RELATÓRIO DE INORGANICA- HIDROGENIO

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Universidade Estadual Vale do Acaraú- UVA
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia- CCET/ Campus CIDAO
Química Inorgânica Experimental I
Prof. Dr. Dráulio Sales da Silva 
OBTENÇÃO DO HIDROGÊNIO A PARTIR DE MÉTODOS LABORATORIAIS
Cristiane Alves do Nascimento
Liliane Vieira Pereira
Wesley Caetano Marinho
Sobral-CE, 2015.
OBTENÇÃO DO HIDROGÊNIO A PARTIR DE MÉTODOS LABORATORIAIS
RESUMO: O hidrogênio é o mais simples dos elementos químicos e também o mais abundante do universo, é um elemento muito reativo, que tende a ajustar seu estado eletrônico de diversas formas para formar diferentes compostos e pode ser obtido de diversas maneiras. Este trabalho objetiva então mostrar as formas de obtenção do hidrogênio em laboratório e deu-se através de reações realizadas com ácidos e bases na presença de um metal. A liberação de H2 foi observada na maioria das reações e houve exceção apenas na reação de um ácido com um metal nobre, que apresenta reatividade inferior ao hidrogênio desfavorecendo a reação, e na reação de um ácido, que ao invés de H2 formou H2O. O processo de obtenção do H2 foi eficiente atingindo os objetivos propostos na prática. 
INTRODUÇÃO
O alquimista Phillipus Aureolos Theophrastus, conhecido como “Paracelsus“, na manipulação de metais e ácidos, produziu um ar explosivo ao qual foi ignorado como elemento químico. Posteriormente, Henry Cavendish reconheceu o gás como uma discreta substância química, identificando como “ar inflamável”, mais tarde, Antonie Lavoisier nomeou o elemento como hidrogênio, que significa gerador de água.
O hidrogênio possui uma estrutura atômica simples, sendo constituído por um núcleo contendo um próton e um elétron circundante. Em condições normais de pressão e temperatura, o hidrogênio é um gás não tóxico, inflamável, incolor e inodoro. Apesar de aparentemente ser um elemento simples, o hidrogênio possui propriedades químicas variadas, desde uma base forte de Lewis à um ácido forte de Lewis. Suas propriedades não podem ser correlacionadas com nenhum dos grupos representativos da tabela periódica, embora se assemelhe ao grupo dos metais alcalinos (possuem um elétron no nível mais externo), aos halogênios (precisam de um elétron para alcançar a estabilidade) e aos elementos do grupo 14 (possuem o nível mais externo semipreenchido), mas a melhor alternativa é considera-lo como um elemento a parte. Os átomos de hidrogênio podem alcançar a estabilidade de três maneiras diferentes: Formando uma ligação covalente, perdendo um elétron, adquirindo um elétron. (LEE, J. D., 1999)
O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo e o décimo quinto mais abundante na Terra, contudo a quantidade de na atmosfera terrestre é muito pequena, ele pode ser encontrado nos gases vulcânicos, nas águas dos oceanos, compostos contendo hidrogênio como na água, organismos vivos, compostos orgânicos, combustíveis fósseis, amônia e ácidos.
O hidrogênio é obtido em grande escala por diversos métodos: Processo Bosch, reforma catalítica de hidrocarbonetos, eletrólise da água, eletrólise de solução aquosa de NaCl e os métodos comuns em laboratório: ácidos diluídos + metais, álcalis + metais que formam hidróxidos anfóteros, metais mais reativos + água e hidretos salinos + água. A escolha do melhor método de produção do hidrogênio depende da quantidade que queremos produzir e do seu grau de pureza. 
Júlio Verme, em “ A ilha Misteriosa”, 1874, disse: “...creio que (...) um dia (...) o hidrogênio e o oxigênio (...), utilizados isoladamente ou em simultâneo, vão constituir uma fonte de calor e luz inesgotável, de uma intensidade de que o carvão não é capaz...”
O hidrogênio não é uma fonte de energia primária e sim um portador de energia. Uma das vantagens do hidrogênio é o fato deste poder ser produzido a partir de uma grande variedade de recursos. Alguns metais reativos, por exemplo, reagem com água produzem o gás hidrogênio, é o caso dos metais alcalinos e alguns metais alcalinos terrosos e outros metais como o magnésio, o ferro e o zinco. Eles deslocam o hidrogênio da água e além de produzirem gás hidrogênio, produzem também o hidróxido correspondente.
Na obtenção de hidrogênio a partir de bases, somente o alumínio, zinco e o estanho reagem com as soluções aquosas de base forte produzindo gás hidrogênio e sais não muito comuns.
