Hidrogênio

Hidrogênio

Por DBC Oxigênio em Guias sobre Gases Industriais
Tabela Periódica

Tabela Periódica

É o elemento químico mais abundante do Universo, existindo nas estrelas em grande quantidade no estado de plasma.

Na temperatura ambiente é um gás diatômico (H2) inflamável, incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água, pertencente ao grupo (ou família) 1 (anteriormente chamada 1A).

Aparece também em milhões de substâncias, como por exemplo na água e nos compostos denominados orgânicos, e é capaz de reagir com a maioria dos elementos. O hidrogênio é um elemento químico de símbolo H, número atômico 1 (1 próton e 1 elétron) e com massa atômica 1 u.

O núcleo do isótopo mais abundante é formado por um único próton e nenhum nêutron. Entretanto, existem outros dois isótopos: o deutério, que tem um nêutron e o trítio que tem dois. Em 2001 foi criado em laboratório o isótopo 4H e, a partir de 2003, foram sintetizados os isótopos 5H até 7H.

Obtenção

Em laboratório é obtido mediante a reação de ácidos com metais como o zinco e industrialmente pelo processo da eletrólise da água, entretanto, os pesquisadores estão investigando outros métodos como a intervenção de algas verdes para a obtenção do hidrogênio. O hidrogênio é empregado na produção de amoníaco, como combustível alternativo, e recentemente, para o fornecimento de energia às células de combustíveis.

O hidrogênio é o elemento químico mais leve, possuindo o seu isótopo mais abundante um único par próton-elétron. Nas condições normais de pressão e temperatura forma um gás diatômico, H2 com um ponto de ebulição de 20,27 K (-252,88 °C) e um ponto de fusão de 14,02 K (-259,13 °C). Submetidas a alta pressão, tal como ocorre no núcleo das estrelas gigantes gasosas, as moléculas mudam sua natureza e o hidrogênio se torna um líquido metálico. Quando submetido a pressão muito baixa, como no espaço, o hidrogênio tende a existir na forma de átomos individuais, simplesmente porque é muito pequena a probabilidade de que se combinem, entretanto, quando isso acontece podem formar nuvens de H2 que se associam para a criação das estrelas.

Esse elemento tem uma função fundamental no universo, já que através da fusão estelar (combinação de átomos de hidrogênio resultando átomos de hélio) ocorre liberação de uma imensa quantidade de energia.

Características gerais
Nome, símbolo, número Hidrogênio, H, 1
Série química Não-metal
Grupo, período, bloco 1 (IA), 1 , s
Densidade, dureza 0,0899 kg/m3, não apresenta
Aparência e cor incolor
hidrogenio4
Propriedades atômicas
Massa atômica 1,00794(7) u
Configuração eletrônica 1s1
Elétrons por nível de energia 1
Estado de oxidação (óxido) 1 (anfótero)
Raio de van der Waals 120 pm
Raio atômico (calculado) 25(53) pm
Raio covalente 37 pm
Estrutura cristalina hexagonal
Propriedades físicas
Ponto de fusão 14,025 K (-259,2 °C)
Ponto de ebulição 20,268 K (-252,8 °C)
Estado da matéria gasoso
Volume molar 11,42 ×10-6 m3/mol
Pressão de vapor 209 Pa a 23 K
Velocidade do som 1270 m/s a 298,15 K
Entalpia de vaporização 0,44936 kJ/mol
Entalpia de fusão 0,05868 kJ/mol
Informações diversas
Potencial de ionização 1312 kJ/mol
Eletronegatividade 2,2 (Escala de Pauling)
Calor específico 14304 J/(kg*K)
Condutividade elétrica __ 106/m ohm
Condutividade térmica 0,1815 W/(m*K)
Isótopos mais estáveis
iso AN meia-vida MD ED (MeV) PD
1H
99,985% H é isótopo estável com 0 nêutrons
2H
0,015% H é estável com 1 nêutron
3H sintético 12,33 anos β- 0,019 ³He
4H sintético 9,93 · 10-23 s n 2,910 ³H
Unidades SI e CNTP exceto onde indicado o contrário

Hidrogênio e suas aplicações

O hidrogênio pode ser usado em motores de combustão interna. Uma frota de automóveis com motores deste tipo é mantida na atualidade pela Chrysler-BMW. Afinal, as células de combustível em desenvolvimento parecem que serão capazes de oferecer uma alternativa limpa e econômica aos motores de combustão interna.

