Obtenção do Hidrogênio

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
LICENCIATURA EM QUÍMICA
QUIMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL I
TURMA: 2015.1
Graduandas: Íngrede F. Silva e Regina Morais
Professor: Tancredo Fontineles
Entrega: 22/04/2015
Obtenção do Hidrogênio
Introdução
O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo com 92% seguido do hélio (7%) e os demais elementos (1%); é o quarto elemento mais abundante na Terra e é encontrado em grandes quantidades no oceano e nos organismos vivos (na forma de carboidratos e proteínas), compostos orgânicos, combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural), amônia e ácidos. O hidrogênio forma mais compostos que qualquer outro elemento. Foi isolado pela primeira vez pelo químico inglês Henry Cavendish (Figura 1). O hidrogênio é um gás insípido, incolor e inodoro. Como as moléculas de H2 são apolares, elas só podem interagir por forças de London muito fracas.
Figura 1. Henry Cavendish. Fonte: http://www.nndb.com/people/030/000083778/
Segundo J. D Lee (1999), “o hidrogênio possui a estrutura atômica mais simples que qualquer outro elemento, sendo constituído por um núcleo contendo um próton com carga +1 e um elétron circundante. A configuração eletrônica pode ser representada como 1s1”. Os átomos de hidrogênio podem alcançar a estabilidade de três maneiras diferentes: formando uma ligação covalente com outro átomo, perdendo um elétron para formar H+ ou adquirindo um elétron para formar H-. 
Segundo Peter Atkins e Loretta Jones (2006), “as propriedades químicas do hidrogênio são muito diferentes daquelas dos halogênios. Como ele não pode ser claramente identificado com nenhum grupo de elementos, não vamos associá-lo a grupo nenhum”. 
A maior parte do hidrogênio comercial é obtida como um subproduto do refino do petróleo, em uma sequência de duas reações catalisadas. Segundo Peter Atkins e Loretta Jone (2006), “a primeira é a reação de reforma catalítica, na qual um hidrocarboneto e vapor são convertidos em monóxido de carbono e hidrogênio sobre um catalisador de níquel”, Eq. (1).
Ni (1)
A reação de reforma é seguida pela reação de deslocamento, Eq. (2), em que o monóxido de carbono do gás de síntese reage com a água:
Fe/Cu
 (2)
O hidrogênio é preparado no laboratório pela redução dos íons hidrogênio de um ácido forte (como o ácido clorídrico) por metais com potencial padrão negativo, como o zinco:
 (3)
2- Objetivos:
Obter o hidrogênio (H2) a partir de reações de metais com ácido e base;
Observar a reatividade dos metais.
3- Procedimentos Experimentais:
3.1- Materiais e Reagentes:
Ácido Clorídrico 2 M;
Hidróxido de Sódio 2 M;
Fitas de Magnésio;
Zinco em pó;
Pedaços de alumínio;
Barra de cobre;
Espátula;
Fenolftaleína;
Balão Volumétrico;
Béquer;
Pipeta 10 mL;
Tubos de Ensaio.
Balança Analítica.
3.2- Procedimentos Realizados:
Foram preparadas 50 mL de soluções aquosas de ácido clorídrico 2 M e hidróxido de sódio 2 M. Em oito tubos de ensaio foram colocados em duplicata 0,3 g de magnésio, alumínio e zinco (Figura 1).
Figura 2. Tubos de ensaio contendo os metais utilizados no experimento.
Foi adicionado em um dos tubos contendo cada metal, 5 mL da solução de ácido clorídrico, e no outro tubo, 5 mL de hidróxido de sódio. A barra de cobre foi posta em um béquer contendo ácido clorídrico e logo depois, colocou-se a outra extremidade da barra em um béquer contendo hidróxido de sódio (Figura 3).
Figura 3. barra de cobre na solução de ácido clorídrico.
4- Resultados e Discussão:
A Tabela 1 relaciona as equações das reações entre os metais e o HCl com os resultados observados durante o procedimento.
Tabela 1. Aspectos da reação entre metais e ácido clorídrico.
	Metal
	Reação 
	Observações
	Magnésio (Mg)
	
	Grande formação de gás. O fósforo acesso colocado na abertura do tubo apagou.
	Alumínio (Al)
	
	Formação de gás.
	Zinco (Zn)
	
	Não houve formação significante de gás. Formou precipitado.
	Cobre (Cu)
	
	Não houve formação significante de gás.
A maioria das reações químicas entre um ácido e um metal, irá liberar gás hidrogênio (H2) e formar um sal correspondente. Segundo André Luis da Silva (2013), “comumente se estabelece na Química Inorgânica uma regra em relação a reações entre ácidos e metais. Essa regra sugere que: metais reagem com ácidos, liberando gás hidrogênio”. Entretanto, tal regra torna-se válida quando se tem um metal mais reativo do que o hidrogênio, conforme a ordem de reatividade mostrada abaixo (Figura 4):
Figura 4. Ordem de reatividade dos metais. Fonte: http://www.brasilescola.com/quimica/reacoes-deslocamento-substituicao-ou-simples-troca.htm
Dessa forma, pode-se observar que os metais magnésio (Mg), zinco (Zn) e o alumínio (Al) são mais reativos do que o hidrogênio, logo, podem reagir quimicamente com ácidos e descolar esse elemento em sua forma gasosa. No entanto, o mesmo não se pode falar do metal cobre (Cu) por ser menos reativo do que o hidrogênio e, portanto, não reagindo quimicamente com ácidos. Os metais mais reativos são aqueles que possuem grande tendência a perder elétrons, logo, formam íons positivos com mais facilidade.
A barra de cobre não formou gás na reação com o ácido clorídrico ou com hidróxido de sódio, por conta da superfície de contato da barra. Além disso, a barra não estava lixada devidamente. Abaixo encontra-se os resultados obtidos para as reações entre os metais utilizados e a solução de hidróxido de sódio.
Tabela 2. Aspectos da reação entre metais e hidróxido de sódio.
	Metal
	Reação
	Observações
	Alumínio (Al)
	
	Grande formação de gás (Figura 3)
	Magnésio (Mg)
	
	Formou gás. As fitas de magnésio escureceram.
	Zinco (Zn)
	
	Não houve formação significante de gás. Formou precipitado.
	Cobre (Cu)
	
	Não houve formação de gás.
Para que qualquer reação ocorra é necessário satisfazer determinadas condições, como por em contato os reagentes e haver afinidade química entre eles, o que significa que devem interagir de modo a possibilitar a formação de novas substâncias. Quando colocamos os metais para reagirem com os ácidos, a grande maioria possui essa afinidade química e reage. No entanto, o mesmo não ocorre quando postos para reagir com bases e com a água. Segundo Jennifer Fogaça, “os únicos metais que reagem com bases são o alumínio, o zinco, o chumbo e o estanho”. Na reação entre a base hidróxido de sódio (NaOH) com o alumínio e com o zinco, respectivamente, foi observado que nos dois casos os produtos formados foram um sal e o gás hidrogênio. Portanto, quando os metais citados reagem com uma base forte, os produtos sempre serão sais incomuns e o gás hidrogênio.
Referências:
ATKINS, P; JONES, L. Princípios de Química – Questionando a Vida e o Meio Ambiente. Ed 3º. Editora Bookman. 2006. Pg. 629, 630.
LEE, J, D. Química Inorgânica Não Tão Concisa. Ed 5º. Editora Blucher. 1999. Pg.122.
DA SILVA, A, L, S. Liberação de Hidrogênio por Reações entre Metais e Ácidos. [Online]. Info Escola. Disponível em < http://www.infoescola.com/quimica/liberacao-de-hidrogenio-por-reacoes-entre-metais-e-acidos/> Acesso em 20 de abril de 2015.
FOGAÇA, J. Reatividade dos Metais com Água e Bases. [Online] Brasil Escola. Disponível em <http://www.brasilescola.com/quimica/reatividade-dos-metais-com-agua-bases.htm> Acesso em 20 de abril de 2015.