Aula1Hidrogenio (ok)

Hidrogênio
Prof.: Paulo C. Ribeiro
Química Inorgânica
Estrutura eletrônica
Estrutura atômica
Estrutura atômica
mais simples que
qualquer outro elemento;
1 próton e 1 elétron;
Configuração 1s1
Formas de estabilidades dos átomos de H
Ligação covalente com outro átomo
Preferencialmente com não metais (H2, H2O , HCl , CH4);
Muitos metais formam este tipo de ligação.
Perdendo 1 elétron para formar H+
O próton é extremamente pequeno;
Alto poder polarizante, o que deforma a nuvem eletrônica de outros
átomos;
Prótons livres não são encontrados em condições normais (H3O+).
Adquirindo 1 elétron e formando HSólidos cristalinos como o LiH contém o íon Hsendo
formado
por
metais
eletropositivos;
Ligação covalente é a mais comum.
altamente
Posição na tabela periódica
 Primeiro elemento da tabela periódica;
 Apresenta características únicas;
 Estrutura eletrônica semelhante a dos metais alcalinos,
quando estes possuem 1 elétron no nível mais externo;
 Quando reagem os MA tendem a perder este elétron se
tornando íons, enquanto o hidrogênio tende a compartilhar
o seu elétron.
 Semelhança com aos halogênios, os dois precisam de 1
elétron para se estabilizar;
 Os halogênios quando ganham 1 elétron formam íons
negativos, não é comum ao hidrogênio formar íon negativo;
 Estrutura eletrônica
do hidrogênio se assemelha aos
elementos do grupo 14 (nível mais externo semi preenchido);
 Observa-se diversas semelhanças
compostos organometálicos H- e CH3 - .
entre hidretos e
Abundância do Hidrogênio
 Universo é constituído por 92% de hidrogênio, 7% de hélio
e 1% dos demais elementos;
 Na atmosfera terrestre a quantidade de hidrogênio é muito
baixa devido
a pequena força gravitacional que não
consegue retê-lo em nossa atmosfera;
 É o 10º elemento mais abundante na crosta terrestre;
 Forma mais
compostos que qualquer outro
elemento;
 Ácidos, amônia, combustíveis fósseis, organismos
vivos, compostos orgânicos.
Obtenção do Hidrogênio
Processo Bosch
Homenagem ao
químico alemão Carl
Bosch (1874 – 1940)
Fonte: Google images, 2015.
Obtido em grande escala e baixo custo
Passagem do vapor de água sobre o coque
incandescente ao rubro a temperatura de
1000 oC
C + H2O
CO + H2 (gás d’água)
 Gás d’água, combustível importante;
 Libera grande quantidade de calor;
 Carbono quente remove o oxigênio do vapor de
água;
 Reação endotérmica;
 Com o calor absorvido a temperatura da reação
com o tempo cai
cessar.
reação lenta podendo até
 Coque deve ser reaquecido;
 Para isso, insufla-se ar pré-aquecido provocando
uma combustão parcial, a qual libera calor para a
primeira reação;
 C + O2
CO2 (Reação exotérmica)
 Gás carbônico produzido é eliminado com o
excesso de ar.
 Fases endotérmica e exotérmica são alternadas;
 Se o objetivo é produzir o hidrogênio puro à partir do
gás d’água, deve-se fazer passar o vapor de água a
450oC na presença de um catalisador de óxido de
ferro III (Fe2O3);
 CO + H2 + H2O
H2 + CO2 + H2
 Função da reação: Eliminar o CO e produzir mais
hidrogênio.
 Obtenção de uma mistura de dióxido de carbono e
hidrogênio;
 Para obter-se hidrogênio puro:
Usa-se o princípio que o dióxido de carbono é
100
vezes
mais
solúvel
em
água
que
o
hidrogênio. A solubilidade é aumentada com o
abaixamento de temperatura e aumento de
pressão.
 A mistura CO2 / H2O também pode ser separada
reagindo com K2CO3.
