CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO – ES

2º Período Curso: Licenciatura em Química Prof. Marden Sardenberg

1ª PRATICA Disciplina: Laboratório de Inorgânica Aluno(a): BIANCA CARDOSO

Obtenção e Propriedades do HIDROGÊNIO I. OBJETIVO:

Produzir hidrogênio em laboratório a partir de magnésio e ácido clorídrico Verificar algumas de suas propriedades

II. INTRODUÇÃO TEÓRICA

O hidrogênio é o mais leve dos gases. Suas moléculas são formadas pela união de dois átomos de hidrogênio, que é o mais leve dos átomos. É incolor, insípido e inodoro, se bem que possa apresentar odor desagradável por causa de impurezas produzidas em sua obtenção. É um dos gases mais difíceis de ser liquefeito, pois seu ponto de ebulição é – 252,7 ºC .

Nesta aula produziremos o gás hidrogênio pelo processo utilizado em laboratório. Esse processo consiste em reagir zinco metálico com uma solução de ácido clorídrico

Mg + 2HCl MgCl2 + H2

O gás hidrogênio será recolhido em tubos de ensaio, e nós testaremos suas propriedades organolépticas e sua combustão. Podemos usar o zinco porque ele reage mais lentamente que o magnésio.

III. MATERIAIS E REAGENTES

Bico de Bünsen Cuba de vidro Rolhas Tubos de ensaio Caixa de fósforo Sabão Vareta de vidro Solução de HCl 20% Glicerina Suporte universal Magnésio ou zinco em aparas Béquer de 100 mL Estante para tubos de ensaio

IV. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1. Dobre uma vareta de vidro de aproximadamente 20 cm e fure uma rolha para montar o aparelho da figura ao lado.

2. Coloque água em uma cuba de vidro até 2/3 do volume.

3. Encha três tubos de ensaio com água e, tapando cada um com a mão, mergulhe-os, cheios, de cabeça para baixo na cuba.

4. Em um béquer de 100 mL, prepare uma solução de sabão com água e adicione pequena porção de glicerina.

5. No tubo de ensaio preso ao suporte universal, ponha uma solução de 20% de HCl até 1/3 do volume.

6. Com todo equipamento pronto, adicione ao tubo que contém ácido duas pontas de espátula de aparas de magnésio ou zinco e feche-o com uma rolhas.

7. Coloque um dos tubos de ensaio com água na extremidade da saída de H2 (dentro da cuba de vidro). Caso demore para começar a produção de gás, aqueça levemente o tubo que contém Zn e HCl.

8. Recolha o gás desprendido nos três tubos de ensaio que contêm água e que foram colocados na cuba de vidro. Feche-os com uma rolha assim que estiverem cheios de gás e coloque na estante.

9. Retire da cuba de vidro a extremidade da mangueira de látex por onde está saindo H 2 e coloque essa extremidade da mangueira no béquer que contém água, sabão e glicerina, de modo que saiam bolhas de são com H2.

10. Quando bolhas contendo H2 estiverem subindo, faça chegar próximo a elas um fósforo aceso ou a chama de um isqueiro. Um estampido identifica a presença de H2.

11. Retire a rolha de um dos tubos de ensaio do item 8 e aproxime da boca desse tubo um palito de fósforo ou isqueiro. Um estampido indica a presença de H2.

12. Repita o mesmo teste para os outros dois tubos de ensaio.

V. QUESTÃO DE VERIFICAÇÃO

I. Escreva a reação de combustão do hidrogênio.

II. Escreva a reação de obtenção de hidrogênio, utilizando magnésio e ácido sulfúrico. III. Cite três propriedades físicas do hidrogênio.

PROPRIEDADES

O hidrogênio (do grego υδρώ, água e γένος-ου, gerar) é um elemento químico de símbolo H, número atômico 1 (1 prótone 1 elétron) e de massa atómica 1 (1 u). Na temperatura ambiente é um gás diatômico (H2) inflamável, incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água. Por possuir propriedades distintas, não se enquadra em nenhuma família da tabela periódica, por isso é dito que pertence a família do hidrogênio, é colocado na coluna 1(ou familia 1A) apenas por possuir 1 próton em seu núcleo.Em tabelas periódicas recentes ele é colocado no centro e acima da mesma. É o elemento químico mais abundante do Universo, existente em grande quantidade nas estrelas no estado de plasma. Aparece também em milhões de substâncias, como por exemplo na água e nos compostos denominados orgânicos, e é capaz de reagir com a maioria dos elementos. O núcleo do isótopo mais abundante é formado por um único próton e nenhum nêutron. Entretanto, existem outros dois isótopos: o deutério, que tem apenas um nêutron e o trítio que tem dois nêutrons. Em 2001 foi criado em laborário o isótopo H4 e, a partir de 2003, foram sintetizados os isótopos H5 até H7.

Em laboratório é obtido pela reação de ácidos com metais, tais como o zinco. Industrialmente é obtido pela eletrólise da água. O hidrogênio é empregado na produção industrial do amoníaco e pode ser utilizado como combustível.

É o elemento químico de menor densidade, possuindo o seu isótopo mais abundante um único par próton- eletron. Nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP) forma um gás diatómico, de fórmula molecular H2, com ponto de ebulição de 20,27 K (-252,88 °C ) e de fusão 14,02 K (-259,13 °C). Submetidas a alta pressão, tal como ocorre no núcleo das estrelas gigantes gasosas, as moléculas mudam sua natureza e o hidrogênio se torna um líquido metálico. Quando submetido a pressão muito baixa, como no espaço, o hidrogênio tende a existir na forma de átomos individuais, simplesmente porque é muito pequena a probabilidade de se combinarem, entretanto, quando isso acontece, podem formar nuvens de H2 que se associam para a criação das estrelas.