Diante disto, esse trabalho tem como objetivo discutir os métodos laboratoriais de obtenção de gás hidrogênio a partir de ácidos e bases na presença de um metal, observar a reatividade dos metais a partir do desprendimento de , preparar um hidreto covalente e verificar o efeito desse hidreto na água. 
PARTE EXPERIMENTAL
2.1 MATERIAIS E REAGENTES
Para realização dos procedimentos experimentais de obtenção do H2 foram utilizados tubos de ensaio, palitos de fósforo, pipetas e soluções de HCl, H2SO4, H3PO4, CH3COOH, HNO3, NaOH 20%, NaCl, CuO, Mg metálico, Zn, Al e Cu.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1
Separar quatro tubos de ensaio. No primeiro tubo adiciona-se 1mL de HCl com concentração 1 mol/L, no segundo 1 mL de H2SO4 1 mol/L, ao terceiro tubo 1 mL deH3PO4 1 mol/L e ao quarto tubo 1 mL de CH3COOH 1 mol/L. Em seguida coloca-se no primeiro tubo uma pequena amostra de Mg metálico. Fecha-se o tubo com o dedo polegar durante a reação por aproximadamente dois minutos. Ao final, aproxime um palito de fósforo em chama, enquanto o gás escapa. Este procedimento foi repetido para os outros três tubos.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 2 
Separar quatro tubos de ensaio. Adiciona-se 1mL de HCl 1 mol/L em cada tubo. De forma simultânea, colocar uma pequena amostra de Mg no primeiro tubo, Zn no segundo, Al no terceiro e Cu no quarto.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3
Em um tubo de ensaio adiciona-se 1mL de HNO3 concentrado e colocou-se uma pequena amostra de Cu metálico.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4
Em um tubo de ensaio adiciona-se 1mL de NaOH 20%, colocou-se uma pequena amostra de Al. Em seguida aqueça suavemente o tubo de ensaio e aproximo um palito de fósforo em chama na saída do tubo.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 PROCEDIMENTO 1
 No tubo de ensaio 1, o magnésio metálico reagiu com o ácido clorídrico doando seus elétrons para o cloro havendo a formação de cloreto de Mg e gás hidrogênio. Enquanto a reação ocorria, fechou-se o tubo de ensaio com o dedo por aproximadamente 2 minutos e foi observado o aquecimento do tubo evidenciando uma reação bastante exotérmica. Para verificar a liberação do gás hidrogênio acendeu-se um palito de fósforo próximo ao tubo havendo então uma pequena “explosão” que caracteriza a presença de H2.
Reação ocorrida: Mg (s) + 2HCl (l) --> MgCl2(s) + H2(g) 
No tubo de ensaio 2 também foi observado a formação de gás hidrogênio através da reação do ácido sulfúrico com Mg metálico pois, ao fechar o tubo com o polegar por aproximadamente 2 minutos e acender o palito de fósforo também houve uma pequena “explosão” evidenciando a presença do gás hidrogênio, assim como o caráter exotérmico da reação. 
Reação ocorrida: Mg (s) +H2SO4(l) --> MgSO4(l) + H2(g)
No tubo de ensaio 3 foi observado apenas a formação de bolhas ao redor do magnésio indicando que a reação aconteceu de forma lenta. Ao fechar o tubo com o polegar durante 2 minutos e acender o palito de fosforo próximo do tubo, nada foi observado para a comprovação da presença do gás hidrogênio. O fato de não ter ocorrido a explosão foi devido fechamento incorreto do tubo de ensaio deixando o gás escapar e fazendo com que tal observação e comprovação não fosse observada.
Reação ocorrida: 3 Mg (s) + 2H3PO4(l) --> Mg3(PO4)2(l) + 3H2(g)
No tudo de ensaio 4 foi observado a reação entre o magnésio com o ácido acético. Ao fechar o tubo de ensaio com o polegar durante 2 minutos e acender o palito de fosforo próximo do tubo, rapidamente houve uma explosão que comprova a existência do hidrogênio.
Reação ocorrida: Mg(s) + 2CH3COOH(l) --> Mg (CH3COOH)2(l) + H2(g)
 A reatividade química dos metais varia com a eletropositividade, logo quanto mais eletropositivo foro elemento, mais reativo será o metal. Os metais mais reativos são aqueles que possuem grande tendência de perder elétrons, logo, formam íons positivos com mais facilidade. (J.B. RUSSEL, 1996)
 E, de um modo geral, os metais tendem a produzir gás hidrogênio quando reagem com ácido. Para que isso ocorra é necessário que o metal seja mais reativo que o hidrogênio (maior tendência para perder elétrons). O Mg é metálico é altamente eletropositivo, logo é bastante reativo, facilitando a obtenção do gás hidrogênio através dos procedimentos citados. 
