadan hidrogeno atomoa mekanika kuantikoaren ikuspuntutik aztertu zen; honen bidez, teoriak aurreikusten zituen hipotesi ugari egiaztatu ahal izan ziren. Handik gutxira, hidrogeno H2+ katioiaren analisia burutu zenean, lotura kimikoaren taxuzko teoria bat eraiki ahal izan zen.

Saiakera batean antzeman zen lehen efektu kuantikoetako bat, nahiz eta garai hartan ez zen ulertu, Maxwellek ikusi zuen hidrogenoarekin lanean zegoela, teoria kuantikoa bere osotasunean sortu baino mende erdi lehenago. Maxwellek antzeman zuen H2 molekularen bero espezifikoak, tenperatura jaitsi ahala, garaiko teoriekin bat ez zetorren portaera zuela. Izan ere, giro-tenperaturan gas diatomikoek izaten duten bero espezifikoa du, baina zero azpitik asko hozten badugu bero espezifikoaren balioa gas monoatomikoenera hurbiltzen da pixkanaka. Mekanika kuantikoaren arabera zera gertatzen da, hidrogenoaren kuantizaturiko errotazio energia mailak beste atomoen mailak baino urrutiago daudela bata bestearengandik. Hidrogenoaren masa eskasa dela-eta (protoi bakarra du nukleoan), mailen arteko hutsuneen tamainarengatik bero energia eta errotazio energien arteko konbertsioa normalean baino zailagoa da. Horixe da, hain zuzen, tenperatura baxuetan beste kasuetan antzematen ez den fenomeno hau azaltzearen arrazoia.

Hidrogeno atomoa
Hidrogeno atomoa bere elektroi hodeiarekin‎

Hidrogeno atomoaren energia mailak Bohrren eredu atomikoa erabiliz nahiko zehazki kalkulatu litezke. Bohrren ereduak elektroia nukleoko protoiaren inguruan biraka dabilela dio, lurra eguzkiaren inguran orbitatzen dabilen bezala. Hala ere, indar elektromagnetikoak dira protoi eta elektroiaren arteko erakarpena sortzen dutenak eta planeta eta izarren arteko indarra grabitateak sortzen du. Bohrrek mekanika kuantikoaren hastapenetan suposatu zuen momentu angeluarraren diskretizazioa dela-eta Bohrren ereduan elektroi eta protoiaren arteko zenbait distantzia dira soilik posible, orbita jakin batzuetan soilik aurki genezake elektroia eta honek elektroiaren energia maila konkretu batzuetara mugatzen du. Mekanika kuantikoaren aldetik tratamendu hobea emango bagenio Bohrrek bere garaian eskura ez zituen erreminten bidez Schrödingerren ekuazioa edota Feynmanen bide integralen formulazioarekin protoi inguruko elektroiaren okupazio dentsitate probabilistikoa kalkulatu genezake orbital sinple batzuetara mugatu gabe. Dentsitate probabilistiko horrek elektroia puntu jakin batean egotearen probabilitatea azaltzen digu, eta horrela protoi inguruko zonalde batzuetan errezagoa izanen da elektroia aurkitzea beste zonalde batzuetan baino. Dentsitate hau erakusten duten diagrametan elektroien orbitalak hodei moduko itxura hartzen dute, non zonalde ilunak probabilitate altuagoa adierazten baitu, eta zonalde argiak probabilidade baxuagoa. Elektroiei materia uhin tratamendua emanez, hidrogeno atomoaren kontzeptu errealago bat lortzen dugu Bohrren eredua erabiliz baino. Hala ere, Bohrren eredua lagungarria da oso hain sinple izanda elektroiaren energia eta espektroa nahiko ongi aurreikusten baititu. Hidrogenoaren modeloa guztiz modelizatuko bagenu, elektroien eta nukleoaren masa kontutan hartuz (mekanika orbitaleko bi gorputzen problemarekin egiten den bezala), elektroiaren energia eta espektroa are hobeto errepresenta litezke. Hidrogenoaren isotopo guztiekin egin liteke hau gainera. Schrödingerren ekuazio eta Feynmanen metodo integralaren bidez lorturiko emaitzak teoria kuantiko osatuarekin txukunduko bagenitu erlatibitate bereziaren efektuak kontutan hartuz (ikusi Dirac-en ekuazioa) eta hutsean gertatzen diren alegiazko partikulen sortzea bezalako beste hainbat efektu kontuan hartuz, hidrogeno atomoaren modelo bikain bat lortuko genuke.

