Relatório 3 Hidrogênio

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
coordenação de engenharia química
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
obtenção do hidrogênio
RELATóRIO DE AULA PRáTICA
PONTA GROSSA
2015 
ANA MELINA MENDES
FERNANDA PRIMITZ
MARINES PADUCH
PAMELA GUARINGUE
obtenção do hidrogênio
Trabalho apresentado à Disciplina de Química Inorgânica no Campus de Ponta Grossa da Universidade Tecnológica Federal do Paraná como requisito parcial da avaliação do 2º período letivo do Curso de Engenharia Química.
Professor Ayala.
UTFPR
PONTA GROSSA
2015
Introdução
A prática teve por objetivo a produção de hidrogênio, assim como a utilização do hidrogênio para determinar a massa molar do gás hidrogênio, observando também a reatividade do magnésio.
O hidrogênio é o elemento mais simples, pois em seu estado fundamental possui é constituído por um núcleo contendo um próton com um elétron orbitando em sua volta, em seu único nível de energia. Está localizado no primeiro período da tabela periódica, que é a família dos metais alcalinos, e possuem apenas um elétron na camada de valência. 
Porém o hidrogênio é um elemento atípico, pois ele não é um metal alcalino, diferente de todos os outros elementos, o mesmo não se enquadra em nenhuma família da tabela periódica.
É o elemento mais abundante no universo, e foi formado logo depois do Bing Bang, podendo ser encontrado em oceanos, nos minerais, combustíveis fósseis e em tudo que é vivo. Na natureza não é encontrado em sua forma atômica (H), mas em condições ambientes ele é um gás extremamente inflamável, sem cheiro e sem gosto. Sua grande instabilidade é que o torna tão reativo.
O hidrogênio é obtido através de eletrólise, que são reações de metais com ácidos, ou ainda reações de carvão ou hidrocarbonetos com vapor de água a alta temperatura
O hidrogênio pode alcançar a estabilidade formando uma ligação covalente com outro átomo. Reage com metais, ametais e semimetais, e seu principal composto encontrado na natureza é a água (H2O). O mesmo possui três isótopos, o prótio, deutério, e trítio.
Este mesmo elemento vem sendo testado na produção de combustível, conhecida como energia limpa. A energia termonuclear é obtida pela colisão e fusão de núcleos de hidrogênio, deutério e trítio, podendo obter o elemento hélio com essas colisões, e assim liberando grandes quantidades de energia.
Conhecido como o combustível do futuro, devido ao seu alto poder calorífico, não é poluente, pois o produto da combustão é a água, ao contrário de muitas outras fontes de energia utilizadas atualmente.
Industrialmente são necessárias grandes quantidades de hidrogênio, principalmente no processo de Haber, para a obtenção de Amônia, na hidrogenação de graxas e azeites, e na obtenção do metanol. Outros usos que podem-se citar são:
Produção de ácido clorídrico.
Combustível para foguetes.
Redução de minerais metálicos.
O hidrogênio líquido apresenta aplicações em criogenia e supercondutividade.
Devido a sua leveza era usado como gás de enchimento de balões e dirigíveis; após o desastre do dirigível Hindenburg abandonou-se seu uso devido sua grande inflamabilidade.
O trítio é produzido nas reações nucleares e é empregado na construção de bombas de hidrogênio. Também se utiliza como fonte de radiação em pinturas luminosas e como marcador nas ciências biológicas.
O deutério possui aplicações nucleares como moderador, como constituinte da água pesada.
Materiais utilizados
-Filme plástico;
-Béqueres de 100ml, 300ml e 50ml;
- Duas provetas de 50 ml;
-Fósforo;
-Termômetro;
-Magnésio;
-Balança analítica;
-Pinça metálica;
-Solução concentrada de ácido clorídrico.
Procedimento experimental
Primeiramente foi medido na balança analítica a massa da fita de magnésio, procurando obter um valor entre 0,06 e 0,08g. Em seguida, foi adicionado 20mL de água destilada em um béquer de 300mL, e 100mL em uma proveta, fechando-a em seguida com um pedaço de filme plástico evitando a formação de bolhas, colocando-a então invertida dentro do béquer anteriormente preenchido com água. Com muito cuidado para não haver formação de bolhas, foi retirado o filme plástico da proveta.
Depois de enrolada a fita de magnésio para ficar mais densa, foi prendida em uma haste universal, dentro da proveta, deixando uma distância mínima entre a boca da proveta e o fundo do béquer, suficiente para que a fita de magnésio não escapasse para o béquer. Logo em seguida, dentro da capela, manuseado o ácido clorídrico colocando 10mL do mesmo em um béquer de 50mL, que já continha 10mL de água destilada, levando até o béquer com a fita de magnésio, nessa operação foi necessário um cuidado para que todo o gás formado fosse recolhido na proveta.
Neste momento foi medido a temperatura da solução e através dela, verificado a pressão conforme a tabela abaixo, logo após foi igualado o nível de líquido da proveta com a do béquer, tendo por finalidade igualar a pressão interna com a pressão atmosférica.