K2CO3 + CO2 + H2O
2 KHCO3
 Etanolamina
2HOCH2CH2NH2 + CO2 + H2O
(HOCH2CH2NH3)2 CO3
Processo de Reformação à Vapor
 Hidrogênio obtido por este processo é utilizado na síntese da
amônia (processo Haber) e na hidrogenação de óleos;
 Hidrocarbonetos leves são misturados com vapor de água e
passados sobre um catalisador de níquel a temperatura de
800 à 900oC;
 Encontra-se hidrocarbonetos leves no gás natural ou em
processos de craqueamento de náfta e óleos combustíveis.
 CH4 + H2O
CO + 3H2
 CH4 + 2H2O
CO2 + 4H2
 O produto da reação é uma mistura de CO, CO2, H2 e excesso
de vapor de água;
 Essa mistura é enriquecida com mais vapor, resfriada a 400oC,
passada
por
um
conversor
que
contém
catalisador
ferro/cobre, onde o CO é transformado em CO2
Finalizando, o CO2 é separado do hidrogênio
pelo K2CO3 ou a etanolamina.
 Em refinarias de petróleo
 Pelo craqueamento de naftas e óleos combustíveis
 O hidrogênio é um subproduto
 4) eletrólise da água
 5) subproduto da indústria do cloro e alcalis
Preparação do Hidrogênio pelo seu
deslocamento de ácidos (Lab.)
 Ácidos mais utilizados:
 Ácido sulfúrico diluído
 Ácido clorídrico diluído ou concentrado .
 Metal mais utilizado: Zinco .
Zn + H2SO4 (d)
H2 + ZnSO4
 Aparelhagem utilizada
 Um frasco kitassato
 Um funil de separação adaptado ao kitassato por rolha Um tubo de
vidro com substância desidratante em seu interior.
 O vapor de água é eliminado por cloreto de cálcio,
hidróxido de potássio ou óxido de fósforo ;
 O hidrogênio também pode conter hidreto de
arsênico (AsH3) e antimônio (SbH3) proveniente do
zinco;
 O hidrogênio puro está associado a utilização de
ácido e metais puros .
 Magnésio reage tanto com o ácido sulfúrico quanto
com o ácido clorídrico, mas a reação é mais violenta
do que com o zinco;
 A reação é lenta a frio, mas com boa velocidade
quando o ácido está aquecido;
 Chumbo não é utilizado pela reação ser muito lenta;
 Sódio e potássio não são utilizados porque podem
reagir explosivamente .
Ácido nítrico não é utilizado, pois reagindo
com o zinco forma o nitrato de amônio,
nitrato de zinco e água;
A reatividade dos metais está associada a
tabela de eletropositividade dos metais.
Preparação do Hidrogênio pelo seu deslocamento
de soluções aquosas de bases fortes
 Bases fortes em soluções concentradas como
hidróxido de sódio e de potássio reagem com metais
como
zinco,
alumínio
e
estanho,
produzindo
hidrogênio gasoso e hidroxo- complexos do metal .
Zn + 2 NaOH + 2 H2O
H2 + Na2{Zn(OH)4}
2Al + 2NaOH +6H2O
3H2 +2Na{Al(OH)4}
Sn +2NaOH +2H2O
H2 +Na2{Sn(OH)4}
 Tetraidroxozincato II de sódio;
 Tetraidroxoaluminato III de sódio;
 Teraidroxoestanato II de sódio;
 Alguns não metais também reagem com NaOH
 Si + 2NaOH + H2O
 Silicato de sódio
2H2 + Na2SiO3 .
PROPRIEDADES DO
HIDROGÊNIO MOLECULAR
 Gás mais leve conhecido
 Devido a sua baixa densidade, utilizado em balões
meteorológicos;
 Incolor, inodoro e quase insolúvel em água;
 Forma moléculas diatômicas onde os átomos estão
unidos por uma ligação muito forte (energia de ligação
435,9 Kj/mol);
 Em condições normais, não é muito reativo .
 Etapa fundamental em uma reação:
Quebra da ligação H-H .
 Muitas reações são lentas;
 Requerem elevadas temperaturas e ou o uso de
catalisadores (catálise heterogênea, MT);
 Catalisador enfraquece ou quebra a ligação HH, diminuindo a energia de ativação.
