Aula 02 - Hidrognio

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Hidrogênio
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Hidrogênio
•Elemento mais abundante no universo
Encontrado em minerais, oceanos e em todos os organismos vivos
 •Forma muitos compostos 
• Estrutura eletrônica mais simples de todos os elementos 
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• Posição incerta na Tabela Periódica
Hidrogênio
1. Colocado no topo dos metais alcalinos: possuir apenas um
 elétron de valência
2. Colocado acima dos halogênios: requer um elétron para 
completar sua camada de valência
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Periodicidade Química
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Energia de Ionização
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Incolor, inodoro e insípido
Muito inflamável com o ar ou halogênios
 
Baixa densidade
Molécula de H2 estável 
Insolúvel na água e outros solventes
Propriedades Gerais
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Usos do Hidrogênio
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Usos do Hidrogênio
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Usos do Hidrogênio
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Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Emprego de hidrogênio como vetor energético solucionaria alguns problemas causado pelo uso intensivo dos combustíveis fósseis
Células a combustível: elemento essencial na economia do H2 
Convertem eficientemente hidrogênio em eletricidade
Atuação como armazenadores de energia
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Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Reações:
Cátodo: 1/2O2 (g) + 2e-  O2- 
Ânodo: H2 (g)  2H+ + 2e-
Global: O2- + 2H+  H2O (l)
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Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Aplicações em sistemas portáteis:
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Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Aplicações em sistemas estacionários:
Residencial: 1 – 10 kW
Comercial: 250kW
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Usos do Hidrogênio
Perspectivas futuras: Utilização em células a combustível
Aplicações em veículos elétricos:
Carro de marca OPEL (modelo Zafira) da General Motors apresentado na Feira de Hannover (2003) que usa como combustível o hidrogênio.
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Processos de Obtenção 
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Processos de Obtenção 
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Processos de Obtenção 
Ácidos diluídos com metais ou um álcali com alumínio (obtenção em laboratório). 
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Reatividade crescente
Processos de Obtenção 
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Eletrólise da Salmoura 
Salmoura: solução concentrada de cloreto de sódio
 
Purificação – adiciona a quente NaOH e Na2CO3 para precipitação do CaCO3 e Mg(OH)2. 
Neutralização – A solução da salmoura apresenta-se muito básica: ajuste do pH com HCl 
Eletrólise – célula eletrolítica onde é aplicada uma corrente contínua o que provoca a reação nos eletrodos 
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Processos de Obtenção 
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Reforma a Vapor da Nafta 
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Reforma a Vapor da Nafta 
Nafta– fração líquida do petróleo, entre a gasolina e o querosene 
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Reforma a Vapor da Nafta 
1.Dessulfurização da nafta
 
