Rimini e Idrogeno: differenze tra le pagine
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{{Disclaimer}}
{{elemento chimico
|Nome= Idrogeno
|Serie_chimica= [[Non metallo|non metalli]]
|Nucleoni=
|Precedente=
|Successivo= [[elio]]
|Configurazione= Electron shell 001 Hydrogen.svg
|Simbolo= H
|Numero_atomico= 1
|Gruppo= [[Metalli alcalini|1 (IA)]]
|Periodo= [[elementi del periodo 1|1]]
|Blocco= [[Elementi del blocco s|s]]
|Densità= 0,0899 kg/m³
|Durezza=
|Aspetto= Hydrogenglow.jpg
|Didascalia=Idrogeno elementare
|Spettro= Hydrogen Spectra.jpg
|Peso_atomico= 1,00794
|Raggio_atomico= {{M|53|p|m}}
|Raggio_covalente= 37 pm
|Raggio_di_van_der_Waals= 120 pm
|Configurazione_elettronica= 1s<sup>1</sup>
|Numero_CAS= 1333-74-0
|Elettroni= 1
|Numero_di_ossidazione= 1 ([[anfotero]])
|Struttura_cristallina= [[Sistema esagonale|esagonale]]
|Stato= [[gas]]soso
|Fusione= {{M|14,025||K}} {{M|(−259,13||°C}})
|Ebollizione= 20,268 K, (−252,88 °C)
|Punto_critico= −241,14 °C a {{M|1,293|M|Pa}}
|Volume_molare= {{Exp|11,42|−3}} m³/mol
|Calore_di_evaporazione= 0,44936 kJ/mol
|Calore_di_fusione= {{M|0,05868|k|J/mol}}
|Tensione_di_vapore= 209 kPa a 23 K
|Velocità_del_suono= {{M|1270||m/s}} a 298,15 K
|Elettronegatività= 2,2 ([[Elettronegatività#Scala di Pauling|Scala di Pauling]])
|Calore_specifico= 14 304 J/(kg·K)
|Conducibilità_elettrica=
|Conducibilità_termica= 0,1815 W/(m·K)
|Energia_1a_ionizzazione= 1312,06 kJ/mol
|Voce_principale_isotopi= Isotopi dell'idrogeno
|Isotopo_1= [[Prozio (chimica)|<sup>1</sup>H]]<ref>Detto anche ''protio''.</ref>
|NA_1= '''99,985%'''
|TD_1= È stabile con 0 neutroni
|Isotopo_2= [[Deuterio|<sup>2</sup>H]]
|NA_2= 0,015%
|TD_2= È stabile con 1 neutrone
|Isotopo_3= [[Trizio|<sup>3</sup>H]]
|NA_3= sintetico
|TD_3= 12,33 anni
|DM_3= [[decadimento beta|β]]<sup>−</sup>
|DE_3= 0,019
|DP_3= <sup>3</sup>[[elio|He]]
|Isotopo_4= <sup>4</sup>H
|NA_4= sintetico
|TD_4= {{M|1,39|pm=0,10|e=−22||s}}
|DM_4= n
|DE_4= 2,910
|DP_4= <sup>3</sup>H<br /><sup>4</sup>[[elio|He]] + raggi gamma
}}
L<nowiki>'</nowiki>'''idrogeno''' (dal [[Lingua greca antica|greco]] ὕδωρ, ''hýdor'', «acqua»; la radice γεν-, ''ghen-'', «generare»<ref>{{Cita|Rolla|p. 278}}</ref>, quindi «generatore d'acqua») è il primo [[elemento chimico]] della [[Tavola periodica degli elementi|tavola periodica]], è il più [[peso atomico|leggero]], ha [[numero atomico]] 1 e simbolo '''H'''. Il suo [[isotopo]] più comune, il [[prozio (chimica)|prozio]], consiste di un [[protone]] e di un [[elettrone]] ed essendo il più semplice isotopo è stato studiato dalla [[meccanica quantistica]] in maniera approfondita.<ref>Vedi ad esempio l'articolo sull'[[energia degli stati stazionari dell'atomo di idrogeno]].</ref>
L'idrogeno è l'elemento più abbondante dell'universo osservabile. È presente nell'[[acqua]] (11,19%) e in tutti i [[composto organico|composti organici]] e organismi viventi. Forma [[composto chimico|composti]] con la maggior parte degli elementi, spesso anche per sintesi diretta.
A [[pressione atmosferica]] e a [[temperatura ambiente]] {{M|(298||K}}), l'idrogeno si trova sotto forma di un [[gas]] biatomico avente [[formula chimica|formula]] H<sub>2</sub>. Tale gas è incolore, inodore, insapore e altamente [[infiammabilità|infiammabile]],<ref name=Rolla279/><ref>Vedere sotto alla [[#Diidrogeno|sezione "Diidrogeno"]].</ref> con un [[punto di ebollizione]] di soli 20,27 K e un [[punto di fusione]] di 14,02 K.
Le [[Stella|stelle]] sono principalmente composte di idrogeno nello stato di [[plasma (fisica)|plasma]] di cui rappresenta il combustibile delle [[fusione nucleare|reazioni termonucleari]], mentre sulla Terra è scarsamente presente allo stato libero e molecolare e deve quindi essere prodotto per i suoi vari usi.
In particolare è usato nella produzione di [[ammoniaca]], nell'idrogenazione degli oli vegetali, in aeronautica (in passato nei [[dirigibile|dirigibili]]), come combustibile alternativo e, di recente, come riserva di energia nelle [[pila a combustibile|pile a combustibile]].<ref>{{Cita|Rolla|p. 282}}</ref> Inoltre è occluso in alcune rocce, come il [[granito]].
