Hidrogênio

1. Hidrogênio

2. Hidrogênio
•Elemento mais abundante no universo
Encontrado em minerais, oceanos e em todos os organismos vivos
•Mais abundante no universo (92%)
• 10º elemento na crosta terrestre (minerais; oceanos, vulcões e
toda forma de vida).
•Forma muitos compostos
• Estrutura eletrônica mais simples de todos os elementos
Configuração Eletrônica - 1s1
- Forma ligação covalente, preferencialmente com não-metais

3. • Posição incerta na Tabela Periódica
Hidrogênio
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. Periodicidade Química

5. Energia de Ionização

7. Isótopos de Hidrogênio

8. 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
Propriedades Gerais

9. Propriedades Gerais e Químicas
 H2 - gás natural, inodoro, baixa solubilidade
em solventes de baixa densidade.
 Substitui o He em balões metereológicos
 Possui ligação covalente muito forte (435,9
kJmol-1)
 Pouco reativo em condições naturais
(predomina aspectos cinéticos em relação aos
termodinâmicos).
 Deve haver quebra da ligação H-H --> Ea alta
==> reações lentas ou requerem altas
temperaturas ou catalisadores.

10. Propriedades Gerais e Químicas
 H2 - queima no ar ou oxigênio, liberando muita
energia:
2H2 + O2  2H2O ΔH = -485kJmol-1
 H2 reage com os halogênios:
H2 + F2  2HF
( violenta mesmo a baixa T)
H2 + Cl2  2HCl
(catalisada pela luz, explosiva à luz solar direta

11. Usos do Hidrogênio

12. Usos do Hidrogênio

13. Usos do Hidrogênio

14. 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

15. Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
H2 do
tanque
Ânodo Cátodo
Membrana de
permuta protônica
O2 do
ar
Exaustor
Corrente Elétrica
Reações:
Cátodo: 1/2O2 (g) + 2e-  O2-
Ânodo: H2 (g)  2H+ + 2e-
Global: ½ O2 + H2  H2O (l)

16. Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Aplicações em sistemas portáteis:

17. Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Aplicações em sistemas estacionários:
Residencial: 1 – 10 kW Comercial: 250kW

18. 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.

19. Obtenção de Hidrogênio
1. Reforma a vapor: principal método comercial
• Reação catalisada da água com hidrocarbonetos a
altas temperaturas
CH4(g) + H2O(g) 1000°C CO(g) + 3H2(g)
•Reação similar com coque como redutor: reação do
gás de água
C(g) + H2O(g) 1000°C CO(g) + H2(g)
• Ambas reações são seguidas por outra etapa
CO(g) + H2O(g) Fe/Cr CO2(g) + H2(g)
2. Craqueamento de nafta e óleo combustível nas
refinarias de petróleo : H2 é subproduto da reação

20. 3. Eletrólise de NaOH ou KOH: 99,9% pureza
Método caro, viável economicamente quando integrado
com as indústrias de cloro-alcali.
Anodo (Ni) 2OH-  H2O + ½ O2 + 2e-
Catodo (Fe) 2H2O + 2e-  2OH- + H2
Reação global H2O  H2 + ½ O2
4. Subproduto na indústria de cloro e álcalis
Soluções aquosa de NaCl sofrem eletrólise para formar
NaOH, Cl2 e H2
5 - Reações de ácidos diluídos com metais do grupo 1,
2, 3, 4 e lantanídeos ou de álcalis com alumínio
Zn + H2SO4  ZnSO4 + H2
2Al + 2NaOH + 6H2O  2Na[Al(OH)4] + 3H2
6 - Reações de hidretos iônicos com água
LiH + H2O  LiOH + H2

21. 7. Métodos Biológicos
Fotossíntese
Algas Verdes e
Cianobactérias
Biofotólise
Bactérias
Fotossintetizantes
Fotodecomposição de
Compostos
Orgânicos
Fermentação
Bactérias
Fermentativas
Fermentação
de Compostos
Orgânicos
Sistemas Híbridos
Bactérias Fermentativas +
Fotossintetizantes