REAÇÕES COM USO DE
CATALISADORES
 Processo Haber de obtenção da amônia:
 Utiliza catalisador de ferro ativado
 Temperatura de 380-4500C
 Pressão de 200 atm;
 Hidrogenação de diversos compostos orgânicos
insaturados;
 Catalisadores de Ni, Pd, ou Pt .
 Obtenção do metanol pela redução do CO em H2
 CO + 2H2
CH3OH
 Ocorre a 3000C;
 300 atmosferas;
 Catalisador de Cr2O3/ZnO
 Hidrogênio queima ao ar formando água e uma grande
quantidade de energia.
 2H2 + O2
2H2O
H = - 485KJ/Mol
REAÇÃO COM HALOGÊNIOS
 Com flúor a reação é violenta, mesmo a baixas temperaturas;
 Com cloro é lenta no escuro, mas a reação sendo catalisada
por luz (fotocatálise) é rápida;
 Torna-se mais rápida à luz do dia
exposta a luz solar direta.

H 2 + F2

H2 + Cl2
2HF
2 HCl
e explosiva quando
HIDROGENAÇÃO DE ÓLEOS
 Usado em grande escala na hidrogenação de óleos
vegetais com a obtenção da gordura;
 Os ácidos graxos insaturados são hidrogenados na
presença de catalisador de paládio, formando
ácidos graxos saturados.
OBTENÇÃO DE ANILINA
Hidrogênio é muito usado na síntese da
anilina à partir do nitrobenzeno;
Na presença do catalisador de níquel, o
nitrobenzeno é hidrogenado a 6000 C

- NO2 + 3H2
- NH2
ASPECTOS ECONÔMICOS
DO HIDROGÊNIO
 Hidrogênio poderia substituir o carvão e petróleo como fonte
de energia;
 Combustão do hidrogênio libera água e grande quantidade de
energia;
 Combustão de hidrocarbonetos libera dióxido de enxofre,
óxidos de nitrogênio, dióxido de carbono e outros poluentes;
 Hidrogênio pode ser armazenado no estado gasoso em
cilindros confeccionados em aço próprio.
No estado líquido em recipientes criogênicos;
A vácuo ou dissolvido em vários metais;
Ex: liga de La Ni5 pode absorver sete mols de
hidrogênio por mol de liga à pressão de
2,5atm à temperatura ambiente.
ISÓTOPOS
 O hidrogênio na natureza é constituído por três
isótopos:
 Prótio
1H
1
 Deutério
 Trítio
3H
ou H;
2H
1
1
ou D
ou T
 Apresentam a mesma configuração eletrônica e
essencialmente as mesmas propriedades químicas
 Diferenças são encontradas na velocidade de reação
e nas constantes de equilíbrio;
 São os chamados Efeitos Isotópicos associados aos
diferentes números de massa;
 A diferença porcentual de massa entre os isótopos é
maior que qualquer outro elemento, o que acarreta
diferenças maiores de propriedades físicas.
06 de maio 1937, o dirigível Hindenburg
pegou fogo quando realizava manobras
para pouso em Lakehurst, New Jersey.
Dos 97 passageiros tripulantes a bordo, 62
foram resgatados, mas 35 morreram no
acidente juntamente com um membro da
tripulação do solo.
Orgulho da Alemanha nazista, o
Hindenburg era um meio luxuoso de
viajar;
Seus passageiros degustavam as
melhores comidas e bebidas
enquanto a nave cruzava os céus a
120 km/h.
http://pessoas.hsw.uol.com.br/o-inflamavel-hindenburg.htm
“Começamos a correr o mais rápido que podíamos, rezando na mesma
velocidade. O calor, a luz e a fumaça da explosão do hidrogênio, e a
percepção de que estávamos sob um enorme monstro em chamas que
afundava nos deixou com a sensação de estarmos presos... O monstro
inflamável caiu logo atrás de nós, a parte traseira batendo no chão
primeiro. (...) Correndo com a cabeça virada para trás, ouvi uma
mensagem do alto-falante: “Vocês estão em segurança, voltem e nos
ajudem”. Depoimento de um dos membros de apoio de equipe de solo.
http://pessoas.hsw.uol.com.br/o-inflamavel-hindenburg.htm