Isotopoak
Sakontzeko, irakurri: «Hidrogeno isotopoak»
Protio hidrogenoaren isotopoaren diagrama atomikoa

Hiru hidrogeno isotopo aurki ditzakegu naturan: protioa (1H), deuterioa (2H) eta tritioa (3H). Aurrekoez gain 4H, 5H, 6H eta 7H isotopo ezegonkorrak sintetizatu ahal izan dira; isotopo hauek ezin aurki daitezke naturan.

Hidrogenoaren isotopoek soilik jasotzen dute gaur egun izen propioa, analisi radioaktiboaren lehen garaian zenbait elementuren isotopoek ere izen propiala zuten, gaur egun esan bezala ordea hidrogenoak soilik mantentzen ditu izen horiek. 2H eta 3H zeinuen ordez zenbaitetan D eta T hizkiak ere erabiltzen dira deuterio eta tritioarentzat urrenez urren. 1H-k ez du inongo zeinurik P hizkia erabiliko balitz fosforoarekin nahastuko baikinateke, IUPAC elkarteak hala ere 1H, 2H eta 3H zeinuak erabiltzea gomendatzen du.

Protioa

1H isotopoa naturako hidrogeno isotopo arruntena dugu, eta hidrogeno natural guztiaren %99,98-a osatzen du. 1H isotopoaren nukleoa protoi bakar batek osatzen duenez gutxitan erabiltzen den protio izena egozten zaio.

Deuterioa

2H dugu hidrogenoak dituen bi isotopo egonkorretatik bigarrena. Deuterio deritzo, eta bi nukleoik, protoi batek eta neutroi batek osatzen dute deuterioaren nukleoa. Lurreko hidrogenoaren %0,0026 eta %0,0184 artean deuterioa dugu. Isotopo horrek ez du erradioaktibitaterik, eta ez du giza osasunean eragin nabarmenik. Deuterio atomo ugariz osaturiko urari ur astun esaten zaio, deuterioa protioa baino astunagoa baita. Deuterioa eta deuterioak osatzen dituen substantziak marka ez-erradioaktibo gisa erabili ohi dira saiakera kimikoetan, bai eta 1H-NMR espektroskopiako solbente gisa ere. Ur astuna neutroi moderatzaile eta hozgarri gisa erabili ohi da erreaktore nuklearretan. Deuterioa fusio nuklear komertzialerako erregai gisa erabili liteke.[2]

Tritioa

3H isotopoari tritio izena egozten zaio eta hiru nukleoi biltzen ditu nukleo atomikoan, bi neutroi eta protoi bat urrenez urren. Isotopo hau aurreko biak ez bezala radioaktiboa da, eta 3He isotopoan desintegratzen da beta jario bidez (β partikulak). Tritioak 12,32 urteko semidesintegrazio-periodoa du. Tritio naturala errainu kosmiko eta atmosferako gasen arteko interakzioan sortzen da oso kopuru txikietan. Lurrean dagoen tritioaren beste iturri bat arma nuklearren entseguak dira. Fusio nuklearrean erabiltzen da, isotopoen geokimikan denbora neurtzeko eta argia bere kabuz ematen duten gailuetan. Aspaldi tritioa markazio kimiko eta biologikoarako erabiltzen zen marka erradioaktibo gisa, gaur egun ordea ez da hainbeste erabiltzen.

