Usuari:Joancreus/Laboratori

Els 1.000 fonamentals de la Viquipèdia
De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Hidrogen
1H
- ← hidrogen → heli
-
↑
H
↓
Li
Aspecte
Gas incolor amb resplendor lila en estat de plasma



Línies espectrals de l'hidrogen
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Hidrogen, H, 1
Categoria d'elements No metalls
Grup, període, bloc 1, 1, s
Pes atòmic estàndard 1,00784(7)
Configuració electrònica 1s1
1
Configuració electrònica de Hidrogen
Propietats físiques
Color Incolor
Fase Gas
Densitat (0 °C, 101.325 kPa)
0,08988 g/L
Densitat del
líquid en el p. f. 		0,07 (0,0763 sòlid)[1] g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. e. 		0,07099 g·cm−3
Punt de fusió 14,01 K, −259,14 °C
Punt d'ebullició 20,28 K, −252,87 °C
Punt triple 13,8033 K (−259 °C), 7,042 kPa
Punt crític 32,97 K, 1,293 MPa
Entalpia de fusió (H2) 0,117 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització (H2) 0,904 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar (H2) 28,836 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 15 20
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 1, -1
(òxid amfòter)
Electronegativitat 2,20 (escala de Pauling)
Energia d'ionització 1a: 1.312,0 kJ·mol−1
Radi covalent 31±5 pm
Radi de Van der Waals 120 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Hexagonal
Hidrogen té una estructura cristal·lina hexagonal
Ordenació magnètica Diamagnètic[2]
Conductivitat tèrmica 0,1805 W·m−1·K−1
Velocitat del so (Gas a 27 °C) 1.310 m·s−1
Nombre CAS 1333-74-0
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops de l'hidrogen
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
1H 99,985% 1H és estable amb 0 neutrons
2H 0,015% 2H és estable amb 1 neutró
3H traça 12,32 a β− 0,01861 3He

L'hidrogen és un element químic de símbol H i nombre atòmic 1. Té un pes atòmic mitjà de 1,00794 uma, la qual cosa el converteix en l'element més lleuger en forma monoatòmica (H1). A més, és la substància química més abundant: constitueix aproximadament el 75% de la massa bariònica de l'univers.[3] Les estrelles no romanents estan composades principalment d'hidrogen en el seu estat de plasma.

En condicions estàndard de temperatura i pressió, l'hidrogen és incolor, inodor, insípid, no tòxic, no metàl·lic i altament combustible; pren la forma d'un gas de molècula diatòmica de fórmula molecular H
2. L'hidrogen atòmic d'ocurrència natural és molt rar a la Terra, ja que aquest element forma fàcilment compostos covalents amb la majoria d'elements i es troba present a la molècula d'aigua i en la majoria de compostos orgànics. L'hidrogen té un paper molt important en la química d'àcid-base, en la qual en moltes reaccions s'intercanvien protons entre molècules solubles.

En compostos iònics, pot prendre una càrrega negativa (un anió conegut com hidrur que s'escriu H−), o bé una càrrega positiva (catió H+). Aquest darrer s'escriu com si fos un simple protó però, en realitat, els cations d'hidrogen en compostos iònics ocorren en espècies més complexes. D'altra banda, l'isòtop més comú de l'hidrogen és el proti (símbol 1H), que té un sol protó i cap neutró. Com que es tracta de l'àtom conegut més simple, l'àtom d'hidrogen ha estat molt emprat per resoldre problemes teòrics: per exemple, com que és l'únic àtom neutre que té una solució analítica a l'equació de Schrödinger, l'estudi de l'energètica i els enllaços de l'àtom d'hidrogen tingué un paper clau en el desenvolupament de la mecànica quàntica.

L'hidrogen gas fou produït artificialment per primer cop a les primeries del segle XVI mitjançant la barreja de metalls i àcids forts. En els anys 1766–81, Henry Cavendish fou el primer a reconèixer que l'hidrogen era una substància distinta,[4] i que produeix aigua quan es crema, propietat que més tard li donà a l'element el seu nom actual: en grec, el nom «hidrogen» és una derivació del grec que significa 'formador d'aigua'.

La producció industrial es fa principalment a partir del reformat amb vapor de gas natural i, menys freqüentment, a partir de mètodes de producció d'hidrogen com l'electròlisi de l'aigua.[5] La majoria de l'hidrogen es fa servir prop del seu lloc de producció; els dos usos majoritaris són el processament de combustible fòssil (per exemple, l'hidrocraqueig) i la producció d'amoníac, bàsicament pel mercat de fertilitzants. Finalment, l'hidrogen és una preocupació important en metal·lúrgia, ja que pot fragilitzar molts metalls[6] complicant així el disseny de productes tals com canonades i dipòsits d'emmagatzematge.[7]

Propietats[modifica]

Combustió[modifica]

L'hidrogen gas (dihidrogen o hidrogen molecular)[8] és altament inflamable i crema en aire en un ampli rang de concentracions, d'entre el 4% i el 75% per volum.[9] L'entalpia de combustió de l'hidrogen és de −286 kJ/mol:[10]

2 H
2(g) + O₂(g) → 2 H
2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)[nota 1]
El motor principal del transbordador espacial crema hidrogen amb oxigen, produint així una flama gairebé invisible quan funciona a màxima potència.

L'hidrogen gas forma barreges explosives amb aire si està concentrat al 4-75% i amb clor si està concentrat al 5-95%. Les barreges exploten espontàniament a partir de guspires, calor o llum del sol. La temperatura d'autoignició de l'hidrogen –la temperatura d'ignició espontània en aire– és de 500 °C.[11] Les flames d'hidrogen-oxigen pur emeten llum ultraviolada i són pràcticament invisibles a l'ull nu, tal com es pot comprovar comparant la flama del motor principal del transbordador espacial (rastre tènue) amb la del coet accelerador sòlid del transbordador espacial (rastre altament visible). Per detectar una fuga d'hidrogen cremant pot ser necessari un detector de flames; aquest tipus de fugues poden ser molt perilloses. El desastre del Hindenburg és un exemple del que pot provocar la combustió de l'hidrogen; la causa no està clara, però les flames visibles provenien dels materials combustibles del revestiment de la nau.[12] Com que l'hidrogen flota en aire, les flames d'hidrogen tendeixen a ascendir ràpidament i causen menys dany que els focs causats per hidrocarburs. Dues terceres parts dels passatgers del Hindenburg van sobreviure a l'incendi; moltes morts van ser causades per la caiguda de combustible dièsel cremant.[13]

El H
2 reacciona amb tot element oxidant. Pot reaccionar espontàniament i violentament a temperatura ambient amb el clor i el fluor per formar els halurs d'hidrogen corresponents, el clorur d'hidrogen i el fluorur d'hidrogen, que també són àcids potencialment perillosos.[14]

Nivells d'energia de l'electró[modifica]

Article principal: Àtom d'hidrogen

El nivell d'energia de l'estat fonamental de l'electró en un àtom d'hidrogen és de −13,6 eV, que equival a un fotó ultraviolat d'una longitud d'ona d'aproximadament 92 nm.[15] Els nivells d'energia de l'hidrogen es poden calcular d'una manera força precisa fent servir el model de Bohr de l'àtom, que conceptualitza l'electró com si orbités al voltant del protó, d'una manera anàloga a com la Terra orbita al voltant del Sol. Tanmateix, la força electromagnètica atrau els electrons i els protons l'un a l'altra, mentre que els planetes i cossos celestes tan sols s'atrauen els uns als altres mitjançant la força de la gravetat. A causa de la discretització del moment angular postulat en les primeries de la mecànica quàntica per Bohr, l'electró en el model de Bohr tan sols pot ocupar certes distàncies permeses respecte al protó i, per tant, només pot tenir certes energies permeses.[16]

Esquema d'un àtom d'hidrogen en el qual es mostra la mida del protó central i el diàmetre atomòc com aproximadament el doble que el model de Bohr (la imatge no està a escala).

Una descripció més precisa de l'àtom d'hidrogen prové d'un tractament purament mecanicoquàntic que faci servir l'equació de Schrödinger o la integral de camí de Feynman per calcular l'amplitud de probabilitat de l'electró al voltant del protó.[17] Els estudis més complicats tenen en compte els efectes de la relativitat especial i de la polarització del buit. En el tractament mecanicoquàntic, l'electró en un estat fonamental d'àtom d'hidrogen no té gens de moment angular; això il·lustra com la concepció d'«òrbita planetària» del moviment de l'electró al voltant del protó difereix de la realitat.