==
L'idrogeno biatomico gassoso H<sub>2</sub> fu descritto formalmente per la prima volta da Theophrastus Von Hohenheim (conosciuto con il nome di [[Paracelso]], 1493-1541), che lo ottenne artificialmente mescolando metalli con [[Acido forte|acidi forti]]. Paracelso non si rese conto che il gas infiammabile ottenuto in queste reazioni chimiche era costituito da un nuovo elemento chimico, chiamato in seguito idrogeno.<br />
Nel 1671, [[Robert Boyle]] riscoprì e descrisse la reazione che avveniva quando si mescolavano limatura di [[ferro]] e acidi diluiti, e che generava H<sub>2</sub>.
[[File:Cavendish hydrogen.jpg|upright=1.4|left|thumb|Apparato ideato da Cavendish per la produzione di diidrogeno in laboratorio (''Philosophical Transactions'', 1766).]]
Nel 1766, [[Henry Cavendish]] fu il primo a riconoscere l'idrogeno molecolare gassoso H<sub>2</sub> come una sostanza discreta, identificando il gas prodotto nella reazione metallo-acido come "aria infiammabile" e scoprendo che la combustione del gas generava acqua. Cavendish utilizzava in questi esperimenti acidi e mercurio e giunse erroneamente alla conclusione che il diidrogeno era un componente liberato dal mercurio e non dall'acido, ma fu capace di descrivere con precisione molte proprietà fondamentali dell'idrogeno e della sua molecola biatomica diidrogeno. Tradizionalmente, si considera Cavendish come lo scopritore dell'idrogeno.<br />
Nel 1783, [[Antoine-Laurent de Lavoisier|Antoine Lavoisier]] assegnò all'elemento il nome di idrogeno (in francese Hydrogène, in greco ὕδωρ, ὕδᾰτος, "acqua" e γένος-ου, "generatore") quando provò (insieme a Laplace) la scoperta di Cavendish che la combustione dell'idrogeno generava acqua.
=== Primi utilizzi ===
[[File:Hindenburg burning.jpg|thumb|left|Il diidrogeno è altamente infiammabile all'aria. Il disastro dell'[[LZ 129 Hindenburg|Hindenburg]], il 6 maggio del [[1937]], fu dovuto anche a questa sua caratteristica.]]
Uno dei primi usi che si fece dell'idrogeno fu come gas di riempimento per [[aerostato]] e successivamente per altri tipi di aeronavi. Famosa è la tragedia del dirigibile [[LZ 129 Hindenburg|Hindenburg]], anche se gli ingegneri avevano rivestito la struttura dell'aeronave in modo da non causare scintille, dato che si conosceva l'infiammabilità del gas. Quello fu un caso particolare di impiego, dato che non era disponibile l'[[elio]], gas quasi altrettanto leggero, ma inerte. Al tempo l'idrogeno molecolare si otteneva per la reazione dell'[[acido solforico]] con il ferro metallico.
== Isotopi ==
{{vedi anche|Isotopi dell'idrogeno}}
Il più comune isotopo dell'idrogeno (prozio) non ha neutroni, ne esistono però altri due: il [[deuterio]], con un [[neutrone]], e il [[trizio]] (radioattivo), con due. I due [[Isotopo|isotopi]] stabili sono il prozio (<sup>1</sup>H) e il deuterio (<sup>2</sup>H, D). L'idrogeno è l'unico elemento a cui si attribuiscono nomi differenti per alcuni dei suoi isotopi.
Sono stati osservati anche gli isotopi <sup>4</sup>H, <sup>5</sup>H e <sup>6</sup>H, ma sono tanto instabili che, al momento, non si è neppure riusciti a stimare l'ordine di grandezza dei loro [[emivita (fisica)|tempi di dimezzamento]].
[[File:Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schematic.svg|thumb|center|upright=2.3|Gli isotopi dell'idrogeno più diffusi; da sinistra a destra: [[prozio (chimica)|prozio]], [[deuterio]] e [[trizio]].]]
== Diidrogeno ==
{{Composto chimico
|immagine1_nome= Dihydrogen-2D-dimensions.png
|immagine1_dimensioni= 150px
|immagine1_descrizione=
|immagine2_nome= Dihydrogen-LUMO-phase-3D-balls.png
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|immagine2_descrizione=
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|immagine3_descrizione=
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|immagine5_dimensioni=
|immagine5_descrizione=
|nome_IUPAC= diidrogeno
|abbreviazioni=
|nomi_alternativi= o-idrogeno<br />p-idrogeno<br />idrogeno molecolare<br />UN 1049<br />UN 1966
|titolo_caratteristiche_generali=
|formula= H<sub>2</sub>
|massa_molecolare= 2,01588
|peso_formula=
|aspetto= gas incolore
|numero_CAS= 1333-74-0
|numero_EINECS= 215-605-7
|titolo_proprietà_chimico-fisiche=
|densità_condensato=
|densità_g_l=
|densità_gas=
|prodotto_ionico=
|indice_di_rifrazione=
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|Kb_temperatura=
|punto_isoelettrico=
|solubilità_acqua= 1,96 mg/L
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|punto_critico= {{M|−239.96||°C}} a {{M|1315|k|Pa}} abs
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|entalpia_standard_di_combustione=
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|titolo_indicazioni_sicurezza= ---
|flash_point=
|limiti_di_esplosione= 4%-76%
|temperatura_di_autoignizione= 773,15-844,15 (500-571 °C)
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|simbolo1= estremamente infiammabile
|simbolo2= gas compresso
|simbolo3=
|simbolo4=
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|avvertenza=pericolo
|frasiH= {{FrasiH|220|280}}
|consigliP= {{ConsigliP|210|377|381|403}}<ref>scheda dell'idrogeno su {{Cita web|http://gestis-en.itrust.de|IFA-GESTIS}}</ref>
}}
Il diidrogeno ha [[formula chimica|formula]] H<sub>2</sub>. La sua molecola è quindi costituita da due [[atomo|atomi]] di idrogeno. In [[Condizioni standard#Condizioni normali|condizioni normali]] si presenta come un [[gas]] infiammabile, incolore e inodore. Nell'uso comune viene chiamato anch'esso semplicemente ed erroneamente idrogeno.
