Laboratorio di chimica in casa/Idrogeno

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Idrogeno

Luminescenza dell'idrogeno in un campo elettrico.

Dati

Idrogeno atomico

Elettronegatività: 2,20
Valenze: +1, -1
Peso atomico: 1,008 u
Classe: Non metalli

Struttura di Lewis

Idrogeno molecolare

Forma molecolare: H₂
Allotropi: H₃*
Massa molecolare: 2,016 g/mol (H₂)
Temperatura di fusione: -259 °C
Temperatura di ebollizione: -253 °C
Solubilità: ?
Densità: 0,08988 g/l (0 °C)

Struttura molecolare

Pericoli

L'idrogeno è il primo elemento chimico della tavola periodica.
È posizionato sopra i metalli alcalini, ma la sua elevata elettronegatività, la sua configurazione elettronica prossima a quella del gas nobile successivo (l'elio) e le sue piccole dimensioni gli conferiscono proprietà chimiche molto particolari; infatti l'idrogeno è classificato come non metallo.
Sulla Terra si trova sotto forma di gas incolore e inodore, anche se la maggior parte degli atomi di idrogeno sono legati ad altri atomi in composti come l'acqua, gli idrossidi e gli idrocarburi, per via della loro elevata reattività. L'idrogeno elementare gassoso non ha effetti tossici. L'unica sua caratteristica pericolosa è l'infiammabilità, infatti l'idrogeno esplode in presenza di fiamme o scintille quando è misto all'aria (in concentrazione dal 4% al 74%). La reazione è velocissima e fortemente esotermica, infatti l'idrogeno esplode quando incendiato. Il colore della fiamma è trasparente e tenuemente blu, mentre le vampate provenienti da sue esplosioni sono di colore giallo o rosso, colore prodotto dagli atomi di idrogeno urtati dall'esplosione.

Sintesi

L'idrogeno è presente in natura principalmente in tre categorie di composti: acqua e idrossidi, acidi, idrocarburi. I composti migliori da cui estrarlo sono gli acidi, ed in secondo luogo anche dall'acqua. Esistono però molteplici tecniche per estrarlo e conservarlo.

Idrogeno dagli acidi

La reazione migliore per produrre idrogeno è quella fra un acido forte ed un metallo poco nobile. I materiali più convenienti per questa reazione sono acidi diluiti (per evitare che la reazione sia troppo esotermica) come aceto, acido muriatico o acido solforico e metalli come polvere, trucioli e pagliuzze di ferro o fogli e pezzi di alluminio. Questi materiali possono essere impiegati tutti assieme. Le reazioni avvenute sono ossidoriduzioni, in cui il metallo riduce l'H⁺ dell'acido, mentre quest'ultimo esce dalla soluzione in forma di H₂.

Fe + 2 HCl → FeCl₂ + H₂↑

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl₃ + 3 H₂↑

2 Al + 3 H₂SO₄ → 2 Al₂(SO₄)₃ + 3 H₂↑

Fe + 2 CH₃COOH → Fe(CH₃COO)₂ + H₂↑

2 Al + 6 CH₃COOH → 2 Al(CH₃COO)₃ + 3 H₂↑

Più l'acido è concentrato o il metallo è in forma di polvere, più la reazione sarà veloce ed esotermica, e ciò è da evitare poiché per il calore sprigionato parte dell'acido potrebbe evaporare o schizzare fuori dalla soluzione. D'altro canto, se l'acido è troppo diluito la reazione sarà troppo lenta, e quindi va usato metallo tritato finissimo per farla procedere alla dovuta velocità. In genere le reazioni con l'alluminio vanno effettuate con poco metallo alla volta ed in pezzi spesso, dato che è molto reattivo, mentre il ferro dev'essere tritato fine per reagire con acidi diluiti. L'acido acetico è un acido debole ed è presente al 6% nell'aceto, quindi andrà fatto reagire con metallo fine. L'acido muriatico è mediamente concentrato e va fatto reagire con ferro in polvere o con alluminio spesso. L'acido solforico è generalmente venduto concentrato e va fatto reagire con ferro spesso e diluito se fatto reagire con l'alluminio.