Formes moleculars elementals[modifica]

Primeres traces observades en una cambra de bombolles d'hidrogen líquid al Bevatron

Existeixen dues diferents molècules diatòmiques isòmeres d'espín de l'hidrogen que difereixen per l'espín relatiu dels seus nuclis.[18] En la forma d'ortohidrogen, els espíns dels dos protons són paral·lels i formen un estat triple amb un nombre quàntic d'espín molecular d'1 (½+½); en la forma de parahidrogen els espíns són antiparal·lels i formen un estat simple amb un nombre quàntic d'espín molecular de 0 (½–½). En condicions estàndard de pressió i temperatura, l'hidrogen gas conté al voltant d'un 25% de la forma para i un 75% de la forma orto, també coneguda com la «forma normal».[19] La proporció d'equilibri de l'ortohidrogen respecte al parahidrogen depèn de la temperatura, però com que la forma orto és un estat excitat i té una energia més elevada que la forma para, és inestable i no es pot purificar. A temperatures molt baixes, l'estat d'equilibri està compost gairebé exclusivament per la forma para. Les propietats tèrmiques del parahidrogen en fase líquida i gasosa difereixen d'una manera significativa dels de la forma normal a causa de les diferències en les capacitats tèrmiques rotacionals (vegeu isòmers d'espín de l'hidrogen).[20] La distinció orto/para també té lloc en altres molècules o grups funcionals que contenen hidrogen, tals com l'aigua i el metilè, però és d'una importància reduïda per les seves propietats tèrmiques.[21]

La interconversió sense catalitzar entre hidrogen para i orto creix quan la temperatura augmenta; és per això que el H
2 condensat ràpidament conté grans quantitats de forma orto d'alta energia que es converteix en forma para molt a poc a poc.[22] La proporció orto/para en H
2 condensat és una consideració important en la preparació i emmagatzematge d'hidrogen líquid: la conversió d'orto a para és exotèrmica i produeix prou calor per evaporar part de l'hidrogen líquid, cosa que condueix a la pèrdua de material liquat. Els catalitzadors de la interconversió orto-para, tals com l'òxid de ferro (III), el carbó actiu, l'asbest platinat, les terres rares, els compostos d'urani, l'òxid de crom (III) o alguns compostos de níquel[23] es fan servir durant el refredament de l'hidrogen.[24]

Fases[modifica]

Les fases possibles de l'hidrogen són les següents:

Compostos[modifica]

Compostos covalents i orgànics[modifica]

Vegeu també: Compost covalent i Compost orgànic

Tot i que el H
2 no és gaire reactiu en condicions estàndard, forma compostos amb la majoria d'elements. Pot formar compostos amb elements que són més electronegatius, com els halògens (per exemple, F, Cl, Br, I) o l'oxigen; en aquest tipus de compostos l'hidrogen pren una càrrega positiva parcial.[25] Quan enllaça amb el fluor, l'oxigen o el nitrogen, l'hidrogen pot participar en una forma d'enllaç no covalent de força mitjana que s'anomena enllaç d'hidrogen, el qual és crític per l'estabilitat de moltes molècules biològiques.[26][27] L'hidrogen també forma compostos amb elements menys electronegatius com els metalls i els metal·loides, en els quals pren una càrrega negativa parcial. Aquests compostos es coneixen com hidrurs.[28]

L'hidrogen forma un gran rang de compostos amb el carboni que s'anomenen hidrocarburs, i un rang encara més gran amb heteroàtoms que, a causa de la seva associació general amb sers vius, s'anomenen compostos orgànics.[29] L'estudi de les seves propietats es coneix com química orgànica[30] i el seu estudi en el context d'organismes vius es coneix com bioquímica.[31] Segons algunes definicions, els compostos «orgànics» tan sols requereixen que tinguin carboni per anomenar-los així. Tanmateix, la majoria també contenen hidrogen i, com que és l'enllaç carboni-hidrogen que dóna a aquesta classe de compostos la majoria de les seves característiques químiques particulars, els enllaços carboni-hidrogen de vegades es determinen com necessaris per tal de fer servir la paraula «orgànic» en química.[29] Es coneixen milions d'hidrocarburs, els quals solen estar formats per complicades seqüències sintètiques que poques vegades impliquen l'hidrogen elemental.

Hidrurs[modifica]

Article principal: Hidrur

Els compostos d'hidrogen se solen anomenar hidrurs. Aquest terme suggereix que l'àtom de H ha adquirit un caràcter negatiu o aniònic, denotat per H−, i es fa servir quan l'hidrogen forma un compost amb un element més electropositiu. L'existència de l'anió hidrur, suggerida per Gilbert Newton Lewis el 1916 pels hidrurs salins dels grups I i II, fou demostrada per Moers el 1920 mitjançant l'electròlisi d'hidrur de liti fos (LiH), produint una quantitat d'hidrogen estequiomètrica a l'ànode.[32] Pels hidrurs d'altres grups que no són l'I o el II, el terme és una mica confús a causa de la baixa electronegativitat de l'hidrogen. Una excepció dels hidrurs del grup II és el BeH
2, que és polimèric. En l'hidrur de liti i alumini, l'anió AlH−
4 té els centres dels hidrurs fermament lligats al Al(III).

Tot i que els hidrurs es poden formar amb gairebé tots els elements del grup principal, el nombre i combinacions de possibles compostos varia molt: per exemple, hi ha més de 100 hidrurs borans binaris coneguts, però només un d'alumini binari.[33] L'hidrur d'indi binari encara no ha estat identificat, tot i que existeix complexos més grans.[34]

En química inorgànica, els hidrurs també poden servir com a lligands de pont que enllacen dos centres metàl·lics d'un complex de coordinació. Aquesta funció és especialment comuna en elements del grup 13, especialment en borans (hidrurs de bor) i complexos d'alumini, així com en carborans en clúster.[35]

Àcids i protons[modifica]

Vegeu també: Reacció àcid-base

L'oxidació de l'hidrogen fa que perdi el seu electró i esdevingui el catió H+, que no conté cap electró i té un nucli compost normalment d'un protó; és per això que al H+
 se'l sol anar simplement «protó». Aquesta espècie química és molt important per l'estudi dels àcids. Segons la teoria de Bronsted-Lowry, els àcids cedeixen protons mentre que les bases n'accepten.

Un protó aïllat, H+
, no pot existir en solució o en cristalls iònics a causa de la seva atracció imparable cap a altres àtoms o molècules amb electrons. Excepte a les altes temperatures associades amb plasmes, tal mena de protons no es poden extreure dels núvols d'electrons d'àtoms i molècules, per la qual cosa hi romanen lligats. Tanmateix, el terme «protó» de vegades es fa servir sense gaire rigor per referir-se metafòricament a hidrogen carregat positivament o catiònic unit a altres espècies i, com a tal, es denota per «H+
» sense que per això hagi de tenir qualsevol protó que existeixi lliurement.

Per evitar la implicació del «protó solvatat» nu en una solució, de vegades es considera que les solucions aquoses àcides contenen una espècia menys fictícia anomenada «ió hidroni» (H
3O+
). Tot i això, fins i tot en aquest cas, tals cations d'hidrogen solvatats estan pensats més realísticament com si estiguessin organitzats en clústers que formen espècies més properes a H
9O+
4.[36] Es troben d'altres ions oxoni quan l'aigua està en solució amb altres solvents.[37]

Tot i que a la Terra és exòtic, un dels ions més comuns de l'univers és el H+
3, conegut com hidrogen molecular protonat o simplement com catió trihidrogen.[38]

Isòtops[modifica]

Article principal: Isòtops de l'hidrogen
Tub de descàrrega d'hidrogen (espectre)
Tub de descàrrega de deuteri (espectre)
El proti, l'isòtop més comú de l'hidrogen, té un protó i un electró. És únic entre tots els isòtops estables perquè no té neutrons.

L'hidrogen té tres isòtops que ocorren naturalment, denotats per 1
H, 2
H i 3
H. S'han sintetitzat al laboratori altres nuclis altament inestables (del 4
H al 7
H) però no s'han observat a la naturalesa.[39][40]

  • El 1
    H     és l'isòtop més comú de l'hidrogen, amb una abundància de més de 99,98%. Com que el nucli d'aquest isòtop consisteix d'un sol protó, se li dóna el nom de proti.[41]
  • El 2
    H    , l'altre isòtop estable de l'hidrogen, es coneix com deuteri i conté al seu nucli un protó i un neutró. Es creu que tot el deuteri de l'univers es va produir a l'època del Big Bang i que ha perdurat des de llavors. El deuteri no és radioactiu i no representa un perill per perillositat gaire significatiu. L'aigua enriquida amb molècules que contenen deuteri en comptes d'hidrogen normal s'anomena aigua pesant. El deuteri i els seus compostos es fan servir com una marca no radioactiva en experiments químics i en dissolvents peer l'espectroscòpia RMN-1
    H    .[42] L'aigua pesant es fa servir com un moderador nuclear i refrigerador per reactors nuclears. El deuteri també és un potencial combustible per la fusió nuclear comercial.[43]
  • El 3
    H     es coneix com triti i conté un protó i dos neutrons al seu nucli. És radioactiu i es desintegra en heli-3 mitjançant la desintegració beta, amb una semivida de 12,32 anys.[35] És tan radioactiu que es pot fer servir en pintura lluminosa, la qual cosa el fa especialment útil per coses tals com rellotges de polsera, en els quals el vidre prevén que la petita quantitat de radiació surti.[44] Petites quantitats de triti ocorren naturalment a causa de la interacció de raigs còsmics amb gasos atmosfèrics; també s'ha alliberat triti durant proves d'armes nuclears.[45] Es fa servir en reaccions de fusió nuclear,[46] com a rastrejador en geoquímica d'isòtops,[47] i en aparells d'il·luminació amb triti.[48] Finalment, el triti també s'ha fet servir en experiments de marcatge químics i biològics.[49]