Hidrogenoa naturan
Whirpool galaxia Hubble teleskopioak ikusia

Hidrogenoa unibertsoko elementurik arruntena dugu, unibertsoaren masaren %75 osatzen du eta unibertsoko atomoen %90 hidrogeno atomoak dira. Hidrogeno kontzentrazio handienak izar eta planeta erraldoi gaseosoetan aurki litezke. Nebulosetan hidrogeno monoatomikoa aurki daiteke, eta izarren sortzearekin erlazionatua dago. Unibertsoko hidrogeno gehiena forma atomikoan edota plasma egoeran dago, eta gutxiengoa hidrogeno molekular gisa (hidrogeno diatomikoa). Plasma egoeran ez dago ohizko loturarik hidrogenoaren protoi eta elektroien artean hori dela eta konduktibitate elektriko izugarria du eta emisibitate edo argi jarioa ere oso handia da; plasmarengan hidrogenoa izarretako argiaren iturri da. Plasmak jariaten dituen kargadun partikulengan eragin handia dute kanpo magnetiko eta elektrikoek horregatik eguzkiak ixurtzen duen eguzki haizeak lurraren magnetosferara dakartzan partikulek osatzen dituzte aurora boreal eta austral fenomenoak, kanpoen eragin horrek ere sortzen ditu Birkelanden korronteak. Hidrogeno monoatomikoa izarrarteko materian aurki ditzakegun partikuletako bat da. Lurrean orohar hidrogenoa H2 dago, hala ere hidrogeno gasa lurraren atmosferan oso kopuru txikian aurki genezake (parte bat milioiko, hau da %0,0001) hain arina baita lurreko atmosferatik nahiko erraz ihes egiten duela. Hidrogeno monoatomiko eta diatomikoa unibertsoko osagai nagusiak izan harren ez da erraza lurrean hauek sortu, metatu eta purifikatzea, hala ere hidrogenoa lurrean errazen aurki dezakegun elementuetan hirugarrena dugu. Lurraren baitan hidrogeno iturri nagusiak hidrokarburo eta ura ditugu. Zenbait bakteria hidrogenoa metabolizatzeko gai dira ostera atmosferara isurtzeko; hidrogenoa digestio-aparatuko gasen osagai dugu ere, hau da, puzkarrek hidrogenoa daramate (metano forman besteak beste). Metanoa hain zuzen, gas naturalaren osagaietako bat, hidrogeno iturri garrantzitsua bihurtzen ari da prozesu industrialetan.

Hidrogeno molekularra
Hidrogeno likidoa burbuila kamara batean

Hidrogeno diatomikoa bi taldetan bana dezakegu bi protoien spin-aren arabera. Bi spin-ak paraleloak badira ortohidrogeno esaten zaio eta espinak antiparaleloak badira parahidrogeno. Tenperatura eta presio estandarretan hidrogeno gasaren %25 molekula parahidrogeno motakoak dira eta gainontzeko %75 ortohidrogeno motakoak, gehiengoa orto klasekoa denez ortohidrogenoari "hidrogeno normal" ere esaten zaio. H2 gasean orto eta para formen arteko banaketa tenperaturaren araberakoa da. Orto forma energetikoagoa da egoera kitzikatuan dagoelarik. Hori dela eta ezegonkorra da eta ezin liteke purifikatu. Tenperaturak behera egin ahala para forma inposatzen da nahikoa jaitsi ezkero ia hidrogeno guztia parahidrogeno bihurtzen delarik. Parahidrogeno hutsaren propietateak "hidrogeno normal"-arenarengandik zertxobait ezberdinak dira. Orto eta para formak zenbait substantzietan ere aurki litezke, besteak beste uretan edota konposatu organiko askotan.

Para eta orto formen arteko aldaketa katalizadorerik gabe ematen da eta esan bezala tenperatura igo ahala orto forma energetikoagoa nagusitzen delarik. H2 azkar kondentsatzen bada hidrogeno molekulei ez die orto formatik para formara aldatzeko astirik ematen aldaketa honek denbora behar baitu. Oso garrantzitsua da hidrogeno kondentsatuak, hots hidrogeno likidoak, para eta orto formen arteko erlazio egokia izatea orto forma energetikoagotik para formara pasatzea prozesu exotermikoa baita eta prozesu horretan askatzen den energiak kondentsatzea asko kostatzen den hidrogenoa lurrun dezake. Horrelakoak gerta ez daitezen burdin konposatuzko katalizadoreak erabiltzen dira hidrogenoa hozten den bitartean.

