Hidrógeno (Z=1): clave de bóveda de la creación cósmica
Al principio era el hidrógeno
El Hidrógeno (símbolo H, número atómico 1) es el elemento químico más simple, ligero y abundante del universo. Juega un papel fundamental tanto en física fundamental, astrofísica, química e ingeniería.
Contribución del hidrógeno a los procesos vitales
El hidrógeno, principalmente en forma de H⁺ (protones) y unido dentro de moléculas orgánicas, desempeña un papel fundamental en la bioenergética celular. Participa en la cadena de transporte de electrones (ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa), donde los gradientes de protones a través de las membranas mitocondriales permiten la síntesis de ATP. También interviene en la regulación del pH intracelular y en numerosas reacciones enzimáticas (especialmente las de óxido-reducción). Consecuencia de una deficiencia: Un desequilibrio en H⁺ altera rápidamente el metabolismo energético, el equilibrio ácido-base y la estabilidad de las proteínas, lo que puede conducir a fallos celulares graves o incluso a la muerte celular.
Historia del descubrimiento
Siglo XVII: primeras observaciones El gas hidrógeno fue observado por primera vez por Théodore de Mayerne (1605) y luego por Robert Boyle (1660), cuando notaron que un metal reaccionando con un ácido producía un gas inflamable, sin identificarlo como un elemento distinto.
1766: Identificación por Henry Cavendish Henry Cavendish aisló y estudió este gas, al que llamó "aire inflamable". Demostró que su combustión producía agua, contradiciendo la idea de que el agua era un elemento.
1783: Nominación por Antoine Lavoisier Lavoisier estableció que el agua es un compuesto de dos gases: hidrógeno y oxígeno. Le dio al gas el nombre "hidrógeno", del griego hidro (agua) y genes (generar).
Estructura atómica
Constitución: Un protón y un electrón, sin neutrón para el isótopo más común (¹H, el protio). Isótopos:
Protio (¹H): 99.985% natural.
Deuterio (²H o D): un protón + un neutrón, utilizado en reactores de fusión y en marcaje isotópico.
Tritio (³H o T): radioactivo (T1/2 ~ 12.3 años), utilizado en investigación nuclear, armamento y señalización luminosa.
Propiedades físicas
Gas diatómico (H2), incoloro, inodoro, muy ligero.
Masa molar: ~ 2.016 g/mol
Punto de fusión: 13.99 K (-259.16 °C)
Punto de ebullición: 20.27 K (-252.88 °C)
Densidad: ~0.08988 g/L
Excelente conductividad térmica en estado gaseoso.
Reactividad química
Muy reactivo con halógenos, oxígeno (explosivo), azufre, metales alcalinos.
Forma hidruros con diversos elementos.
Reductor potente, utilizado en la hidrogenación catalítica.
Anfótero: actúa como ácido (H+) o base según el contexto.
Aplicaciones industriales y tecnológicas
Síntesis del amoniaco (proceso Haber-Bosch).
Refinación del petróleo: hidrodesulfuración.
Pilas de combustible: H2 → electricidad + agua (alto rendimiento).
Vector energético limpio (hidrógeno verde por electrólisis).
Utilizado en criogenia: fluido a muy baja temperatura.
Aeroespacial: combustible en motores criogénicos (H2 + O2).
Rol cosmológico y astrofísico
Hidrógeno primordial del Big Bang (~75% de la masa bariónica).
Combustible de las estrellas: H → He vía ciclo pp o ciclo CNO.
Presencia en el medio interestelar: H I, H2, H+.
Línea de 21 cm: herramienta fundamental de la radioastronomía.
Problemas físicos fundamentales
El átomo de hidrógeno es un sistema de dos cuerpos fundamental para probar la mecánica cuántica y la QED.
Espectro perfectamente conocido (series de Lyman, Balmer…).
Permite sondear las constantes fundamentales, las simetrías y las hipótesis cosmológicas.