L'hidrogen és l'únic element que té diferents noms d'ús comú pels seus isòtops. Durant els inicis de l'estudi de la radioactivitat, alguns isòtops molt radioactius van rebre noms propis que ja no s'usen en l'actualitat, excepte els del deuteri i el triti. De vegades, per aquests isòtops es fan servir els símbols D i T (en comptes de 2
H i 3
H), però el que seria el símbol corresponent pel proti (P) ja està assignat al fòsfor, per la qual cosa no està disponible.[50] La Unió Internacional de Química Pura i Aplicada (IUPAC) permet en les seves regles de nomenclatura fer servir tan D i T com 2
H i 3
H, encara que diu que és preferible la darrera forma.[51]

Taula de propietats dels isòtops de l'hidrogen
Símbol del
núclid 		Z N Massa (uma) Semivida MD Producte
de desintegració[n. 1] 		Espín
nuclear 		Composició
isotòpica
representativa
(fracció molar)[n. 2] 		Rang de variació
natural
(fracció molar)
1H 1 0 1,00782503207(10) Estable (>6,6×1033 a) 1⁄2+ 0,999885(70) 0,999816-0,999974
2H 1 1 2,0141017778(4) Estable 1+ 0,000115(70) 0,000026-0,000184
³H 1 2 3,0160492777(25) 12,32(2) a β- ³He 1⁄2+ Traça[n. 3]
4H 1 3 4,02781(11) 1,39(10)×10-22 s
[4,6(9) MeV] 		n ³H 2-
⁵H 1 4 5,03531(11) >9,1×10-22 s ? n 4H (1⁄2+)
6H 1 5 6,04494(28) 2,90(70)×10-22 s
[1,6(4) MeV] 		3n ³H 2−#
4n 2H
7H 1 6 7,05275(108)# 2,3(6)×10-23 s# 4n ³H 1⁄2+#
  1. ↑ En negreta si són isòtops estables.
  2. ↑ Es refereix a la composició en aigua.
  3. ↑ Cosmogènic.

Z: nombre de protons. N: nombre de neutrons. Els valors marcats amb # són valors esperats que no han pogut ser comprovats experimentalment. Els valors entre parèntesis són incerts.

Història[modifica]

Descoberta i ús[modifica]

El 1671, Robert Boyle descobrí i descrigué la reacció entre el ferro i àcids diluïts, la qual resulta en la producció d'hidrogen gas.[52][53] El 1766, Henry Cavendish fou el primer a reconèixer hidrogen gas en una substància distinta; anomenà el gas d'una reacció metall-àcid com «aire inflamable». Especulà que aquest «aire inflamable» era, de fet, idèntic a la substància hipotètica anomenada «flogist»[54][55] i, més tard, el 1781 trobà que el gas produïa aigua quan es cremava. Se'l sol acreditar amb la descoberta d'aquest element.[56][57] El 1783, Antoine Lavoisier va donar el nom «hidrogen» a l'element (del grec ὕδρω hidro, 'aigua', i γενῆς genes, 'creador')[58] quan ell i Laplace van reproduir la troballa de Cavendish produint aigua cremant hidrogen gas.[57]

Antoine-Laurent de Lavoisier

Lavoisier produïa l'hidrogen pels seus famosos experiments sobre la conservació de la massa fent reaccionar un flux de vapor amb ferro metàl·lic a través d'un tub de ferro incandescent escalfat per for. L'oxidació anaeròbica del ferro pels protons de l'aigua a altes temperatures es pot representar esquemàticament amb el conjunt d'equacions químiques següent:

   Fe +    H
2O → FeO + H
2
2 Fe + 3 H
2O → Fe₂O3 + 3 H
2
3 Fe + 4 H
2O → Fe3O4 + 4 H
2

Molts metalls, tals com el zirconi, tenen una reacció similar amb l'aigua que condueix a la producció d'hidrogen.

L'hidrogen fou liquat per primer cop per James Dewar el 1898 fent servir refrigeració regenerativa i un aparell d'invenció seva, el termo.[57] Va produir hidrogen sòlid l'any següent.[57] El deuteri fou descobert el desembre de 1931 per Harold Urey, i el triti fou preparat el 1934 per Ernest Rutherford, Mark Oliphant i Paul Harteck.[56] L'aigua pesant, que té deuteri en comptes d'hidrogen normal, fou descoberta pel grup d'Urey l'any 1932.[57] El 1806, François Isaac de Rivaz va construir la primer màquina de combustió interna alimentada per una barreja d'hidrogen i oxigen. El 1819, Edward Daniel Clarke va inventar el bufador d'hidrogen gas. La làmpada de Döbereiner i el limelight foren inventats el 1823.[57]

El primer globus omplert d'hidrogen fou inventat per Jacques Charles el 1783;[57] l'hidrogen era el causant de l'ascensió del que fou el primer mitjà de transport aeri segur. El 1852 Henri Giffard va inventar el primer dirigible d'hidrogen.[57] L'alemany Ferdinand von Zeppelin va promoure la idea de dirigibles rígids que ascendissin amb hidrogen: es van anomenar zeppelins, i el primer vol el van fer l'any 1900.[57] Els vols regulars van començar el 1910 i, en el moment que començà la Primera Guerra Mundial (agost de 1914), ja havien transportat 35.000 passatgers sense haver tingut cap accident seriós. Durant la guerra, els dirigibles van servir com a plataformes d'observació i com a bombarders.

El primer vol transatlàntic sense escales fou dut a terme pel dirigible britànic R34 l'any 1919. El servei regular de transport de passatgers es va reiniciar en la dècada de 1920; la descoberta de reserves d'heli als Estats Units van fer creure en un augment de la seguretat d'aquest tipus de transport, però el govern d'aquest país va rebutjar vendre el gas per aquest propòsit. A causa d'això, pel dirigible Hindenburg, que fou destruït per un incendi mentre volava sobre Nova Jersey el 6 de maig de 1937, es féu servir hidrogen.[57] L'accident fou retransmès en directe per la ràdio i també fou filmat. Es creu que la causa fou la ignició d'hidrogen de fuites del dirigible, tot i que investigacions posteriors apuntaren que també podria ser la ignició del revestiment d'alumini per electricitat estàtica. El que comptà, però, és que la reputació de l'hidrogen com un gas ascendent ja havia estat perduda.

El mateix any que aquests fets, va entrar en servei el primer turbogenerador refrigerat amb hidrogen a Dayton, Ohio, EUA, de l'empresa Dayton Power & Light Co; l'hidrogen gas servia com a refrigerant del rotor i de l'estator.[59] A causa de la seva conductivitat tèrmica, l'hidrogen gas és el tipus més comú de fluid refrigerador utilitzat avui en dia.

L'acumulador de níquel-hidrogen es va fer servir per primer cop l'any 1977 a bord del satèl·lit estatunidenc NTS-2.[60] Per exemple, l'ISS,[61] el 2001 Mars Odyssey[62] i la Mars Global Surveyor[63] estan equipats amb bateries de níquel-hidrogen. També està alimentat per bateries de níquel-hidrogen el Telescopi Espacial Hubble en la part fosca de la seva òrbita; les bateries van ser canviades el maig del 2009, més de 19 anys després del seu llançament i 13 anys tard respecte quan s'hauria hagut de fer d'acord amb la seva vida prevista.

Paper en la teoria quàntica[modifica]

Línies d'espectre d'emissió de l'hidrogen en el rang visible. Aquestes són les quatre línies visibles de la sèrie de Balmer.

Com que l'àtom d'hidrogen és una estructura atòmica relativament simple (consisteix tan sols d'un protó i un electró), i juntament amb l'espectre de llum que produeix o absorbeix, ha estat important en el desenvolupament de la teoria de l'estructura atòmica.[64] A més a més, la simplicitat de la molècula d'hidrogen i el catió corresponent H+
2 van permetre una millor comprensió de la naturalesa de l'enllaç químic, precedida per l'estudi del tractament mecanicoquàntic de l'àtom d'hidrogen de mitjans de la dècada de 1920.

