Upload
gabriela-gandra
View
218
Download
18
Embed Size (px)
Citation preview
FACULDADES OSWALDO CRUZ
SÍNTESE E PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO
(Relatório número 02)
SÃO PAULO
2013
2
Nome da Experiência: Síntese e propriedades do hidrogênio
Número da Experiência 02 Data da Realização da Experiência 22/03/2013
Nome: Fernando Rodrigues Número: 15.12.085
Nome: Guilherme Favila Número: 15.12.083
Nome: Gabriela Gandra Número: 15.12.162
Nome: Rodrigo Victorino Número: 15.12.111
3
1. RESULTADOS E DISCUSSÃO
1.1. Obtenção do gás hidrogênio
1.1.1 Reação de zinco metálico com ácido clorídrico
Introduzimos em um balão volumétrico zinco metálico, esse equipamento
estava acoplado a um funil de separação, no qual foi introduzido 50 mL de
solução de ácido clorídrico (30 mL de água destilada + 20 mL de ácido
clorídrico concentrado). O ácido foi escoado lentamente sobre o metal, o
zinco (em estado pó) ao ser colocado em contato com ácido se dissolveu de
maneira bem lenta, foi observado que não ocorreu modificação em sua
coloração. Para acelerar a reação, o balão volumétrico foi aquecido com
auxílio do bico de Bünsen. Essa é uma reação de oxirredução, com redução
dos íons hidrogênio e oxidação do metal, como produtos para esta reação
obtivemos cloreto de zinco e hidrogênio gasoso. O gás formado escapava
por tubo de vidro acoplado ao sistema e, foi recolhido em três tubos de
ensaio, devidamente vedados. Para a reação entre o zinco metálico e o
ácido clorídrico temos a seguinte equação:
Zn(s) + 2 HCl(aq) � ZnCl2(s) + H2(g)
Zn(s) + 2 H+(aq) � Zn2+
(aq) + H2(g)
1.1.2 Reação de alumínio metálico com hidróxido de sódio
Adicionamos a um tubo de ensaio 3 mL de solução de hidróxido de sódio e
raspas de alumínio metálico. O tubo foi tampado com uma rolha que
4
permitia o escape de gases. A reação foi acelerada com o aquecimento do
tubo. O alumínio reagiu rapidamente, dando origem a um complexo de
sódio e alumínio, e hidrogênio gasoso, como segue na equação:
2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H2O(l) � 2 Na[Al(OH)4](s) + 3 H2(g)
Recolhemos o gás liberado em outro tubo de ensaio, o qual foi aproximado
da chama do bico de Bünsen, o qual rapidamente se inflamou. A combustão
do hidrogênio obedece a seguinte equação:
H₂(g) + 1/2 O₂(g) � H₂O(g)
5
1.2. Verificação das propriedades
1.2.1. Verificar se o gás é comburente ou combustível
Os tubos de ensaio reservados do primeiro procedimento foram aproximados à
chama do bico de Bünsen, ocorrendo sua combustão rapidamente, com um
ruído específico, denotando uma pequena “explosão”, como segue na
equação:
H₂(g) + 1/2 O₂(g) � H₂O(g)
Como o hidrogênio reage com o oxigênio, liberando calor e água na forma
gasosa, podemos classifica-lo como combustível.
1.2.2. Verificar se o gás é mais leve que o ar
O gás do primeiro procedimento foi coletado, enchendo o tubo de ensaio
primeiramente com água da cuba, para depois ser recolhido o gás proveniente
do tubo, pelo fato de que o gás hidrogênio é menos denso que a água, ele
tende a ocupar todo o volume do tubo.
1.2.3. Verificar o poder redutor do gás hidrogênio
Adicionamos 2 mL de solução de cloreto de ferro (III), algumas gotas de ácido
clorídrico e pequena quantidade de ferro em pó. O conteúdo foi aquecido e,
após resfriado, filtrado para eliminar resíduos sólidos de ferro. A solução de
cloreto de ferro que tinha coloração amarelada, após a reação e filtração,
adquiriu aspecto incolor, devido à redução do ferro, de nox 3+ para nox 2+.
6
Fe³+(aq) � Fe²+
(aq)
À solução resultante foi adicionado hidróxido de amônio (NH4OH), na qual
rapidamente formou-se um precipitado verde, devido à formação de hidróxido de
ferro (II), composto insolúvel.
Fe²+(aq) + 2 OH-
(aq) � Fe(OH)2(s)
7
2. BIBLIOGRAFIA
ATKINS, Peter.
