aula1a_hidrogenio_QID_2014

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Química Inorgânica 
Descritiva 
Prof. Celso Molina 
 
2014 
Química Industrial 
Elementos Químicos 
 
 
 
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Hidrogênio 
Aula 1 
Hidrogênio 
Propriedades, Produção, Uso 
Ocorrência do Hidrogênio 
 
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Ocorrência na crosta terrestre 
 
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Características, Isótopos e propriedade nucleares do Hidrogênio 
Características, Isótopos e propriedade nucleares do Hidrogênio 
Qual é o melhor lugar na tabela 
periódica? 
 Semelhança com metais alcalinos? 
 
Camada de valência com apenas 1 elétron. 
Porém baixa tendência de perder esse elétron: 
Qual é o melhor lugar na tabela 
periódica? 
Semelhança com halogênios? 
Falta 1 elétron para completar a camada de valência. 
Porém baixa tendência de receber elétron: 
Íons hidrogênio: H+ e H- 
H (g) H+ (g) + e- 
H (g) + e- H- (g) 
a energia de ionização é alta embora exista 
íons H+ sob condições adequadas. 
 Os íons [H5O2]+, [H9O2]+ também foram isolados em 
hidratos ácidos cristalinos. Ambos são membros da 
família dos prótons hidratados [H(H2O)n]+ (n= 1 a ≈ 
20) 
Ex.: o próton hidratado ou íon oxonium, [H3O]+ é uma 
espécie muito importante em solução aquosa. 
Forma os hidretos metálicos, como por exemplo: 
LiH, CsH 
Dihidrogênio (H2) - Propriedades 
Gas incolor, sem odor, moderadamente solúvel em todos os solventes a temperatura 
ambiente, ligação covalente relativamente forte por ser uma ligação simples, entre as 
moléculas interações de van der Waals fracas 
Dihidrogênio (H2) - Produção 
Laboratório 
Pode ser preparado por eletrólise de água acidificada 
2H2O (l) O2 (g) + 4H+ (aq) + 4 e- 
2H2O (l) + 2 e- H2 (g) + 2OH-(aq) 
Dihidrogênio (H2) - Produção 
Laboratório 
Em pequenas quantidades pode ser preparado pela reação: 
 um ácido diluído e metais 
 solução aquosa de base e metal 
 hidretos e água. 
com metais alcalinos em água também libera H2 mas são reações muito 
violentas. 
Produção de Dihidrogênio (H2) – 
métodos industriais 
 
14 
Produção de Dihidrogênio (H2) – 
métodos industriais 
Reforma catalítica de hidrocarbonetos 
Grande escala 
Baixo custo 
 
É difícil obter o H2 puro a partir do gás de síntese, pois a remoção de CO é difícil. 
CO é convertido a CO2 pela reação de deslocamento 
CO2 é removido por lavagem com solução alcalina. 
ΔH = + 206 kJ mol-1 
Hidrogênio? 
• É o elemento mais leve; 
• É o mais abundante do Universo (90% dos átomos); 
• Forma muitos compostos; 
• É o único átomo que a equação de Schrödinger resolveu exatamente; 
• Altamente inflamável; 
• Reage explosivamente com O2 formando água. 
 
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Reforma com vapor de etanol 
 
 
C2H5OH + 3H2O 2CO2 + 6H2 ΔH = 173,4 kJ mol-1 
 
• Vantagens 
 alto rendimento de H2 
 
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Produção de hidrogênio – métodos industriais 
 4OH- 2 H2O + O2 + 4e´ 
H2O + 4e- 4OH- + 2H2 
 2H2O 2H2 + O2 
E° = -0,40V 
E° = -0,83V 
ΔE= -1,23V 
Oxidação 
Redução 
Reação global 
Eletrólise da água (solução de NaOH ou KOH ou Ba(OH)2) 
gasto de energia 
*******Eletrólise de soluções de 
NaCl 
Indústria Cloro-Álcali 
 