Un dels primers efectes quàntics que fou notat explícitament (però que, en aquella època, no fou entès) va ser una observació de Maxwell que involucrava hidrogen, mig segle abans que la teoria mecanicoquàntica completa fos desenvolupada. Maxwell va observar que la capacitat tèrmica específica del H
2 diferia inexplicablement de la d'un gas diatòmic per sota de la temperatura ambient i començava a assemblar-se cada cop més a la d'un gas monoatòmic a temperatures criogèniques. Segons la teoria quàntica, aquest comportament té lloc a causa de l'espaiament dels nivells d'energia rotacional, que són especialment amplis en el H
2 per la seva baixa massa. La gran separació entre nivells inhibeix la partició igual d'energia tèrmica en moviment rotacional a temperatures baixes. Els gasos diatòmics composts d'àtoms més pesats no tenen aquests nivells tan amplis i no presenten aquest efecte.[65]

Abundància natural[modifica]

NGC 604, una gegant regió d'hidrogen ionitzat de la Galàxia del Triangle

L'hidrogen, com a H atòmic, és l'element químic més abundant de l'univers: constitueix el 75% de la matèria normal segons massa i més del 90% segons nombre d'àtoms (la majoria de la massa de l'univers, tanmateix, no es troba en forma de matèria de tipus element químic, sinó que es postula que podria ocórrer en formes no detectades encara tals com matèria fosca i energia fosca).[66] Aquest element es troba en gran abundància en estrelles i planetes gegants gasosos. Els núvols moleculars de H
2 s'associen amb la formació estel·lar. L'hidrogen té un paper vital en aquestes darreres, concretament mitjançant la fusió nuclear reacció protó-protó i el cicle CNO.[67]

Arreu de l'univers, l'hidrogen es troba majoritàriament en estats atòmics i plasma, els quals tenen propietats bastant diferents que les presenta l'hidrogen molecular. En forma de plasma, el protó i l'electró de l'hidrogen no estan lligats, la qual cosa resulta en una elevada conductivitat elèctrica i una elevada emissivitat (la qual produeix la llum del Sol i d'altres estrelles). Les partícules carregades són altament influenciades per camps elèctrics i magnètics; per exemple, en el vent solar interaccionen amb la magnetosfera terrestre produint els fenòmens dels corrents de Birkeland i l'aurora. D'altra banda, l'hidrogen es troba en l'estat atòmic neutre en el medi interestel·lar. La gran quantitat d'hidrogen neutre trobada en els sistemes de Lyman-alfa esmorteïts es creu que domina la densitat bariònica cosmològica de l'univers fins al desplaçament cap al roig z=4.[68]

En condicions ordinàries a la Terre, l'hidrogen elemental existeix en forma de gas diatòmic H
2 (per més dades, vegeu la taula). Tanmateix, l'hidrogen gas és molt rar en l'atmosfera terrestre (1 ppm de volum) a causa de la seva lleugeresa, la qual li permet escapar de la gravetat terrestre més fàcilment que gasos més pesants. Tanmateix, l'hidrogen és el tercer element més abundant de la superfície terrestre,[69] majoritàriament en la forma de compostos químics tals com els hidrocarburs i l'aigua.[35] L'hidrogen gas és produït per alguns bacteris i algues i és un component natural de les flatulències (igual que el metà).[70]

Una forma molecular anomenada hidrogen molecular protonat (H
3+) es troba al medi interestel·lar, on es genera per ionització de l'hidrogen molecular pels raigs còscmics. Aquest ió amb càrrega també ha estat observat a l'atmosfera superior del planeta Júpiter. És relativament estable en l'ambient de l'espai exterior a causa de la baixa temperatura i densitat. H
3+ és un dels ions més abundants de l'univers i té un paper important en la química del medi interestel·lar.[71] L'hidrogen triatòmic H3 neutre tan sols pot existir en forma excitada i és inestable.[72] Per contra, el catió dihidrogen (H
2+) és una rara molècula de l'univers.

Producció[modifica]

Article principal: Producció d'hidrogen

L'hidrogen es produeix en laboratoris de química i biologia, sovint com un subproducte d'altres reaccions; també en la indústria de la hidrogenació dels substrats saturats; i a la natura com a resultat de l'expulsió d'equivalents de reducció en reaccions bioquímiques.

Laboratori[modifica]

Aparell de Kipp

Al laboratori, el H
2 se sol preparar normalment a partir de la reacció d'àcids no oxidants diluïts amb alguns metalls reactius com el zinc, mitjançant l'aparell de Kipp.

Zn + 2 H+
 → Zn2+
 + H
2

L'alumini també pot produir H
2 si es tracta amb bases químiques:

2 Al + 6 H
2O + 2 OH−
 → 2 Al(OH)−
4 + 3 H
2

L'electròlisi de l'aigua és un mètode simple de producció d'hidrogen. Es fa passar un corrent de baix voltatge per l'aigua, i es forma oxigen gasós a l'ànode i hidrogen gasós al càtode. Normalment, el càtode està fet de platí o un altre material intert que es vol produir hidrogen per emmagatzemar-lo; d'altra banda, si es produeix gas per ser cremat al mateix lloc, l'oxigen és desitjable per assistir la combustió, per la qual cosa ambdós electrodes haurien d'estar fets de metalls inerts (per exemple, el ferro s'oxidaria, per la qual cosa la quantitat d'oxigen emesa seria menor). La màxima eficiència teòrica (electricitat utilitzada versus valor energètic de l'hidrogen produït) es troba en el rang del 80-94%.[73]

2 H
2O(l) → 2 H
2(g) + O
2(g)

El 2007 es descobrí que un aliatge d'alumini i gal·li en forma de granulat afegit a l'aigua es podia fer servir per generar hidrogen. Aquest procés també crea alúmina, però el gal·li –un element molt car–, que prevé la formació d'una capa d'òxid als granulats, es pot reutilitzar. Això té implicacions potencials importants per l'economia de l'hidrogen, ja que amb aquest procés es pot produir al mateix lloc on s'ha d'utilitzar i no cal transportar-lo.[74]

Industrial[modifica]

L'hidrogen es pot preparar de moltes maneres diferents, però econòmicament els processos més importants comprenen l'eliminació d'hidrogen dels hidrocarburs. L'hidrogen a granel comercial se sol produir amb el reformat amb vapor del gas natural.[75] A altes temperatures (1000–1400 K, 700–1100 °C) el vapor d'aigua reacciona amb el metà per formar monòxid de carboni i H
2.

CH
4 + H
2O → CO + 3 H
2

Aquesta reacció és preferible a baixes pressions però, tanmateix, es du a terme a pressions elevades (2,0 MPa o 20 atm). Això és perquè el H
2 a pressió elevada no és un producte gaire comercialitzable i els sistemes de purificació per adsorció per oscil·lació de pressió treballen millor a altes pressions. El producte de la barreja es coneix com «gas de síntesi» perquè se sol fer servir directament per la producció de metanol i compostos relacionats. Els hidrocarburs diferents del metà es poden usar per produir gasos de síntesi amb diferents proporcions de productes. Una de les moltes complicacions que té aquesta tecnologia altament optimitzada és la formació de coc o carboni:

CH
4 → C + 2 H
2

Conseqüentment, el reformat amb vapor normalment utilitza un excés de H
2O. L'hidrogen addicional es pot recuperar del vapor fent servir monòxid de carboni mitjançant la reacció de desplaçament del gas d'aigua (reacció de Dussan), especialment amb un catalitzador d'òxid de ferro. Aquesta reacció també és una font industrial comuna de diòxid de carboni:[75]

CO + H
2O → CO
2 + H
2

D'altres mètodes importants per la producció de H
2 inclouen l'oxidació parcial d'hidrocarburs:[76]

2 CH
4 + O
2 → 2 CO + 4 H
2

I també la reacció de carbó, que pot servir com a prèvia de la reacció de desplaçament del gas d'aigua anterior:[75]

C + H
2O → CO + H
2

De vegades, l'hidrogen és produït i consumit en el mateix procés industrial sense ser separat. En el procés Haber-Bosch per la producció d'amoníac, l'hidrogen es genera a partir de gas natural.[77] Amb l'electròlisi de la salmorra per produir clor s'obté hidrogen com un coproducte.[78]

Termoquímica[modifica]

Existeixen més de 200 cicles termoquímics que es poden fer servir per separar l'aigua; alguns d'ells s'estan estudiant i testejant perquè són capaços de produir hidrogen i oxigen a partir d'aigua i calor sense fer servir electricitat. Alguns exemples són el cicle d'òxid de ferro, el cicle d'òxid de ceri (III)-òxid de ceri (IV), el cicle d'òxid de zinc-zinc, el cicle de sofre-iode, el cicle de coure-clor i el cicle de sofre híbrid.[79] D'altra banda, laboratoris de països com França, Alemanya, Grècia, el Japó i els Estats Units estan desenvolupant mètodes termoquímics per produir hidrogen a partir d'energia solar i aigua.[80]

Corrosió anaeròbica[modifica]

En condicions anaeròbiques, el ferro i els acers aliats són lentament oxidats pels protons de l'aigua simultàniament reduïts a hidrogen molecular (H
2). La corrosió anaeròbica del ferro mena primera a la formació d'hidròxid de ferro (II) i es pot descriure amb la següent reacció:

Fe + 2 H
2O → Fe(OH)₂ + H
2

Per la seva banda, en condicions anaeròbiques, l'hidròxid de ferro (II) (Fe(OH)₂) pot ser oxidat pels protons de l'aigua per formar magnetita i hidrogen molecular. Aquest procés és descrit per la reacció de Schikorr:

3 Fe(OH)₂ → Fe3O4 + 2 H
2O + H
2
hidròxid de ferro (II) → magnetita + aigua + hidrogen

La magnetita ben cristal·litzada (Fe3O4) és termodinàmicament més estable que l'hidròxid de ferro (II) (Fe(OH)₂).