Pressão de vapor da água em diversas temperaturas
	Temperatura (°C)
	Pressão (mm Hg)
	Temperatura (°C)
	Pressão (mm Hg)
	16
	13,6
	26
	25,2
	17
	14,5
	27
	26,7
	18
	15,5
	28
	28,4
	19
	16,5
	29
	30,0
	20
	17,5
	30
	31,8
	21
	18,7
	31
	33,7
	22
	19,8
	32
	35,7
	23
	21,1
	33
	37,7
	24
	22,4
	34
	39,9
	25
	23,8
	35
	42,2
Fonte: roteiro da prática, 2015.
A fim de calcular o número de mols de gás hidrogênio produzido foi utilizado a fórmula: P.V=n.R.T, e para cálculo de volume obtido utilizou-se a fórmula: V= (π.r2.h)/3. 
Para finalizar foi aproximado um fósforo aceso na borda da proveta assim que foi retirada do béquer, para observar a reação antes do gás ser liberado.
Discussão e resultados
No momento em que foi colocado a fita de magnésio na água, observou-se que não houve reação alguma, porém quando se adicionou o ácido clorídrico (HCl), a fita de magnésio começou a se movimentar e iniciou-se a produção de gás, ficando visível as bolhas de H2 subindo, consumindo o magnésio gradativamente até a sua desintegração total, enquanto o volume de gás no interior da proveta e o volume de água no béquer aumentavam proporcionalmente. Observe a reação:
A massa medida da fita de magnésio foi 0,0757 gramas. Após o gás hidrogênio ser obtido a temperatura medida foi de 295K (22°C), e consequentemente uma pressão de vapor de 0,026 atm, e a pressão atmosférica local de 1 atm, o gás tendo uma altura 18 cm, e a proveta com 2,5 cm de diâmetro, resultando em um volume de 29,46 cm3 ou 6,32x10-2 L de gás. Para o cálculo de mols gás hidrogênio produzido no experimento é necessário descontar da pressão atmosférica da pressão da água chegando então a 0,974 atm, fazendo o cálculo de mols, encontra 2,545x10-3 mol de gás hidrogênio produzido. Acompanhe o cálculo:
P.V=n.R.T
0,974.0,0632=n.0,082.295
0,0615568=n.24,19
n=0,002545 mol
Quando aproximado o fósforo da boca da proveta contendo gás hidrogênio (H2), houve uma explosão, provando que ali continha H2, já que o mesmo é inflamável. 
Conclusão
No momento em que se adicionou a fita de magnésio na água, nada ocorreu, porém quando se adicionou o ácido no experimento, houve a reação entre o magnésio e o ácido clorídrico, formando o gás hidrogênio e MgCl2 como mostra reação a seguir:
Mg(S)+2HCl --> H2(g)+MgCl2(aq)
Como o gás produzido foi sendo armazenado na proveta a água contida no mesmo foi se sendo transferida para o béquer, com isso houve a variação de pressão dentro da proveta. Devido ao gás hidrogênio ser inflamável é que ocorreu a explosão, quando foi aproximado a chama acesa da boca da proveta.
Logo pode se observar a reatividade do magnésio quando exposto a água e a um ácido, assim como o tempo que demora para se desintegrar totalmente, permitindo a anotação da temperatura e pressão, que mais tarde foram utilizadas para calcular o número de mols do gás hidrogênio obtido.
Questões respondidas
Escreva a equação da reação entreMg e HCl.
Mg(s) + 2HCl(aq) H2(g) + MgCl2(aq)
Utilize o número de mols de H2 obtidos no item 14 para calcular a massa molar do Mg.
Como a relação entre hidrogênio e magnésio na equação é de 1 mol para 1 mol, e a massa de magnésio utilizada no experimento era de 0,0757g então, temos:
N=m/MM
MM=m/n
MM=0,0757/0,002545
MM=29,75g/mol.
Compare o valor da massa molar do Mg obtida experimentalmente com o valor teórico.
Como a massa do magnésio tabelado é 24,305g, podemos obter o erro percentual:
E%=(|24,305-29,745|/24,305)*100
E%=22,4%
Este erro pode ter sido encontrado por um desvio ou falta de precisão na temperatura e pressão obtidos.
Este experimento poderia se feito com Ca ou Na?
Geralmente quando metais reagem com ácidos há a liberação de hidrogênio, isso ocorre quando se tem um metal mais reativo que que o hidrogênio. Como o sódio e o cálcio são mais reativos que o hidrogênio, eles podem ser utilizados neste experimento.
Você acha que a solubilidade do H2 em água é alta ou baixa? Justifique.
É baixa. Isso pode ser visualizado na prática, já que logo que o hidrogênio era obtido ele subia e não ficava misturado na água. Teoricamente sabe-se que só se misturam substâncias sendo ambas polares ou ambas apolares. Como a água é polar e o hidrogênio (H2) apolar então eles não se misturam.
Referências
ATKINS, Peter et al. Química Inorgânica. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2008.
Roteiro de aula prática, 2015.
ROCHA VARGAS FOGAÇA, Jennifer. Hidrogênio.2015. In: Alunos Online. Disponível http://www.alunosonline.com.br/quimica/hidrogenio.html, acesso em 01/11/2015.
DE OLIVEIRA, Renato Antunes. Hidrogênio. 2006. In: Info Escola. Disponível em:< http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/hidrogenio/>. Acesso em 02/11/2015.