Aula 02 hidrogênio.ppt

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Aula 02 hidrogênio.ppt

  1. 1. Hidrogênio
  2. 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. 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
  4. 4. Periodicidade Química
  5. 5. Energia de Ionização
  6. 6. 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
  7. 7. Usos do Hidrogênio
  8. 8. Usos do Hidrogênio
  9. 9. Usos do Hidrogênio
  10. 10. 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
  11. 11. 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
  12. 12. Usos do Hidrogênio Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível Aplicações em sistemas portáteis:
  13. 13. Usos do Hidrogênio Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível Aplicações em sistemas estacionários: Residencial: 1 – 10 kW Comercial: 250kW
  14. 14. 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.
  15. 15. 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
  16. 16. Processos de Obtenção
  17. 17. Processos de Obtenção
  18. 18. Processos de Obtenção Ácidos diluídos com metais ou um álcali com alumínio (obtenção em laboratório).
  19. 19. Processos de Obtenção K Ba Na Mg Al Zn Fe H Cu Hg Ag Au Reatividade crescente
  20. 20. Processos de Obtenção
  21. 21. 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
  22. 22. Reforma a Vapor da Nafta
  23. 23. Reforma a Vapor da Nafta Nafta– fração líquida do petróleo, entre a gasolina e o querosene
  24. 24. 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
  25. 25. Reforma a Vapor da Nafta
  26. 26. Reforma a Vapor da Nafta
  27. 27. Reforma a Vapor da Nafta
  28. 28. Reforma a Vapor da Nafta
  29. 29. Reforma a Vapor da Nafta
  30. 30. Reforma a Vapor da Nafta
  31. 31. 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)
  32. 32. 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)
  33. 33. Ligação de Hidrogênio  Interação dipolo-dipolo  Ocorre entre moléculas que têm hidrogênio ligado a átomos eletronegativos, como nitrogênio, oxigênio e flúor.
  34. 34. 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.
  35. 35. Ligação de Hidrogênio
  36. 36. Ligação de Hidrogênio Efeito das ligações de H sobre algumas propriedades físicas:  Ponto de Fusão  Ponto de Ebulição  Entalpia de Vaporização  Entalpia de Ebulição
  37. 37. 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.
  38. 38. 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.
  39. 39. 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
  40. 40. Propriedades Especiais para a H2O
  41. 41. Propriedades Especiais para a H2O Cristais de Gelo
  42. 42. Propriedades Especiais para a H2O Solubilização de alguns sólidos

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