L’idrogeno,
scoperto nel 1776 da Henry Cavendish, è il più
abbondante elemento nell’universo, ma non è
presente in atmosfera, essendo 14,4 volte più leggero
dell’aria. È anche uno degli elementi
più abbondanti sulla crosta terrestre assieme a silicio ed
ossigeno. Combinato con ossigeno, azoto e carbonio costituisce uno
degli elementi fondamentali costituenti la vita animale e vegetale.
È il più leggero degli elementi, essendo
costituito solo da un protone e un elettrone.
In natura esiste anche l'isotopo 2, o deuterio, con un neutrone, ma
l'idrogeno 1, o prozio, è di gran lunga prevalente,
costituendo infatti il 99,98 della miscela naturale. L'idrogeno 3, o
trizio, con due neutroni, viene prodotto solo nelle interazioni
nucleari.
Come molti elementi gassosi l'idrogeno è diatomico ma ad
alte temperature si dissocia. Il gas idrogeno è una miscela
di due forme diverse, l'ortoidrogeno (con spin dei nuclei paralleli),
che costituisce circa il 75% della miscela, e il paraidrogeno (con spin
antiparalleli). Ha i punti di ebollizione e di fusione più
bassi di ogni altra sostanza, fatta eccezione per l'elio: solidifica a
-259,2 °C e liquefa a -252,77 °C. Allla temperatura di 0
°C e alla pressione di 1 atmosfera, si presenta allo stato
gassoso con densità di 0,089 g/litro. Il peso atomico
è di 1,007 u.a.
Si combina facilmente con l'ossigeno formando acqua. La reazione
avviene lentamente a bassa temperatura ma con andamento esplosivo sopra
i 550 °C. Il limite di infiammabilità è
molto ampio, essendo compreso fra il 4 e il 75 % in volume;
analogamente il limite di detonabilità è compreso
fra il 18,5 e il 59 % in volume.
L’idrogeno un contenuto di energia per unità di
massa più alto di ogni altro combustibile corrente, ovvero
possiede il più alto potere calorico superiore .
In tabella 1.1 sono riportate le principali caratteristiche fisiche
dell’idrogeno molecolare:
Tabella 1.1 Principali
proprietà fisiche dell'idrogeno molecolare.
| Massa molecolare |
2.01588 g/mole |
| Punto di fusione |
-259 °C (1,013 bar) |
| Punto di ebollizione |
-253 °C (1,013 bar) |
| Temperatura critica |
-239,9 °C (12,98 bar) |
| Densità (come gas in
condizioni standard) |
0.0838 Kg/m3 |
| Densità (come liquido a 253
°C) |
70 Kg/m3 |
| Potere calorico superiore |
141.8 KJ/g |
| Potere calorico inferiore |
119.9 KJ/g |
In tabella 1.2, invece, è riportato un confronto tra i
poteri calorici dell’idrogeno e di alcuni comuni combustibili:
Tabella 1.2 Poteri
calorici di alcuni combustibili comuni.
|
Combustibile
|
Potere
calorico superiore
|
Potere
calorico inferiore
|
|
Idrogeno
|
141.8 KJ/g
|
119.9 KJ/g
|
|
Benzina
|
47.5 KJ/g
|
44.5KJ/g
|
|
Gasolio
|
47.5KJ/g
|
42.5 KJ/g
|
|
Metano
|
55.5 KJ/g
|
50.0 KJ/g
|
Come si può osservare, il potere calorico
dell’idrogeno è di gran lunga il più
elevato, il che vuol dire che a parità di massa
l’idrogeno sviluppa una quantità di calore e,
quindi, di energia proporzionalmente superiore. A titolo di esempio, 1
kg d’idrogeno contiene la stessa quantità di
energia di 2.1 kg di gas naturale o di 2,8 kg di benzina.
