Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Prof. Dr. Ary da Silva Maia

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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

Out/2009Out/2009 22Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia

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.

Na crosta terrestre: presente nos minerais, nos oceanos e em todas as coisas vivas.


O ÁTOMO DE HIDROGÊNIOO ÁTOMO DE HIDROGÊNIO


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


Em algumas Tabelas Periódicas se encontra na Família 1 (metais alcalinos), mas existe uma controvérsia quanto a sua real posição.


Semelhanças Não semelhanças

Grupo 1 Metais Alcalinos

•Forma cátion monopositivo H+

•Tem um único elétron s

•É um ametal•Não reage com água

Grupo 17Halogênios

•É um ametal•Forma moléculas diatômicas H2

•Forma ânions mononegativos H-

•H- é instável e reativo• H2 é relativamente não reativo com ligação forte


PROPRIEDADES NUCLEARESPROPRIEDADES NUCLEARES

Há 3 isótopos de hidrogênio:

1. Próprio hidrogênio (1H) ou (H)

2. Deutério (2H) ou (D)

3. Trítio (3H) ou (T)

OBS!! Somente o Trítio é radioativo



ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO E ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO E ÍONSÍONS

Energia de Ionização do H = 1310 KJ/mol

Afinidade Eletrônica do H = 77 KJ/mol

Eletronegatividade do H = 2,2 (próximo ao C)


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 ao ganhar um elétron forma o ânion hidreto H─, presente apenas em combinações com metais alcalinos e acalinos-terrosos.


Na maioria dos compostos o H apresenta carga + 1

Ex: HCl, H2O H = +1 ou (H+).

O átomo de H forma compostos com os metais (preferencialmente Grupos 1 e 2) que são chamados de “hidretos metálicos”

Ex: NaH, AlH3 H = -1 ou (H-)


HIDROGÊNIO MOLECULAR HIDROGÊNIO MOLECULAR (H(H22))


Em seu estado molecular, H2, constitui-se de dois átomos de hidrogênio, ligados por uma ligação covalente simples


PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO MOLECULAR (HMOLECULAR (H22))

O comprimento da ligação H─H é curta: 0,74 Å


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.


PRODUÇÃO DO HH22

Grande parte do hidrogênio (H2) para indústria é produzido pela reação, a alta temperatura, do H2O com o CH4.

CH4 (g) + H2O (g) → CO (g) + 3 H2 (g) à 1000ºC


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


UTILIZAÇÃO DO HUTILIZAÇÃO DO H22

As aplicações do hidrogênio estão desde o processamento de hidrocarbonetos combustíveis, até a síntese da amônia


HIDROGÊNIO: O HIDROGÊNIO: O COMBUSTÍVEL DO FUTUROCOMBUSTÍVEL 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.




CÉLULAS A COMBUSTÍVELCÉLULAS A COMBUSTÍVELDispositivo eletroquímico que converte energia

química em eletricidade e calor


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. Out/2009Out/2009 2525Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia

Quando a molécula de hidrogênio entra em contato com o catalisador, ela se separa em dois íons de hidrogênio (H+) e dois elétrons (e-). Out/2009Out/2009 2626Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia

O oxigênio (O2), retirado do ar, entra na célula a combustível pelo terminal positivo, o cátodo. O gás é forçado a se dispersar no catalisador. Out/2009Out/2009 2727Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia

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 (H2O). Nesta reação, uma certa quantidade de calor é liberada.



BENEFÍCIOS AMBIENTAISBENEFÍCIOS AMBIENTAIS

Emissão nula de CO2

Por cada kg de hidrogênio utilizado (no lugar 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


REAÇÕES DO HIDROGÊNIO REAÇÕES DO HIDROGÊNIO (H(H22))


Reage muito lentamente com a maioria dos outros elementos.

Energia para quebrar a ligação H─H é muito alta.

Condições Especiais!!!!!!


DISSOCIAÇÃO (QUEBRA) SOBRE DISSOCIAÇÃO (QUEBRA) SOBRE UMA SUPERFÍCIE METÁLICAUMA SUPERFÍCIE METÁLICA


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


CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMPOSTOS DE HIDROGÊNIOCOMPOSTOS DE HIDROGÊNIO

1. Compostos Moleculares

2. Hidretos Salinos

3. Hidretos Metálicos



1 - COMPOSTOS 1 - COMPOSTOS MOLECULARESMOLECULARES


H com elementos eletronegativos dos grupos 13 ao 17.

H2O NH3 CH4


ÁGUAÁGUA


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.


O─H são ligações covalentes


LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIOLIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO

H ligado ao F, O e N

Influenciam em muitas propriedades: principalmente nos pontos de ebulição dos compostos


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


A força combinada de muitas ligações de H pode ser grande.


PROPRIEDADES FÍSICAS E PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DA ÁGUAQUÍMICAS DA ÁGUA


ESTADO FÍSICOESTADO 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.


DENSIDADEDENSIDADEOs 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.


SÓ

LID

O LÍQ

UID

O


PONTO DE EBULIÇÃOPONTO 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.




AMÔNIA (NHAMÔNIA (NH33)) 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 (NH3), cuja formula estrutural é:


OBTENÇÃO DA AMÔNIAOBTENÇÃO DA AMÔNIA

Atualmente o processo de Haber-Bosch (cujo desenvolvimento valeu a Fritz Haber e a Carl Bosch o Prêmio 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.

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 ( g )Out/2009Out/2009 5353Prof. Dr. Ary MaiaProf. Dr. Ary Maia

APLICAÇÕES DA AMÔNIAAPLICAÇÕES 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.


FERTILIZANTES NITROGENADOSFERTILIZANTES 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.


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.


2 - HIDRETOS SALINOS2 - HIDRETOS SALINOS


Os hidretos salinos são os hidretos formados pelos elementos dos grupos 1 e 2 (metais alcalinos e alcalinos terrosos). O hidrogênio comporta-se como um halogênio e recebe um elétron do metal

Ex: LiH, NaH, MgH2 etc


As evidências do caráter salino são basicamente:

Os hidretos iônicos quando fundidos conduzem corrente elétrica, por exemplo o hidreto de lítio P.F. = 691oC.

Submetidos a uma eletrólise, desprendem gás hidrogênio.


HIDRETO DE SÓDIO (NaH)


3 - HIDRETOS METÁLICOS3 - HIDRETOS METÁLICOS


Compostos de H com metais dos Grupos 13, 14 e 15 e do bloco d


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