Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Exatas e da Natureza
Departamento de Química
Prof. Dr. Ary da Silva Maia
O ELEMENTO HIDROGÊNIO
INTRODUÇÃO
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 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.
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O ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
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A estrutura atômica do hidrogênio, a mais
simples de todos os elementos químicos,
apresenta um próton no núcleo, e um elétron, na
camada externa.
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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 17
Halogênios
•É um ametal
•Forma moléculas
diatômicas H2
•Forma ânions
mononegativos H-
•H- é instável e reativo
• H2 é relativamente não
reativo com ligação forte
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PROPRIEDADES 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
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ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO E ÍONS
 Energia de Ionização do H = 1310 KJ/mol
 Afinidade Eletrônica do H = 77 KJ/mol
 Eletronegatividade do H = 2,2 (próximo ao C)
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 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.
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 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-)
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HIDROGÊNIO MOLECULAR
(H2)
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Em seu estado molecular, H2, constitui-se de dois
átomos de hidrogênio, ligados por uma ligação
covalente simples
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PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO
MOLECULAR (H2)
O comprimento da ligação H─H é curta: 0,74 Å
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 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.
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PRODUÇÃO DO H2
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)
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à 1000ºC
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Entre outros métodos para obtenção do
hidrogênio, o mais conhecido e também mais
pesquisado é a eletrólise da água.
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UTILIZAÇÃO DO H2
 As aplicações do hidrogênio estão desde o
processamento
de
hidrocarbonetos
combustíveis, até a síntese da amônia
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HIDROGÊNIO: O
COMBUSTÍVEL DO FUTURO
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 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
propulsão para cápsulas espaciais.
e
 Quando produzido de fontes e tecnologias
renováveis, como hidráulica, solar ou eólica, o
hidrogênio torna-se um combustível renovável.
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CÉLULAS A COMBUSTÍVEL
Dispositivo eletroquímico que converte energia
química em eletricidade e calor
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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.
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Quando a molécula de hidrogênio entra em contato
com o catalisador, ela se separa em dois íons de
hidrogênio (H+) e dois elétrons (e-).
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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.
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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.
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BENEFÍCIOS 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
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REAÇÕES DO HIDROGÊNIO (H2)
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Reage muito lentamente com a maioria dos
outros elementos.
Energia para quebrar a ligação H─H é
muito alta.
Condições Especiais!!!!!!
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DISSOCIAÇÃO (QUEBRA) SOBRE UMA
SUPERFÍCIE METÁLICA
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COORDENAÇÃO (LIGAÇÃO) AO ÁTOMO
DE IRÍDIO (Ir)
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CLASSIFICAÇÃO DOS COMPOSTOS DE
HIDROGÊNIO
1.
Compostos Moleculares
2.
Hidretos Salinos
3.
Hidretos Metálicos
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1 - COMPOSTOS
MOLECULARES
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H com elementos eletronegativos dos grupos 13
ao 17.
H2O
NH3
CH4
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ÁGUA
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 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.
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O─H são
ligações
covalentes
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LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO
H ligado ao F, O e N
Influenciam
em
muitas
propriedades:
principalmente nos pontos de ebulição dos
compostos
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Cada molécula de água estabelece quatro
ligações de hidrogênio com as moléculas
vizinhas, sendo, portanto,muito intensas as
forças que as mantêm unidas.
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A força combinada de muitas ligações
de H pode ser grande.
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PROPRIEDADES FÍSICAS E
QUÍMICAS DA ÁGUA
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ESTADO 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.
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DENSIDADE
Os 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.
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SÓLIDO
LÍQUIDO
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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.
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AMÔNIA (NH3)
 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:
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OBTENÇÃO 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 )
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APLICAÇÕES 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.
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FERTILIZANTES 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.
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 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.
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2 - HIDRETOS SALINOS
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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
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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.
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HIDRETO DE SÓDIO (NaH)
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3 - HIDRETOS METÁLICOS
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Compostos de H com metais dos Grupos 13,
14 e 15 e do bloco d
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