O ELEMENTO HIDROGÊNIO Universidade Federal da Paraíba

Apresentação em tema: "O ELEMENTO HIDROGÊNIO Universidade Federal da Paraíba"— Transcrição da apresentação:

1 O ELEMENTO HIDROGÊNIO Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Prof. Dr. Ary da Silva Maia O ELEMENTO HIDROGÊNIO

2 INTRODUÇÃO Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

3 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

4 O ÁTOMO DE HIDROGÊNIO Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

5 A estrutura atômica do hidrogênio, a mais simples de todos os elementos químicos, apresenta um próton no núcleo, e um elétron, na camada externa. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

6 Em algumas Tabelas Periódicas se encontra na Família 1 (metais alcalinos), mas existe uma controvérsia quanto a sua real posição. Semelhanças Não semelhanças Grupo 1 Metais Alcalinos Forma cátion monopositivo H+ Tem um único elétron s É um ametal Não reage com água Grupo 17 Halogênios Forma moléculas diatômicas H2 Forma ânions mononegativos H- H- é instável e reativo H2 é relativamente não reativo com ligação forte Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

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8 PROPRIEDADES NUCLEARES
Há 3 isótopos de hidrogênio: Próprio hidrogênio (1H) ou (H) Deutério (2H) ou (D) Trítio (3H) ou (T) OBS!! Somente o Trítio é radioativo Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

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10 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 (próximo ao C) Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

11 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

12 Na maioria dos compostos o H apresenta carga + 1
Ex: HCl, H2O H = ou (H+). O átomo de H forma compostos com os metais (preferencialmente Grupos 1 e 2) que são chamados de “hidretos metálicos” Ex: NaH, AlH H = -1 ou (H-) Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

13 HIDROGÊNIO MOLECULAR (H2)
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14 Em seu estado molecular, H2, constitui-se de dois átomos de hidrogênio, ligados por uma ligação covalente simples Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

15 PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO MOLECULAR (H2)
O comprimento da ligação H─H é curta: 0,74 Å Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

16 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

17 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 Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

18 Entre outros métodos para obtenção do hidrogênio, o mais conhecido e também mais pesquisado é a eletrólise da água. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

19 UTILIZAÇÃO DO H2 As aplicações do hidrogênio estão desde o processamento de hidrocarbonetos combustíveis, até a síntese da amônia Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

20 HIDROGÊNIO: O COMBUSTÍVEL DO FUTURO
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21 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.  Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

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24 CÉLULAS A COMBUSTÍVEL Dispositivo eletroquímico que converte energia química em eletricidade e calor Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

25 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

26 Quando a molécula de hidrogênio entra em contato com o catalisador, ela se separa em dois íons de hidrogênio (H+) e dois elétrons (e-). Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

27 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

28 O catalisador separa a molécula de oxigênio em dois átomos de oxigênio
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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

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30 BENEFÍCIOS 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 Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

31 REAÇÕES DO HIDROGÊNIO (H2)
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32 Reage muito lentamente com a maioria dos outros elementos.
Energia para quebrar a ligação H─H é muito alta. Condições Especiais!!!!!! Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

33 DISSOCIAÇÃO (QUEBRA) SOBRE UMA SUPERFÍCIE METÁLICA
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34 COORDENAÇÃO (LIGAÇÃO) AO ÁTOMO DE IRÍDIO (Ir)
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35 CLASSIFICAÇÃO DOS COMPOSTOS DE HIDROGÊNIO
Compostos Moleculares Hidretos Salinos Hidretos Metálicos Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

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37 1 - COMPOSTOS MOLECULARES
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38 H com elementos eletronegativos dos grupos 13 ao 17.
NH3 H2O CH4 Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

39 ÁGUA Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

40 A água tem uma estrutura molecular simples
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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

41 O─H são ligações covalentes
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42 LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO
H ligado ao F, O e N Influenciam em muitas propriedades: principalmente nos pontos de ebulição dos compostos Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

43 Cada molécula de água estabelece quatro ligações de hidrogênio com as moléculas vizinhas, sendo, portanto,muito intensas as forças que as mantêm unidas. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

44 A força combinada de muitas ligações de H pode ser grande.
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45 PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DA ÁGUA
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46 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

47 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

48 SÓLIDO LÍQUIDO Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

49 PONTO 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

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52 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: Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

53 N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 ( g ) OBTENÇÃO 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 ) Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

54 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

55 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

56 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

57 2 - HIDRETOS SALINOS Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

58 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 Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

59 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. Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

60 HIDRETO DE SÓDIO (NaH) Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

61 3 - HIDRETOS METÁLICOS Prof. Dr. Ary Maia Out/2009

62 Compostos de H com metais dos Grupos 13, 14 e 15 e do bloco d
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