Aquest procés ocorre durant la corrosió anaeròbica del ferro i de l'acer en aigües subterrànies lliures d'oxigen i en la reducció del sòl per sota del límit freàtic.

Formació geològica mitjançant la serpentinització[modifica]

En absència d'oxigen atmosfèric (O₂) en condicions geològiques de profunditat tal que l'atmosfera terrestre ja no hi té efecte, l'hidrogen (H
2) es produeix durant el procés de serpentinització per l'oxidació anaeròbica feta pels protons (H+) de l'aigua del silicat de ferro (Fe2+) present a l'entramat cristal·lí de la faialita (Fe₂SiO4). La reacció corresponent que condueix a la formació de magnetita (Fe3O4), quars (SiO₂) i hidrogen (H
2) és la següent:

3 Fe₂SiO4 + 2 H
2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO₂ + 3 H
2
faialita + aigua → magnetita + quars + hidrogen

Aquesta reacció s'assembla molt a la reacció de Schikorr observada en l'oxidació anaeròbica de l'hidròxid de ferro (II) en contacte amb l'aigua.

Formació en transformadors[modifica]

De tots els gasos de fallada de transformadors de potència, l'hidrogen n'és el més comú; és generat sota la majoria de condicions de fallada. És per això que la formació d'hidrogen és una indicació primerenca de problemes seriosos del cicle de vida d'un transformador.[81]

Aplicacions[modifica]

Consum en processos[modifica]

Els sectors químic i petrolier necessiten grans quantitats de H
2. La més gran aplicació del H
2 és en el processament dels combustibles fòsils i en la producció de l'amoníac. Els consumidors clau de H
2 a la planta petroquímica inclouen la hidrodesalquilació, la hidrodesulfurització i l'hidrocraqueig. L'hidrogen té molts altres usos importants: es fa servir com un agent hidrogenant, especialment per incrementar el nivell de saturació de greixos insaturats i olis (que es poden trobar en elements com la margarina); també com un agent reductor de menes metàl·liques; i, finalment, en la producció de metanol i en la indústrica de l'àcid hidroclòric.[82]

L'hidrogen és altament soluble en moltes terres rares i metalls de transició,[83] i tant en metalls nanocristal·lins com amorfs.[84] La solubilitat de l'hidrogen en els metalls està influenciada per les distorcions locals o impureses de l'estructura cristal·lina.[85] Aquestes propietats poden ser útils quan l'hidrogen és purificat fent-lo passar a través de discs calents de pal·ladi, però en general l'alta solubilitat del gas és un problema metal·lúrgic, ja que contribueix a la fragilització de molts metalls,[6] la qual cosa complica el disseny de canonades i dipòsits d'emmagatzematge.[7]

A part del seu ús com a reactiu, el H
2 té moltes aplicacions en física i enginyeria. Es fa servir com un gas de protecció en mètods de soldadura com la soldadura d'hidrogen atòmic.[86][87] També es fa servir com a refrigerador del rotor de generadors elèctrics en centrals elèctriques, perquè té la conductivitat tèrmica més alta que cap altre gas. El H
2 líquid es fa servir en recerca criogènica, que inclou l'estudi de la superconductivitat.[88] Com que és més lleuger que l'aire (té una mica més que 1⁄15 de la seva densitat) havia estat molt utilitzat com a gas ascendent de globus i dirigibles.[89]

En aplicacions més recents, l'hidrogen es fa servir pur o barrejat amb nitrogen (anomenat gas protector) com un gas indicador de detecció de fuites. Aquestes aplicacions es poden trobar en les indústries de l'automòbil, química, de generació d'energia, aeroespacial i de la telecomunicació.[90] L'hidrogen és un additiu de menjar autoritzat (E 949) que permet fer proves de fuites de l'empaquetament de menjar, entre altres propietats antioxidants.[91]

Els isòtops rars de l'hidrogen també tenen aplicacions. El deuteri (hidrogen-2) es fa servir en aplicacions de fissió nuclear com un moderador per ralentir els neutrons, i també en reaccions de fusió nuclear.[57] Els compostos de deuteri tenen aplicacions en química i biologia, en estudis de reaccions d'efectes isotòpics.[92] El triti (hidrogen-3), que es produeix en reactors nuclears, s'utilitza per la producció de bombes d'hidrogen,[93] com una marca isotòpca en biociències[49] i com a font de radiació en pintures lluminoses.[94]

La temperatura del punt triple de l'hidrogen en equilibri és un punt fixe definit a l'Escala Internacional de Temperatura de 1990 a 13,8033 kelvins.[95]

Refrigerant[modifica]

Article principal: Turbogenerador refrigerat amb hidrogen

L'hidrogen se sol fer servir en centrals elèctriques com a refrigerador pels generadors, ja que té un cert nombre de propietats favorables que són resultat directe de les seves lleugeres molècules diatòmiques. Algunes d'aquestes propietats que el fan tan interessant per aquest ús són la baixa densitat, la baixa viscositat i que té la calor específica i la conductivitat tèrmica més elevades de tots els gasos.

Portador d'energia[modifica]

Vegeu també: Economia de l'hidrogen i Infraestructura d'hidrogen

L'hidrogen no és un recurs energètic,[96] excepte en un hipotètic context de centrals energètiques de fusió nuclear comercials que fessin servir deuteri o triti, tecnologia que actualment està molt lluny de ser desenvolupada.[97] L'energia de Sol prové de la fusió nuclear de l'hidrogen, però és difícil aconseguir aquest procés d'una manera controlada a la Terra.[98] Obtenir hidrogen elemental de fonts solars, biològiques o elèctriques pot necessitar més energia que no pas la que s'obté cremant-lo, per la qual cosa en aquests casos l'hidrogen funciona com un portador d'energia. L'hidrogen es pot obtenir de fonts fòssils (com el metà), però aquestes fonts no són sostenibles.[96]

La densitat energètica per unitat de volum tant de l'hidrogen líquid com de l'hidrogen gas comprimit a qualsevol pressió practicable és significativament menor que la de fonts de combustible tradicionals, tot i que la densitat energètica per unitat de massa de combustible és més elevada.[96] Tanmateix, l'hidrogen elemental ha estat molt estudiat en el context energètic com un possible futur portador d'energia.[99] Per exemple, la captura i emmagatzematge de carboni a partir del CO
2 es podria dur a terme al punt de la producció de H
2 a partir de combustibles fòssils.[100] L'hidrogen utilitzat pel transport cremaria d'una manera relativament neta –amb algunes emissions de NOx[101]– però sense emissions de carboni.[100] Tanmateix, els costos d'infraestructura associats a una conversió completa a una economia basada en l'hidrogen seien considerables.[102]

Indústria dels semiconductors[modifica]

L'hidrogen es fa servir per saturar enllaços trencats de silici amorf i carboni amorf, la qual cosa ajuda a estabilitzar les propietats del material.[103] També és un potencial donador d'electrons en diversos materials òxids, tals com el ZnO,[104][105] SnO₂, CdO, MgO,[106] ZrO₂, HfO₂, La₂O3, Y₂O3, TiO₂, SrTiO3, LaAlO3, SiO₂, Al₂O3, ZrSiO4, HfSiO4 i SrZrO3.[107]

Vehicles d'hidrogen[modifica]

Article principal: Vehicle d'hidrogen
L'Honda FCX Clarity, un prototip de vehicle d'hidrogen presentat el 2008

Un vehicle d'hidrogen és un vehicle que fa servir l'hidrogen com a combustible de bord per obtenir la potència motora. Aquests vehicles inclouen automòbils i bicicletes, entre d'altres. El principi de funcionament consisteix a convertir l'energia química de l'hidrogen en energia mecànica, ja sigui cremant l'hidrogen en un motor de combustió interna o fent-lo reaccionar amb oxigen en una pila de combustible. La utilització de l'hidrogen com a combustible bàsic dels transports és l'element clau d'una hipotètica economia de l'hidrogen.[108]

Molts coets grans fan servir hidrogen líquid com a combustible i oxigen líquid com a oxidant. L'avantatge principal de l'hidrogen és la seva alta velocitat d'escapament eficaç en comparació amb el querosè/LOX o l'UDMH/NTO. L'equació de coets de Tsiolkovski diu que els coets amb una velocitat d'escapament més alta necessiten menys massa de propel·lent per realitzar un canvi de velocitat determinat. Abans de la combustió, l'hidrogen passa per tubs de refrigeració situats al voltant de la tovera d'escapament per evitar que sigui danyada pels gasos d'escapament a alta temperatura.[109]

Els desavantatges de l'hidrogen líquid inclouen la seva poca densitat i baixa temperatura, que fan que calgui dipòsits de combustible més grans, més ben aïllats i, per tant, més pesants. Això incrementa la massa estructural del coet i en redueix l'eficiència. Un altre desavantatge és la dificultat d'emmagatzemar l'hidrogen i l'oxigen en estat líquid. Com que l'hidrogen es va evaporant gradualment, el coet només es pot omplir de combustible poc abans del llançament. Això fa que els motors criogènics no serveixin pels míssils balístics intercontinentals i altres aplicacions en les quals la rapidesa de llançament sigui crucial.