Protonaturiko hidrogeno molekular izena ematen zaio izarrarteko espazioan aurki litekeen hidrogeno molekula mota bati, H3+ zeinuaz identifikatzen da. Molekula hau errainu kosmikoek hidrogeno diatomiko molekulak ionizatzerakoan sortzen da. Jupiterren goi-atmosferan ere detektatu izan da. Izarrarteko espazioko egoeretan molekula hau nahiko egonkorra da tenperatura eta dentsitatea oso bajuak baitira. H3+ ioia unibertsoko ioik arruntenetakoa dugu eta izarrarteko inguruneko kimikan garrantzi handia du.

Ezaugarri fisiko eta kimikoak

Hidrogenoak metalekiko dituen disolbagarritasun eta asimilazio propietateak metalurgian (metal ugari erdoiltze prozesuak jasaten dituzte hidrogenoa dela eta) eta hidrogeno metatzean berebiziko garrantzia dute hidrogenoa erregai gisa erabiltzeko. Hidrogenoa lur arraroetako metal eta trantsizio metaletan disolba liteke bai metal kristalino bai metal amorfoetan. Disolbagarritasun hau metalen sare kristalinoan izaten diren distortsio eta makarrek eragiten dute.

Errekuntza
Hindenburg zeppelina sutan 1937ko maiatzak 6-an

Hidrogeno gasa oso erraz erretzen da oxigenoarekin, eta atmosferan hidrogenoaren %4 baino kontzentrazio handiagoarekin errekuntza naturalki hasten da hidrogenoaren errekuntza, txinparta baten beharrik gabe (ΔHº = −286 kJ/mol). Hidrogenoaren eta oxigenoaren errekuntza erreakzioaren formula ondorengoa genuke:

2 H2 g) + O2 (g) → 2 H2O (l) + 572 kJ/mol

Proportzio askotan hidrogenoa oxigenoarekin leherketak sortzen ditu errekuntza hasiz. Hidrogeno errekuntza oso indartsua da eta sortzen den garra ia ezin liteke begi hutsez bereizi, hori dela eta oso zaila da hidrogenoa erretzen hasi denik nabaritzea. Espazio anezka estatubatuarren suziriek besteak beste errekuntza hau burutzen dute beren higidura ahalbidetzeko. Hindenburg zeppelin alemaniarrak hidrogenoa zerabilen hegan egiteko eta hidrogeno-aire erreakzio akzidental bat izan zen hain zuzen bere suntsipena ekarri zuena, Hindenburg-ak hidrogenoa erabiltzearen arrazoia alemaniarrek Helioa lor ez zezaketeela da. Alboko irudian su garra ikusi baliteke hori zeppelinaren estalkiko elementuek ahalbidetzen dute. Hidrogenoaren garra oso luzexka izaten da hidrogeno berarekin batera arina izaki gorantz ihes egiten baitu airetan. H2-ak beste zenbait oxidanterekin erreakzionatzen du baita ere. Klorina eta fuorina-k erreakzio bortitzak sor ditzakete hidrogeno klorido eta hidrogeno fluorido halidoak sortuz.

Hidrogenoa duten molekulak

Molekula kobalente eta organikoak
Dekano (C10H22) hidrokarburo molekula baten diagrama, erdiko lerroaren erpinetan karbono atomoak leudeke

H2ari erreakzionatzea asko kostatzen zaion arren hidrogenoa ia beste edozein elementurekin lotu liteke molekula berriak osatzeko. Milioika hidrokarburo existitzen da, hau da hidrogeno eta karbono egitura duten molekulak, nahiz eta ez diren oro har hidrogeno eta karbono molekulen arteko erreakziotik sortzen beste molekula komplexuagoetatik baizik. Hidrogenoa elektronegatiboagoak diren elementuei eslei liteke, adibidez F, Cl, Br, I, O, S, Se... Molekula konposatu hauetan hidrogenoak karga positibo partziala jasotzen du. Fluor, oxigeno edota nitrogenoarekin elkartzen denean hidrogenoa lotura ez kobalente oso indartsu bat osatzeko gai da hidrogeno zubibidezko lotura esaten zaiolarik, hidrogeno zubi bidezko lotura honek garrantzi handia du molekula biologiko askoren egonkortasunean. Hidrogenoa hain elektronegatiboak ez diren elementuei ere esleitzen zaie metal eta metaloideekin bezala, kasu hauetan hidrogenoak karga negatibo partziala jasotzen du. Molekula hauei zenbaitetan hidrido deritze.

