Los muchos hidrógenos. Mas allá del protio, deuterio y tritio

El hidrógeno fue descubierto en 1766 por el físico inglés Sir Henry Cavendish, quien lo identificó como un gas inflamable que producía agua al arder. Fue una observación revolucionaria, aunque el nombre “hidrógeno” (que significa “productor de agua”) no fue acuñado hasta más tarde por Lavoisier.

Durante mucho tiempo se pensó que el hidrógeno solo tenía una forma, con masa atómica igual a 1. A este isótopo se le llama hoy protio y es el hidrógeno más abundante y estable. Sin embargo, investigaciones posteriores revelaron que el hidrógeno podía tener hermanos más pesados

Isótopos del Hidrógeno

Deuterio: el “hidrógeno pesado”

El equipo de Murphy y colaboradores descubrió una forma de hidrógeno dos veces más pesada que el protio, con un protón y un neutrón en su núcleo. A este isótopo se le llamó deuterio (^2H o D). Aunque es raro en la naturaleza, el deuterio es estable, y se encuentra en pequeñas proporciones en el agua: de hecho, existe el llamado “agua pesada” (D₂O).

Tritio: el isótopo radiactivo

Existe una tercera variedad, aún más rara: el tritio (^3H o T). Tiene un protón y dos neutrones, y es radiactivo. Aparece de forma natural en la atmósfera terrestre por la acción de los rayos cósmicos, pero en cantidades diminutas: se estima que hay unos seis gramos de tritio en toda la atmósfera.

El tritio tiene una vida media de 12,33 años y, al desintegrarse, se transforma en helio-3. También puede producirse en pruebas nucleares o en reactores, bombardeando litio-6 con neutrones. Sus usos van desde armas termonucleares hasta trazadores en geoquímica de isótopos, pasando por dispositivos de iluminación autoalimentados (como los indicadores luminosos de relojes o señales de emergencia).

Isótopos sintéticos: los más exóticos

Los avances en física nuclear han permitido crear isótopos artificiales de hidrógeno aún más pesados, como hidrógeno-4, hidrógeno-5, e incluso hidrógeno-6 y hidrógeno-7. Todos ellos son extremadamente inestables con una vida media alrededor de los zeptosegundo (10-21 segundos)

Por ejemplo, el hidrógeno-7 fue sintetizado por primera vez en 2003 por un equipo internacional en el laboratorio RIKEN (Japón). Para lograrlo, bombardearon átomos de hidrógeno con helio-8, de modo que los neutrones del helio fueron transferidos al núcleo del hidrógeno. El resultado fue un átomo efímero, que existe durante menos de un zeptosegundo (10⁻²¹ segundos) antes de desintegrarse. Estos isótopos son curiosidades de laboratorio, pero ayudan a entender los límites de la estabilidad nuclear.

Aún más exótico

Hidrógeno muónico

Existe otro tipo curioso de hidrógeno, aún más raro, que no depende del número de neutrones, sino de su electrón. En el hidrógeno muónico, el electrón es reemplazado por una partícula llamada muón, que también tiene carga negativa pero es unas 200 veces más pesada.

Helio Muónico o Hidrógeno 4.1

En este caso es un átomo exótico de helio 4 (2 protones y 2 neutrones) donde al igual que arriba cambiamos uno de sus electrones por un muón. Su radio orbital con respecto al núcleo es muy pequeño, está 2 veces más cerca que un electrón tanto que se podría considerar como parte del núcleo y su carga se anularía con la de un protón. El núcleo tendría carga +1 y el único electrón que queda carga -1. El muón es más pesado que un electrón, en concreto pesa 0,1 Dalton por lo que recibe el nombre de hidrógeno 4.1

En cuanto a su comportamiento químico se asemeja mucho más a un hidrógeno que al helio

Hidrógeno Metálico

Cuando pensamos en hidrógeno pensamos en un gas que no tiene nada que ver a cuando vemos un metal, incluso si enfriamos tanto el hidrógeno hasta que se vuelva sólido no tiene nada similar. Esto es debido al tipo de enlace que los une y la libertad que deja a los electrones dentro de este. En determinadas condiciones de presión y temperatura se cree que podemos forzar a los átomos de hidrógeno a tener un enlace metálico. Todavía no se ha obtenido aunque se teoriza que se encuentra en el interior de los gigantes gaseosos. Sin duda un tema muy interesante del que dedicare una entrada entera