aula1a hidrogenio

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Química Inorgânica Descritiva
Prof. Celso Molina
2019
Curso: 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
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 18
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
Fotobiológico Água e algas Luz solar Sem emissões
Digestão anaeróbia Biomassa Calor Sem emissões
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)
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
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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