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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
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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.
Na crosta terrestre: presente nos minerais, nos oceanos e em todas as coisas vivas.
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O ÁTOMO DE HIDROGÊNIOO ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
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A estrutura atômica do hidrogênio, a mais simples de todos os elementos químicos, apresenta um próton no núcleo, e um elétron, na camada externa.
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Em algumas Tabelas Periódicas se encontra na Família 1 (metais alcalinos), mas existe uma controvérsia quanto a sua real posição.
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Semelhanças Não semelhanças
Grupo 1 Metais Alcalinos
•Forma cátion monopositivo H+
•Tem um único elétron s
•É um ametal•Não reage com água
Grupo 17Halogênios
•É um ametal•Forma moléculas diatômicas H2
•Forma ânions mononegativos H-
•H- é instável e reativo• H2 é relativamente não reativo com ligação forte
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PROPRIEDADES NUCLEARESPROPRIEDADES NUCLEARES
Há 3 isótopos de hidrogênio:
1. Próprio hidrogênio (1H) ou (H)
2. Deutério (2H) ou (D)
3. Trítio (3H) ou (T)
OBS!! Somente o Trítio é radioativo
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ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO E ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO E ÍONSÍONS
Energia de Ionização do H = 1310 KJ/mol
Afinidade Eletrônica do H = 77 KJ/mol
Eletronegatividade do H = 2,2 (próximo ao C)
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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 ao ganhar um elétron forma o ânion hidreto H─, presente apenas em combinações com metais alcalinos e acalinos-terrosos.
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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 (preferencialmente Grupos 1 e 2) que são chamados de “hidretos metálicos”
Ex: NaH, AlH3 H = -1 ou (H-)
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HIDROGÊNIO MOLECULAR HIDROGÊNIO MOLECULAR (H(H22))
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Em seu estado molecular, H2, constitui-se de dois átomos de hidrogênio, ligados por uma ligação covalente simples
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PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO MOLECULAR (HMOLECULAR (H22))
O comprimento da ligação H─H é curta: 0,74 Å
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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.
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PRODUÇÃO DO HH22
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
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Entre outros métodos para obtenção do hidrogênio, o mais conhecido e também mais pesquisado é a eletrólise da água.
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UTILIZAÇÃO DO HUTILIZAÇÃO DO H22
As aplicações do hidrogênio estão desde o processamento de hidrocarbonetos combustíveis, até a síntese da amônia
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HIDROGÊNIO: O HIDROGÊNIO: O COMBUSTÍVEL DO FUTUROCOMBUSTÍVEL DO FUTURO
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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.
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CÉLULAS A COMBUSTÍVELCÉLULAS A COMBUSTÍVELDispositivo eletroquímico que converte energia
química em eletricidade e calor
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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. Out/2009Out/2009 2525Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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Quando a molécula de hidrogênio entra em contato com o catalisador, ela se separa em dois íons de hidrogênio (H+) e dois elétrons (e-). Out/2009Out/2009 2626Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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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. Out/2009Out/2009 2727Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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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.
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Out/2009Out/2009 2929Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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BENEFÍCIOS AMBIENTAISBENEFÍCIOS AMBIENTAIS
Emissão nula de CO2
Por cada kg de hidrogênio utilizado (no lugar 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
Out/2009Out/2009 3030Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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REAÇÕES DO HIDROGÊNIO REAÇÕES DO HIDROGÊNIO (H(H22))
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Reage muito lentamente com a maioria dos outros elementos.
Energia para quebrar a ligação H─H é muito alta.
Condições Especiais!!!!!!
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DISSOCIAÇÃO (QUEBRA) SOBRE DISSOCIAÇÃO (QUEBRA) SOBRE UMA SUPERFÍCIE METÁLICAUMA SUPERFÍCIE METÁLICA
Out/2009Out/2009 3333Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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COORDENAÇÃO (LIGAÇÃO) AO COORDENAÇÃO (LIGAÇÃO) AO ÁTOMO DE IRÍDIO (Ir)ÁTOMO DE IRÍDIO (Ir)
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CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMPOSTOS DE HIDROGÊNIOCOMPOSTOS DE HIDROGÊNIO
1. Compostos Moleculares
2. Hidretos Salinos
3. Hidretos Metálicos
Out/2009Out/2009 3535Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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Out/2009Out/2009 3636Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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1 - COMPOSTOS 1 - COMPOSTOS MOLECULARESMOLECULARES
Out/2009Out/2009 3737Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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H com elementos eletronegativos dos grupos 13 ao 17.
H2O NH3 CH4
Out/2009Out/2009 3838Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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ÁGUAÁGUA
Out/2009Out/2009 3939Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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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.
Out/2009Out/2009 4040Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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O─H são ligações covalentes
Out/2009Out/2009 4141Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIOLIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO
H ligado ao F, O e N
Influenciam em muitas propriedades: principalmente nos pontos de ebulição dos compostos
Out/2009Out/2009 4242Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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Cada molécula de água estabelece quatro ligações de hidrogênio com as moléculas vizinhas, sendo, portanto,muito intensas as forças que as mantêm unidas.
Out/2009Out/2009 4343Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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A força combinada de muitas ligações de H pode ser grande.
Out/2009Out/2009 4444Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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PROPRIEDADES FÍSICAS E PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DA ÁGUAQUÍMICAS DA ÁGUA
Out/2009Out/2009 4545Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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ESTADO FÍSICOESTADO 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.
Out/2009Out/2009 4646Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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DENSIDADEDENSIDADEOs 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.
Out/2009Out/2009 4747Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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PONTO DE EBULIÇÃOPONTO DE EBULIÇÃO
As ligações 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 ligações de hidrogênio, a temperatura de ebulição da água poderia chegar a -80ºC, existindo na superfície terrestre somente na forma gasosa.
Out/2009Out/2009 4949Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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Out/2009Out/2009 5050Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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Out/2009Out/2009 5151Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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AMÔNIA (NHAMÔNIA (NH33)) 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:
Out/2009Out/2009 5252Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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OBTENÇÃO DA AMÔNIAOBTENÇÃO DA AMÔNIA
Atualmente o processo de Haber-Bosch (cujo desenvolvimento valeu a Fritz Haber e a Carl Bosch o Prêmio 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 )Out/2009Out/2009 5353Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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APLICAÇÕES DA AMÔNIAAPLICAÇÕES 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.
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FERTILIZANTES NITROGENADOSFERTILIZANTES 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.
Out/2009Out/2009 5555Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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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.
Out/2009Out/2009 5656Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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2 - HIDRETOS SALINOS2 - HIDRETOS SALINOS
Out/2009Out/2009 5757Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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Os hidretos salinos são os hidretos formados pelos elementos dos grupos 1 e 2 (metais alcalinos e alcalinos terrosos). O hidrogênio comporta-se como um halogênio e recebe um elétron do metal
Ex: LiH, NaH, MgH2 etc
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As evidências do caráter salino são basicamente:
Os hidretos iônicos quando fundidos conduzem corrente elétrica, por exemplo o hidreto de lítio P.F. = 691oC.
Submetidos a uma eletrólise, desprendem gás hidrogênio.
Out/2009Out/2009 5959Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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HIDRETO DE SÓDIO (NaH)
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3 - HIDRETOS METÁLICOS3 - HIDRETOS METÁLICOS
Out/2009Out/2009 6161Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia
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Compostos de H com metais dos Grupos 13, 14 e 15 e do bloco d
Out/2009Out/2009 6262Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia