QI aula 1 QID Hidrogenio

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Química Inorgânica 
Química Descritiva 
Aula 1 
Química Inorgânica- 2014 
Elementos Químicos 
Colocar tabela periódica 
 
 
 
 
Hidrogênio 
Propriedades-Produção-Uso 
Aula 1 
Química Inorgânica- 2014 
Ocorrência na crosta terrestre 
Química Inorgânica- 2014 
Hidrogênio? 
 É o elemento mais leve; 
 É o mais abundante do Universo (90% dos átomos); 
 Não é o mais abundante na Terra – 10%; 
 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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Hidrogênio - H 
 Número Atômico = 1 
 Massa Atômica = 1,007825 g.mol-1 
 Eletronegatividade de acordo com Pauling = 2,1 
 Densidade = 0,0899x10-3 g.cm-3 a 20°C 
 Ponto de fusão= - 259,2 °C 
 Ponto de ebulição = - 252,8 °C 
 Raio de Vander Waals = 0,12 nm 
 Raio iônico = 0,208 (-1) nm 
 Isótopos = 3 
 Configuração eletrônica = 1s1 
 1ª energia de ionização = 1311 kJ.mol-1 
 Descoberto por Henry Cavendish em 1766 
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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: 
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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: 
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Qual é o melhor lugar na tabela periódica? 
 Semelhança com família do carbono? 
Camada de valência semi-preenchida 
eletronegatividades são próximas: 
 H = 2,2; C = 2,5; Si = 1,9. 
Tendência predominante do H é formar ligações 
covalentes: 
HCl, H2O, NH3, CH4, ... Ligações muito fortes 
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O que é o hidrogênio, quimicamente? 
Propriedades Nucleares 
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Química Inorgânica- 2014 
Química Inorgânica- 2014 
Produção de hidrogênio – métodos industriais 
Química Inorgânica- 2014 
Produção de hidrogênio – métodos industriais 
 1000oC 
C + H2O CO + H2 
 gás de água 
Método Bosch 
ΔH = + 131 kJ mol-1 
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Produção de hidrogênio – métodos industriais 
 
CH4 + H2O 
800oC 
Ni 
CO + 3H2 
 gás de síntese 
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. 
 
 
ΔH = + 206 kJ mol-1 
CO é convertido a CO2 pela reação de deslocamento 
CO + H2O CO2 + H2 + calor 
800oC 
ΔH = - 41 kJ mol-1 
CO2 é removido por lavagem 
com solução alcalina. 
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Reforma com vapor de etanol 
 
 
C2H5OH + 3H2O 2CO2 + 6H2 DH = 173,4 kJ/mol 
 
 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 
DE= -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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Preparação de H2 - Laboratório 
 Reação de ácidos diluídos com metais (Mg, Al, Fe, Zn) 
 
 
 Reação de álcalis com metais que formam hidróxidos anfóteros (Al, Zn) 
 
 
 Reação da Na, K, Ca com água 
 
 
 Reação de hidretos iônicos com água 
 
 Fe(s) + 2H+ + SO4
2- 3H2+ Fe
2++ SO4
2- 
 Zn(s) + 2H2O + 2Na
+ + 2OH- H2+ 2Na
+ + [Zn(OH)4]
2- 
 2K(s) + 2H2O H2 + 2K
+ + 2OH- 
 2LiH(s) + 2H2O H2 + 2Li
+ + 2OH- 
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Preparação em laboratório do H2 
Metal + ácido sal do metal + H2 
2Al + 2NaOH + 6H2O 2NaAl(OH)4 + 3H2 
Química Inorgânica- 2014 
Principais aplicações do hidrogênio 
 
Química Inorgânica- 2014 
Principais aplicações do hidrogênio 
Química Inorgânica- 2014 
Principais aplicações do hidrogênio 
Química Inorgânica- 2014 
Usos do Hidrogênio-Processo Haber 
N2 + 3 H2 --> 2 NH3 
Fritz Haber 
1868-1934 
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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 fucniona e não se desgasta 
 
Reações: 
Anodo: H2 →2H
+ + 2e- 
Catodo: 2H+ + 1/2 O2 + 2e
- → H2O 
 
70-140°C – ddp=0,9V 
Eficiência de conversão de EQ em EE=60-70% 
Eficiência de máquinas térmicas =35-40% 
Celúla de combustíveis 
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H2 como combustível 
Protótipo de carro usando H2 como combustível 
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Compostos 
Química Inorgânica- 2014 
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- 
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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. 
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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 
 
Química Inorgânica- 2014 
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 
 
Química dos Elementos- 2008 
Ligação de Hidrogênio 
H --- O, N, F 
Química Inorgânica- 2014 
Importância da ligação de H 
 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 
 
Química Inorgânica Descritiva- 2010 
Estrutura do gelo 
Química Inorgânica Descritiva- 2010 
Polímeros – Importância da ligação de H 
Kevlar -poliaramida 
Nylon-poliamidaQuímica Inorgânica- 2014 
Concluindo..... 
Química Inorgânica- 2014 
Questões 
1. Considerando o comportamento dos elementos da tabela periódica, em 
que famílias o hidrogênio poderia ser colocado e quais as analogias 
apresentadas com cada uma? 
2. Hidretos iônicos e intersticiais são considerados opções para 
armazenamento de hidrogênio. Explique porquê. Que tipos de elementos 
forma esses hidretos? 
3. Porque hidrogênio é considerado o combustível do futuro. Qual a 
dificuldade de seu uso? 
 
Química Inorgânica- 2014 
Próxima aula 
 Grupo 1 
 
 Trazer 1 exemplo de uso do Hidrôgenio 
 Aplicação ou Produção 
 
 Apresentação de 5 min no final da aula (22:10)