Per non generare confusione e fraintendimenti, le corrette nomenclature di H<sub>2</sub> sono: idrogeno molecolare, idrogeno biatomico, idrogeno diatomico e diidrogeno.
Si ottiene in [[laboratorio]] mediante reazione di [[acido|acidi]] con [[metallo|metalli]] come lo [[zinco]] e, industrialmente, mediante l'[[elettrolisi]] dell'acqua, il [[reforming]] del [[gas naturale]], la gassificazione di residui della raffinazione del petrolio. Il diidrogeno è impiegato per la produzione dell'[[ammoniaca]], per la desolforazione dei derivati del petrolio, come [[combustibile]] alternativo e, di recente, come fonte di energia per le [[pila a combustibile|pile a combustibile]].
=== Ortoidrogeno e paraidrogeno ===
{{vedi anche|Isomeri dell'idrogeno}}
[[File:Spinisomers of molecular hydrogen.svg|lang=it|thumb|left|upright=1.4|Rappresentazione dell'ortoidrogeno (a sinistra) e del paraidrogeno (a destra).]]
In condizioni normali il diidrogeno è una [[miscela (chimica)|miscela]] di due diversi tipi di [[molecola|molecole]], che differiscono a seconda che gli [[spin]] dei due [[nucleo atomico|nuclei atomici]] siano tra loro paralleli o antiparalleli. Queste due forme sono rispettivamente conosciute come ''orto-idrogeno'' e ''para-idrogeno''. In condizioni standard, il rapporto tra ''orto'' e ''para'' è di circa 3 a 1 e la conversione di una forma nell'altra è talmente lenta da non avvenire in assenza di un [[catalizzatore]]. Le due forme differiscono a livello energetico, il che provoca piccole differenze nelle loro proprietà fisiche. Ad esempio, i punti di fusione ed ebollizione del paraidrogeno sono all'incirca 0,1 K più bassi dell'ortoidrogeno.
L'esistenza di queste due forme pone un inconveniente nella produzione industriale di diidrogeno liquido: quando viene liquefatto, il diidrogeno è generalmente una miscela ''para'':''orto'' circa 25:75; lasciato a sé, nell'arco di un mese la miscela si arricchisce della forma ''para'', che diventa il 90%; questa conversione libera calore che fa evaporare gran parte del diidrogeno, che viene perso. Per ovviare a ciò, la liquefazione del diidrogeno viene condotta in presenza di un catalizzatore a base di ossido di ferro; in questo modo il diidrogeno liquido ottenuto è composto per oltre il 99% dalla forma ''para''.
== Disponibilità ==
[[File:Grand star-forming region R136 in NGC 2070 (visible and ultraviolet, captured by the Hubble Space Telescope).jpg|thumb|La regione R136 nella NGC 2070. Le dispersioni di colore rosso sono le molecole di idrogeno.]]
L'idrogeno è l'elemento più abbondante dell'universo, forma fino al 75% della materia, in base alla [[massa (fisica)|massa]], e più del 90%, in base al numero di atomi. Questo elemento si trova principalmente nelle stelle e nei giganti gassosi. Relativamente alla sua abbondanza generale, l'idrogeno è molto raro nell'atmosfera terrestre (1 [[Parti per milione|ppm]]) e praticamente inesistente come H<sub>2</sub> sulla superficie e nel sottosuolo. Giove e Saturno sono composti da circa l'80 % di idrogeno, il Sole dal 90%.
Questo elemento gioca un ruolo vitale nel fornire energia all'[[universo]], attraverso processi di fusione nucleare. Enormi quantità di energia vengono rilasciate sotto forma di radiazioni elettromagnetiche nel momento in cui avviene la combinazione di due nuclei di idrogeno (deuterio oppure prozio e trizio) in uno di [[elio]].
Sottoposte a pressioni eccezionalmente alte, come quelle che si trovano al centro dei [[gigante gassoso|giganti gassosi]] ([[Giove (astronomia)|Giove]] ad esempio), le molecole perdono la loro identità e l'idrogeno diventa un metallo liquido ([[idrogeno metallico]]). Al contrario, in condizioni di pressione estremamente bassa, le molecole H<sub>2</sub> possono subire [[dissociazione (chimica)|dissociazione]] e se sottoposte a radiazione di opportuna frequenza, gli atomi individuali possono sopravvivere per un tempo sufficiente per esser rilevati. [[Nube molecolare|Nubi di H<sub>2</sub>]] si formano e sono associate con la [[formazione stellare|nascita delle stelle]].
