O ELEMENTO HIDROGÊNIO

O ELEMENTO
HIDROGÊNIO
INTRODUÇÃO
Embora na terra ocupe o nono lugar entre
os elementos em termos de ocorrência,
correspondendo a 0,9% da massa do
planeta, é o mais abundante no universo,
pois apresenta cerca de 75% de toda a
massa cósmica.
Existe nas estrelas em grande quantidade
no estado de plasma. Aparece também em
milhões de substâncias, como por exemplo
na água e nos compostos denominados
orgânicos.
O ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
A estrutura atômica do hidrogênio, a mais
simples de todos os elementos químicos,
apresenta um próton no núcleo, e um
elétron, na camada externa.
Na Tabela se encontra na Família IA
(metais alcalinos), pois possui apenas 1
elétron, no entanto ele não é metal sob
condições normais.
PROPRIEDADES NUCLEARES
Há 3 isótopos de hidrogênio:
1.
Próprio hidrogênio (1H) ou (H): 99,986%
2.
Deutério (2H) ou (D): 0,014%
3.
Trítio (3H) ou (T): 7x10-16%
OBS!! Somente o Trítio é radioativo
ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO E ÍONS
Energia de Ionização do H = 1310 KJ/mol
Afinidade Eletrônica do H = 77 KJ/mol
Eletronegatividade do H = 2,2 (similar ao C)
O hidrogênio atômico não se encontra
livre na natureza, mas sim combinado em
grande número de compostos.
Quando perde um elétron, constitui um
cátion H+, que é na realidade um próton.
Em outros casos se produz por meio do
ganho de um elétron para formar o ânion
hidreto H─, presente apenas em
combinações com metais alcalinos e
acalinos-terrosos.
Na maioria dos compostos o H apresenta
carga + 1
Ex: HCl, H2O
H = +1
ou (H+).
O átomo de H forma compostos com os
metais (IA e IIA) que são chamados de
“hidretos metálicos”
Ex: NaH, AlH3
H = -1 ou
(H-)
HIDROGÊNIO MOLECULAR
(H2)
Em seu estado molecular, H2, como se
encontra na natureza, constitui-se de dois
átomos de hidrogênio, ligados por
covalência
PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO
MOLECULAR (H2)
O comprimento da ligação H─H é
curta: 0,74 Ǻ
Forças de atração entre as moléculas
vizinhas são pequenas.
O hidrogênio molecular, é o gás mais leve
que se conhece, é incolor, inodoro,
insípido e insolúvel em água.
Sua densidade é 14 vezes menor que a
do ar.
PRODUÇÃO DO H2
Grande parte do hidrogênio (H2) para
indústria é produzido pela reação a alta
temperatura do H2O com o CH4.
CH4 (g) + H2O (g) → CO (g) + 3 H2 (g)
à 1000ºC
Entre outros métodos para obtenção do
hidrogênio, o mais conhecido e também mais
pesquisado é a eletrólise da água.
UTILIZAÇÃO DO H2
As aplicações do hidrogênio estão desde
o
processamento de hidrocarbonetos
combustíveis até na síntese da amônia
HIDROGÊNIO: O
COMBUSTÍVEL DO FUTURO
Desde o início do século XIX, os cientistas
identificaram o hidrogênio como uma fonte
potencial de combustível.
Os usos atuais do hidrogênio incluem
processos industriais, combustível para
foguetes e propulsão para cápsulas
espaciais.
Quando produzido de fontes e tecnologias
renováveis, como hidráulica, solar ou
eólica, o hidrogênio torna-se um
combustível renovável.
CÉLULAS A COMBUSTÍVEL
Dispositivo
eletroquímico que
converte energia
química em
eletricidade e calor
Dentro da célula a combustível, o gás hidrogênio
pressurizado é bombeado para o terminal negativo, o
ânodo. O gás é forçado a atravessar o catalisador.
Quando a molécula de hidrogênio entra em contato
com o catalisador, ela se separa em dois íons de
hidrogênio (H+) e dois elétrons (e-).
O oxigênio (O2), retirado do ar, entra na célula a
combustível pelo terminal positivo, o cátodo. O
gás é forçado a se dispersar no catalisador.
O catalisador separa a molécula de oxigênio em dois
átomos de oxigênio.Cada átomo de oxigênio atrai dois
íons H+ através do eletrólito. Estes dois íons H+
combinam com o átomo de oxigênio para formar a
molécula de água (H2O). Nesta reação, uma certa
quantidade de calor é liberada.
BENEFÍCIOS AMBIENTAIS
Emissão nula de CO2
Por cada kg de hidrogênio utilizado em
vez de petróleo, 3 kg de CO2 são
evitados.
Eficiência 4 vezes superior ao motor de
combustão
Único resíduo é água potável
Não há barulho no seu funcionamento
REAÇÕES DO HIDROGÊNIO
(H2)
Reage muito lentamente com a
maioria dos outros elementos.
Energia para quebrar a ligação H─H é
muito alta.
Condições Especiais!!!!!!