Industrialmente são necessárias grandes quantidades de hidrogênio, principalmente no processo de Haber para a obtenção de amoníaco, na hidrogenação de graxas e azeites e na obtenção de metanol. Outros usos que podem-se citar são:

  • Produção de ácido clorídrico, combustível para foguetes, e redução de minerais metálicos.
  • O hidrogênio líquido apresenta aplicações criogênicas, incluindo a investigação da supercondutividade.
  • Devido à sua leveza era usado como gás de enchimento de balões e dirigíveis; após o desastre do dirigível Hindenburg abandonou-se em parte seu uso devido à sua grande inflamabilidade, mas continua a ser usado em lançamento de balões meteorológicos estratosféricos.
  • O trítio é produzido nas reações nucleares e é empregado na construção de bombas de hidrogênio. Também se utiliza como fonte de radiação em pinturas luminosas e como marcador nas ciências biológicas.
  • O deutério possui aplicações nucleares como moderador, como constituinte da água pesada.

História

O hidrogênio (do francês Hydrogène, do grego hydros, água e gennein, gerar) foi reconhecido como um elemento químico em 1766 por Henry Cavendish; mais tarde Antoine Lavoisier daria o nome pelo qual o conhecemos.

Abundância e obtenção

O hidrogênio é o elemento mais abundante, constituindo 75% da massa e 90% dos átomos do universo. Encontra-se em abundância nas estrelas e nos planetas gigantes gasosos, entretanto, na atmosfera terrestre é encontrado numa quantidade pequena, aproximadamente de 1 ppm em volume.

Uma fonte comum de hidrogênio é a água, composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H2O), porem a fonte mais importante são as substâncias formadas principalmente de carbono e hidrogênio que são os compostos orgânicos, incluindo todas as formas de vida conhecidas, os combustíveis fósseis e o gás natural. O metano, produto da decomposição orgânica, está adquirindo uma crescente importância como fonte de hidrogênio.

O hidrogênio pode ser obtido de várias formas:

  • Eletrólise da água; atualmente se investiga a fotólise da água (4% da produção mundial).
  • Reação de hidrocarbonetos com vapor de água (96% da produção mundial).
  • Ataque de metais com hidróxido de sódio, potássio.
  • Ataque de metais (Zn e Al) com ácidos sulfúrico ou clorídrico.

Compostos

O hidrogênio tem uma eletronegatividade intermediária (2,2) podendo formar compostos com elementos de maior ou menor caráter metálico. Tanto com os elementos metálicos dos grupos 1|1 (1A) e 2|2 (2A) como com os elementos ametálicos dos grupos 15|15 (5A), 16|16 (6A) e 17|17 (7A) forma hidretos. Nos hidretos metálicos está presente na forma de H- e nos ametálicos está presente como íon H+, por que estes últimos tem caráter ácido.

Alguns compostos binários do hidrogênio são amoníaco (NH3), hidrazina (N2H4), água (H2O), água oxigenada (H2O2), sulfeto de hidrogênio (H2S), etc.

Com o carbono (elemento do grupo 14 (4A)) forma uma imensa quantidade de compostos, os hidrocarbonetos e derivados que são o objeto de estudo da química orgânica.

Precauções

Explosão do hidrogênio no Hindenburg

Explosão do hidrogênio no Hindenburg

O hidrogênio é um gás extremamente inflamável no ar (essa probabilidade de se inflamar situa-se entre 4% e 75% por volume de ar).

A energia necessária para inflamá-lo é muito pequena e em alguns casos, pode ocorrer auto-inflamação. Reage violentamente com o flúor e o cloro, especialmente com o primeiro, com o qual a reação é tão rápida e imprevisível que não se pode controlar. Também é perigosa sua despressurização rápida, já que diferentemente dos outros gases, a sua expansão acima de -40°C ocorre com aquecimento, podendo inflamar-se.

O hidrogênio se queima no ar com uma chama muito quente e quase invisível. A chama emite um calor muito pouco radiante e por isso mesmo não indica sua existência.

O hidrogênio pode se difundir rapidamente através de materiais e sistemas que estejam presentes no ar ou em outros gases comuns. Com alguns materiais, a difusão é mais pronunciada com temperaturas muito altas.

A energia necessária para a ignição de uma mistura hidrogênio-ar de apenas 0,04 mJ, contra 0,25 mJ dos hidrocarbonetos.

Isótopos

Prótio, deutério e trítio

Prótio, deutério e trítio

O isótopo mais comum do hidrogênio não possui nêutrons, existindo outros dois, o deutério (D) com um e o trítio (T), radioativo com dois. O deutério tem uma abundância natural compreendida entre 0,0184 e 0,0082% (IUPAC).

O hidrogênio é o único elemento químico que tem nomes e símbolos químicos distintos para seus diferentes isótopos.

Lançamento da nave americana ATLANTIS, movida a hidrogênio líquido

 

Abastecimento de um carro BMW, movido a Hidrogênio

 

07 abr 2014 Comentários