Idrogeno, autobiografia di un atomo

Intervista al primo elemento della tavola periodica



«Nòva», il Sole 24 Ore, 2 febbraio 2006

Un atomo di idrogeno a colloquio

con Marco Magrini

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acché oro, argento e platino!». Ogni volta che sente parlare degli elementi più preziosi della Terra, va su tutte le furie. Però bisogna capirlo: l’idrogeno è un atomo aristocratico. Non solo perché è il primo elemento della Tavola Periodica, o perché è di gran lunga il più abbondante dell’universo. Le sue minuscole dimensioni – c’è un solo elettrone, a orbitare attorno al nucleo fatto di un solo protone – invece di sminuirlo, gli conferiscono un’eleganza leggiadra. E anche molto di più.

«Guardi – riprende, ancora un po’ iracondo – la questione è semplice: a fare l’universo 13,7 miliardi di anni fa c’eravamo noi, mica l’oro e l’argento». Al che si volta verso un altro atomo che gli sta accanto, quasi a cercarne con lo sguardo l’approvazione. «Qualcuno dice che noi siamo l’elemento della Creazione. Forse esagera un po’, ma nel tumultuoso attimo del Big Bang, quando in meno di tre secondi s’è creata la materia, c’eravamo solo noi al mondo…». Scusi, ma i libri di fisica parlano anche di elio e di litio. «Sì,beh… certo, certo che c’erano anche loro, mica abbiamo l’esclusiva», sorride, vagamente imbarazzato.

«Vede, ammetto che l’oro e l’argento siano belli e utili. Voi terrestri dovreste solo riconoscere che noi siamo ben più importanti». Come dargli torto? Senza idrogeno non ci sarebbe l’acqua, la doppia elica del Dna non starebbe in piedi, il Sole non brucerebbe. «Ecco sì, tutti esempi veri. Ma se dovessimo elencare ogni nostro contributo alla vita terrestre, lei resterebbe a bocca aperta. Non è così?», e si gira di nuovo verso l’amico – sarà un fratello? qualcosa di più? – per cercare un altro, taciturno cenno di assenso.

Beh, allora mi faccia restare a bocca aperta. «Lo sa di cosa è fatto Giove? Dunque, c’è un nocciolo di pietra piuttosto piccolo, circondato da idrogeno metallico, a sua volta circondato da idrogeno liquido, che è avvolto in idrogeno gassoso». Insomma, il più grande pianeta del sistema solare è costitutito principalmente dal più piccolo degli atomi. Talmente leggero che sulla Terra tende a levitare fino a sgusciare fuori dall’atmosfera, mentre su Giove viene trattenuto dall’immensa forza di gravità. Ma cosa c’entra Giove con la vita sulla Terra? «Semplice: senza di noi non ci sarebbe la spaventosa massa del pianeta che, per miliardi di anni, ha attratto su di sé un sacco di meteoriti che un giorno sarebbero altrimenti piovute sulla Terra. Incredibile no?».

Il Sole è fatto al 73,4% idrogeno e Giove all'89,8%. Sulla Terra non ce n'è così tanto ma gli oceani (H2O) coprono il 70,9% del pianeta


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dire il vero, è già abbastanza incredibile che due gas messi insieme diventino una cosa liquida – e preziosa – come l’acqua. Scusi, ma in che rapporti siete con gli atomi di ossigeno? «Antoine Lavoisier, ci chiamò idrogeno, da hydro e genes, perché noi “generiamo l’acqua”. È qualcosa di più di un mestiere. Una missione, direi. E gli atomi di ossigeno sono i partner ideali».


«Quando usate i pannelli solari ricordatevelo: è energia all’idrogeno anche quella!».un atomo

Immagino che siano “missioni” tutti i legami chimici covalenti, quelli dove condividete un elettrone con altri atomi. Il metano, ad esempio, dove quattro di voi si agganciano a un atomo di carbonio (CH4)… «Non mi parli del carbonio. Poveraccio. È così importante per la vita di questo pianeta, eppure così maltrattato, di questi tempi. Ci ha messo milioni di anni, per finire nel sottosuolo e combinarsi insieme a noi sotto forma di idrocarburi. Quando li bruciate, ci costringete a separarci. Andiamo in aria e ci leghiamo all’ossigeno. Però noi diventiamo acqua (H2O) e il carbonio, non è colpa sua, anidride carbonica (CO2). E poi alla fine lo accusate dell’atmosfera che cambia e della temperatura che sale. Le pare giusto?».