Sulla [[Terra]] solo l'1 % dei gas è idrogeno. La fonte più comune di questo elemento è l'[[acqua]], che è composta da due atomi di idrogeno e uno di [[ossigeno]] (H<sub>2</sub>O). Altre fonti sono: la maggior parte della [[Composto organico|materia organica]] (che comprende tutte le forme di vita conosciute), i [[combustibili fossili]] e il [[gas naturale]]. Il [[metano]] (CH<sub>4</sub>), che è un sottoprodotto della decomposizione organica, sta diventando una fonte di idrogeno sempre più importante.
== Produzione ==
{{Vedi anche|Produzione di idrogeno}}
L'H<sub>2</sub> si ottiene in laboratori di chimica e di [[biologia]], spesso come sottoprodotto di altre reazioni; nell'industria si ottiene per [[deidrogenazione]] di substrati saturi; in natura è utilizzato come mezzo per espellere equivalenti riduttivi nelle reazioni biochimiche.
==
=== Impiego come reagente ===
Nell'industria chimica e [[Industria petrolchimica|petrolchimica]] si richiedono grandi quantità di H<sub>2</sub>. L'applicazione principale dell'H<sub>2</sub> avviene nel processo di raffinazione dei combustibili fossili e nella sintesi dell'ammoniaca ([[processo Haber-Bosch]]). I processi fondamentali che consumano H<sub>2</sub> in un impianto petrolchimico sono l'[[idrodealchilazione]], l'[[Desolforazione|idrodesolforazione]] e l'''[[Cracking (chimica)#Hydrocracking|idrocraking]]''<ref>{{cita web|url= http://periodic.lanl.gov/elements/1.html|titolo= Los Alamos National Laboratory – Hydrogen|accesso=15 agosto 2009|lingua= en}}</ref>.
L'H<sub>2</sub> è utilizzato anche come [[idrogenazione|agente idrogenante]], particolarmente per aumentare il grado di saturazione dei [[lipidi|grassi]] e degli oli insaturi (per ottenere prodotti come la [[margarina]]), e per la produzione del [[metanolo]]. Viene utilizzato anche nella sintesi dell'[[acido cloridrico]] e per realizzare l'[[idrogenolisi]].
=== Composti dell'idrogeno ===
L'idrogeno si combina con la maggior parte degli elementi. Con un'[[elettronegatività]] pari a 2,1, forma composti dove può essere la componente più non-metallica o più metallica. I primi vengono chiamati [[Idruro|idruri]], nei quali l'idrogeno esiste o come ione H<sup>−</sup> o insinuandosi nel reticolo cristallino dei metalli dando luogo a quelli che vengono chiamati [[idruri interstiziali]] (come nell'idruro di [[Palladio (elemento chimico)|palladio]]). Nel secondo caso l'idrogeno tende a essere covalente, in quanto lo ione H<sup>+</sup> non è altro che un semplice nucleo e ha una forte tendenza ad attirare elettroni.
Il diidrogeno H<sub>2</sub> si combina con il diossigeno O<sub>2</sub> formando [[acqua]] (H<sub>2</sub>O) liberando molta energia in questo processo (si ha un [[Entalpia standard di reazione|calore di reazione]] pari a circa {{M|572,4|k|J}}).<ref name=Rolla279>{{Cita|Rolla|p. 279}}</ref> L'ossido di deuterio è meglio noto come [[acqua pesante]]. L'idrogeno forma un vasto numero di composti con il carbonio. A causa della loro associazione con gli esseri viventi, questi composti sono chiamati "organici", e gli studi relativi alle loro proprietà formano la [[chimica organica]].
=== L'idrogeno come vettore energetico ===
[[File:Atlantis taking off on STS-27.jpg|thumb|upright=1.4|left|Dall'immagine si nota la differenza tra la fiamma del diidrogeno premescolato al diossigeno in rapporto stechiometrico (gas di brown, quasi invisibile nei motori della navetta) e la fiamma dovuta alla combustione di perclorato d'ammonio e nanoparticelle d'alluminio (boosters laterali).]]
[[File:Mazda RX8 hydrogen rotary car 1.jpg|thumb|Prototipo di veicolo alimentato a idrogeno.]]
Si parla molto dell'idrogeno come possibile fonte di energia per l'autotrazione. L'uso del H<sub>2</sub> avrebbe il vantaggio di utilizzare le fonti fossili per ottenere direttamente il gas (a partire dal metano, per esempio). L'H<sub>2</sub> usato poi come combustibile nei mezzi di trasporto, reagendo con O<sub>2</sub>, produrrebbe come unico prodotto di scarto l'acqua, eliminando completamente le emissioni di CO<sub>2</sub> e i problemi climatico-ambientali a esse associate.
Utilizzare il diidrogeno come [[combustibile]] presenta diversi vantaggi. Brucia all'aria quando la sua concentrazione è compresa tra il 4 e il 75% del suo volume, mentre il gas naturale brucia a concentrazioni comprese tra il 5,4 e il 15%. La temperatura di combustione spontanea è di 585 °C, mentre quella del gas naturale è di 540 °C. Il gas naturale esplode a concentrazioni comprese tra il 6,3 e il 14%, mentre il diidrogeno richiede concentrazioni dal 13 al 64%. L'unico svantaggio sarebbe nella densità di energia del diidrogeno liquido o gassoso (a pressione utilizzabile) che è significativamente inferiore rispetto ai tradizionali combustibili e quindi necessita di essere [[Compressore per idrogeno|compresso]] a pressioni più elevate in fase di stoccaggio.
