hidrógeno en la tabla periódica
HIDRÓGENO,  Producción

El hidrógeno en la Tabla Periódica

Nacimiento de la tabla periódica

El nombre de Dimitri Mendeléyev está inevitablemente asociado a la Tabla Periódica de los Elementos Químicos; en el año 1869, este químico ruso presentaba la primera versión de la Tabla Periódica, que ha ido desarrollándose hasta la actualidad. Tan importante fue su aportación a la química que, en 1906, a punto estuvo de obtener el premio Nóbel por este descubrimiento; sin embargo, finalmente, fue el francés Henri Moissan el que tuvo el honor de ser reconocido por la Academia Sueca, como reconocimiento a sus grandes servicios en la investigación y el aislamiento del elemento flúor.

Algunos de los elementos que Mendeléyev ubicó en la tabla provienen de la antigüedad (oro, plata, hierro…); de hecho, el concepto de «elemento» surge en la Grecia Clásica, si bien es asentado en la Química del Siglo XVII. Actualmente, la Tabla Periódica cuenta con 118 elementos químicos, ordenados por su número atómico desde el 1 (Hidrógeno) hasta el 118 (Oganesón); de éstos, sólo los primeros 94 existen en la naturaleza; los elementos del 95 al 113 han sido sintetizados de manera artificial en laboratorios, empleando la nucleosíntesis, es decir, a partir de nucleones (protones y neutrones) preexistentes. Sin embargo, como curiosidad, merece la pena destacar que los elementos del 95 al 100 existieron en la naturaleza en tiempos pasados, aunque dejaron de existir con posterioridad.

Clasificación de los elementos de la tabla periódica

Pues bien, los elementos de la tabla periódica pueden clasificarse en tres grandes grupos,  Evidentemente, existen otras divisiones, pero quedémonos por el momento con ésta.

  • Metales
  • No metales
  • Metaloides

Metales

Son los que, habitualmente, se encuentran en los minerales (por ejemplo, hierro, magnesio, cobre, manganeso, cinc, cobalto, estaño, níquel, son algunos ejemplos); sus características generales son la buena transmisión del calor y la electricidad, así como un cierto brillo metálico; todo ello, características con las que, habitualmente, relacionamos con los metales.

No metales

Los elementos no metálicos, por el contrario, son los habitualmente relacionados con la química orgánica (carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, azufre…) y los gases nobles (helio, neón, argón, kriptón, xenón, radón); están ubicados a la derecha de la tabla periódica, y se caracterizan, por ejemplo, porque no son maleables.

En particular, el elemento considerado hoy en día como alternativa a los combustibles fósiles, el hidrógeno, es un gas poco soluble en agua, que se sitúa, como todos sabemos, el primero de los elementos de la Tabla Periódica.

El hidrógeno y su composición

El hidrógeno diatómico gaseoso se produjo artificialmente por primera vez por Paracelso, al principio del S XVI, si bien éste no lo identificó como un nuevo elemento; fue Cavendish, en 1766, el primero en reconocer el hidrógeno gaseoso como una nueva sustancia elemental.

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo; su átomo sólo tiene un electrón y un protón, siendo el único elemento que carece de neutrones en su átomo; presenta electronegatividad 2.2, valencia 1 y configuración electrónica 1s1 (un electrón en el orbital s de la primera capa). Todo ello, le hace un elemento químico extremadamente simple y, puede que por esta causa, es el elemento más abundante del universo. Algunos planetas gaseosos, como Júpiter o Saturno, presentan una atmósfera mayoritariamente formada por hidrógeno y helio, en proporciones parecidas a las solares.

Se trata de un gas incoloro, insípido y no es tóxico; sus moléculas son inodoras, por lo que el gas también lo es; es inflamable en el aire en un amplio rango de concentraciones (desde un 4% hasta un 75% de volumen de hidrógeno en el aire a 1 atm de presión) y arde, en ausencia de impurezas, con llama prácticamente invisible, produciendo agua.

Como se ha dicho antes, se trata de un elemento no metálico, que reacciona con otros muchos elementos: metales alcalinos, alcalinotérreos (excepto el berilio)… y, en particular, con algunos metales para formar hidruros metálicos.

En los hidruros metálicos, el hidrógeno reacciona con un metal para formar un hidruro metálico, según la siguiente reacción (aunque puede haber hidruros más complejos):

M + n/2H2 -> MHn

Pues bien, los hidruros metálicos constituyen, desde la década de los 70 del siglo XX, que se consideraron para tal aplicación, y hasta hoy en día, un método de almacenamiento de hidrógeno que, si bien presenta una baja densidad gravimétrica, presenta una elevada densidad volumétrica, que puede multiplicar incluso por dos a la densidad volumétrica del hidrógeno comprimido a 700 bar. En la actualidad, hay hidruros metálicos que, además, presentan buenas características de ciclabilidad, rango de temperatura de aplicación y velocidad de descarga, por lo que se consideran como alternativas válidas para el almacenamiento en aplicaciones estacionarias, en las que el almacenamiento de hidrógeno se lleva a cabo, por ejemplo, en una planta renovable para almacenamiento estacional.

Otro llamativo ejemplo de aplicación de los hidruros metálicos para el almacenamiento de hidrógeno son los submarinos desarrollados por el astillero alemán HDW, propiedad del grupo ThyssenKrupp. Tanto el U-212 como el U-214 almacenan hidrógeno suficiente en hidruros metálicos (transportados dentro de cilindros dispuestos longitudinalmente al barco) como para alimentar sus pilas de combustible poliméricas durante más de una semana; esto les permite lograr un elevado coeficiente de indiscreción, mucho mayor del que es posible alcanzar con baterías.

Como vemos, el hidrógeno en la tabla periódica es un elemento químico con unas características propias excepcionales, que le dotan del potencial necesario para ser el vector energético alternativo y sostenible que necesitamos para sustituir a los combustibles fósiles, y la pieza clave en la descarbonización del transporte, la industria y el sector residencial.

Conoce más con la breve historia sobre la economía del hidrógeno.