Esan bezala hidrogeno eta karbonoak osaturiko molekula ugari dago, molekula hauek oro har garrantzi handia dute biziaren kimikarekin hau da prozesu biologikoekin, hori dela eta molekula hauei zenbaitetan molekula organiko deritze, molekula hauek eta beraien erreakzioak aztertzen dituen kimikaren atalari kimika organiko esaten zaio. Molekula organiko definizioa oso argi ez dagoen arren, oro har molekula organiko orok karbono atomo egitura bat duela esan ohi da hidrogenoa behar beharrezkoa ez delarik, hidrogenorik ez duen molekula organiko bat urea dugu adibidez, hala ere molekula organiko gehienek hidrogenoa ere izaten dute eta karbono-hidrogeno lotura izaten da molekula organiko gehienen ezaugarria.

Kimika inorganikoan hidridoek koordinazio multzoetan bi gune metalikoen arteko lotura lana egiten dute. Aurrekoa oso arrunta izaten da 13. taldeko elementuetan, bereziki boroak osatzen dituen hidridoekin aluminio molekulen barnean eta karboranoetan.

Hidridoak
Hidrogenoaren konbinazio bitarrak lantzeko bideoa.
Bideo hau Jakindun elkarteak egin du. Gehiago dituzu eskuragarri euren gunean. Bideoak dituzten artikulu guztiak ikus ditzakezu hemen.

Hidrogenoa duten molekula guztiei zenbaitek hidrido esaten diete, definizio zabalegia da ordea. Kimikarientzat hidrido kontzeptuaren funtsa hidrogenoak karga partzial negatibo edo anionikoa hartzean datza, hau da hidrogenoa duen molekula batean hidrogenoak karga partzial negatiboa jasotzen badu molekula hori hidrido bat da, karga negatiboa duten hidrogenoak H− zeinuaz adierazten delarik.

Hidriodo anioia G.N. Lewisek aurriekusi zuen lehen aldiz 1916. urtean I eta II taldeetako gatz formako hidridoen egitura argitu nahian. Lewisen teoriaren demostrazioa Moers-ek egin zuen 1920. urtean molten litio hidridoaren elektrolisiaren bidez (LiH), elektrolisian anodoan hidrogenoa proportzio estekiometrikoetan sortzen baitzen. Litio-aluminio hidridoan AlH4− anioiak gune hidrikoak Al(III)ari atxikitzen dizkio. Naiz eta hidridoak edozein talde nagusiko elementuekin osa daitezkeen konbinazio kopuru asko dago, adibidez 100 borano hidrido binario dagoen artean aluminio hidrido binario bakarra ezagutzen da eta ez da oraindik indio hidrido binariorik aurkitu, nahiz eta indio hidrido konplexuagoak badiren.

Azido eta "protoiak"

Oxidatzerakoan H2-ak H+ protoi bat ematen duela suposatu ohi da. Protoi horrek garrantzia du azidoetan non "protoi" izenaz positiboki kargaturiko hidrogeno edo hidrogeno anioiez ari garen zeina H+ zeinuaz adierazten den. Ez da H+ atomo bakartirik existitzen hain deskonpentsatua baitago bere karga elektroiak dituzten atomoei itsasten zaiela. H+ protoiak disoluzioetan bere horretan existitzen ez direnez H3O+ forma hidratatua hartzen duela esaten da H3O+ak bere aldetik H9O4+ taldetxoak osatzen dituelarik. Uretan beste elementuak egon ezkero beste ioi zenbait aurki liteke ere.

Lurrean arraroa den arren unibertsoko H3O+a ioik arruntenetakoa dugu protonaturiko hidrogeno molekular izena jasotzen duelarik.

Ekoizketa

Laborategiko sintesia

Laborategietan hidrogeno gasa azido eta metalen arteko erreakzioaren ondorioz lortzen da gehienetan, adibidez zink eta azidoen "protoien" arteko erreakziotik:

Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2

Aluminioa azido zein baseekin tratatu ezkero H2a ere lortzen da, ondoren azaltzen da baseekin gertatzen dena:

2 Al + 6 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2

Ur elektrolisia hidrogenoa sortzeko beste bide erraz bat dugu nahiz eta energia dexente galtzen den prozesuan. Elektrolisia korronte batek potentzial elektriko diferentzia duten bi elektrodoen artean dagoen ura iragatean gertatzen da, korronte honen ondorio anodoan oxigeno gasa sortzen da eta hidrogeno gasa katodoan. Orohar katodoa platino edo beste metal inerte batek osatzen du, hidrogenoa bertan erre nahi bada anodoak ere metal inerte batek osatu beharko luke, budina adibidez. Elektrolisiaren errendimendu energetiko maximoa %80-94 inguruan dabil.

2 H2O (aq) → 2 H2 (g) + O2 (g)

2007 urtean aluminio eta galioak pilula moduan uretan hidrogenoa sor dezaketela antzeman zen. Prozesu hontan alumina sortzen da hidrogenoaz gain eta galioa nahiz eta oso garestia den (pilulan erdoil geruzik sor ez dadin erabiltzen da) berrerabiltzeko egoeran geratzen da. Aurkikuntza honek hidrogenoa erregai gisa erabiltzen lagun dezake hidrogenoa uretatik sortzea ahalbidetzen baitu hidrogeno gasa gorde behar gabe. Gehiago jakin nahi ezkero egin klik hemen

Sintesi industriala

Hidrogenoa era ugaritan lor baliteke ere hidrogenoaren ekoizketa industrialean garrantzi handia du prozesuaren prezioak helburua hidrogeno kopuru handia ekoiztu eta metatzea baita. Hidrogeno iturri industrial nagusia hidrokarburoak dira, karbono eta hidrogeno egitura duten substantzia hauetatik lortzen da gasa beraz. Hidrogeno industrial gehiena gas naturaletik lortzen da. Tenperatura altuetan (700 °C eta 1100 °C inguru) ur lurrin eta metanoaren arteko erreakzioak izaten dira karbono monoxido (CO) eta H2 gasa sortzen delarik, erreakzio hori lurrun erreformatze katalitikoa da.[3]

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Ur lurrunean dagoen gainontzeko hidrogenoa karbono monoxidoaren bidez berreskura liteke bereziki burdin oxido katalizadore bat erabiliz gero. Erreakzio hau karbono dioxidoa lortzeko ere erabili ohi da:

CO + H2O → CO2 + H2

Hidrokarburoen oxidazio partzial bidez ere lortzen da hidrogenoa:

CH4 + 1/2 O2 → CO + 2 H2

Monoxido eta ur lurrun bidez esan bezala hidrogenoa lortu nahi bada ondorengo erreakzioa erabil liteke karbono monoxidoa sortu eta bide batez hidrogeno gehiago lortzeko, karbono iturria kokea izan ohi da, ikatz barietate berezi bat:

C + H2O → CO + H2

Zenbaitetan hidrogenoa sortzen den prozesu berean kontsumitzen da, hau da rekonbinatzen da, beste produktuetatik bereizi aurretik. Amoniakoa sortzeko Haber prozesuan adibidez, hidrogenoa gas natural bidez sortzen da ostera amoniakoa sor dadin (amoniakoa munduan gehien ekoizten den bostarren produktu kimikoa dugu).

Prozesu petrokimiko handietan hidrogenoa sortzen da, petroleoaren krakingean adibidez, nahiz eta prozesu hauen helburua hidrogenoa ekoiztea ez den sortzen den kopurua nahiko handia da eta H2 hau bildu egiten da. Kloroa ekoizteko elektrolisian ere hidrogenoa sortzen da.

Sintesi biologikoa

H2 mikroorganismo ugarik izaten dituzten zenbait prozesu metaboliko anaerobikoren produktua dugu, gehienetan burdin edo nikela duten enzimen katalisia medio, entzima hauei hidrogenasa deritzaie. Enzima hauek erredox erreakzioa alderantziz katalizatzen dute bi protoi eta bi elektroietatik H2 lortuz.