Stante l'attuale sviluppo tecnologico, l'idrogeno può essere effettivamente utilizzato a fini energetici come combustibile nei [[Motore a combustione interna|motori a combustione interna]] utilizzati su alcuni prototipi di [[Autovettura|auto]]. Le [[pila a combustibile|pile a combustibile]], attualmente in via di sviluppo, sono poi un modo alternativo per ottenere energia sotto forma di [[elettricità]] dall'[[ossidazione]] dell'idrogeno senza passare dalla [[combustione]] diretta ottenendo una maggiore efficienza in un futuro in cui la produzione di idrogeno potrebbe avvenire da fonti rinnovabili e non più combustibili fossili. Secondo i sostenitori della cosiddetta ''[[Economia dell'idrogeno|economia all'idrogeno]]'' queste due tecnologie a idrogeno, oltre a risolvere il problema energetico, sarebbero quindi anche in grado di offrire un'alternativa pulita agli attuali [[motore a combustione interna|motori a combustione interna]] alimentati da fonti fossili.
Il problema vero, sollevato da più parti, è però a monte: l'idrogeno atomico e molecolare è assai scarso in natura ovvero l'elemento in sé si trova combinato assieme ad altri elementi in vari composti sulla crosta terrestre; esso dunque non è una fonte primaria di energia come lo sono [[gas naturale]], [[petrolio]] e [[carbone]], in quanto deve essere prodotto artificialmente spendendo energia a partire da fonti energetiche primarie. Esso sarebbe quindi impiegabile unicamente come [[vettore energetico]] cioè come mezzo per immagazzinare e trasportare l'energia disponibile ove occorra, mentre il ciclo di produzione/utilizzo sarebbe comunque inefficiente dal punto di vista [[termodinamica|termodinamico]] poiché la sua produzione richiederebbe in genere un'energia maggiore di quella che poi si renderebbe disponibile attraverso la sua 'combustione'.
La molecola d'acqua è infatti più stabile e quindi meno energetica del diossigeno O<sub>2</sub> e del diidrogeno H<sub>2</sub> separati e segue la legge secondo la quale i processi "naturali" portano un sistema da un'energia più alta a una più bassa tramite una trasformazione. Per le leggi della [[termodinamica]] l'estrazione di idrogeno dall'acqua non può avvenire dunque come reazione inversa a costo zero, cioè senza spendere [[Lavoro (fisica)|lavoro]]. Qualsiasi metodo di estrazione comporta quindi un costo che è pari all'energia liberata successivamente dalla combustione dell'idrogeno sotto forma di diidrogeno se a tal fine si utilizza l'esatto processo inverso, e in realtà in tal caso anche maggiore perché non esiste alcuna macchina con [[Rendimento (termodinamica)|rendimento]] pari al 100% durante il processo di estrazione. In altri termini la produzione di idrogeno sotto forma di diidrogeno attraverso il metodo più semplice, ovvero l'[[elettrolisi]] dell'acqua, e il successivo utilizzo dell'idrogeno sotto forma di diidrogeno nella reazione inversa con O<sub>2</sub> nelle pile a combustibile non solo non porta ad alcun guadagno energetico, ma anzi, per quanto detto sopra, il guadagno netto energetico sarebbe negativo cioè ci sarebbe una perdita dovuta alle dissipazioni in calore. L'unico modo di usare in maniera efficiente l'idrogeno come fonte di energia sarebbe ottenerlo come bioidrogeno a spese di alghe e batteri.
Attualmente il diidrogeno ottenuto da fonti solari, biologiche o elettriche ha un costo di produzione, in termini energetici, molto più elevato di quello della sua combustione per ottenere energia. H<sub>2</sub> può essere ottenuto con un guadagno netto di energia a partire da fonti fossili, come il [[metano]] (le reazioni di sintesi sono infatti diverse da quelle di combustione), però si tratta di fonti energetiche non rinnovabili cioè destinate comunque a esaurirsi nel tempo e in più con emissioni dirette di CO<sub>2</sub>.
Infine i costi per la realizzazione delle infrastrutture necessarie per effettuare una completa conversione a un'economia dell'idrogeno sarebbero sostanzialmente elevati<ref>{{cita libro|cognome= Rom|nome= Joseph|titolo= The Hype about Hydrogen, Fact and Fiction in the Race to Save the Climate|anno= 2004|editore= Island Press|città= New York|lingua= en|isbn= 1-55963-704-8}}</ref>.
Un altro modo in cui l'idrogeno potrebbe venire utilizzato efficacemente come fonte di energia, a prescindere da qualunque processo di produzione, è quello della [[fusione nucleare]] ovvero in un impianto termonucleare con un ipotetico [[reattore nucleare a fusione]] alimentato da deuterio o trizio, una tecnologia che attualmente è ancora in via di sviluppo nel reattore sperimentale [[ITER]] e che potenzialmente potrebbe risolvere i problemi energetici mondiali poiché in tale reazione nucleare piccole quantità di idrogeno producono enormi quantità di energia: l'energia del [[Sole]] proviene infatti dalla fusione nucleare dell'idrogeno; si tratta tuttavia di un processo tecnologicamente complicato da gestire sulla [[Terra]] e tuttora oggetto di intensa ricerca.
Attualmente, ricapitolando, esistono quattro forme di utilizzazione dell'idrogeno per la produzione di energia:
* Combinando chimicamente H<sub>2</sub> con O<sub>2</sub> dell'[[aria]] attraverso bruciatori convenzionali e con processi catalitici, come avviene nei motori a combustione interna, permettendo anche un'ampia applicazione nell'ambito domestico.