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MÉTODO PROCESSO MATÉRIA-PRIMA ENERGIA EMISSÕES 
TÉRMICO 
Reformação Gás Natural 
Vapor a alta 
temperatura 
Dióxido de Carbono 
Hidrólise 
termoquímica 
Água 
Calor proveniente da 
energia nuclear 
Sem emissões 
Gaseificação Carvão, biomassa 
Vapor, oxigénio, calor 
e pressão 
Algumas emissões 
Pirólise Biomassa 
Vapor a temperatura 
média 
Algumas emissões 
ELÉTRICO 
Eletrólise Água Eletricidade 
Consoante a energia 
primária utilizada 
Fotoeletroquímica Água Luz Solar Sem emissões 
BIOLÓGICO 
Fotobiológico Água e algas Luz solar Sem emissões 
Digestão anaeróbia Biomassa Calor Sem emissões 
Fermentação Biomassa Calor 
Processos mais relevantes na produção do 
Hidrogênio 
Produção de hidrogênio 
Principais aplicações do hidrogênio 
Principais aplicações do hidrogênio 
Principais aplicações do hidrogênio 
Usos do Hidrogênio-Processo Haber 
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) 
Fritz Haber (1868 – 1934) 
William Carl Bosch (1874 – 1940) 
H2 como combustível 
Uma célula de combustível é constituída 
por dois eletrodos separados por uma 
membrana eletrolítica. 
• No ânodo passa o hidrogênio, 
• No cátodo passa o oxigênio. 
 O oxidante e o redutor não fazem parte 
da estrutura da célula propriamente dita 
•São supridos de reservatórios 
externos 
•A pilha funciona e não se desgasta 
 
 Reações: 
 Anodo: H2 → 2H+ + 2e- 
 Catodo: 2H+ + 1/2 O2 + 2e- → H2O 
 
 
Células a combustível 
Células a combustível 
H2 como combustível 
Protótipo de carro usando 
H2 como combustível 
Compostos 
 
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Compostos de Hidrogênio 
Hidrogênio combina com muitos elementos para formar hidretos binários 
(contém H e outro elemento). 
 
• H ganha 1 elétron para formar Hidretos iônicos contendo H- (elementos do 
bloco-s exceto Be ) 
 
• H compartilha elétrons em Hidretos covalentes (elementos do bloco-p) 
 
• H é envolvido em ligações metálicas em Hidretos metálicos ou intersticiais 
(metais de transição) 
 
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Hidretos salinos 
• 2M(s) + H2 → 2MH(s) 
 300 -700°C 
Onde M = Li-Cs e Ca-Ba 
 
• Muito reativos: reatividade 
 
• Reagem com água: formam hidróxido do metal + H2 
 
 MH(s) + H2O(l) →H2(g) + MOH(aq) 
Eles são brancos, cristalinos com 
considerável caráter iônico. 
Eles contém íons M+ e H- 
Fortes agentes redutores 
Preparação de hidretos complexos aniônicos 
 4LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3LiCl 
 LiAlH4 - tetrahidreto de lítio e alumínio 
 NaBH4 -tetrahidreto de sódio e boro 
– Redução de aldeídos e cetonas em alcoóis e nitrilas em aminas. 
•Hidreto de Magnésio (MgH2) 
• Uso como meio de estocagem para células de combustíveis. 
Hidretos covalentes ou moleculares 
Hidretos neutros como XH4 - compostos do grupo 14: 
CH4, SiH4 e todos os hidrocarbonetos 
Hidretos básicos como XH3 – compostos do grupo 15: 
 ricos em elétron 
NH3, PH3, AsH3, SbH3, BiH3 
Ácidos fracos ou anfotéricos como XH2 – compostos do grupo 16: 
 ricos em elétron 
H2O e H2S 
Ácidos fortes como HX – compostos do grupo 17 :ricos em elétron 
HI, HCl, HBr 
Hidretos de Boro – deficientes de elétron 
 B2H6, B4H10, B5H11 
Hidretos Metálicos ou intersticiais 
• Metais de transição e ligas metálicas absorvem H para formar 
hidretos intersticiais 
• H se localiza em espaços (interstícios) da rede cristalina dos 
átomos metálicos 
• Não é estequiométrico - TiH1,9 
• Condutores metálicos 
 
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Fatos interessantes: 
Armazenamento de Hidrogênio 
Advanced Materials, 2004, 16, pg 765-777 
NaAlH 
 
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Ligação de Hidrogênio 
H --- O, N, F 
Ligação de Hidrogênio 
Importância da ligação de H 
Importante para a estrutura no estado sólido de muitos compostos 
Estrutura e propriedades da água e do gelo 
Estrutura da molécula de DNA (dupla hélice) 
Estrutura tridimencional de proteínas e enzimas 
 
 
 
Não existiria vida, como conhecemos, 
sem a ligação de H 
Estrutura do gelo 
Estrutura no estado sólido do HF 
Estrutura da molécula de 
DNA (dupla hélice) 
Polímeros – Importância da ligação de H 
Kevlar -poliaramida 
Nylon-poliamida 
Concluindo..... 
 
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