L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’universo che si trova sotto tre forme isotopiche. Esse sono 1H (98.9844%) noto come Protio, 2D (0.0156 %) noto come Deuterio e 3H (presente in tracce) noto come Tritio.
E’ l’elemento numero 1 della Tavola Periodica e si presenta come un gas incolore, inodore, non velenoso e infiammabile sotto forma di molecola diatomica H2.
Il numero di ossidazione più comune dell’idrogeno è +1 anche se negli idruri esso assume il numero di ossidazione -1.
Nel 1766 il chimico e fisico scozzese Henry Cavendish identificò il gas prodotto nella reazione tra un metallo e un acido come “aria infiammabile”. Scoprì inoltre che dalla sua combustione si otteneva acqua.
L’idrogeno il cui nome deriva dal greco ὕδωρ e γεν che significa generatore di acqua può essere prodotto sia in scala industriale che in laboratorio.
Metodi di preparazione dell’idrogeno
Elettrolisi dell’acqua
Per eseguire l’elettrolisi dell’acqua pura si deve tenere conto che essa è un cattivo conduttore. Ciò rende impossibile qualunque processo elettrolitico quindi per aumentarne la conducibilità si deve aggiungere un opportuno elettrolita.
All’anodo avviene la semireazione di ossidazione
2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e– E° = – 1.23 V
Mentre al catodo avviene la semireazione di riduzione
2 H2O + 2 e– → H2 + 2 OH– E° = – 0.828 V
La reazione complessiva non spontanea è quindi:
2 H2O → O2 + 2 H2
Reazione di spostamento del gas d’acqua
La reazione avviene tra monossido di carbonio e acqua ed è catalizzata da Fe2O3 o Cr2O3:
CO + H2O → CO2 + H2
Gassificazione del carbone
La reazione avviene tra carbone e vapore acqueo a 1000°C:
C + H2O → CO + H2
Reforming del gas naturale
La reazione avviene tra metano e vapore acqueo a una temperatura tra i 700 e i 1100 °C:
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Reazione tra idruri metallici e acqua
La reazione avviene tra idruri di metalli attivi e acqua:
CaH2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + 2 H2
Reazione tra metalli e acido
La reazione avviene tra alcuni metalli reattivi come lo zinco e acidi non ossidanti come l’acido cloridrico. Questo è uno dei metodi più utilizzati per l’ottenimento dell’idrogeno in laboratorio che viene fatto avvenire nell’apparecchio di Kipp:
Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2