* Combinando elettrochimicamente H<sub>2</sub> con O<sub>2</sub> senza la generazione di fiamme per produrre direttamente elettricità in un reattore conosciuto con il nome di [[Pila a combustibile|cella (o pila) a combustibile]].
* Unendo i [[nucleo atomico|nuclei]] di idrogeno in un reattore denominato ''[[Tokamak]]'', durante il processo conosciuto con il nome di [[fusione nucleare]].
* Combinando chimicamente H<sub>2</sub> con O<sub>2</sub> in un mezzo acquoso in una caldaia non convenzionale per produrre vapore motrice, nel ciclo conosciuto come ''Chan K'iin''.<ref>{{cita web|url= http://www.energia.inf.cu/iee-mep/WWW/www.conae.gob.mx/eventos/chankiin.html|titolo= Ciclo Chan K'iin|accesso= 2 ottobre 2009|lingua= en|urlmorto= sì|urlarchivio= https://web.archive.org/web/20101214110038/http://www.energia.inf.cu/iee-mep/WWW/www.conae.gob.mx/eventos/chankiin.html|dataarchivio= 14 dicembre 2010}}</ref>
Altri problemi rilevanti che si hanno con H<sub>2</sub> sono il suo stoccaggio e il trasporto. Il trasporto può avvenire in bombole di gas compresso, liquefatto oppure attraverso reti dedicate come avviene attualmente per il metano. Si può avere stoccaggio sotto pressione in bombole da {{M|200||bar}} fino a 700 bar (ancora in via di omologazione) in forma liquida richiede invece temperature di −253 °C in bombole perfettamente isolate. Un'altra forma di stoccaggio consiste nella reazione chimica reversibile con diverse sostanze formando [[idruro metallico|idruri metallici]], oppure allo stato liquido sotto forma di ammoniaca NH<sub>3</sub> alla temperatura di −33,4 °C.
=== Altri impieghi ===
[[File:Hydrogen ballon.jpg|thumb|upright=1.4|[[Sonda meteorologica]] riempita con diidrogeno.]]
* Nelle saldature e come agente riducente dei minerali metallici.
* Nella [[propulsione]] aeronautica e spaziale come combustibile per razzi e vettori spaziali (allo stato liquido).
* Come refrigerante nei generatori delle centrali elettriche, visto che è il gas che ha la maggiore conduttività termica.
* L'idrogeno liquido è usato nella [[criogenia|ricerca criogenica]], che comprende gli studi sulla [[superconduttività]].
* La [[temperatura]] di equilibrio del [[punto triplo]] dell'idrogeno è un punto fisso definito nella scala delle temperature [[ITS-90]].
* Lo [[spin]] della molecola di idrogeno può essere allineato omogeneamente mediante onde di [[radiofrequenza]]. Questa proprietà è la base per la [[Imaging a risonanza magnetica|risonanza magnetica nucleare]], attraverso un dispositivo radiografico in grado di ottenere immagini e di raccogliere informazioni in funzione della differente velocità di recupero dello spin originale delle molecole di idrogeno (presenti nell'acqua) nei tessuti di un essere vivente.
* Il [[deuterio]] è usato nelle applicazioni nucleari come moderatore per rallentare i neutroni; i composti di deuterio sono usati in [[chimica]] e [[biologia]], soprattutto nelle ricerche nel campo degli effetti isotopici.
* Il [[trizio]] (<sup>3</sup>H) viene prodotto nei reattori nucleari ed è impiegato nella produzione delle [[bomba all'idrogeno|bombe a idrogeno]], come radiomarcatore nelle scienze biologiche e in [[cinetica chimica]], e come fonte di radiazioni nelle vernici luminescenti.
* Una conseguenza di solito negativa, ma a volte desiderata, dell'idrogeno è la sua azione infragilizzante sui metalli. Esso, a causa delle sue dimensioni atomiche ridotte, si fissa sugli atomi di ferro all'interno degli spazi interstiziali del reticolo molecolare e contribuisce a ridurre di molto il valore di γ<sub>s</sub> (energia di creazione di un'interfaccia), favorendo la rottura di un pezzo per [[Fatica|fatica statica]].
* Essendo quasi quindici volte più leggero dell'aria, venne impiegato come agente per sollevare palloni aerostatici e dirigibili. Dopo il disastro del 6 maggio [[1937]] del [[dirigibile]] [[LZ 129 Hindenburg|LZ 129 ''Hindenburg'']] (riempito di idrogeno), che provocò la morte di 35 passeggeri, l'opinione pubblica si convinse che il gas fosse troppo pericoloso per continuare a usarlo in questo campo. Si preferisce utilizzare [[elio]] per il riempimento dei dirigibili (anche se è più pesante dell'idrogeno e quindi fornisce una minore spinta ascensionale), in quanto, a differenza dell'idrogeno, l'elio è un gas inerte e quindi non brucia. L'idrogeno viene comunque ancora usato nei palloni aerostatici e nelle sonde meteorologiche.