El transbordador espacial també feia servir hidrogen i oxigen líquids a les piles de combustible que n'alimentaven els sistemes elèctrics.[110] Durant el procés, les piles també generaven aigua que es podia fer servir per beure, entre altres coses.

Reaccions biològiques[modifica]

Vegeu també: Biohidrogen

El H
2 és un producte d'alguns tipus de metabolisme anaeròbic i és produït per molts microorganismes, normalment mitjançant reaccions catalitzades per enzims que contenen ferro o níquel anomenats hidrogenases. Aquests enzims catalitzen la reacció redox reversible entre el H
2 i els dos protons i dos electrons que el componen. La creació d'hidrogen gas ocorre en la transferència d'equivalents de reducció produïts durant la fermentació pirúvica de l'aigua.[111]

La separació de l'aigua –en la qual l'aigua es descompon en els seus components (protons, electrons i oxigen)– té lloc en reaccions lluminoses en tots els organismes fotosintètics. Alguns d'aquests organismes, entre els quals l'alga Chlamydomonas reinhardtii i els cianobacteris, han evolucionat un pas més cap a les reaccions fosques, en les quals els protons i els electrons són reduïts per formar gas H
2 per hidrogenases especialitzades en el cloroplast.[112] S'han fet esforços per modificar genèticament les hidrogenases de cianobacteris per tal de sintetitzar eficientment el gas H
2 fins i tot en presència d'oxigen.[113] També s'ha treballat amb algues modificades genèticament en un bioreactor.[114]

Seguretat i precaucions[modifica]

Article principal: Seguretat de l'hidrogen

L'hidrogen presenta una sèrie de perills cap a la seguretat humana, des de possibles detonacions i incendis quan es barreja amb aire fins a causar asfíxia quan es troba en la seva forma pura (sense oxigen).[115] Addicionalment, l'hidrogen líquid és un criògen i presenta perills associats amb líquids molt freds tals com la congelació.[116] L'hidrogen dissol molts metalls i, a partir de poder patir fuites, pot tenir efectes adversos sobre aquests tals com la fragilització per hidrogen,[117] que poden conduir a esquerdes i explosions.[118] Si en una fuita s'escapa hidrogen gas a l'aire exterior, pot ser que s'inflami espontàniament. A més, el foc causat per hidrogen, a part de ser molt calent, és gairebé invisible, per la qual cosa pot causar cremades accidentals.[119]

La interpretació correcta de dades de l'hidrogen (incloent-hi les dades de seguretat) pot ser força confusa a causa de molts fenòmens. Moltes de les seves propietats químiques i físiques depenent de la proporció parahidrogen-ortohidrogen (se sol tardar dies o setmanes a una temperatura donada per arribar a la proporció d'equilibri, per la qual se solen proporcionar les dades). Els paràmetres de detonació de l'hidrogen, tals com la pressió i temperatura de detonació, depenen molt de la geometria del contenidor.[115]

Notes[modifica]

  1. ↑ 286 kJ/mol: energia per mol del material combustible (hidrogen).

Referències[modifica]