3.2 PROCEDIMENTO 2
Ao adicionar a cada tubo de ensaio contendo ácido clorídrico os pedaços de magnésio, zinco, alumínio e cobre, respectivamente observou-se imediatamente a reação de desprendimento de gás, evidenciando a formação do gás hidrogênio em todos os tubos exceto no tubo que foi adicionado o cobre pois, por ser um elemento que apresenta baixa tendência para oxidação, assim como a reatividade menor que a do hidrogênio, não pode ser oxidado pelo H+ e ao reagir com esse ácido nada ocorreu. Isto evidencia que nem todos os metais podem ser utilizados na obtenção do gás hidrogênio. Os metais, como os elementos de transição dos grupos 8B e 1B, são muito estáveis não formando compostos com facilidade e são chamados de metais nobres, porque apresentam baixa reatividade. O cobre encontra-se no grupo IB, portanto é um metal nobre e não rege com esse ácido nas condições estabelecidas.
Nos demais tubos de ensaio houve reação e produção de gás hidrogênio, conforme se pode acompanhar nas reações abaixo: 
Reação 1
HCl + Cu não houve reação
Reação 2
2 HCl (aq) + Mg (s) MgCl2(aq) + H2(g)
O magnésio reagiu imediatamente e bastante vigorosamente liberando hidrogênio (H2), os íons magnésio ficam dissolvidos gerando uma solução de cloreto de magnésio. A reação é exotérmica, houve liberação de calor.
Reação 3
2 HCl (aq) + Zn (s) ZnCl2 + H2
O zinco, quando em contato com a solução de HCl 1M, reagiu de forma menos vigorosa que o Mg, uma vez que a capacidade de oxidar do zinco é menor que a do magnésio.
Reação 4
6 HCl (aq) + 2Al (s) 2AlCl3 + 3 H2
O alumínio (Al), que está entre o Mg e o Zn na série eletroquímica, que representa a ordem crescente de reatividades dos metais, reagiu lentamente formando pequenas bolhas de gás hidrogênio na superfície do metal.
Como já citado anteriormente, a reatividade química dos metais varia com a eletropositividade, quanto mais eletropositivo mais reativo será o metal. Por isso observou-se que o Mg reagiu mais rapidamente e vigorosamente com o HCl do que o Cu, Al, e Zn, pois ele é mais eletropositivo, portanto mais reativo do que os demais. 
3.3 PROCEDIMENTO 3
 Ao reagir o cobre e o ácido nítrico houve imediatamente liberação de um gás castanho amarelado, o óxido de azoto, que borbulhava numa solução de um verde intenso evidenciando imediatamente que ocorreu a reação, mas não houve a liberação do gás hidrogênio:
Reação: Cu (s) + 4 HNO3(l) --> Cu (NO3)2 + 2 H2O (l) + 2 NO2(g)
O ácido nítrico, diluído ou concentrado, é um agente oxidante muito forte e, quando reage com metais, ocorre a redução dos seus íons negativos, o metal é oxidado e em vez de hidrogênio, forma-se água.
 3.4 PROCEDIMENTO 4
Na reação entre o NaOH e Al foi possível observar a formação de bolhas sobre a superfície do metal enquanto ia sendo consumido. 
Reação entre o Alumínio e Hidróxido de sódio:
2Al(s) + 2NaOH(aq) + 2H2O(aq) - 2NaAlO2(aq) + 3H2(g)
Quando o alumínio se dissolve na solução aquosa de NaOH acaba formando o hidrogênio e um aluminato. Ao aquecer a amostra e acender o palito de fósforo na amostra, para comprovar a existência do hidrogênio, foi possível observar uma chama, devido as características inflamáveis do hidrogênio. 
CONCLUSÃO
O método de preparação de hidrogênio a partir de reações entre ácidos e bases na presença de um metal, é um método prático e eficiente, apesar de o recolhimento de hidrogênio ser inviável, uma vez que as reações ocorrem ligeiramente rápidas. A reatividade dos metais influencia diretamente nas reações de obtenção do hidrogênio, sendo favoráveis apenas os metais que apresentam sua reatividade superior à do hidrogênio. Portanto, metais considerados nobres não reagem com ácidos e bases para formar o gás hidrogênio. 
REFEÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LEE, J.D - Química Inorgânica - 5ª Edição - Editora Edgard Blucher Ltda, 1999, São Paulo - Brasil.
ATKINS, P. JONES, L.– 5ª Edição – Editora Bookman, 2012, Porto alegre – Brasil.
RUSSEL, J. B. Química geral. 6. ed. Rio de Janeiro, LTC, 1996.
OLIVEIRA, Renato Antunes. Hidrogênio. Disponivel em: http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/hidrogenio/
BACAN, N. et al. Química analítica quantitativa elementar. 2ª ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1979.