2.Reação da nafta dessulfurizada com vapor 
3.Redução do conteúdo de CO 
4.Remoção de CO2 
5.Metanação do CO e CO2 
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Reforma a Vapor da Nafta 
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Reforma a Vapor da Nafta 
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Reforma a Vapor da Nafta 
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Reforma a Vapor da Nafta 
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Reforma a Vapor da Nafta 
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Reforma a Vapor da Nafta 
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 Vapor de água sobre coque aquecido 
C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g)
Essa reação já foi a fonte primária de H2 e pode tornar-se importante novamente quando os hidrocarbonetos naturais se esgotarem 
CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)
Reação de Deslocamento:
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 Oxidação Parcial de Hidrocarbonetos 
2CH4 (g) + O2 (g) 2CO (g) + 4 H2 (g)
 Utiliza oxigênio no lugar do vapor
 Produz menos hidrogênio que a reforma a vapor do gás natural
CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)
Reação de Deslocamento:
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 Ligação de Hidrogênio 
 Interação dipolo-dipolo 
 Ocorre entre moléculas que têm hidrogênio ligado a átomos eletronegativos, como nitrogênio, oxigênio e flúor. 
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 Ligação de Hidrogênio 
Devido grande diferença de eletronegatividade entre o H e um dos elementos eletronegativo, o hidrogênio terá uma carga parcial positiva e será atraído pelo oxigênio, que terá uma carga parcial negativa. 
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 Ligação de Hidrogênio 
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 Ligação de Hidrogênio 
Efeito das ligações de H sobre algumas propriedades físicas:
 Ponto de Fusão
 Ponto de Ebulição
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 Ligação de Hidrogênio 
O papel absorve água porque as moléculas da celulose contém grupos -OH e, portanto, formam pontes de hidrogênio com a água. 
Moléculas de polietileno de alta densidade (PEAD), utilizada para produção de plástico, não forma ligação de hidrogênio. É um material impermeável a água. 
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 Propriedades Especiais para a H2O 
A tensão superficial da água: As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no sentido das moléculas volumosas e para o lado.
Essa desigualdade de atrações na superfície cria uma força sobre essas moléculas e provoca a contração do líquido, causando a chamada tensão superficial, que funciona como uma fina camada, ou como se fosse uma fina membrana elástica na superfície da água. 
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 Propriedades Especiais para a H2O 
O gelo flutua sobre a água líquida: isto porque a densidade do estado sólido, na água, é menor do que no estado líquido. 
As moléculas no sólido são mais densamente empacotadas do que no líquido, e portanto são mais densos
No gelo as moléculas de águas são ordenadas como um hexágono regular aberto para otimizar as ligações de hidrogênio
Devido ao aumento da distância entre as moléculas, cria-se uma estrutura menos densa que a água
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 Propriedades Especiais para a H2O 
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 Propriedades Especiais para a H2O 
Cristais de Gelo 
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 Propriedades Especiais para a H2O 
Solubilização de alguns sólidos 
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 Átomo de Hidrogênio 
H2 → 2H (ΔHd=435,9KJ mol-1) 
Produzido por dissociação térmica do hidrogênio molecular através de: 
 Arco elétrico com elevada densidade de corrente; 
 Hidrogênio a baixa pressão em um tubo de descarga de alta tensão; 
O hidrogênio atômico é um agente redutor mais forte do que o hidrogênio molecular. 
Reações com hidrogênio atômico produz peróxido de hidrogênio, hidretos, metais e compostos halogenados. 
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 Reações do Hidrogênio 
 A ativação da molécula por dissociação homolítica sobre uma superfície metálica
Hidrogênio molecular reage lentamente: elevada entalpia de ligação e, consequentemente, alta energia de ativação.
Condições especiais:
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 Reações do Hidrogênio 
2. Dissociação heterolítica em uma superfície ou por íon metálico
Condições especiais:
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 Reações do Hidrogênio 
3. Iniciação de uma reação em cadeia radicalar
Condições especiais:
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Estabilidade do Hidrogênio 
1. Formação de ligação covalente (mais comum)
Três maneiras de alcançar estabilidade:
H2, HCl, H2O
2. Perder elétrons, formando H+
 Alto poder polarizante: possui carga nuclear concentrada fazendo com que as moléculas próximas sofram o poder polarizante
 H+ : instável, fica associado a outro átomos ou moléculas
3. Adquirir elétron, formando H– (menos abundante)
LiH, CaH2
 Nuvem eletrônica difusa: facilmente polarizável
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Principais Compostos do Hidrogênio 
Água: solvente universal
Ácidos e Bases 
 Teoria de Arrhenius: teoria da dissociação eletrolítica 
 Teoria de Bronsted-Lowry: (ácidos) são substâncias doadoras de prótons e (bases) são substâncias receptoras de prótons 
 Teoria de Lewis: (ácidos) são substâncias com deficiência de elétrons e (bases) são substâncias capazes de doar um par de elétrons 
 H+: razão carga/raio elevada: ácido forte de Lewis
Hidretos
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Hidretos 
1. Iônicos ou Salinos
LiH NaH
2. Metálicos
 Pd-H U-H
3. Covalentes ou Molecular
 Si2H6 SnH4
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Hidretos 
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Hidretos 
1. Iônicos ou Salinos
São sólidos tipo sal contendo íons hidretos e metálicos na rede cristalina. Os íons H- ocupam os interstícios no retículo cristalino do metal sem provocar distorções
 Quando submetidos a eletrólise, há a liberação de hidrogênio no ânodo.
 A reação dos hidretos salinos com água é extremamente violenta:
 NaH(s) + H2O(l) H2(g) + NaOH(aq) 
Usado em laboratório para remoção de traços de água de solventes orgânicos
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Hidretos 
1. Iônicos ou Salinos
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Hidretos 
2. Metálicos
Absorção de hidrogênio pelos metais de transição, quando aquecidos à pressão elevada
 Propriedades semelhantes à do metal correspondente: dureza, brilho metálico, alta condutividade. São menos densos devido a expansão do retículo cristalino com a inclusão do hidrogênio.
 Normalmente são “não-estequiométricos”: composição variável
 
 Hidreto de Zircônio: faixa de composição ZrH1,30 a ZrO1,75
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Hidretos 
2. Metálicos
Ni e Pt: catalisadores de hidrogenação
A entalpia de ligação Pt-H é suficientemente grande para romper H-H, mas não o suficiente para compensar a perda Pt-Pt
Não forma hidreto de platina
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Hidretos 
3. Covalentes
Voláteis com baixo P.F e P.E, devido as fracas forças de Van der Waals
 Compostos com números exatos de elétrons: metano, etano
 Compostos de hidrogênio deficiente de elétrons são comuns para Boro e Alumínio e, geralmente, apresentam acidez de Lewis
 Compostos ricos em elétrons: H2O, NH3. Geralmente apresentam basicidade de Lewis
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Hidretos 
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Hidretos 
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Hidretos 
Relação da acidez com as propriedades físicas dos haletos: