Si se hace pasar hidrógeno sobre los compuestos de muchos metales con oxígeno a calor rojo, este toma el oxígeno de los metales y los desplaza tal como él mismo es desplazado por los metales. Si se hace pasar hidrógeno sobre el compuesto de oxígeno con cobre a calor rojo, entonces se obtienen cobre metálico y agua —CuO + H2 = H2O + Cu. Este tipo de descomposición doble se denomina reducción con respecto al metal, el cual es reducido así al estado metálico a partir de su combinación con el oxígeno.
Pero debe recordarse que no todos los metales desplazan al hidrógeno de su compuesto con el oxígeno y, recíprocamente, el hidrógeno no es capaz de desplazar a todos los metales de sus compuestos con el oxígeno; así, no desplaza al potasio, al calcio ni al aluminio de sus compuestos con el oxígeno. Si los metales se disponen en la siguiente serie: K, Na, Ca, Al ... Fe, Zn, Hg ... Cu, Pb, Ag, Au, entonces los primeros son capaces de captar oxígeno del agua —es decir, desplazar al hidrógeno—, mientras que los últimos no actúan así, sino que son, por el contrario, reducidos por el hidrógeno —es decir, tienen, como suele decirse, una menor afinidad por el oxígeno que el hidrógeno, mientras que el potasio, el sodio y el calcio tienen una mayor.
Esto se expresa también por la cantidad de calor desprendido en el acto de combinación con el oxígeno (véase la Nota 9), y lo demuestra el hecho de que el potasio, el sodio y otros metales similares desprenden calor al descomponer el agua; pero el cobre, la plata y los análogos no hacen esto, porque al combinarse con el oxígeno desprenden menos calor que el hidrógeno, y por consiguiente sucede que cuando el hidrógeno reduce a estos metales se desprende calor.
Así, por ejemplo, si 16 gramos de oxígeno se combinan con cobre, se desprenden 38.000 unidades de calor; y cuando 16 gramos de oxígeno se combinan con hidrógeno, formando agua, se desprenden 69.000 unidades de calor; mientras que 23 gramos de sodio, al combinarse con 16 gramos de oxígeno, desprenden 100.000 unidades de calor.
Este ejemplo muestra claramente que las reacciones químicas que transcurren de forma directa y sin ayuda desprenden calor. El sodio descompone el agua y el hidrógeno reduce el cobre porque son reacciones exotérmicas, o aquellas que desprenden calor; el cobre no descompone el agua, porque tal reacción iría acompañada de una absorción (o sustracción) de calor, o pertenece a la clase de reacciones endotérmicas en las cuales se absorbe calor; y tales reacciones por lo general no transcurren directamente, aunque pueden tener lugar con la ayuda de energía (eléctrica, térmica, etc.) tomada en préstamo de alguna fuente ajena.50
La reducción de metales por hidrógeno se aprovecha para determinar la composición exacta del agua en peso. Por lo general, se elige óxido de cobre para este propósito. Se calienta al rojo vivo en presencia de hidrógeno y se determina la cantidad de agua así formada, hallándose la cantidad de oxígeno contenida en ella a partir de la pérdida de peso del óxido de cobre. El óxido de cobre debe pesarse inmediatamente antes y después del experimento. La diferencia muestra el peso del oxígeno que entró en la composición del agua formada. De este modo, solo es necesario pesar sólidos, lo cual representa una gran ventaja para la precisión de los resultados obtenidos.51
Dulong y Berzelius (1819) fueron los primeros en determinar la composición del agua por este método, y hallaron que el agua contiene 88,91 partes de oxígeno y 11,09 de hidrógeno en 100 partes en peso, o bien 8,008 partes de oxígeno por cada parte de hidrógeno.