Hidrogênio Abundância Número atômico Z = 1 Ponto de fusão -259,2 ºC Estados de oxidação -1, +1 Massa molar 1,00747 g/mol Ponto de ebulição -252,8 ºC Abundância Elemento mais abundante do universo: 92% de hidrogênio, 7% de hélio e 1% de todos os outros elementos, segundo estimativas. No entanto, pequena a abundância do hidrogênio na crosta terrestre. O hidrogênio décimo elemento mais abundante na crosta terrestre (1.520 ppm ou 1,152% em peso). Compostos contendo hidrogênio são muito abundantes, principalmente a água, matéria viva (carboidratos e proteínas), compostos orgânicos, combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural), amônia e ácidos. O hidrogênio forma mais composto que qualquer outro elemento.

Isótopos do hidrogênio Na natureza, esse elemento ocorre em três formas isotópicas, hidrogênio, deutério e trítio: H 99,985% D 0,015% T traços O trítio é radioativo e tem meia vida de 12,26 anos. O deutério e o trítio são substituídos por H em compostos para fornecer um marcador molecular. Esses compostos são marcados, por exemplo D2O. Deuteração (substituição de H por D) resulta em variações cinéticas nas reações (efeito isótopo cinético).

Propriedades do hidrogênio O hidrogênio tem uma configuração eletrônica 1s1, logo, ele é colocado acima do Li na tabela periódica. Energia de Ionização do H = 1310 KJ/mol Entretanto, o H é significativamente menos reativo do que os metais alcalinos. O hidrogênio pode ganhar um elétron para formar H-, o qual tem a configuração eletrônica do He. Conseqüentemente, o H poderia ser colocado acima dos halogênios. Entretanto, a afinidade eletrônica do H é mais baixa do que qualquer halogênio. Afinidade Eletrônica do H = 77 KJ/mol

Hidrogênio 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 se produz por meio do ganho de um elétron para formar o ânion hidreto H, presente apenas em combinações com metais alcalinos e acalinos-terrosos. Eletronegatividade do H = 2,2 (similar ao C)

Hidrogênio HIDROGÊNIO MOLECULAR (H2) O comprimento da ligação HH é curta: 0,74 Å O hidrogênio molecular é um gás mais leve que se conhece, é incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água. Sua densidade é 14 vezes menor que a do ar.

2H2(g) + O2(g)  2H2O(l) H = -571,7 kJ Hidrogênio Já que o H2 é apolar e tem apenas dois elétrons, as forças intermoleculares são fracas (ponto de ebulição -253C, ponto de fusão -259C). A entalpia de ligação H-H é alta (436 kJ/mol). Logo, as reações com hidrogênio são lentas e é necessário um catalisador. Quando o hidrogênio reage com o ar, ocorre uma explosão (Hindenburg explodiu em 1937): 2H2(g) + O2(g)  2H2O(l) H = -571,7 kJ

Preparação do hidrogênio MÉTODO 1: C + H2O  CO + H2 CO + H2 + O2  C ALO R + H2O + CO2 Dificuldade: difícil obter o H2 puro a partir do gás de água, pois a remoção de CO é difícil. MÉTODO 2: reformação a vapor. CH4 + H2O  CO + 3 H2 Utilizado no processo de Haber de síntese de NH3 e para a hidrogenação de óleo. Hidrocarbonetos leves, como metano, são misturados com vapor de água e passado sobre um catalisador de níquel a 800-900 °C .

Hidrogênio MÉTODO 3: Craqueamento: misturas naturais de hidrocarbonetos de elevado peso molecular, tais como nafta e óleo combustível, são submetidos ao processo de craqueamento para formar hidrocarbonetos de peso molecular menor. O H2 é um valioso subproduto desse processo. MÉTODO 4: H2 muito puro (99,9% ) preparado por eletrólise de água ou de soluções de NaOH ou KOH (mais usual). Um processo bastante caro devido ao consumo elevado de energia elétrica. Ânodo: 2 OH-  H2O + ½ O2 + 2e- Cátodo: 2 H2O + 2e-  2 OH- + H2 Reação global: H2O  H2 + ½ O2

Hidrogênio MÉTODO 5: Uma grande quantidade de hidrogênio puro se forma como subproduto da indústria de cloro e álcalis , na qual soluções aquosas de NaC l sofrem eletrólise para formar NaOH, Cl2 e H2. MÉTODO 6: Reação de ácidos diluídos com metais, ou de álcalis com alumínio . MÉTODO 7: O hidrogênio pode ser preparado pela reação de hidretos salinos (iônicos) com água. LiH + H2O  LiOH + H2

Preparação do hidrogênio no laboratório

Utilização do hidrogênio O hidrogênio é usado para a produção de amônia e para hidrogenar óleos vegetais para a fabricação de margarina e gordura. O hidrogênio é usado para a fabricação de metanol: CO(g) + 2H2(g)  CH3OH(g) Em maçaricos oxigênio-hidrogênio para cortar ou soldar metais, pode-se chegar a temperatura de 3000 °C .

HIDROGÊNIO: O COMBUSTÍVEL DO FUTURO 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.

BENEFÍCIOS AMBIENTAIS Hidrogênio BENEFÍCIOS AMBIENTAIS Emissão nula de CO2 Por cada kg de hidrogênio utilizado em vez 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

Compostos binários de hidrogênio Três tipos de compostos binários de hidrogênio são formados: hidretos iônicos ou salinos (por exemplo, LiH, preparado a partir de metais e H); hidretos metálicos (por exemplo, TiH2, preparado a partir de metais de transição e H) e hidretos moleculares (por exemplo, CH4, preparado a partir de não-metais e metalóides e H).

Hidrogênio Hidretos iônicos ou salinos Os hidretos salinos são os hidretos formados pelos elementos da família 1A e 2A, alcalinos e alcalinos terrosos. O hidrogênio comporta-se como um halogênio e recebe um elétron do metal. Ex: LiH, NaH, MgH2 etc

Hidrogênio As evidências do caráter salino são basicamente: Os hidretos salinos quando fundidos conduzem corrente elétrica, por exemplo o hidreto de lítio, PF = 691 °C. Submetidos a uma eletrólise, desprendem gás hidrogênio. HIDRETO DE SÓDIO (NaH)

Hidrogênio HIDRETOS METÁLICOS

Hidrogênio Hidretos Moleculares H com elementos eletronegativos dos grupos III A ao VII A H2O NH3 CH4

Hidrogênio ÁGUA Cada molécula de água estabelece quatro ligações de hidrogênio com as moléculas vizinhas, sendo, portanto,muito intensas as forças que as mantêm unidas.

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.

2 C15H31COONa + Ca(HCO3)2(s) (C15H31COO)2Ca(s)+ 2 NaHCO3(aq) PALMITATO DE SÓDIO        BICARBONATO DE CÁLCIO               Em diversos países da Europa a água para uso doméstico é classificada como “dura”, devido a seu conteúdo relativamente alto de sais. Nestes países, as formulações dos detergentes em pó contém zeólitas.