Organismo fotosintetiko guztiek ura jatorrizko protoi, elektroi eta oxigenoan desegiten dute argiaren energia erabiliz. Chlamydomonas reindhardtii algetan eta cyanobakterietan besteak beste kloroplastoan dauden hidrogenasa enzima espezializatuek elektroi eta protoiak bat egiten dituzte nahiz eta prozesua ez den guztiz ulertzen. Cyanobakterietako hidrogenasak genetikoki eraldatzeko saiakerak egin dira H2 gasa erraz ekoiztearren baita ingurune oxigenatuetan ere.

Naturak ere baditu hidrogeno gasa sortzeko beste bideak nahiz eta hain arruntak ez izan. Nitrogenasa entzimek H2 ekibalente bat sortzen dute amoniakora erreduzituriko N2 ekibalente bakoitzaren truke. Zenbait fosfatasa entzimek fosfotita H2ra erreduzitzen dute.

Aplikazioak
Sakontzeko, irakurri: «Hidrogenozko bonba»
Margarina hidrogenaturiko jatorri begetaleko koipea dugu

Industria kimiko eta petrokimikoa hidrogeno asko behar dute beren aktibidaderako. Hidrogenoaren aplikazio nagusiak erregai fosilen hobekuntzan eta amoniako ekoizketa dira. Industria petrokimikoan hidrogenoa hidrodesalkitazio, hidrodesufurizazio eta kraking prozesuetarako erabiltzen da.

H2ak baditu hala ere aurrekoez gain aplikazio gehiago, saturatu gabeko gantzen saturazio handitzeko hidrogenazio agente bezala erabiltzen da, adibidez koipeetatik margarina bezalako produktuak lortzeko, metanol eta azido hidroklorikoa sortzeko ere erabiltzen da. Hidrogenoa mineralen extrakzioan ere erabiltzen da metalen redukzioa burutzeko.

Hidrogeno isotopoak fusio bonba atomikoetan erabiltzen dira

Erreakziotan erabiltzeaz gain H2 fisika eta ingenieritzako zenbait atalek ere darabilte. Adibidez zenbait soldeatze sistemek hidrogenoa darabilte babes-gas bezala. Estazio elektrikoetan hidrogenoa erabili izan da generadoreen rotoreak hozteko eroankortasun termiko garaiena duen gasa baita. H2 likidoa ikerketa kriogenikoetan erabiltzen da besteak beste supereroakortasuna aztertzeko. H2-aren airearena baino hamabost aldiz txikiagoa den dentsitatea duenez globo eta zeppelinak betetzeko gas bezala erabiltzen zen Hindenburg zeppelin alemaniarraren leherketaren ondorioz aplikazio hau bertan behera geratu zen arte, hala ere hidrogenoa eguraldi eta atmosfera aztertzeko globoak betetzeko erabiltzen da gaur egun (pertsonik gabeko gailu automatikoekin betiere).

Hidrogenoaren isotopoek erabilpen konkretu zenbait badute. Deuterioa adibidez fisio eta fusio nuklear erreakziotan erabiltzen da neutroi geldoen kontrol agente bezala. Deuterioa kimikan erabili ohi da erreakzio isotopikoen efektuak aztertzeko. Tritioa, erreakzio nuklearretan sortzen dena, hidrogenozko bonbetan erabiltzen da (H-bonba), baita marka erradiaktibo bezala kimikan edota margo autoluminiszenteetan (bere kabuz argiztatzen duten margoetan).

Hidrogenoaren ekilibrio hirukoitzaren puntua non presio, tenperatura eta dentsitate zehatz batzuetara hidrogenoaren hiru faseren arteko ekilibrioa ageri den ITS-90 tenperatura eskalaren oinarri puntua dugu baita ere.