  1. ↑ Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick. Inorganic chemistry. Academic Press, 2001, p. 240. ISBN 0123526515. 
  2. ↑ «Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds». A: CRC Handbook of Chemistry and Physics. 81a. CRC Press. 
  3. ↑ Palmer, D. «Hydrogen in the Universe» (en anglès). NASA, 13-09-1997.
  4. ↑ ; Presenter: Professor Jim Al-Khalili «Discovering the Elements» (en anglès). BBC Four. Chemistry: A Volatile History (BBC), Min:25:40"'", 21-01-2010. « »
  5. ↑ Error en el títol o la url.«».
  6. ↑ 6,0 6,1 Rogers, H.C. «Hydrogen Embrittlement of Metals» (en anglès). Science, vol. 159, 3819, 1999, pàg. 1057–1064. Bibcode: 1968Sci...159.1057R. DOI: 10.1126/science.159.3819.1057. PMID: 17775040.
  7. ↑ 7,0 7,1 Christensen, C.H. «Making society independent of fossil fuels — Danish researchers reveal new technology» (en anglès). Universitat Tècnica de Dinamarca, 09-07-2005.
  8. ↑ «Dihydrogen» (en anglès). O=CHem Directory. Universitat de Southern Maine.
  9. ↑ Carcassi, M.N.; Fineschi, F. «Deflagrations of H
    2    –air and CH4–air lean mixtures in a vented multi-compartment environment» (en anglès). Energy, vol. 30, 8, 2005, pàg. 1439–1451. DOI: 10.1016/j.energy.2004.02.012.
  10. ↑ Committee on Alternatives and Strategies for Future Hydrogen Production and Use, US National Research Council, US National Academy of Engineering. The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs (en anglès). National Academies Press, 2004, p. 240. ISBN 0-309-09163-2. 
  11. ↑ Patnaik, P. A comprehensive guide to the hazardous properties of chemical substances (en anglès). Wiley-Interscience, 2007, p. 402. ISBN 0-471-71458-5. 
  12. ↑ Dziadecki, J. «Hindenburg Hydrogen Fire» (en anglès), 2005.
  13. ↑ Kelly, M. «The Hindenburg Disaster» (en anglès). About.com:American history.
  14. ↑ Clayton, D.D.. Handbook of Isotopes in the Cosmos: Hydrogen to Gallium (en anglès). Cambridge University Press, 2003. ISBN 0-521-82381-1. 
  15. ↑ Millar, Tom. «Lecture 7, Emission Lines — Examples» (en anglès). PH-3009 (P507/P706/M324) Interstellar Physics. University of Manchester, 10-12-2003.
  16. ↑ Stern, David P. «The Atomic Nucleus and Bohr's Early Model of the Atom» (en anglès). NASA Goddard Space Flight Center (mirror), 16-05-2005.
  17. ↑ Stern, David P. «Wave Mechanics» (en anglès). NASA Goddard Space Flight Center, 13-02-2005.
  18. ↑ «Hydrogen (H
    2    ) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen    » (en anglès). Universal Industrial Gases, Inc., 2003.
  19. ↑ Tikhonov, Vladimir I.; Volkov, Alexander A. «Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers» (en anglès). Science, vol. 296, 5577, 2002, pàg. 2363. DOI: 10.1126/science.1069513. PMID: 12089435.
  20. ↑ Hritz, James. «CH. 6 – Hydrogen» (PDF) (en anglès). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA, March 2006.
  21. ↑ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. «Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group» (en anglès). Chirality, vol. 18, 9, 2006, pàg. 754–756. DOI: 10.1002/chir.20319. PMID: 16856167.
  22. ↑ Milenko, Yu. Ya.; Sibileva, R. M.; Strzhemechny, M. A «Natural ortho-para conversion rate in liquid and gaseous hydrogen» (en anglès). Journal of Low Temperature Physics, vol. 107, 1–2, 1997, pàg. 77–92. Bibcode: 1997JLTP..107...77M. DOI: 10.1007/BF02396837.
  23. ↑ «Ortho-Para conversion. Pag. 13» (PDF) (en anglès).
  24. ↑ Svadlenak, R. Eldo; Scott, Allen B «The Conversion of Ortho- to Parahydrogen on Iron Oxide-Zinc Oxide Catalysts» (en anglès). Journal of the American Chemical Society, vol. 79, 20, 1957, pàg. 5385–5388. DOI: 10.1021/ja01577a013.
  25. ↑ Clark, Jim. «The Acidity of the Hydrogen Halides» (en anglès). Chemguide, 2002.
  26. ↑ Kimball, John W. «Hydrogen» (en anglès). Kimball's Biology Pages, 07-08-2003.
  27. ↑ IUPAC Compendium of Chemical Terminology, versió electrònica, Hydrogen Bond
  28. ↑ Sandrock, Gary. «Metal-Hydrogen Systems» (en anglès). Sandia National Laboratories, 02-05-2002.
  29. ↑ 29,0 29,1 «Structure and Nomenclature of Hydrocarbons» (en anglès). Purdue University.
  30. ↑ «Organic Chemistry» (en anglès). Dictionary.com. Lexico Publishing Group, 2008.
  31. ↑ «Biochemistry» (en anglès). Dictionary.com. Lexico Publishing Group, 2008.
  32. ↑ Moers, Kurt «Investigations on the Salt Character of Lithium Hydride» (en anglès). Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, vol. 113, 191, 1920, pàg. 179–228. DOI: 10.1002/zaac.19201130116.
  33. ↑ Downs, Anthony J.; Pulham, Colin R. «The hydrides of aluminium, gallium, indium, and thallium: a re-evaluation» (en anglès). Chemical Society Reviews, vol. 23, 3, 1994, pàg. 175–184. DOI: 10.1039/CS9942300175.
  34. ↑ Hibbs, David E.; Jones, Cameron; Smithies, Neil A. «A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH3P(C6H11)3]» (en anglès). Chemical Communications, 2, 1999, pàg. 185–186. DOI: 10.1039/a809279f.
  35. ↑ 35,0 35,1 35,2 Miessler, Gary L.; Tarr, Donald A.. Inorganic Chemistry (en anglès). 3a. Prentice Hall, 2003. ISBN 0-13-035471-6. 
  36. ↑ Okumura, Anthony M.; Yeh, L. I.; Myers, J. D.; Lee, Y. T «Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H3O+•(H
    2    O)n•(H
    2    )m» (en anglès). Journal of Physical Chemistry, vol. 94, 9, 1990, pàg. 3416–3427. DOI: 10.1021/j100372a014.
  37. ↑ Perdoncin, Giulio; Scorrano, Gianfranco «Protonation Equilibria in Water at Several Temperatures of Alcohols, Ethers, Acetone, Dimethyl Sulfide, and Dimethyl Sulfoxide» (en anglès). Journal of the American Chemical Society, vol. 99, 21, 1977, pàg. 6983–6986. DOI: 10.1021/ja00463a035.
  38. ↑ Carrington, Alan; R. McNab, Iain «The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H3+)» (en anglès). Accounts of Chemical Research, vol. 22, 6, 1989, pàg. 218–222. DOI: 10.1021/ar00162a004.
  39. ↑ Gurov, Yu. B.; Aleshkin, D. V.; Behr, M. N.; Lapushkin, S. V.; Morokhov, P. V.; Pechkurov, V. A.; Poroshin, N. O.; Sandukovsky, V. G.; Tel'kushev, M. V.; Chernyshev, B. A.; Tschurenkova, T. D «Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei» (en anglès). Physics of Atomic Nuclei, vol. 68, 3, 2004, pàg. 491–97. Bibcode: 2005PAN....68..491G. DOI: 10.1134/1.1891200.
  40. ↑ Korsheninnikov, A.; Nikolskii, E.; Kuzmin, E.; Ozawa, A.; Morimoto, K.; Tokanai, F.; Kanungo, R.; Tanihata, I.; Timofeyuk, N. «Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He» (en anglès). Physical Review Letters, vol. 90, 8, 2003, pàg. 082501. Bibcode: 2003PhRvL..90h2501K. DOI: 10.1103/PhysRevLett.90.082501.
  41. ↑ Urey, Harold C.; Brickwedde, F. G.; Murphy, G. M. «Names for the Hydrogen Isotopes» (en anglès). Science, vol. 78, 2035, 1933, pàg. 602–603. Bibcode: 1933Sci....78..602U. DOI: 10.1126/science.78.2035.602. PMID: 17797765.
  42. ↑ Oda, Y; Nakamura, H.; Yamazaki, T.; Nagayama, K.; Yoshida, M.; Kanaya, S.; Ikehara, M. «1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids» (en anglès). Journal of Biomolecular NMR, vol. 2, 2, 1992, pàg. 137–47. DOI: 10.1007/BF01875525. PMID: 1330130.
  43. ↑ Broad, William J. «Breakthrough in Nuclear Fusion Offers Hope for Power of Future» (en anglès). The New York Times, 11-11-1991.
  44. ↑ The Elements, Theodore Gray, Black Dog & Leventhal Publishers Inc., 2009
  45. ↑ «Tritium» (en anglès). U.S. Environmental Protection Agency, 15-11-2007.
  46. ↑ Nave, C. R. «Deuterium-Tritium Fusion» (en anglès). HyperPhysics. Georgia State University, 2006.
  47. ↑ Kendall, Carol; Caldwell, Eric «Fundamentals of Isotope Geochemistry» (en anglès). . US Geological Survey, 1998.
  48. ↑ «The Tritium Laboratory» (en anglès). University of Miami, 2008.
  49. ↑ 49,0 49,1 Holte, Aurali E.; Houck, Marilyn A.; Collie, Nathan L. «Potential Role of Parasitism in the Evolution of Mutualism in Astigmatid Mites» (en anglès). Experimental and Applied Acarology. Texas Tech University [Lubbock], vol. 25, 2, 2004, pàg. 97–107. DOI: 10.1023/A:1010655610575.
  50. ↑ van der Krogt, Peter. «Hydrogen» (en anglès). Elementymology & Elements Multidict, 05-05-2005. [Consulta: 20 desembre 2010].
  51. ↑ § IR-3.3.2, Provisional Recommendations, Nomenclature of Inorganic Chemistry, Chemical Nomenclature and Structure Representation Division, IUPAC.
  52. ↑ Boyle, Robert, Tracts written by the Honourable Robert Boyle containing new experiments, touching the relation betwixt flame and air...' (Londres, Anglaterra: 1672).
  53. ↑ Winter, Mark. «Hydrogen: historical information» (en anglès). WebElements Ltd, 2007.
  54. ↑ «Why did oxygen supplant phlogiston? Research programmes in the Chemical Revolution – Cambridge Books Online – Cambridge University Press» (en anglès).
  55. ↑ Just the Facts—Inventions & Discoveries, School Specialty Publishing, 2005
  56. ↑ 56,0 56,1 «Hydrogen». A: Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry (en anglès). Wylie-Interscience, 2005, p. 797–799. ISBN 0-471-61525-0. 
  57. ↑ 57,00 57,01 57,02 57,03 57,04 57,05 57,06 57,07 57,08 57,09 57,10 Emsley, John. Nature's Building Blocks (en anglès). Oxford: Oxford University Press, 2001, p. 183–191. ISBN 0-19-850341-5. 
  58. ↑ Stwertka, Albert. A Guide to the Elements (en anglès). Oxford University Press, 1996, p. 16–21. ISBN 0-19-508083-1. 
  59. ↑ «A chronological history of electrical development from 600 B.C» (en anglès). Archive.org.
  60. ↑ «NTS-2 Nickel-Hydrogen Battery Performance 31» (en anglès). Aiaa.org.
  61. ↑ Jannette, A.G.; Hojnicki, J.S.; McKissock, D.B.; Fincannon, J.; Kerslake, T.W.; Rodriguez, C.D. «IECEC '02. 2002 37th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 2002» (en anglès). , 2004 (2002), pàg. 45–50. DOI: 10.1109/IECEC.2002.1391972.
  62. ↑ Anderson, P.M.; Coyne, J.W. «A lightweight high reliability single battery power system for interplanetary spacecraft» (en anglès). , vol. 5, 2002, pàg. 5–2433. DOI: 10.1109/AERO.2002.1035418.
  63. ↑ «Mars Global Surveyor» (en anglès). Astronautix.com.
  64. ↑ Crepeau, Bob. Niels Bohr: The Atomic Model (en anglès). Great Neck Publishing, 1 gener 2006. ISBN 1-4298-0723-7. 
  65. ↑ Berman, R.; Cooke, A. H.; Hill, R. W. «Cryogenics» (en anglès). Annual Review of Physical Chemistry, vol. 7, 1956, pàg. 1–20. Bibcode: 1956ARPC....7....1B. DOI: 10.1146/annurev.pc.07.100156.000245.
  66. ↑ Gagnon, Steve. «Hydrogen» (en anglès). Jefferson Lab.
  67. ↑ Haubold, Hans; Mathai, A. M. «Solar Thermonuclear Energy Generation» (en anglès). Universitat de Colúmbia, 15-11-2007.
  68. ↑ Storrie-Lombardi, Lisa J.; Wolfe, Arthur M. «Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas» (en anglès). Astrophysical Journal, vol. 543, 2, 2000, pàg. 552–576. arXiv: astro-ph/0006044. Bibcode: 2000ApJ...543..552S. DOI: 10.1086/317138.
  69. ↑ «Basic Research Needs for the Hydrogen Economy» (PDF) (en anglès). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory, 15-05-2003.
  70. ↑ Berger, Wolfgang H. «The Future of Methane» (en anglès). Universitat de Califòrnia, San Diego, 15-11-2007.
  71. ↑ «H3+ Resource Center» (en anglès). Universities of Illinois and Chicago, 22-04-2005.
  72. ↑ «Coupling of Bound States to Continuum States in Neutral Triatomic Hydrogen» (en anglès). Department of Molecular and Optical Physics, University of Freiburg, Germany.
  73. ↑ Error en el títol o la url.«» (PDF).
  74. ↑ Venere, Emil. «New process generates hydrogen from aluminum alloy to run engines, fuel cells» (en anglès). Purdue University, 15-05-2007.
  75. ↑ 75,0 75,1 75,2 Oxtoby, D. W.. Principles of Modern Chemistry (en anglès). 5a. Thomson Brooks/Cole, 2002. ISBN 0-03-035373-4. 
  76. ↑ «Hydrogen Properties, Uses, Applications» (en anglès). Universal Industrial Gases, Inc., 2007.
  77. ↑ Funderburg, Eddie. «Why Are Nitrogen Prices So High?» (en anglès). The Samuel Roberts Noble Foundation, 2008.
  78. ↑ «Electrolysis of brine» (en anglès). BBC.
  79. ↑ «Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water» (PDF) (en anglès).
  80. ↑ «Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007» (PDF) (en anglès).
  81. ↑ Hirschler, M. M.. Electrical Insulating Materials: International Issues (en anglès). ASTM International, 2000, p. 89–. ISBN 978-0-8031-2613-8. 
  82. ↑ «Hydrogen» (en anglès). Los Alamos National Laboratory, 15-12-2003.
  83. ↑ Takeshita, T.; Wallace, W.E.; Craig, R.S. «Hydrogen solubility in 1:5 compounds between yttrium or thorium and nickel or cobalt» (en anglès). Inorganic Chemistry, vol. 13, 9, 1974, pàg. 2282–2283. DOI: 10.1021/ic50139a050.
  84. ↑ Kirchheim, R.; Mutschele, T.; Kieninger, W.; Gleiter, H; Birringer, R; Koble, T «Hydrogen in amorphous and nanocrystalline metals» (en anglès). Materials Science and Engineering, vol. 99, 1988, pàg. 457–462. DOI: 10.1016/0025-5416(88)90377-1.
  85. ↑ Kirchheim, R. «Hydrogen solubility and diffusivity in defective and amorphous metals» (en anglès). Progress in Materials Science, vol. 32, 4, 1988, pàg. 262–325. DOI: 10.1016/0079-6425(88)90010-2.
  86. ↑ Durgutlu, Ahmet «Experimental investigation of the effect of hydrogen in argon as a shielding gas on TIG welding of austenitic stainless steel» (en anglès). Materials & Design, vol. 25, 1, 2003, pàg. 19–23. DOI: 10.1016/j.matdes.2003.07.004.
  87. ↑ «Atomic Hydrogen Welding» (en anglès). Specialty Welds, 2007.
  88. ↑ Hardy, Walter N. «From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path» (en anglès). Physica C: Superconductivity, vol. 388–389, 2003, pàg. 1–6. Bibcode: 2003PhyC..388....1H. DOI: 10.1016/S0921-4534(02)02591-1.
  89. ↑ Error en el títol o la url.«».
  90. ↑ Block, Matthias (3 setembre 2004). "Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004, Montreal, Canadà: Sensistor Technologies (en anglès) 
  91. ↑ «Report from the Commission on Dietary Food Additive Intake» (PDF) (en anglès). Unió Europea.
  92. ↑ Reinsch, J; A Katz, J Wean, G Aprahamian, JT MacFarland «The deuterium isotope effect upon the reaction of fatty acyl-CoA dehydrogenase and butyryl-CoA» (en anglès). J. Biol. Chem., vol. 255, 19, 1980, pàg. 9093–97. PMID: 7410413.
  93. ↑ Bergeron, Kenneth D. «The Death of no-dual-use» (en anglès). Bulletin of the Atomic Scientists. Educational Foundation for Nuclear Science, Inc., vol. 60, 1, 2004, pàg. 15. DOI: 10.2968/060001004.
  94. ↑ Quigg, Catherine T. «Tritium Warning» (en anglès). Bulletin of the Atomic Scientists, vol. 40, 3, March 1984, pàg. 56–57.
  95. ↑ (1989) "International Temperature Scale of 1990" (PDF). Procès-Verbaux du Comité International des Poids et Mesures: T23–T42 (en anglès) 
  96. ↑ 96,0 96,1 96,2 McCarthy, John. «Hydrogen» (en anglès). Stanford University, 31-12-1995.
  97. ↑ «Nuclear Fusion Power» (en anglès). World Nuclear Association, Maig 2007.
  98. ↑ Error en el títol o la url.«».
  99. ↑ US Department of Energy (22 març 2006). "DOE Seeks Applicants for Solicitation on the Employment Effects of a Transition to a Hydrogen Economy" (en anglès). Nota de premsa.
  100. ↑ 100,0 100,1 Georgia Tech (11 febrer 2008). "Carbon Capture Strategy Could Lead to Emission-Free Cars" (en anglès). Nota de premsa.
  101. ↑ Heffel, James W. «NOx emission and performance data for a hydrogen fueled internal combustion engine at 1500 rpm using exhaust gas recirculation» (en anglès). International Journal of Hydrogen Energy, vol. 28, 8, 2002, pàg. 901–908. DOI: 10.1016/S0360-3199(02)00157-X.
  102. ↑ Romm, Joseph J. The Hype About Hydrogen: Fact And Fiction In The Race To Save The Climate (en anglès). 1a. Island Press, 2004. ISBN 1-55963-703-X. 
  103. ↑ Le Comber, P. G.; Jones, D. I.; Spear, W. E. «Hall effect and impurity conduction in substitutionally doped amorphous silicon» (en anglès). Philosophical Magazine, vol. 35, 5, 1977, pàg. 1173–1187. Bibcode: 1977PMag...35.1173C. DOI: 10.1080/14786437708232943.
  104. ↑ Van de Walle, Chris G. «Hydrogen as a cause of doping in zinc oxide» (en anglès). Physical Review Letters, vol. 85, 5, 2000, pàg. 1012–1015. Bibcode: 2000PhRvL..85.1012V. DOI: 10.1103/PhysRevLett.85.1012. PMID: 10991462.
  105. ↑ Janotti, Anderson; Van De Walle, CG «Hydrogen multicentre bonds» (en anglès). Nature Materials, vol. 6, 1, 2007, pàg. 44–47. Bibcode: 2007NatMa...6...44J. DOI: 10.1038/nmat1795. PMID: 17143265.
  106. ↑ Kilic, Cetin; Zunger, Alex «n-type doping of oxides by hydrogen» (en anglès). Applied Physics Letters, vol. 81, 1, 2002, pàg. 73–75. Bibcode: 2002ApPhL..81...73K. DOI: 10.1063/1.1482783.
  107. ↑ Peacock, P. W.; Robertson, J. «Behavior of hydrogen in high dielectric constant oxide gate insulators» (en anglès). Applied Physics Letters, vol. 83, 10, 2003, pàg. 2025–2027. Bibcode: 2003ApPhL..83.2025P. DOI: 10.1063/1.1609245.
  108. ↑ «A portfolio of power-trains for Europe: a fact-based analysis».
  109. ↑ «Rocket propulsion» (en anglès). Braeunig.us. [Consulta: 12 desembre 2010].
  110. ↑ «Fuel cell use in the Space Shuttle» (en anglès). NASA. [Consulta: 17 febrer 2012].
  111. ↑ Cammack, Richard; Robson, R. L.. Hydrogen as a Fuel: Learning from Nature (en anglès). Taylor & Francis Ltd, 2001, p. 202–203. ISBN 0-415-24242-8. 
  112. ↑ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B «Improved photobiological H
    2     production in engineered green algal cells» (en anglès). The Journal of Biological Chemistry, vol. 280, 40, 2005, pàg. 34170–7. DOI: 10.1074/jbc.M503840200. PMID: 16100118.
  113. ↑ Smith, H. O.; Xu, Q. «IV.E.6 Hydrogen from Water in a Novel Recombinant Oxygen-Tolerant Cyanobacteria System» (PDF) (en anglès). FY2005 Progress Report. United States Department of Energy, 2005.
  114. ↑ Williams, Chris «Pond life: the future of energy» (en anglès). Science. The Register, 24-02-2006.
  115. ↑ 115,0 115,1 Error en el títol o la url.«» (PDF).
  116. ↑ «Liquid Hydrogen MSDS» (PDF) (en anglès). Praxair, Inc., Setembre 2004.
  117. ↑ «'Bugs' and hydrogen embrittlement» (en anglès). Science News [Washington, D.C.], vol. 128, 3, 20-07-1985, pàg. 41. DOI: 10.2307/3970088. JSTOR: 3970088.
  118. ↑ Hayes, B. «Union Oil Amine Absorber Tower» (en anglès). TWI.
  119. ↑ «Hydrogen Safety» (en anglès). Humboldt State University.

