L'idrogeno è il primo elemento chimico della tavola periodica degli elementi, ha come simbolo H e come numero atomico 1.
Allo stato elementare esiste sotto forma di molecola biatomica, H2, che a pressione atmosferica e a temperatura ambiente è un gas incolore, inodore, altamente infiammabile. L'idrogeno è l'elemento più leggero e più abbondante di tutto l'universo. È presente nell'acqua (11,19%) e in tutti i composti organici e organismi viventi. L'idrogeno forma composti con la maggior parte degli elementi, spesso anche per sintesi diretta. Le stelle sono principalmente composte di idrogeno nello stato di plasma. Questo elemento è usato nella produzione di ammoniaca, nell'idrogenazione degli oli vegetali, in aeronautica (nei dirigibili), come combustibile alternativo e, di recente, come riserva di energia nelle pile a combustibile.
L'idrogeno è l'elemento chimico più leggero. Il suo isotopo più comune (prozio) consiste di un singolo protone e di un elettrone. In condizioni normali di pressione e temperatura l'idrogeno forma un gas biatomico H2, con un punto di ebollizione di soli 20,27 K e un punto di fusione di 14,02 K.
Sottoposte a pressioni eccezionalmente alte, come quelle che si trovano al centro dei giganti gassosi (Giove ad esempio), le molecole perdono la loro identità e l'idrogeno diventa un metallo liquido. Al contrario, in condizioni di pressione estremamente bassa, le molecole H2 possono subire dissociazione se sottoposte a radiazione di opportuna frequenza e gli atomi individuali possono sopravvivere per un tempo sufficiente per esser rilevati. Nubi di H2 si formano e sono associate con la nascita delle stelle.
Questo elemento gioca un ruolo vitale nel fornire energia all'universo, attraverso processi di fusione nucleare che rilasciano enormi quantità di energia tramite la combinazione di quattro atomi di idrogeno in uno di elio.
Essendo il prozio (v. isotopi) il più semplice elemento chimico, è stato studiato dalla meccanica quantistica in maniera approfondita, vedi ad esempio l'articolo sull'energia degli stati stazionari dell'atomo di idrogeno.
La parola idrogeno deriva dalle parole greche ὕδωρ (acqua) e γίγνομαι (generare), ovvero generato dall'acqua. Venne individuato come sostanza distinta nel 1776 da Henry Cavendish; nominato inizialmente "aria infiammabile" da Joseph Priestley, poi Antoine Lavoisier lo riconobbe come elemento e gli diede nome.
Un sistema amatoriale per produrre una mediocre quantità di idrogeno utilizzando dei prodotti di facile recupero è quello che sfrutta la reazione della soda caustica NaOH sciolta nell'acqua con l'alluminio. Maggiore è la superficie del metallo esposta alla soluzione, maggiore sarà la velocità del processo; nel caso l'alluminio sia polverizzato, la reazione assumerà un carattere violento e quasi esplosivo. Il processo si svolge secondo la seguente equazione chimica:
2 NaOH + 2 Al + 2H2O → 2 NaAlO2 + 3 H2
Essendo esotermica, comporta una notevole produzione di calore, ne consegue quindi una produzione non indifferente di vapore acqueo, che il più delle volte deve essere eliminato utilizzando un elemento igroscopico come il cloruro di calcio, o per mezzo della semplice condensazione. Oltre all'idrogeno, viene prodotto anche un secondo composto, l'alluminato di sodio.
In pratica, circa 80 g di NaOH si combineranno con 54 g di alluminio per dar luogo a 67,2 l in condizioni normali.
Un'altra reazione impiegabile è la seguente:
NaBH4 + 2H2O → NaBO2 + 4 H2
Il boroidruro di sodio NaBH4 è un idruro irreversibile, che reagisce lentamente con l'acqua per liberare 4 moli di idrogeno per mole di composto a temperatura ambiente. In condizioni appropriate vengono liberati 0,213 g di idrogeno per 1 g di NaBH4, ovvero 2,37 litri (gas STP) per mole di composto. A temperature ordinarie, una volta messi a contatto NaBH4 e acqua, viene liberato dalla reazione solo un piccolo quantitativo dell'ammontare teorico d'idrogeno ricavabile dalla reazione. La diminuzione nella velocità iniziale di evoluzione dell'idrogeno è dovuta alla crescita del pH della soluzione che è causata dalla formazione degli anioni basici metaborato. A 298 K la variazione di entalpia (condizioni standard) della reazione d'idrolisi è pari a -217 kJ quindi la reazione è esotermica. Quando si utilizza il NaBH4 per produrre idrogeno è auspicabile che la reazione sia sufficientemente veloce da soddisfare i bisogni del sistema nel quale il gas viene impiegato. L'idrolisi viene quindi accelerata impiegando dei catalizzatori.