DISSOCIAÇÃO (QUEBRA) SOBRE
UMA SUPERFÍCIE METÁLICA
COORDENAÇÃO (LIGAÇÃO) AO
ÁTOMO DE IRÍDIO (Ir)
CLASSIFICAÇÃO DOS
COMPOSTOS DE HIDROGÊNIO
1.
Compostos Moleculares
2.
Hidretos Salinos
3.
Hidretos Metálicos
1 - COMPOSTOS
MOLECULARES
H com elementos eletronegativos dos
grupos III A ao VII A
H2O
NH3
CH4
ÁGUA
A água tem uma estrutura molecular
simples. Ela é composta de um átomo de
oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Cada
átomo de hidrogênio liga-se covalentemente
ao átomo de oxigênio, compartilhando com
ele um par de elétrons.
O oxigênio também tem um par de elétrons
não compartilhados. Assim, há 4 pares de
elétrons em torno do átomo de oxigênio,
dois deles envolvidos nas ligações
covalentes com o hidrogênio e dois pares
não-compartilhados no outro lado do átomo
de oxigênio.
O─H são
ligações
covalentes
PONTES DE HIDROGÊNIO
H ligado ao F, O e N
Influenciam
em
muitas
propriedades:
principalmente nos pontos de ebulição dos
compostos
Cada molécula de água estabelece quatro
ligações de hidrogênio com as moléculas
vizinhas, sendo, portanto,muito intensas as
forças que as mantêm unidas.
A força combinada de muitas pontes
de H pode ser grande.
PROPRIEDADES FÍSICAS E
QUÍMICAS DA ÁGUA
ESTADO FÍSICO
Metano (MM=16), o etano (MM=30), o
propano (MM=44), a amônia (MM=17), o
dióxido de carbono (MM=44) são todos
gases a 25 ºC .
No entanto, a água (MM=18) a esta
temperatura é um líquido.
DENSIDADE
Os sólidos são, geralmente, mais compactos
que os líquidos e os gases. Com o aumento
da temperatura da substância, a sua
densidade decresce, em geral.
A água líquida é a única substância comum
que se expande quando congela.
Na fase sólida (gelo) a água apresenta uma
estrutura bem ordenada, aberta e muito
estável.
SÓLIDO
LÍQUIDO
PONTO DE EBULIÇÃO
As pontes de hidrogênio constituem uma
força de atração particularmente elevada
entre as moléculas de água, inibindo a sua
separação e “fuga” na forma de vapor.
Sem as pontes de hidrogênio, a
temperatura de ebulição da água poderia
chegar a -80ºC, existindo na superfície
terrestre somente na forma gasosa.
AMÔNIA (NH3)
O amoníaco, gás amoníaco ou amônia é
um composto químico cuja molécula é
constituída por um átomo de Nitrogênio (N)
e três átomos de Hidrogênio (H) de fórmula
molecular (NH3), cuja formula estrutural é:
OBTENÇÃO DA AMÔNIA
Atualmente o processo de Haber-Bosch (cujo
desenvolvimento valeu a Fritz Haber e a Carl
Bosch o Prémio Nobel da Química de 1918 e
1931, respectivamente) é o mais importante
método de obtenção da amônia. Neste processo
os gases nitrogênio e hidrogênio são
combinados diretamente a uma pressão de 200
atm e temperatura de 500ºC, utilizando o ferro
como catalisador.
N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 ( g )
APLICAÇÕES DA AMÔNIA
A amônia e seus derivados uréia, nitrato
de amônio e outros são usados na
agricultura como fertilizantes. Também é
componente de vários produtos de
limpeza.
FERTILIZANTES NITROGENADOS
Fertilizantes ou adubos são compostos
químicos que visam suprir as deficiências
em substâncias vitais à sobrevivência dos
vegetais. São aplicados na agricultura com
o intuito de melhorar a produção.
O nitrogênio é essencial para o crescimento
das plantas, particularmente das folhas, já
que ele é um constituinte dos aminoácidos
e das proteínas, necessárias para a
produção de novas células.
Outra aplicação da amônia é o uso nos
sistemas de refrigeração industrial, o que
se chama refrigeração por amônia. Ela é
usada na indústria de pescados, fábricas
de gelo, laticínios e frigoríficos.
O poder refrigerante da amônia se deve
ao fato dela ser um agente refrigerante, ou
seja, uma substância que absorve grande
quantidade de calor ao passar do estado
líquido para o gasoso.
2 - HIDRETOS SALINOS
Os hidretos salinos são os hidretos
formados pelos elementos da família 1A e
2A, alcalinos e alcalinos terrosos. O
hidrogênio
comporta-se
como
um
halogênio e recebe um elétron do metal
Ex: LiH, NaH, MgH2 etc
As evidências
basicamente:
do
caráter
salino
são
Os hidretos salinos quando fundidos
conduzem corrente elétrica, por exemplo o
hidreto de lítio P.F. = 691oC.
Submetidos a uma eletrólise, desprendem
gás hidrogênio.
HIDRETO DE SÓDIO (NaH)
3 - HIDRETOS METÁLICOS
Compostos de H com metais da Família III A,
IV A, VA e do bloco d