A estrutura atômica do hidrogênio, a mais simples de todos os elementos químicos, apresenta um próton no núcleo, e um elétron, na camada externa.

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1 O ELEMENTO HIDROGÊNIO

2 INTRODUÇÃO

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. Existe nas estrelas em grande quantidade no estado de plasma. Aparece também em milhões de substâncias, como por exemplo na água e nos compostos denominados orgânicos.

4 O ÁTOMO DE HIDROGÊNIO

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.

6 Na Tabela se encontra na Família IA (metais alcalinos), pois possui apenas 1 elétron, no entanto ele não é metal sob condições normais.

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8 PROPRIEDADES NUCLEARES Há 3 isótopos de hidrogênio: 1. Próprio hidrogênio ( 1 H) ou (H): 99,986% 2. Deutério ( 2 H) ou (D): 0,014% 3. Trítio ( 3 H) ou (T): 7x10-16 % OBS!! Somente o Trítio é radioativo

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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 (similar ao C)

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 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.

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 (IA e IIA) que são chamados de hidretos metálicos Ex: NaH, AlH 3 H = -1 ou (H - )

13 HIDROGÊNIO MOLECULAR (H 2 )

14 Em seu estado molecular, H 2, como se encontra na natureza, constitui-se de dois átomos de hidrogênio, ligados por covalência

15 PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO MOLECULAR (H 2 ) O comprimento da ligação H H é curta: 0,74Ǻ

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.

17 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

18 Entre outros métodos para obtenção do hidrogênio, o mais conhecido e também mais pesquisado é a eletrólise da água.

19 UTILIZAÇÃO DO H 2 As aplicações do hidrogênio estão desde o processamento de hidrocarbonetos combustíveis até na síntese da amônia

20 HIDROGÊNIO: O COMBUSTÍVEL DO FUTURO

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.

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24 CÉLULAS A COMBUSTÍVEL Dispositivo eletroquímico que converte energia química em eletricidade e calor

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.

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-).

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.

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.

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30 BENEFÍCIOS AMBIENTAIS Emissão nula de CO 2 Por cada kg de hidrogênio utilizado em vez 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

31 REAÇÕES DO HIDROGÊNIO (H 2 )

32 Reage muito lentamente com a maioria dos outros elementos. Energia para quebrar a ligação H H é muito alta. Condições Especiais!!!!!!

33 DISSOCIAÇÃO (QUEBRA) SOBRE UMA SUPERFÍCIE METÁLICA

34 COORDENAÇÃO (LIGAÇÃO) AO ÁTOMO DE IRÍDIO (Ir)

35 CLASSIFICAÇÃO DOS COMPOSTOS DE HIDROGÊNIO 1. Compostos Moleculares 2. Hidretos Salinos 3. Hidretos Metálicos

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37 1 - COMPOSTOS MOLECULARES

38 H com elementos eletronegativos dos grupos III A ao VII A H 2 O NH 3 CH 4

39 ÁGUA

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.

41 O H são ligações covalentes

42 PONTES DE HIDROGÊNIO H ligado ao F, O e N Influenciam em muitas propriedades: principalmente nos pontos de ebulição dos compostos

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

44 A força combinada de muitas pontes de H pode ser grande.

45 PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DA ÁGUA

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.

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.

48 LÍQUIDO SÓLIDO

49 PONTO DE EBULIÇÃO As pontes 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 pontes de hidrogênio, a temperatura de ebulição da água poderia chegar a -80ºC, existindo na superfície terrestre somente na forma gasosa.

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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:

53 OBTENÇÃO DA AMÔNIA Atualmente o processo de Haber-Bosch (cujo desenvolvimento valeu a Fritz Haber e a Carl Bosch o Prémio 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 )

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.

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.

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.

57 2 - HIDRETOS SALINOS

58 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, MgH 2 etc

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

60 HIDRETO DE SÓDIO (NaH)

61 3 - HIDRETOS METÁLICOS

62 Compostos de H com metais da Família III A, IV A, VA e do bloco d

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