HIDROGÊNIO CQ133 FSN

HIDROGÊNIO CQ133 FSN

GASES NOBRES CQ133 FSN

HIDROGÊNIO o hidrogênio é o elemento mais abundante do universo com 92% seguido do hélio (7%) e os demais elementos (1%); é quarto elemento mais abundante na Terra e encontrado em grandes quantidades no oceano e nos organismos vivos (na forma de carboidratos e proteínas), compostos orgânicos, combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural), amônia e ácidos. O hidrogênio forma mais compostos que qualquer outro elemento.

HIDROGÊNIO OBTENÇÃO é preparado em grande escala por diversos métodos: 1) CH 4 + H 2 O + calor CO + 3H 2 (90% da produção ind.) CH 4 + 2H 2 O + calor CO 2 + 4H 2 1000 o C 2) C(coque) + H 2 O CO + H 2 gás d água O gás que sai do reator contém CO, CO2, H2 e excesso de vapor d água. A mistura passa por um catalisador de ferro/cobre, onde CO é convertido em CO 2 : Fe/Cu CO + H 2 O + cat CO 2 + H 2 O CO 2 é então absorvido por soluções de K 2 CO 3: K 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 2KHCO 3

HIDROGÊNIO OBTENÇÃO 4) H 2 com pureza 99,9% é preparado por eletrólise da água: cátodo H 2 O(l) + 2e - 2OH - (aq) + H 2 5) H 2 puro também é formado como subproduto da indústria de cloro e álcalis, da eletrólise de soluções aquosas de NaCl; 6) No laboratório: M(s) + H 2 SO 4 (aq) MSO 4 (aq) + H 2, M = Zn ou Mg 2Al(s) + 2NaOH(aq) + 6H 2 O(l) 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 LiH(s) + H 2 O(l) LiOH(aq) + H 2

HIDROGÊNIO HIDRETOS Moleculares: moléculas discretas, binários. Ex.: NH 3, CH 4, H 2 O, HCl Salinos: sólidos cristalinos e não-condutores elétricos. Ex.: LiH(s) Metálicos: sólidos não-estequiométricos e condutores elétricos. Ex.: ZrH 1,30, PtH x (x<1),

HIDROGÊNIO ESTRUTURA ELETRÔNICA o hidrogênio possui um núcleo com um próton e um elétron: 1s 1 alcança a estabilidade: formando uma ligação covalente preferencialmente com não-metais; perdendo um elétron para formar H +, normalmente associado a outros átomos ou moléculas como HCl e H 3 O + ; ganhando um elétron para formar H -, normalmente com metais como LiH. não podemos relacionar a estrutura eletrônica e as propriedades do hidrogênio com elementos de outros grupos da tabela periódica.

PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO MOLECULAR é o gás mais leve conhecido, incolor e inodoro; forma moléculas H 2 com átomos unidos por uma ligação covalente muito forte (436 kj mol -1 ), resultando, em geral, em uma pequena reatividade em condições normais e as reações são lentas requerendo elevadas temperaturas e a presença de catalisadores. Exemplos: Processo Haber-Bosch (50% do H 2 industrial): 450 o C + 200 atm + cat N 2 + 3H 2 2NH 3 H 2 também reage: com metais a altas temperaturas: ½ H 2 + Na(s) NaH(s) porém, violentamente com halogênios: H 2 + Cl 2 2HCl

USOS DO HIDROGÊNIO MOLECULAR H 2 é usado em larga escada em reações de hidrogenação de compostos insaturados nas quais o hidrogênio se adiciona a duplas ligações de compostos orgânicos, na obtenção de gorduras a partir de óleos vegetais. H 2 têm grande importância econômica como um combustível alternativo ao carvão e ao petróleo (apenas 10%); o H 2 é usado como combustível de foguetes e tem movimentado veículos com motores a combustão interna e é usado para a solda ou corte de metais: a reação com oxigênio é muito exotérmica chegando até 2800 o C H 2 + 1/2O 2 H 2 O H = -326 kj mol -1 no maçarico de arco voltaico, as temperaturas chegam a 5000 o C e é usado para a solda de materiais refratários como W e Nb, de alto ponto de fusão. 2H H 2 H = -435 kj mol-1

ISÓTOPOS DE HIDROGÊNIO prótio 1 H 1 ou H 99,986%; deutério 2 H 1 ou D 0,014% e trítio 3 H 1 ou T 7x10-16%; como o hidrogênio é muito leve, a diferença percentual em massa entre o prótio, o deutério e trítio é muito grande, maior que a encontrada em qualquer outro elemento; portanto, as diferenças nas propriedades físicas entre os isótopos são muito significativas ; H 2 e D 2 são usados em lâmpadas que emitem luz ultravioleta; a água contendo prótio, H 2 O, se dissocia cerca de três vezes mais que a água pesada, D 2 O: H 2 O H + + OH - K = 1,0x10-14 D 2 O D + + OD - K = 3,0x10-15

ISÓTOPOS DE HIDROGÊNIO as ligações com prótio são rompidas mais facilmente (até 18 vezes) que as ligações com deutério; assim na eletrólise da água, o H 2 é formado bem mais rapidamente que o D 2, de modo que a água remanescente após a eletrólise se torna mais rica em água pesada, D 2 O. 29.000 litros de água devem ser eletrolisados para produzir 1 litro de D 2 O com 99% de pureza. a água pesada sofre todas as reações da água normal e é útil na preparação de outros compostos de deutério. D 2 O é usada nas reações de substituição: NaOH + D 2 O NaOD + HDO NH 4 Cl + D 2 O NH 3 DCl + HDO Mg 3 N 2 + 3D 2 O 2ND 3 + 3MgO D 2 O possui uma constante dielétrica menor que a água comum e compostos iônicos são menos solúveis em D 2 O que em H 2 O.

ISÓTOPOS DE HIDROGÊNIO o trítio é radioativo e sofre decaimento com emissão β com uma meia vida de 12,26 anos: 14 N 7 + 1 n o 12 C 6 + 3 T 1 6 Li 3 + 1 n 0 4 He 2 + 3 T 1 3 T 1 3 He 1 + β trítio é usado em dispositivos termonucleares e na pesquisa de reações de fusão nuclear para a produção de energia; compostos tritiados são obtidos a partir do gás T 2 : T 2 + CuO(s) T 2 O(l) + Cu(s) Pd 2T 2 + O 2 2T 2 O(l)

ORTO- e PARA-HIDROGÊNIO a molécula H 2 existe em duas formas chamadas orto- e parahidrogênio dependendo da orientação dos spins nucleares em relação a um campo magnético; o fenômeno é chamado de isomeria de spin: Forma orto: spins nucleares paralelos (75% na temp. ambiente) Forma para: spins nucleares anti-paralelos (25%) observam-se diferenças significativas nas propriedades físicas como o PE, calores específicos e condutividades térmicas permite separação por cromatografia.