Bibliografia[modifica]

  • Chart of the Nuclides (en anglès). 17th. Knolls Atomic Power Laboratory, 2010. ISBN 978-0-9843653-0-2. 
  • Ferreira-Aparicio, P; M. J. Benito, J. L. Sanz «New Trends in Reforming Technologies: from Hydrogen Industrial Plants to Multifuel Microreformers» (en anglès). Catalysis Reviews, vol. 47, 4, 2005, pàg. 491–588. DOI: 10.1080/01614940500364958.
  • Newton, David E. The Chemical Elements (en anglès). New York: Franklin Watts, 1994. ISBN 0-531-12501-7. 
  • Rigden, John S. Hydrogen: The Essential Element (en anglès). Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, 2002. ISBN 0-531-12501-7. 
  • Romm, Joseph, J.. The Hype about Hydrogen, Fact and Fiction in the Race to Save the Climate (en anglès). Island Press, 2004. ISBN 1-55963-703-X.  Author interview at Global Public Media.
  • Scerri, Eric. The Periodic System, Its Story and Its Significance, (en anglès). New York: Oxford University Press, 2007. ISBN 0-19-530573-6. 

Vegeu també[modifica]

Enllaços externs[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Joancreus/Laboratori



Taula periòdica
H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Metalls alcalins Alcalinoterris Lantanoides Actinoides Metalls de transició Altres metalls Semimetalls No-metalls - Halògens No-metalls - Gasos nobles Altres no-metalls


Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Usuari:Joancreus/Laboratori&oldid=33259370»