* Nel 1930 a Verrès in Valle d'Aosta, con l'energia prodotta in eccesso dall'impianto della Società Castel Verrès si realizzò un reparto elettrochimico utilizzando dei convertitori rotanti e una griglia in platino molto resistente alla corrosione, da questo procedimento con la tecnica dell'elettrolisi si otteneva l'idrogeno in uno stato di purezza elevatissima il quale veniva convogliato in un idrogenodotto, attraversava l'intero paese e veniva quindi portato allo stabilimento La Chimica di Verrès, una delle particolarità dell'impianto era proprio l'idrogenodotto, il primo in Italia a trasportare l'idrogeno con una tubazione sotterranea, la produzione era elevatissima {{M|42000||m3}} al giorno, questa avveniristica operazione permetteva la realizzazione di concimi speciali, sorpassando in alcuni anni la produzione della Montecatini. Tutte queste aziende facevano parte del grande gruppo industriale con sede a Milano Costruzioni Brambilla, a capo del gruppo vi era l'illustre architetto Cav Enrico Brambilla.<ref>La Brambilla di Ezio Alliod e Ezia Bovo casa editrice Musumeci Aosta</ref><ref>articolo del Cittadino di Monza e Brianza intervista sulle ricerche di Paolo Rubagotti studente I.T.I.S Fermi Desio</ref>
Le caratteristiche di [[solubilità]] e [[adsorbimento]] dell'idrogeno con vari metalli sono molto importanti nella [[metallurgia]] (alcuni metalli possono essere indeboliti dall'idrogeno) e nello sviluppo di forme sicure di immagazzinamento per un utilizzo come combustibile. L'idrogeno è altamente solubile in molti composti formati da [[lantanoidi]] e [[metalli del blocco d]]<ref name="Takeshita">{{cita pubblicazione|coautori= Takeshita T.; Wallace W. E.; Craig R. S.|anno= 1974|titolo= Hydrogen solubility in 1:5 compounds between yttrium or thorium and nickel or cobalt|rivista= Inorg Chem|volume= 13|numero= 9|p= 2283|lingua= en}}</ref>, e può sciogliersi nei metalli cristallini e in quelli amorfi<ref name="Kirchheim1">{{cita pubblicazione|coautori= Kirchheim R.; Mutschele T.; Kieninger W.|anno= 1988|titolo= Hydrogen in amorphous and nanocrystalline metals|rivista= Mater. Sci. Eng.|volume= 26|pp= 457-462|lingua= en}}</ref>. La solubilità dell'idrogeno nei metalli è influenzata dalle distorsioni locali e dalle impurezze del [[reticolo di Bravais|reticolo cristallino]] del metallo.<ref name="Kirchheim2">{{cita pubblicazione|cognome= Kirchheim|nome= R.|anno= 1988|titolo= Hydrogen solubility and diffusivity in defective and amorphous metals|rivista= Prog. Mater. Sci.|volume= 32|numero= 4|pp= 262-325|lingua= en}}</ref>
== Precauzioni ==
==
Il diidrogeno è un gas altamente infiammabile e brucia in [[aria]], con la quale forma miscele esplosive a concentrazioni dal 4 al 74,5% (parti di diidrogeno su 100 parti d'aria, a pressione atmosferica) e in atmosfera di [[cloro]] dal 5 al 95%. Reagisce inoltre violentemente con il [[cloro]] e il [[fluoro]]. Basta liberare una fuga di H<sub>2</sub> a contatto con O<sub>2</sub> per innescare una violenta esplosione oppure una fiamma invisibile e pericolosa che produce acqua in gas.
Le miscele di diidrogeno [[detonazione|detonano]] molto facilmente a seguito di semplici scintille o, se in alta concentrazione di reagenti, anche solo per mezzo della luce solare in quanto il gas reagisce violentemente e spontaneamente con qualsiasi sostanza [[ossidante]].<br />La temperatura di autoignizione del diidrogeno in aria (21% di [[ossigeno|O<sub>2</sub>]]) è di {{M|500||°C}} circa.
L'[[entalpia]] della combustione del diidrogeno è {{M|–286|k|J/mol}} e la reazione di combustione in aria è la seguente:
:2 H<sub>2([[Gas|g]])</sub> + O<sub>2(g)</sub> → 2 H<sub>2</sub>O<sub>([[Liquido|l]])</sub> + 572 kJ/mol
Quando si mescola con il diossigeno in un ampio intervallo di proporzioni, il diidrogeno esplode. All'aria il diidrogeno arde violentemente. Le fiamme di diossigeno e diidrogeno puro sono invisibili all'[[occhio]] umano; per questo motivo, è difficile identificare visivamente se una fuga di diidrogeno sta bruciando. Le fiamme visibili nella fotografia dell'incidente al dirigibile Hindenburg sono dovute alla combustione del diidrogeno insieme ai materiali di rivestimento dell'aeronave, che contenevano [[carbonio]] e polveri piroforiche di [[alluminio]], così come altri materiali infiammabili<ref name="Bain">{{cita pubblicazione|cognome= Brain|nome= A.|coautori= Van Vorst, WD|anno= 1999|titolo= The Hindenburg tragedy revisited: the fatal flaw exposed|rivista= International Journal of Hydrogen Energy|volume= 24|numero= 5|pp= 399-403}}</ref>. Indipendentemente dalle cause di questo incendio, è chiaro che si produsse l'innesco del diidrogeno, dal momento che in assenza di questo gas il rivestimento di copertura del dirigibile avrebbe impiegato delle ore a bruciare<ref>{{cita web|cognome= Dziadecki|nome= John|url= http://spot.colorado.edu/~dziadeck/zf/LZ129fire.htm|titolo= Hindenburg Hydrogen Fire |accesso=15 agosto 2009|lingua= en|anno= 2005}}</ref>. Altra caratteristica dei fuochi alimentati dal diidrogeno è che le fiamme tendono a salire rapidamente con il gas attraverso l'aria (come si può vedere nella fotografia dell'incidente all'Hindeburg), causando danni minori dei fuochi alimentati da [[idrocarburi]]. Infatti i due terzi dei passeggeri del dirigibile sopravvissero all'incendio, e molti morirono per la caduta dall'alto o per l'incendio della [[benzina]]<ref>{{cita web|url= http://www.hydropole.ch/Hydropole/Intro/Hindenburg.htm|titolo= The Hindenburg Disaster|accesso= 15 agosto 2009|lingua= en|editore= Swiss Hydrogen Association|urlmorto= sì|urlarchivio= https://web.archive.org/web/20080210174159/http://www.hydropole.ch/Hydropole/Intro/Hindenburg.htm|dataarchivio= 10 febbraio 2008}}</ref>.