Hidrogenoa eta energia

Hidrogenoa ez da orohar energia iturri bat, soilik fusio nuklearraren kasuan esan genezake hidrogenoa energia iturri bat dela baina hidrogenoa ez da oraindik saiakeretatik kanpo fusio nuklearrerako erabiltzen (ikusi ITER proiektua). Hidrogenoa biologikoki lortzea edota elektrolisi bidez ekoizteak energia gehiago kontsumitzen du hidrogenoaren errekuntzak ematen duena baino. Erregai fosiletatik hidrogenoa lortzeak (metanotik adibidez) ordea energia gutxiago behar du errekuntzan sortzen dena baino, eta prozesuaren errendimendua askoz hobea da. Hala ere hidrogenoa berrerabili ez litezkeen mediotatik sortzea ez da oso aproposa erregai fosilak bere baitan askoz errazago erabiltzen baitira. Ikerketa lerro bat sortu da gai horiek aztertzeko.[4]

Hidrogenoa energia gordailu lez erabiltzea asko aztertu den aplikazioa da, erregai fosilak ordezteko batik bat hidrogeno errekuntzak ez baitu ura besterik sortzen, hala ere arazoa hidrogenoaren lorpenean datza. Hidrogenoa erregai fosiletatik lortu ezkero hala ere kontaminazioa hidrogeno ekoizpen zentroetan soilik sortuko litzateke tratamendu aproposago bat eman dakiokeen lekuan eta horrela ingurunera ixuritako kutsadura asko murriztu liteke, adibidez metanotik hidrogenoa lortzerakoan sortzen den karbono dioxidoa (CO2) metatu eta kimikoki eralda liteke atmosferara ez isurtzearren. Guzti honek arazo bi ditu: lehena erregai fosiletan oinarritutako mundu baten ekonomia eta egitura errotik aldatzea da hidrogenoan oinarritutako batengatik aldatzeko. Bigarren arazoa hidrogenoaren aberastasun energetikoan datza ez baita erregai fosilak bezain energetikoa.

Hidrogenoa dagoeneko erabiltzen da, esaterako espazio-ontzietarako erregai gisa. Gasolinarekin alderatuta energia-dentsitate handiagoa duenez bolumen txikiagoa behar da energi kopuru berdina lortzeko. Alde horretatik, esaterako, egokia izan daiteke ibilbide luzeko garraioan. Eta industria deskarbonizatzeko, jakina, haren konbustioak ez baitu CO2-rik sortzen, ur-lurruna baizik. Erronka tekniko asko ditu oraindik gainditzeko, besteak beste, luzerako biltegiak, segurtasuna eta hidrogenoa uretik banatzeko erabiltzen diren elektrolizagailuek behar duten energia kantitatea.[5][4]

  • Sinboloa: H
  • Atomoa: H2
  • Aurkitzailea: Henry Cavendish
  • Urtea: 1766
  • Jatorria: Metalezko limadurak eta azido batzuen nahasketa da
  • Unibertsoko gehienezko materia da
  • Egoera naturala: Gasa
  • Fusio puntua: -258 °C
  • Uraren konponente bat da. (H2O: 2 hidrogeno-atomo eta 1 oxigeno)

Erreferentziak
  1. (Ingelesez) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán eta Santiago Alvarez: «Covalent radii revisited», in Dalton Transactions, 2008, 2832 – 2838. orrialdeak.
  2. (Ingelesez) Broad, William J. (1991-11-11). «Breakthrough in Nuclear Fusion Offers Hope for Power of Future», The New York Times.
  3. Gondra, Ane; Araneta, Maialen; Campillo-Robles, Jose Miguel. (2021-04-20). «Gaur egungo hidrogeno-ekoizpena: metanoaren ur-lurrun bidezko erreformatzea» EKAIA EHUko Zientzia eta Teknologia aldizkaria (41)  doi:10.1387/ekaia.22379. ISSN 2444-3255. (Noiz kontsultatua: 2022-09-30).
  4. Dorronsoro, Iñaki. (2021-11-26). «Hidrogenotik bioekonomiara (Htik BIOra). Ekonomialari Euskaldunen II. Biltzarra. Htik BIOra :: ikasi :: Udako Euskal Unibertsitatea» www.ueu.eus (Udako Euskal Unibertsitatea.) (Noiz kontsultatua: 2021-11-26).
  5. Magro Eizmendi, Imanol. (2021-11-27). «Hidrogenoa bertan da» Berria (Noiz kontsultatua: 2021-11-27).

Kanpo estekak

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.