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

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

2 INTRODUÇÃO Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

6 Em algumas Tabelas Periódicas se encontra na Família 1 (metais alcalinos), mas existe uma controvérsia quanto a sua real posição. Out/ Prof. Dr. Ary Maia SemelhançasNão semelhanças Grupo 1 Metais Alcalinos Forma cátion monopositivo H + Tem um único elétron s É um ametal Não reage com água Grupo 17 Halogênios É um ametal Forma moléculas diatômicas H 2 Forma ânions mononegativos H - H - é instável e reativo H 2 é relativamente não reativo com ligação forte

7 Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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

9 Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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) Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

12 Na maioria dos compostos o H apresenta carga + 1 Ex: HCl, H 2 O 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, AlH 3 H = -1 ou (H - ) Out/ Prof. Dr. Ary Maia

13 HIDROGÊNIO MOLECULAR (H 2 ) Out/ Prof. Dr. Ary Maia

14 Em seu estado molecular, H 2, constitui-se de dois átomos de hidrogênio, ligados por uma ligação covalente simples Out/ Prof. Dr. Ary Maia

15 PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO MOLECULAR (H 2 ) O comprimento da ligação H H é curta: 0,74 Å Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

17 H 2 PRODUÇÃO DO H 2 Grande parte do hidrogênio (H 2 ) para indústria é produzido pela reação, a alta temperatura, do H 2 O com o CH 4. CH 4 (g) + H 2 O (g) CO (g) + 3 H 2 (g) à 1000ºC Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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

19 UTILIZAÇÃO DO H 2 As aplicações do hidrogênio estão desde o processamento de hidrocarbonetos combustíveis, até a síntese da amônia Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

22 Out/ Prof. Dr. Ary Maia

23 Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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-). Out/ Prof. Dr. Ary Maia

27 O oxigênio (O 2 ), retirado do ar, entra na célula a combustível pelo terminal positivo, o cátodo. O gás é forçado a se dispersar no catalisador. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

28 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 (H 2 O). Nesta reação, uma certa quantidade de calor é liberada. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

29 Out/ Prof. Dr. Ary Maia

30 BENEFÍCIOS AMBIENTAIS Emissão nula de CO 2 Por cada kg de hidrogênio utilizado (no lugar de petróleo) 3 kg de CO 2 são evitados. Eficiência 4 vezes superior ao motor de combustão Único resíduo é água potável Não há barulho no seu funcionamento Out/ Prof. Dr. Ary Maia

31 REAÇÕES DO HIDROGÊNIO (H 2 ) Out/ Prof. Dr. Ary Maia

32 Reage muito lentamente com a maioria dos outros elementos. Energia para quebrar a ligação H H é muito alta. Condições Especiais!!!!!! Out/ Prof. Dr. Ary Maia

33 DISSOCIAÇÃO (QUEBRA) SOBRE UMA SUPERFÍCIE METÁLICA Out/ Prof. Dr. Ary Maia

34 COORDENAÇÃO (LIGAÇÃO) AO ÁTOMO DE IRÍDIO (Ir) Out/ Prof. Dr. Ary Maia

35 CLASSIFICAÇÃO DOS COMPOSTOS DE HIDROGÊNIO 1. Compostos Moleculares 2. Hidretos Salinos 3. Hidretos Metálicos Out/ Prof. Dr. Ary Maia

36 Out/ Prof. Dr. Ary Maia

37 1 - COMPOSTOS MOLECULARES Out/ Prof. Dr. Ary Maia

38 H com elementos eletronegativos dos grupos 13 ao 17. H2OH2O NH 3 CH 4 Out/ Prof. Dr. Ary Maia

39 ÁGUA Out/ Prof. Dr. Ary Maia

40 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/ Prof. Dr. Ary Maia

41 OH são ligações covalentes Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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

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

44 A força combinada de muitas ligações de H pode ser grande. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

45 PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DA ÁGUA Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

48 SÓLIDO LÍQUIDO Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

50 Out/ Prof. Dr. Ary Maia

51 Out/ Prof. Dr. Ary Maia

52 AMÔNIA (NH 3 ) 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 (NH 3 ), cuja formula estrutural é: Out/ Prof. Dr. Ary Maia

53 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. N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 ( g ) Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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

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, MgH 2 etc Out/ Prof. Dr. Ary Maia

59 As evidências do caráter salino são basicamente: Os hidretos iônicos quando fundidos conduzem corrente elétrica, por exemplo o hidreto de lítio P.F. = 691 o C. Submetidos a uma eletrólise, desprendem gás hidrogênio. Out/ Prof. Dr. Ary Maia

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

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

62 Compostos de H com metais dos Grupos 13, 14 e 15 e do bloco d Out/ Prof. Dr. Ary Maia


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