El hidrógeno fue identificado como una sustancia distinta en el siglo XVIII. Ya en el siglo XVII, sabios como Robert Boyle (1627-1691) observaban que un gas inflamable se liberaba durante la reacción de un metal con un ácido. Pero no fue hasta 1766 que Henry Cavendish (1731-1810) aisló este gas y lo estudió sistemáticamente. Lo llamó "aire inflamable" y demostró que producía agua al quemarse.
En 1783, Antoine Lavoisier (1743-1794) interpretó correctamente los resultados de Cavendish y demostró que el agua es un compuesto, no un elemento. Lo nombró hidrógeno, que significa "que genera agua" (del griego hydro = agua y genes = crear). Este descubrimiento fue determinante en el advenimiento de la química moderna.
El hidrógeno (símbolo H, número atómico 1) es el elemento químico más simple, compuesto por un solo protón y un electrón. Su isótopo más común, el protio (¹H), no tiene neutrones. Existen otros dos isótopos: el deuterio (²H), estable y presente naturalmente en pequeñas proporciones, y el tritio (³H), radiactivo con una vida media de aproximadamente 12,3 años.
A temperatura ambiente, el hidrógeno se encuentra en forma de gas diatómico (H₂), extremadamente ligero (densidad ≈ 0,08988 g/L), incoloro, inodoro y altamente inflamable. Se funde a 13,99 K y hierve a 20,27 K.
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Decaimiento / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Protio — \(\,^{1}\mathrm{H}\,\) | 1 | 0 | 1.007825 u | ≈ 99,985 % | Estable | Núcleo reducido a un protón; base del hidrógeno atómico. |
| Deuterio — \(\,^{2}\mathrm{H}\) (D) | 1 | 1 | 2.014102 u | ≈ 0,0156 % | Estable | Un protón + un neutrón; núcleo ligado, utilizado en RMN y fusión. |
| Tritio — \(\,^{3}\mathrm{H}\) (T) | 1 | 2 | 3.016049 u | Traza | 12,32 años | Radiactivo β\(^-\) dando \(\,^{3}\mathrm{He}\). Producido en reactores y utilizado para la fusión D–T. |
| Isótopos neutrónicos extremos — \(\,^{4}\mathrm{H},\,^{5}\mathrm{H},\,^{6}\mathrm{H},\,^{7}\mathrm{H}\) | 1 | 3 — 6 | — (resonancias) | No naturales | \(10^{-22}\) — \(10^{-21}\) s | Estados muy inestables observados en laboratorio; desintegración inmediata por emisión de neutrones. |
El hidrógeno es un reductor potente y forma enlaces químicos con muchos elementos: halógenos, oxígeno, azufre, metales, etc. Forma hidruros y puede comportarse como un ácido (donador de protón) o una base (aceptor de protón) según el contexto. El hidrógeno interviene en la reducción de óxidos metálicos liberando un protón cuando actúa como ácido, y en la hidrogenación de compuestos orgánicos capturando un protón cuando actúa como base.
El hidrógeno representa aproximadamente el 75 % de la masa bariónica del universo. Se sintetizó en grandes cantidades en el momento del Big Bang. En las estrellas, sirve como combustible para las reacciones de fusión termonuclear a través del ciclo protón-protón o el ciclo CNO. En el medio interestelar, se encuentra en forma atómica (H I), molecular (H₂) o ionizada (H⁺). Su línea de 21 cm es una herramienta clave en radioastronomía para mapear la estructura galáctica.
N.B. :
La línea de 21 cm es una señal de radio emitida por el hidrógeno neutro en el espacio. Ocurre cuando un ligero cambio en la orientación de los spines del protón y el electrón en el átomo de hidrógeno libera un fotón. Aunque esta transición es rara y muy débil, es muy útil para los astrónomos para "ver" la distribución del hidrógeno en nuestra galaxia y en galaxias cercanas, ya que atraviesa fácilmente las nubes de polvo que bloquean la luz visible.
El átomo de hidrógeno es el sistema cuántico más simple y sirve como modelo para probar las predicciones de la mecánica cuántica y la electrodinámica cuántica (QED). Su espectro electrónico, muy bien medido, permite limitar las constantes fundamentales y explorar hipótesis sobre la variación de estas constantes en el tiempo o el espacio.