Esse elemento tem uma função fundamental no universo, já que através da fusão nuclear (combinação de átomos de hidrogênio resultando átomos de hélio ) ocorre liberação de uma imensa quantidade de energia

APLICAÇÕES

Industrialmente são necessárias grandes quantidades de hidrogênio, principalmente no processo de Haber para a obtenção de amoníaco, na hidrogenação de graxas e azeites e na obtenção de metanol. Outros usos que podem-se citar são:

Produção de ácido clorídrico, combustível para foguetes, e redução de minerais metálicos.

O hidrogênio líquido apresenta aplicações criogênicas, incluindo a investigação da supercondutividade.

Devido à sua leveza era usado como gás de enchimento de balões e dirigíveis; após o desastre do dirigível Hindenburg abandonou-se em parte seu uso devido à sua grande

inflamabilidade, mas continua a ser usado em lançamento de balões meteorológicos estratosféricos.

O trítio é produzido nas reações nucleares e é empregado na construção de bombas de hidrogênio. Também se utiliza como fonte de radiação em pinturas luminosas e como marcador nas ciências biológicas.

O deutério possui aplicações nucleares como moderador, como constituinte da água pesada.

QUESTIONÁRIO:

1. Que metais podem ser usados para obtenção de hidrogênio pelo deslocamento de ácidos?

2. Que ácidos não podem ser usados na obtenção de hidrogênio? Por quê?

3. Escreva e classifique as equações químicas correspondentes as reações de obtenção do hidrogênio. 4. Interprete a afirmativa: “O hidrogênio é menos denso que o ar”.

5. Qual o peso de magnésio deve ser empregado para reagir totalmente 20,0 ml de ácido sulfúrico 2mol/L?

6. Qual o volume de HCl, d = 1,18g/mL, 37% em massa, que deverá ser empregado para reagir totalmente 500,0g do minério de zinco que apresenta 85% do metal puro ?

7. Qual a massa de alumínio necessária reagir totalmente com 20,0 mL de hidróxido de sódio 2mol/L? Qual o volume de hidrogênio obtido nas CNTP, nesta reação?

8. Escreva equações que ilustrem o modo de reação de três metais com água fria, gerando hidrogênio, em cada caso calcule o número de gramas de água necessário para produzir 100 g de hidrogênio.

9. Descreva, em detalhes, dois métodos de preparação de hidrogênio em escala de laboratório.

BIANCA CARDOSO DOS SANTOS 206629

RESPOSTAS : PRÁTICA 1Obtenção e Propriedades do HIDROGÊNIO

1) Os metais que tem maior reatividade que o Hidrogênio: Li, Rb, K, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Pb.

2) Não há exceções, todos os ácidos podem ser usados para a obtenção do gás hidrogênio em laboratório, basta o mesmo reagir com um metal, assim seu produto será o H2 e um sal correspondente a reação

3) CH4 + H2O → 3 H2 + CO (reação de simples troca) CH4 + 2 H2O → 4 H2 + CO2 (reação de simples troca) Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2 (reação de simples troca)

4) A densidade do ar é aproximadamente 1,225 kg/m3. O ar é uma mistura de diversos gases como o Nitrogênio, Oxigênio, e o próprio Hidrogênio, entre outros, logo possuí maior densidade que o Hidrogênio puro cuja densidade é aproximadamente 0,0899 kg/m3.

9) Através da reação de ácidos diluídos em metais:

Em uma cuba de vidro coloque água até a metade, seguidamente ponha dentro desta

cuba tubos de ensaio também cheios de água com suas respectivas rolhas próximas. Em

um kitassato encaixe uma mangueira de látex da sua abertura lateral, na outra ponta da

mangueira coloque um tubo um U que será mergulhado na cuba de vidro enchendo os

tubos de ensaio que ali se encontram. Coloque o ácido e o metal dentro do kitassato, e o

feixe rapidamente com uma rolha, começará a produção de um gás, o hidrogênio, este vai

ser direcionado aos tubos de ensaio os enchendo, estes devem ser fechados ainda dentro

da cuba de vidro, pós isso retirado do mesmo recipiente.

OU

Por eletrólise

Um dos modos de produzir hidrogênio em laboratório é por eletrólise. Neste temos a

presença da água, cuja é formada de hidrogênio e de oxigênio, portanto este processo

consiste na separação destes gases pela passagem de uma corrente elétrica.

Coloca-se água em um cubo de vidro, e adiciona um eletrólito, como um sal, para

aumentar a condutividade da água e melhorar a eficiência do processo. É liberado uma

carga elétrica nessa água o que faz com que ocorra a quebra da ligação química entre os

átomos de hidrogênio e o de oxigênio separando os componentes atômicos, criando íons.

Os íons vão se formar em dois pólos que são o ânodo (polarizado positivamente), e

o cátodo (polarizado negativamente), desta forma o hidrogênio se concentra no cátodo e

o ânodo atrai o oxigênio, neste momento obtém-se o gás H2.

É necessário para que ocorra a separação desses átomos uma corrente elétrica de

cerca de 1,24V, isso em água pura em uma temperatura de 25ºC e uma pressão de

1,03kg/cm2, ou seja, essa voltagem varia de acordo com a alteração de pressão ou

temperatura.