2. Hidrogênio
•Elemento mais abundante no universo
Encontrado em minerais, oceanos e em todos os
organismos vivos
•Forma muitos compostos
• Estrutura eletrônica mais simples de
todos os elementos
3. Hidrogênio
• Posição incerta na Tabela Periódica
1. Colocado no topo dos metais alcalinos: possuir apenas um
elétron de valência
2. Colocado acima dos halogênios: requer um elétron para
completar sua camada de valência
7. Propriedades Gerais
Incolor, inodoro e insípido
Muito inflamável com o ar ou halogênios
Baixa densidade e muito difuso
Molécula de H2 estável
Insolúvel na água e outros solventes
11. Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Emprego de hidrogênio como vetor energético solucionaria alguns
problemas causado pelo uso intensivo dos combustíveis fósseis
Células a combustível: elemento essencial na economia do H2
Convertem eficientemente hidrogênio em
eletricidade
Atuação como armazenadores de energia
12. Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Ânodo
Cátodo
Membrana de
permuta protônica
O2 do
ar
Reações:
H2 do
tanque
Exaustor
Cátodo: 1/2O2 (g) + 2e- O2Ânodo: H2 (g) 2H+ + 2eGlobal: O2- + 2H+ H2O (l)
Corrente Elétrica
14. Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Aplicações em sistemas estacionários:
Residencial: 1 – 10 kW
Comercial: 250kW
15. Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Aplicações em veículos elétricos:
Carro de marca OPEL (modelo
Zafira)
da
General
Motors
apresentado
na
Feira
de
Hannover (2003) que usa como
combustível o hidrogênio.
16. Tipo
AFC
Alcalina
Eletrólito
KOH
Íon de
Transporte
Temperatura
(ºC)
OH -
50 - 120
Combustível
H2
PAFC
(Ácido
Fosfórico)
Ácido
Ortofosfórico
H+
180 - 210
PEMFC
(Membrana
Polimérica)
Ácido
Sulfônico em
Polímero
H+
60 - 110
H2
DMFC
(Metanol
Direto)
Ácido
Sulfônico em
Polímero
H+
45 - 100
Metanol
CO3-
600 - 800
MCFC
(Carbonato
Fundido)
SOFC
(Óxido Sólido)
Carbonatos
de Li e K
Zircônia
estabilizada
com Ytria
O
2-
500 - 1000
Gás Natural
ou H2
Gás Natural,
Gás de
Síntese, H2
Gás Natural,
Gás de Síntese,
H2
22. Eletrólise da Salmoura
Salmoura: solução concentrada de cloreto de sódio
1. Purificação – pré-digestores adicionando a quente NaOH
e Na2CO3 para precipitação do CaCO3 e Mg(OH)2. Adição
de fécula de mandioca para facilitar a decantação desses
precipitados
2. Neutralização – A solução da salmoura apresenta-se
muito básica: ajuste do pH com HCl
3. Eletrólise – célula eletrolítica onde é aplicada uma
corrente contínua o que provoca a reação nos eletrodos
24. Reforma a Vapor da Nafta
Nafta– fração líquida do petróleo, entre a gasolina e o
querosene
25. Reforma a Vapor da Nafta
1.Dessulfurização da nafta
2.Reação da nafta dessulfurizada com vapor
3.Redução do conteúdo de CO
4.Remoção de CO2
5.Metanação do CO e CO2
32. Vapor de água sobre coque aquecido
C (s) + H2O (g)
CO
(g)
+ H2 (g)
Essa reação já foi a fonte primária de H 2 e pode tornar-se
importante novamente quando os hidrocarbonetos naturais se
esgotarem
Reação de Deslocamento:
CO (g) + H2O (g)
CO2 (g) + H2 (g)
33. Oxidação Parcial de Hidrocarbonetos
2CH4 (g) + O2 (g)
2CO (g) + 4 H2 (g)
• Utiliza oxigênio no lugar do vapor
• Produz menos hidrogênio que a reforma a vapor do gás natural
Reação de Deslocamento:
CO (g) + H2O (g)
CO2 (g) + H2 (g)
34. Ligação de Hidrogênio
Interação dipolo-dipolo
Ocorre entre moléculas que
têm hidrogênio ligado a átomos
eletronegativos, como nitrogênio,
oxigênio e flúor.
35. Ligação de Hidrogênio
Devido grande diferença de eletronegatividade entre o H e um dos
elementos eletronegativo, o hidrogênio terá uma carga parcial positiva e
será atraído pelo oxigênio, que terá uma carga parcial negativa.
37. Ligação de Hidrogênio
Efeito das ligações de H
sobre algumas propriedades
físicas:
Ponto de Fusão
Ponto de Ebulição
Entalpia de Vaporização
Entalpia de Ebulição
38. Ligação de Hidrogênio
O papel absorve água porque as
moléculas da celulose contém
grupos -OH e, portanto, formam
pontes de hidrogênio com a água.
Moléculas de polietileno de alta
densidade (PEAD), utilizada para
produção de plástico, não forma
ligação de hidrogênio. É um
material impermeável a água.
39. Propriedades Especiais para a H2O
A tensão superficial da água: As
moléculas da superfície são atraídas
apenas para dentro no sentido das
moléculas volumosas e para o lado.
Essa desigualdade de atrações na superfície
cria uma força sobre essas moléculas e
provoca a contração do líquido, causando a
chamada tensão superficial, que funciona
como uma fina camada, ou como se fosse uma
fina membrana elástica na superfície da água.
40. Propriedades Especiais para a H2O
O gelo flutua sobre a água líquida:
isto porque a densidade do estado
sólido, na água, é menor do que no
estado líquido.
As moléculas no sólido são mais densamente empacotadas do que
no líquido, e portanto são mais densos
No gelo as moléculas de águas são ordenadas como um hexágono
regular aberto para otimizar as ligações de hidrogênio
Devido ao aumento da distância entre as moléculas, cria-se uma
estrutura menos densa que a água