Princípios de química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente, Peter
Atkins, Loretta Jones. 5. ed. – Porto Alegre: Bookman, 2012.
LEE, J. D.
Química Inorgânica não Tão Concisa, 5. ed, São Paulo: Edgard Blucher, 1999.
FERNANDES, Jayme.
Química analítica qualitativa: cursos técnicos e profissionalizantes do 2° grau, curso
de química industrial e curso superior de química, Jayme Fernandes. – São Paulo: Hermus,
1982.
8
3. QUESTIONÁRIO
1. Discuta a inclusão do hidrogênio em um dos grupos dos elementos
representativos.
O hidrogênio, e suas propriedades, não se relacionam com nenhum grupo representativo
da tabela periódica, logo é sempre estudado a parte. Pelo fato de ter um elétron no nível
mais externo, sua estrutura eletrônica se assemelha com a dos metais alcalinos, o que
justifica o fato de ficar próximo a este grupo na tabela periódica.
2. Descreva os principais usos do hidrogênio.
O hidrogênio é o elemento mais abundante do Planeta, constituindo cerca de 89% de
todos os átomos do universo. Junto com o carbono, constituem os hidrocarbonetos,
combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural) muito utilizados em nossa sociedade.
Constitui a molécula de água (H2O), componente essencial à vida. Como molécula
diatômica (H2) tem sido estudado como combustível do futuro, pois sua queima gera
apenas água como produto.
3. Quais são os isótopos de hidrogênio e como podem ser obtidos?
Nome Símbolo abundância (%)
Hidrogênio 1H 99,98
Deutério 2H 0,02
Trítio 3H radioativo
O hidrogênio que conhecemos, também pode ser chamado de prótio, constituído por um
elétron e um próton, ocorre naturalmente na natureza, sendo o isótopo mais estável. O
deutério ocorre naturalmente na proporção de um para cada 7.000 átomos de hidrogênio,
9
sendo muito utilizado nos processos de fusão nuclear. O trítio é o mais raro isótopo do
hidrogênio, sendo encontrado com abundância no espaço, emite radiação beta, seu núcleo
possui um próton e dois nêutrons.
4. Dê as reações de obtenção de hidrogênio:
a) Método de Lavoisier.
Lavoisier obteve o gás hidrogênio passando vapor d’água sobre ferro incandescente. Ele
escreveu “o ferro torna-se um óxido negro absolutamente igual àquele obtido pela sua
calcinação ao ar” (nesse experimento o ferro é oxidado pela água, que é reduzida a
hidrogênio). O método de Lavoisier foi o utilizado nos experimentos efetuados no
laboratório para obtenção do hidrogênio.
b) Método da oxidação parcial de hidrocarbonetos.
2 CH4 + O2 � 2 CO + 4 H2
c) Método eletrolítico.
2 H2O + eletricidade � 2 H2 + O2
5. O que são hidretos? Como são classificados? Exemplifique.
Hidretos são compostos binários do hidrogênio com outros elementos. São classificados de
acordo com o tipo de ligação que o constitui, podendo ser: 1) hidretos iônicos (ex. NaH); 2)
hidretos covalentes (ex. NH3); 3) hidretos metálicos (ex. TiHn).
6. Observe os seguintes dados:
10
• Raio iônico teórico H1- = 2,08 Å
• Raio atômico He = 0,93 Å
• Ponto de ebulição do HF = 20 °C; HCl = -85 °C; HBr = -67 °C e HI = -36 °C.
a) Por que o raio iônico teórico do H1- é muito maior (dobro) que o raio
atômico do He?
O He possui dois prótons e dois elétrons, logo a força de seu núcleo sobre sua nuvem
eletrônica é maior por ser a mesma quantidade de cargas negativas e positivas, resultando
num átomo menor quando comparado a outro (H¹-) que possui apenas uma carga positiva
para duas negativas, a qual exerce menor força de atração, resultando num átomo maior,
com elétrons mais “espaçados”. Em geral, ânions são maiores que cátions e seus átomos
constituintes.
b) Por que existe essa variação nos pontos de ebulição desses compostos?
Existe variação no ponto de ebulição destes compostos devido às forças intermoleculares
existentes, quanto maior essa força, maior será o PE. O HF apresenta ligações de
hidrogênio, logo tem o maior ponto de ebulição. No HCl, HBr e HI com o aumento do
tamanho das nuvens eletrônicas (aumento do raio atômico), aumenta a área de contato
entre as moléculas, aumentando consequentemente as forças de London, o que justifica o
aumento no ponto de ebulição do HCl<HBr<HI.