L'H<sub>2</sub> reagisce direttamente con altri elementi ossidanti. Può produrre una reazione spontanea e violenta a temperatura ambiente in presenza di [[cloro]] o [[fluoro]], con la formazione dei corrispondenti [[alogenuro|alogenuri]] di idrogeno: [[Acido cloridrico|cloruro di idrogeno]] e [[acido fluoridrico|fluoruro di idrogeno]].
=== Tossicità dell'acqua pesante ===
L'[[acqua pesante]] (o ''ossido di deuterio'') D<sub>2</sub>O è tossica per molte specie. La quantità necessaria a uccidere un uomo è comunque notevole.
== Citazioni letterarie ==
* All'idrogeno è dedicato uno dei racconti de ''"[[Il sistema periodico]]"'' di [[Primo Levi]].
== Note ==
<references/>
== Bibliografia ==
* {{cita libro|nome= Francesco|cognome= Borgese|titolo= Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico|editore= CISU|città= Roma|anno= 1993|isbn= 88-7975-077-1|url= http://books.google.it/books?id=9uNyAAAACAAJ}}
* {{cita libro|autore= R. Barbucci, A. Sabatini, P. Dapporto|titolo= Tavola periodica e proprietà degli elementi|editore= Edizioni V. Morelli|città= Firenze|anno= 1998|cid= Tavola periodica e proprietà degli elementi|url= http://www.idelsongnocchi.it/online/vmchk/chimica/tavola-periodica-degli-elementi-iupac.html|urlmorto= sì|urlarchivio= https://web.archive.org/web/20101022060832/http://www.idelsongnocchi.it/online/vmchk/chimica/tavola-periodica-degli-elementi-iupac.html|dataarchivio= 22 ottobre 2010}}
* {{cita libro|cognome= Rolla|nome= Luigi|titolo= Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori|editore= Dante Alighieri|ed= 29|anno= 1987|cid= Rolla}}
* {{cita libro
|cognome= Weissermel
|nome= Klaus
|coautori= Hans-Jürgen Arpe, Charlet R. Lindley
|titolo= Industrial organic chemistry
|edizione= 4
|anno= 2003
|editore= Wiley-VCH
|lingua= inglese
|url= http://books.google.com/books?id=OUGVPYqtnNgC&dq=weissermel+arpe+%22industrial+organic+chemistry%22&hl=it&source=gbs_navlinks_s
|isbn= 3-527-30578-5
|pp= 26-29
|cid= Weissermel-Arpe}}
* La Brambilla di Ezio Alliod e Ezia Bovo casa editrice Musumeci Aosta
== Voci correlate ==
{{Div col|2}}
* [[Apparecchio di Kipp]]
* [[Compressore per idrogeno]]
* [[Bomba all'idrogeno]]
* [[Centrale ad idrogeno]]
* [[Economia dell'idrogeno]]
* [[Economia allo zinco]]
* [[Fusione nucleare]]
* [[Legame a idrogeno]]
* [[Immagazzinamento dell'idrogeno]]
* [[Isotopi dell'idrogeno]]
* [[Desolforazione]]
* [[Ossidrogeno]]
* [[Pila a combustibile]]
* [[Produzione di idrogeno]]
* [[Produzione biologica di idrogeno]]
* [[Spettro dell'atomo di idrogeno]]
* [[Stazione di rifornimento di idrogeno]]
* [[Zero Regio]]
{{Div col end}}
== Altri progetti ==
{{Interprogetto|wikt|preposizione=sull'}}
== Collegamenti esterni ==
* {{Cita web|http://www.itchiavari.org/chimica/lab/preph2.html|Preparazione dell'idrogeno}}
* {{Cita web|http://www.itchiavari.org/chimica/lab/h2daal.html|Preparazione di idrogeno da alluminio in ambiente acido e basico}}
* {{Cita web|http://www.webelements.com/webelements/elements/text/H/index.html|Idrogeno|sito=WebElements.com|lingua=en}}
* {{Cita web|http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/H.html|Idrogeno|sito=EnvironmentalChemistry.com|lingua=en}}
* {{Cita web|http://education.jlab.org/itselemental/ele001.html|Gli elementi}}
* {{Cita web|http://www.hforo.org/|L'idrogeno come combustibile}}
* {{Cita web|http://www.thenewatlantis.com/publications/the-hydrogen-hoax|La bufala dell'idrogeno|lingua=en}}
* {{Thesaurus BNCF}}
{{Elementi chimici}}
{{Controllo di autorità}}
{{Portale|chimica}}
[[Categoria:Idrogeno| ]]
[[Categoria:Combustibili]]
[[Categoria:Combustibili per la fusione nucleare]]
[[Categoria:Fluidi refrigeranti]]
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