Número atômico Z = 1 Ponto de fusão -259,2 ºC Estados de oxidação -1, +1 Massa molar 1,00747 g/mol

1. Hidrogênio Número atômico Z = 1 Ponto de fusão -259,2 ºC Estados de oxidação -1, +1 Massa molar 1,00747 g/mol Ponto de ebulição -252,8 ºC • Abundância • Elemento mais abundante do universo: 92% de hidrogênio, 7% de hélio e 1% de todos os outros elementos, segundo estimativas. No entanto, pequena a abundância do hidrogênio na crosta terrestre. O hidrogênio décimo elemento mais abundante na crosta terrestre (1.520 ppm ou 1,152% em peso). • Compostos contendo hidrogênio são muito abundantes, principalmente a água, matéria viva (carboidratos e proteínas), compostos orgânicos, combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural), amônia e ácidos. O hidrogênio forma mais composto que qualquer outro elemento.

2. Hidrogênio • Isótopos do hidrogênio • Na natureza, esse elemento ocorre em três formas isotópicas, hidrogênio, deutério e trítio: • H 99,985% • D 0,015% • T traços • O trítio é radioativo e tem meia vida de 12,26 anos. • O deutério e o trítiosãosubstituídospor H emcompostosparafornecer um marcador molecular. Essescompostossãomarcados, porexemplo D2O. • Deuteração(substituição de H por D) resultaemvariaçõescinéticasnasreações (efeitoisótopocinético).

3. Hidrogênio • Propriedades do hidrogênio • O hidrogênio tem umaconfiguraçãoeletrônica 1s1, logo, ele é colocadoacima do Li natabelaperiódica. Energia de Ionização do H = 1310 KJ/mol • Entretanto, o H é significativamentemenosreativo do queosmetaisalcalinos. • O hidrogêniopodeganhar um elétronparaformar H-, o qual tem a configuraçãoeletrônica do He. Conseqüentemente, o H poderia ser colocadoacima dos halogênios. • Entretanto, a afinidadeeletrônica do H é maisbaixa do quequalquerhalogênio. Afinidade Eletrônica do H = 77 KJ/mol

4. Hidrogênio • 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. Eletronegatividade do H = 2,2 (similar ao C)

5. Hidrogênio HIDROGÊNIO MOLECULAR (H2) • O comprimento da ligação HH é curta: 0,74 Å • O hidrogênio molecular é um gásmaisleveque se conhece, é incolor, inodoro, insípido e insolúvelemágua. • Suadensidade é 14 vezesmenorque a do ar.

6. Hidrogênio • Jáque o H2 é apolar e tem apenasdoiselétrons, as forçasintermolecularessão fracas (ponto de ebulição -253C, ponto de fusão -259C). • A entalpia de ligação H-H é alta (436 kJ/mol). Logo, as reações com hidrogêniosãolentas e é necessário um catalisador. • Quando o hidrogênioreage com o ar, ocorreumaexplosão (Hindenburgexplodiuem 1937): • 2H2(g) + O2(g)  2H2O(l) H = -571,7 kJ

7. Hidrogênio Preparaçãodo hidrogênio MÉTODO 1: C + H2O  CO + H2 CO + H2 + O2 C ALO R + H2O + CO2 Dificuldade: difícil obter o H2 puro a partir do gás de água, pois a remoção de CO é difícil. MÉTODO 2: reformação a vapor. CH4 + H2O  CO + 3 H2 Utilizado no processo de Haber de síntese de NH3 e para a hidrogenação de óleo. Hidrocarbonetos leves, como metano, são misturados com vapor de água e passado sobre um catalisador de níquel a 800-900 °C .

8. Hidrogênio MÉTODO 3: Craqueamento: misturas naturais de hidrocarbonetos de elevado peso molecular, tais como nafta e óleo combustível, são submetidos ao processo de craqueamento para formar hidrocarbonetos de peso molecular menor. O H2 é um valioso subproduto desse processo. MÉTODO 4: H2 muito puro (99,9% ) preparado por eletrólise de água ou de soluções de NaOH ou KOH (mais usual). Um processo bastante caro devido ao consumo elevado de energia elétrica. Ânodo: 2 OH-  H2O + ½ O2 + 2e- Cátodo: 2 H2O + 2e-  2 OH- + H2 Reação global: H2O  H2 + ½ O2

9. Hidrogênio MÉTODO 5: Uma grande quantidade de hidrogênio puro se forma como subproduto da indústria de cloro e álcalis , na qual soluções aquosas de NaC l sofrem eletrólise para formar NaOH, Cl2 e H2. MÉTODO 6: Reação de ácidos diluídos com metais, ou de álcalis com alumínio . MÉTODO 7: O hidrogênio pode ser preparado pela reação de hidretos salinos (iônicos) com água. LiH + H2O  LiOH + H2

10. Hidrogênio Preparação do hidrogênio no laboratório

11. Hidrogênio • Utilização do hidrogênio • O hidrogênio é usadopara a produção de amônia e parahidrogenaróleosvegetaispara a fabricação de margarina e gordura. • O hidrogênio é usadopara a fabricação de metanol: • CO(g) + 2H2(g)  CH3OH(g) • Em maçaricos oxigênio-hidrogênio para cortar ou soldar metais, pode-se chegar a temperatura de 3000 °C .

12. Hidrogênio HIDROGÊNIO: O COMBUSTÍVEL DO FUTURO • 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.

13. Hidrogênio • BENEFÍCIOS AMBIENTAIS • Emissão nula de CO2 • Por cada kg de hidrogênio utilizado em vez de petróleo, 3 kg de CO2 são evitados. • Eficiência 4 vezes superior ao motor de combustão • Único resíduo é água potável • Não há barulho no seu funcionamento

14. Hidrogênio • Compostosbinários de hidrogênio • Trêstipos de compostosbinários de hidrogêniosãoformados: • hidretosiônicosousalinos(porexemplo, LiH, preparado a partir de metais e H); • hidretosmetálicos (porexemplo, TiH2, preparado a partir de metais de transição e H) e • hidretosmoleculares (porexemplo, CH4, preparado a partir de não-metais e metalóides e H).

16. Hidrogênio Hidretosiônicosousalinos 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, MgH2 etc

17. Hidrogênio • As evidências do caráter salino são basicamente: • Os hidretos salinos quando fundidos conduzem corrente elétrica, por exemplo o hidreto de lítio, PF = 691 °C. • Submetidos a uma eletrólise, desprendem gás hidrogênio. HIDRETO DE SÓDIO (NaH)

18. Hidrogênio HIDRETOS METÁLICOS

19. Hidrogênio HidretosMoleculares H com elementos eletronegativos dos grupos III A ao VII A H2O NH3 CH4

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

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

23. 2 C15H31COONa + Ca(HCO3)2(s)(C15H31COO)2Ca(s)+ 2 NaHCO3(aq) PALMITATO DE SÓDIO        BICARBONATO DE CÁLCIO               Em diversos países da Europa a água para uso doméstico é classificada como “dura”, devido a seu conteúdo relativamente alto de sais. Nestes países, as formulações dos detergentes em pó contém zeólitas.