Potrei risponderle: è l’economia, bellezza. Abbiamo bisogno dell’energia per far girare il mondo, per produrre, per muoverci. Dovrebbe saperlo anche lei: all’inizio del Novecento, la vostra innata leggerezza era usata per sollevare palloni e dirigibili… «Non me ne parli. Finimmo sul banco degli imputati quando lo zeppelin Hindenburg prese fuoco, nel 1937. Certo, è noto che siamo infiammabili. Ma quell’incidente fu generato da un difetto di costruzione, o da un sabotaggio. E invece, alla fine ci rimpiazzarono con quel maledetto elio. Ma lo sa come fa uno Shuttle a proiettarsi fuori dall’atmosfera? Deve bruciare un milione e mezzo di litri di noi, raffreddati allo stato liquido».

Sì, però c’è una novità. Tutti dicono che, entro dieci o quindici anni, l’economia del carbonio diventerà l’economia dell’idrogeno. Non è contento? «Che domande, certo che sì. Non me ne stupisco. Il guaio è che prima dovete ancora imparare un sacco di cose». Gli sguardi fra i due atomi – fratelli, amici o fidanzati che siano – s’incrociano con l’atteggiamento insolente di chi la sa lunga. «Al centro del Sole, dove ci sono 13 milioni di gradi centigradi e una pressione spaventosa, 600 milioni di tonnellate di noi si convertono in elio ogni secondo. E tutto per regalarvi le piante e l’abbronzatura, le albe e i tramonti. A proposito, quando usate i pannelli solari ricordatevelo: è energia all’idrogeno anche quella!».

Dev’essere il gran lavoro, a rendere l’idrogeno così irascibile. Ma adesso si capiscono almeno i motivi di tutto quel rancore con l’elio: non è per quella storia dei dirigibili. Per accendere le stelle dell’universo, c’è bisogno che i protoni di due atomi d’idrogeno si sposino in uno solo, trasformandosi in elio. «Macché sposare!», ribatte con foga. «Noi stiamo bene così, insieme, a due a due», e indica l’atomo che gli sta accanto, col quale fa una molecola di H2: difatti, nessun atomo d’idrogeno va in giro da solo. «È vero che appena possibile ci leghiamo subito a ossigeno, carbonio, azoto e altri ancora. Sarà che soffriamo la solitudine. Ma diventare elio non è per niente bello». Si vede che anche far splendere le stelle, dev’essere una missione.

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Fino a oggi, la decantata Hydrogen Economy non si è vista. Se non nei prototipi e nei progetti dimostrativi.

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uesta paura della solitudine però, è il principale ostacolo alla nostra economia all’idrogeno. L’anno scorso, sulla Terra sono state prodotte 55 tonnellate cubiche di H2 (usate in gran parte per fare l’ammoniaca, NH3, dei fertilizzanti), con un valore di mercato di 135 miliardi di dollari. Il guaio è che produrre H2 costa: alle tasche e all’atmosfera.

Perché, al momento, per separare l’idrogeno dai suoi molti e morbosi legami ci vuole energia: il 48% dell’attuale produzione viene dal gas, il 30% dal petrolio, il 18% dal carbone; tutti idrocarburi. Solo il 4% viene dall’elettrolisi, che consiste nel dividere i due elementi che compongono l’acqua. «Gliel’ho già detto – rimarca il nostro atomo – avete ancora tanto da imparare».

L’acqua non ci manca. Nei mari e nei fiumi ce ne sono circa duemila miliardi di miliardi di litri. In un litro (a temperatura ambiente) ci sono circa 33 milioni di miliardi di miliardi di molecole H2, coppie di atomi d’idrogeno. Quindi l’idrogeno non ci manca.

«Molto bene. Allora ha capito che siamo più preziosi dell’oro e dell’argento? Lo scriva, lo scriva. E si ricordi che durante la combustione, ci leghiamo di nuovo all’ossigeno per ricostituire l’acqua; niente anidride carbonica». Con tutti i mestieri cha sa fare, dire che l’idrogeno sarà il nostro futuro è un eufemismo: è anche il nostro presente e il nostro passato.

All’improvviso però, il nostro atomo si congeda, insieme al suo silenzioso compagno. Una relazione misteriosa, la loro. Avremmo voluto fare altre domande. Cosa c’era prima del Big Bang? Come si fa a produrre idrogeno puro, in modo semplice ed economico? A anche: qual è la vera natura della vostra relazione di coppia? Ma la strada della conoscenza è fatta così: più sai, più domande hai. Dopo gli ancestrali interrogativi sul sesso degli angeli, da oggi potremmo filosofare anche sul sesso degli atomi.


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