22. Reforma a vapor
Eletrólise da Água
Obtenção de
Hidrogênio
Eletrólise da Água
Reforma a vapor

23. Processos de Obtenção

24. Processos de Obtenção
Ácidos diluídos com metais ou um álcali com alumínio (obtenção
em laboratório).

25. K Ba Na Mg Al Zn Fe H Cu Hg Ag Au
Reatividade crescente
Processos de Obtenção

26. Processos de Obtenção

27. Ligação de Hidrogênio
 Interação dipolo-dipolo
 Ocorre entre moléculas que
têm hidrogênio ligado a átomos
eletronegativos, como nitrogênio,
oxigênio e flúor.

28. 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.

29. Ligação de Hidrogênio

30. Ligação de Hidrogênio
Efeito das ligações de H
sobre algumas propriedades
físicas:
 Ponto de Fusão
 Ponto de Ebulição
 Entalpia de Vaporização
 Entalpia de Ebulição

31. 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.

32. 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.

33. 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

34. Propriedades Especiais para a H2O

35. Propriedades Especiais para a H2O
Cristais de Gelo

36. Propriedades Especiais para a H2O
Solubilização de alguns sólidos

37.  Reação do H com metais do grupo 1 e 2(Ca, Sr,Ba),
a altas temperaturas
Ex: NaH, CaH2
 Sólidos de ponto de fusão elevados
 Quando fundidos conduzem eletricidade
 Eletrólise da solução fundida libera H2
 Possuem estrutura cristalina conhecida
Hidretos iônicos ou salinos
Aula 3: Química de Elementos
Os hidretos são compostos inorgânicos
hidrogenados, que apresentam o hidrogênio como o
elemento mais eletronegativo, ou seja, como ânion
de estado de oxidação -1 ( H-1 ).
Hidretos
Hidretos Iônicos
37

38. Hidretos Iônicos
 Só é possível com elementos de eletronegatividade
menor que 2,1
 Hidretos com elementos do grupo 1 são mais
reativos do que os do grupo 2. (Reatividade aumenta
de cima para baixo no grupo – por quê?)
 H- é instável em água
 Todos hidretos iônicos reagem com água
LiH + H2O  LiOH + H2
 São poderosos agentes redutores
2CO + NaH  H-COONa + C
Aula 3: Química de Elementos
38

39. Hidretos Covalentes
 Hidretos dos elementos do grupo p: pequena
diferença de eletronegatividade entre estes átomos e
o hidrogênio
 São voláteis, baixo p.f e p.e
 Constituídos por moléculas covalentes, mantidas por
forças de Van der Walls
 Hidretos do grupo 13 são polímeros mononucleares
 Ex: B2H6; B4H10, B10H14; (AlH3)n
 Nos outros grupos, exceto halogênios, forma
hidretos polinucleares. Principalmente C, N e O
 Ex: CH4; C2H6; C2H4; C2H2; C6H6; Si10H22; Sn2H6;
N2H4; NH3; H2O2
Aula 3: Química de Elementos
39

40. Hidretos metálicos ou intersticiais
 Elementos do grupo d ou f reagem com hidrogênio;
 Elementos situados no centro do bloco d não
formam hidretos;
 Propriedades semelhantes aos dos metais
correspondentes:
 Duros, brilho metálico, condutores de eletricidade,
propriedades Magnéticas;
 Formam hidretos com diferentes estequiometrias:
Ex: EuH2; CeH2,69; UH3; NbH0,7; PdH0,6
Aula 3: Química de Elementos
40

41. Exercícios:
Química Inorgânica não tão concisa, página 137:
1, 2, 3, 4, 5, 9
1) Proponha razões a favor e contra a inclusão do
hidrogênio em um dos grupos de elementos
representativos da Tabela Periódica.
2) Descreva quatro métodos de obtenção do
hidrogênio em escala industrial. Mostre um
método conveniente de preparar hidrogênio em
laboratório.
3) Descreva os principais usos do hidrogênio.