Este artículo forma parte de la sección The Conversation Júnior, en la que especialistas de las principales universidades y centros de investigación contestan a las dudas de jóvenes curiosos de entre 12 y 16 años. Podéis enviar vuestras preguntas a tcesjunior@theconversation.com
Antonio Manuel Romerosa Nievas, Universidad de Almería
Pregunta de Samuel, de 14 años. IES Azcona. Almería
Los átomos son como la mayoría de las personas: no les gusta vivir solos. Los únicos que se mantienen sueltos son los llamados gases nobles, mientras que los demás “se calman” cuando se unen entre ellos. Es así como se forman todos los compuestos químicos que conocemos.
Átomos que hacen muy buenas migas
Esa es la razón por la que no encontramos átomos de hidrógeno (de símbolo H) o de oxígeno (O) en la naturaleza, pero si sus moléculas de dihidrógeno (H-H) y de dioxígeno (O-O), como si fueran dos hermanos gemelos que siempre van juntos. Así, cuando hablamos de hidrógeno y oxígeno, se sobreentiende que son las moléculas de esos elementos, no los átomos por separado.
Pero al igual que sucede con los hermanos o los amigos, y por muy a gusto que estén cuando se reúnen en las condiciones adecuadas, las moléculas reaccionan entre sí, dando lugar a otras mucho más estables.
La peculiaridad del hidrógeno es que puede reaccionar con el resto de átomos –incluso con los gases nobles en determinadas circunstancias–, proceso en el que se desprende energía.
Y como es de imaginar, no todas las reacciones del hidrógeno producen la misma energía, igual que no estamos igual de bien con todos nuestros amigos. Un átomo con el que hace realmente muy buenas migas es el oxígeno, con quien forma agua (el famoso H₂0).
La formación de agua desprende un montón de energía
Nos referimos a una de las reacciones químicas que desprende mayor energía (−286 kJ/mol) en la naturaleza; tanta que un kilogramo de hidrógeno produce 120 megajulios (MJ). Es una cantidad muy grande, sobre todo si la comparamos con los 47 MJ que libera un kilo de gasolina.
El propio nombre del elemento nos da una pista: hidrógeno proviene de la palabra griega ὕδωρ (hýdōr), que significa “que produce agua”. Constituido únicamente por un protón y un electrón, es el elemento químico más pequeño que se conoce. Por eso la molécula de dihidrógeno es un gas, faltándole un electrón para completar su capa electrónica.
Los átomos están constituidos por el núcleo, en donde se concentra la carga positiva, y los electrones, que giran alrededor. Esos electrones, igual que las partes de un edificio, se ordenan en capas por encima del núcleo. Si estas no tienen “agujeros”, los átomos consiguen la máxima estabilidad.
El oxígeno también es pequeño y gaseoso, con la diferencia de que le faltan dos electrones para completar su propia capa electrónica. La solución que encuentran ambos es compartir esos electrones, lo que explica que en el agua haya dos hidrógenos por cada oxígeno (H₂O). Es como si a los átomos les faltara una pared en sus casas. Compartiéndolas entre ellos, la completan y ahorran el dinero de tener que construirla por separado.
Ya hemos dicho antes que el hidrógeno desprende mucha energía al reaccionar con el oxígeno. Como este elemento abunda en nuestra atmósfera –y por lo tanto es gratis–, se pensó que su quema o combustión con el oxígeno podría ser la forma ideal para obtener energía de forma controlable. Y sin efectos contaminantes, ya que el único residuo que se produce es agua.
Cómo podemos evitar que se caliente el planeta
Actualmente, mucha de la energía que usamos en nuestra vida cotidiana proviene de quemar hidrocarburos, como la gasolina. Gracias a esta reacción nos desplazamos en nuestro coche, viajamos en avión o en barco, calentamos nuestra casa o producimos electricidad.
Dicha reacción es controlable y práctica, pero tiene un problema que ha adquirido las proporciones de problemón: desprende dióxido de carbono (CO₂), otra molécula muy pequeña, estable y gaseosa que bloquea el paso de la radiación infrarroja, la que nos hace sentir calor.
Esa propiedad está haciendo que la Tierra se caliente de forma progresiva conforme la cantidad de CO₂ aumenta en nuestra atmósfera. De ahí el interés de usar el hidrógeno como fuente de energía.
Un obstáculo es que la reacción del hidrógeno con el oxígeno produce tanta energía que es difícil de controlar. Entre las muchas técnicas de las que disponemos y se investigan para conseguirlo, destacan las pilas de combustible, gracias a las cuales ambos gases reaccionan generando electricidad, no calor. Estos dispositivos son capaces de mover un coche, un autobús o incluso un avión.
A pesar de lo prometedora que resulta esta tecnología, todavía queda tiempo para que podamos ver a los vehículos con pilas de hidrógeno conquistando nuestras carreteras. La esperanza es que dentro de pocos años sea posible usar este elemento como combustible de manera generalizada. Y que las hidrogeneras sustituyan a las gasolineras.
El museo interactivo Parque de las Ciencias de Andalucía colabora en la sección The Conversation Júnior.
Antonio Manuel Romerosa Nievas, Catedrático de Química Inorgánica, Universidad de Almería
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
