H · Elemento 1 · Non metallo
L'atomo più semplice che esista — un protone, un elettrone — e circa il 90% di ogni atomo nell'universo.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca l’idrogeno tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Stesso elemento, neutroni diversi
Tutti gli atomi di idrogeno hanno lo stesso numero di protoni, 1, e differiscono solo per il numero di neutroni: queste varianti sono i suoi isotopi. Il più comune, H-1, ha 0 neutroni e costituisce il 99,9855% dell’idrogeno naturale.
| ISOTOPO | Neutroni | Abbondanza naturale | Tempo di dimezzamento | Modalità di decadimento |
|---|---|---|---|---|
| H-1 più comune | 0 | 99,9855% | Stabile | — |
| H-2 | 1 | 0,0145% | Stabile | — |
| H-3 | 2 | — | 12,32 anni | β⁻ |
Qui la scorciatoia scolastica, massa atomica arrotondata (1,008) meno numero atomico, dà la stessa risposta: 0.
Modi di decadimento
Dati: IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, valutazioni degli stati fondamentali, consultati il 10 ottobre 2026. L’abbondanza è la quota di atomi nell’elemento naturale; un trattino indica che l’isotopo non ha un’abbondanza naturale di riferimento.
Dimensioni, in scala
Raggio 53 pm — cioè 0,053 nm, quindi ne servirebbero circa 9,43 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Tra 14 K e 20 K l’idrogeno è liquido: un intervallo di 6 K.
La storia
L'idrogeno (H) è l'elemento 1, il più leggero e il più semplice: un tipico atomo di idrogeno è formato da un protone e un elettrone. È l'elemento più abbondante dell'universo, pari a circa tre quarti della materia ordinaria in massa e a circa nove atomi su dieci. Si trova in cima al gruppo 1 della tavola periodica, ma è un non metallo, non un metallo alcalino.
A temperatura ambiente l'idrogeno è un gas incolore e inodore formato da molecole di H₂. La sua densità è di 0,08988 g/L a 0 °C e a pressione normale, circa 14 volte inferiore a quella dell'aria. Condensa allo stato liquido a −252,87 °C (20,28 K) e solidifica a −259,14 °C (14,01 K).
Henry Cavendish identificò l'idrogeno come sostanza distinta nel 1766, chiamandolo "aria infiammabile"; sperimentatori precedenti, come Robert Boyle, avevano prodotto il gas da metalli e acidi senza riconoscerlo come elemento. Nel 1783 Antoine Lavoisier lo chiamò hydrogène, dal greco "generatore d'acqua", perché bruciando nell'ossigeno forma acqua.
L'unico elettrone dell'idrogeno occupa il primo e unico guscio (configurazione 1s¹). L'atomo può perdere questo elettrone formando H⁺, condividerlo in legami covalenti, come nell'acqua e nel metano, oppure acquistare un secondo elettrone formando lo ione idruro, H⁻.
L'idrogeno ha tre isotopi. Il prozio (idrogeno-1) non ha neutroni e costituisce circa il 99,985% dell'idrogeno naturale. Il deuterio (idrogeno-2) ha un neutrone e ne costituisce circa lo 0,015%. Il trizio (idrogeno-3) ha due neutroni, è radioattivo, con un tempo di dimezzamento di 12,3 anni, ed è presente solo in tracce.
Applicazioni
La maggior parte dell'idrogeno viene usata dove è prodotta, negli impianti chimici e nelle raffinerie di petrolio. Gli usi principali sono la produzione di ammoniaca per i fertilizzanti con il processo Haber-Bosch (N₂ + 3H₂ → 2NH₃), la raffinazione del petrolio greggio tramite idrocracking e la rimozione dello zolfo dai carburanti, e la produzione di metanolo. Secondo l'Agenzia internazionale dell'energia, la domanda mondiale si avvicina a 100 milioni di tonnellate all'anno, e quasi tutta è ancora prodotta da combustibili fossili.
Da dove proviene
1400 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 91% degli elementi
L'idrogeno si è formato nei primi minuti dopo il Big Bang ed è ancora il componente principale delle stelle e del gas interstellare. Le stelle, compreso il Sole, brillano fondendo l'idrogeno in elio, e i pianeti giganti Giove e Saturno sono costituiti soprattutto da idrogeno.
L'idrogeno gassoso libero è raro sulla Terra. È così leggero che sfugge dall'alta atmosfera, e l'aria ne contiene solo circa 0,5 parti per milione. Quasi tutto l'idrogeno terrestre è legato in composti: l'acqua (11% di idrogeno in massa), il gas naturale, il petrolio e il carbone, i minerali argillosi e tutti gli esseri viventi. Costituisce circa lo 0,14% della crosta terrestre in massa. Si conoscono alcuni accumuli naturali sotterranei di idrogeno gassoso, come quello sfruttato da un pozzo in Mali, e i geologi ne stanno cercando altri.
L'industria produce idrogeno soprattutto con lo steam reforming del gas naturale (CH₄ + H₂O → CO + 3H₂, seguito dalla reazione di spostamento del gas d'acqua) e con la gassificazione del carbone; una parte è un sottoprodotto della raffinazione del petrolio. L'elettrolisi dell'acqua, che può funzionare con elettricità rinnovabile, fornisce ben meno dell'1% della produzione (IEA).
Manipolazione
L'idrogeno è estremamente infiammabile. Brucia nell'aria a qualsiasi concentrazione compresa tra circa il 4% e il 75% in volume, uno degli intervalli più ampi tra tutti i gas, e basta pochissima energia per innescarlo. La sua fiamma è azzurro pallido e quasi invisibile alla luce del giorno, per cui un incendio di idrogeno può essere difficile da vedere.
L'idrogeno non è tossico e per esso non è fissato alcun limite di esposizione professionale. In uno spazio chiuso può spostare l'ossigeno e causare asfissia. L'idrogeno liquido, a circa −253 °C, provoca gravi ustioni da freddo a contatto.
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Risposte rapide
L’idrogeno (simbolo H) è l’elemento 1 della tavola periodica, un non metallo del periodo 1, gruppo 1. L'atomo più semplice che esista — un protone, un elettrone — e circa il 90% di ogni atomo nell'universo. A temperatura ambiente è un gas.
1s¹, con 1 guscio occupato e la distribuzione 1.L’idrogeno fonde a 14 K (-259,1 °C) ed entra in ebollizione a 20,3 K (-252,9 °C).
La massa atomica standard dell’idrogeno è 1,008 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
L’atomo di idrogeno più comune, H-1, ha 0 neutroni: il suo numero di massa, 1, meno il suo numero atomico, 1. Costituisce il 99,9855% dell’idrogeno naturale. La scorciatoia scolastica, massa atomica arrotondata (1,008) meno numero atomico, dà lo stesso risultato: 0.
A temperatura ambiente l’idrogeno è un gas; a 0 °C e 1 atm la sua densità è di circa 0,09 g/L, quindi è più leggero dell’aria.
L’elettronegatività dell’idrogeno secondo la scala di Pauling è 2,2. La scala va da 0,70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3,98 (fluoro, il più incline). I valori in questa fascia intermedia tendono a formare legami covalenti anziché legami fortemente ionici.
La scoperta dell’idrogeno risale al 1766, per opera di Henry Cavendish. Origine del nome: dal greco hydro + genes, "che forma l'acqua".
L’idrogeno costituisce circa il 0,14% della crosta terrestre: è abbastanza comune da poter essere estratto su larga scala.