O Átomo de Hidrogênio

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O Átomo de Hidrogênio
Professora: Graciele Berndt
Acadêmicas: Kenndroa V. Okamura
Mariana F. Carnelose
o hidrogênio
Foi usado para nortear pesquisas;
Física teórica e experimental na elaboração de teorias;
Átomo mais simples conhecido da tabela periódica, o que permite seu estudo. Tem massa pequena, e é o elemento menos denso;
Mais abundante na terra, 75% da massa elementar do universo;
É raramente encontrado em sua forma elementar no planeta terra, é encontrado 90% por numero de átomos, na composição de outros elementos.
É industrialmente produzido a partir de hidrocarbonetos presentes no gás natural, tais como metano;
O isótopo do hidrogênio que possui maior ocorrência, conhecido como prótio, é formado por um único próton e nenhum nêutron. 
Em compostos iônicos pode ter uma carga positiva (se tornando um cátion) ou uma carga negativa (se tornando o ânion conhecido como hidreto). 
Também pode formar outros isótopos, como o deutério, com apenas um nêutron, e o trítio, com dois nêutrons
O elemento hidrogênio forma compostos com a maioria dos elementos, está presente na água e na maior parte dos compostos orgânicos. Possui um papel particularmente importante na química ácido-base, na qual muitas reações envolvem a troca de prótons entre moléculas solúveis.
A energia do Sol origina-se da fusão nuclear de hidrogênio, mas este processo é difícil de alcançar com controle na Terra. Hidrogênio elementar de fontes solares, biológicas ou elétricas requerem mais energia para criar do que é obtida ao queimá-lo, então, nestes casos, o hidrogênio funciona como um portador de energia
História
O gás hidrogênio, H2, foi o primeiro produzido artificialmente e formalmente descrito por T. Von Hohenheim (também conhecido como Paracelso, 1493–1541) por meio da reação química entre metais e ácidos fortes, mas ele não sabia da existência deste.
Em 1671, Robert Boyle redescobriu e descreveu a reação entre limalhas de ferro e ácidos diluídos, o que resulta na produção de gás hidrogênio.
Henry Cavendish (1731-1810) -químico inglês -primeiro a isolar o hidrogênio. Foi o primeiro a reconhecer o gás hidrogênio como uma discreta substância, ao identificar o gás de uma reação ácido-metal como "ar inflamável" e descobrindo mais profundamente, em 1781, que o gás produz água quando queimado. A ele geralmente é dado o crédito pela sua descoberta como um elemento químico. 
Em 1783, Antoine Lavoisier deu ao elemento o nome de hidrogênio (do gregoυδρώ (hydro), água e γένος-ου (genes), gerar) quando ele e Laplace reproduziram a descoberta de Cavendish, onde água é produzida quando hidrogênio é queimado. Como o elemento produz água, Lavoisier deu a ele o nome de “hidrogênio”, que significa “produtor de água”. 
Hidrogênio foi liquefeito pela primeira vez por James Dewar em 1898 ao usar resfriamento regenerativo e sua invenção se aproxima muito daquilo que conhecemos como garrafa térmica nos dias de hoje. Ele produziu hidrogênio sólido no ano seguinte.
O deutério foi descoberto em dezembro de 1931 por Harold Urey, e o trítio foi preparado em 1934 por Ernest Rutherford, Marcus Oliphant, e Paul Harteck. A água pesada, que possui deutério no lugar de hidrogênio regular na molécula de água, foi descoberta pela equipe de Urey em 1932.
O enchimento do primeiro balão com gás hidrogênio, foi documentado por Jacques Charles em 1783. O hidrogênio provia a subida para a primeira maneira confiável de viagem aérea seguindo a invenção do primeiro dirigível decolado com hidrogênio em 1852, por Henri Giffard;
O conde alemão Ferdinand von Zeppelin promoveu a idéia de usar o hidrogênio em dirigíveis rígidos, que mais tarde foram chamados de Zeppelins; o primeiro dos quais teve seu vôo inaugural em 1900. Vôos programados regularmente começaram em 1910 e com o surgimento da Primeira Guerra Mundial em agosto de 1914, eles haviam transportado 35.000 passageiros sem qualquer incidente sério. Dirigíveis levantados por hidrogênio foram usados como plataformas de observação e bombardeadores durante a guerra.
ODirigível Hindenburg, destruído em um incidente em pleno vôo sobre New Jersey no dia 6 de maio de 1937.
Papel na quântica
Devido a sua estrutura simples, um próton e um elétron, o átomo de hidrogênio, foi de suma importância ao desenvolvimento da teoria da estrutura atômica.
Como o único átomo neutro pelo qual a Equação de Schrödinger pode ser resolvida analiticamente; o estudo energético e de ligações do átomo hidrogênio teve um papel principal no desenvolvimento da mecânica quântica
Um dos primeiros efeitos quânticos a ser explicitamente notado (mas não entendido naquela época) foi a observação de Maxwell envolvendo hidrogênio
Maxwell observou que o calor específico de H2 inexplicavelmente se afasta daquele de um gás diatômico abaixo da temperatura ambiente e começa a parecer gradativamente com aquele de um gás monoatômico em temperaturas criogênicas.
Segundo a teoria quântica, este comportamento surge do espaçamento dos níveis de energia rotativos (quantificados), os quais são particularmente bem espaçados em H2 por causa de sua reduzida massa. Estes níveis largamente espaçados inibem partições iguais da energia de calor em movimentos rotativos em hidrogênio sob baixas temperaturas.
Em 1911 Rutherford lançou o seu modelo orbital (núcleo positivo e elétrons em orbitas circulares à volta deste)
Considerando o experimento de espalhamento de Rutherford e as ideias de “quantização” e da existência dos fótons, Bohr introduziu o seu modelo para o átomo de hidrogênio, baseado em postulados: 
1. O elétron se move em uma órbita circular em torno do núcleo, sob influência da atração coulombiana do núcleo, (mecânica clássica). 
2. O elétron só pode se mover em órbitas que apresentem momentos angulares L “quantizados”: 
3. O elétron fica em órbitas “estacionárias” e não emite radiação eletromagnética. Portanto, a sua energia total E permanece constante. 
4. Radiação é emitida se um elétron, que se move inicialmente numa órbita de energia Ea , muda para uma órbita de energia menor Eb .
5. Quando um elétron muda de órbita o átomo emite ou absorve um "quantum" de energia luminosa
Uma descrição mais precisa do átomo de hidrogênio parte de um tratamento puramente mecânico quântico que utiliza a equação de Schrödinger ou a equivalente integração funcional de Feynman para calcular a densidade de probabilidadedo elétron perto do próton.
aplicações
A maior aplicação de H2 é para o processamento ("aprimoramento") de combustíveis fósseis;
na produção de amoníaco;
H2 é utilizado como um agente hidrogenizante, particularmente no aumento do nível de saturação de gorduras insaturadas e óleos (encontrado em itens como margarina);
na produção de metanol;
também é usado como um agente redutor de minérios metálicos;
Aplicações na engenharia
É utilizado como um gás de proteção nos métodos de soldagem como soldagem de hidrogênio atômico;
é usado como cooler de geradores em usinas, por que tem a maior condutividade térmica de qualquer gás;
H2 líquido é usado em pesquisas criogênicas, incluindo estudos de supercondutividade;
Em aplicações mais recentes, o hidrogênio é utilizado puro ou misturado com nitrogênio (às vezes chamado de forming gas) como um gás rastreador para detectar vazamentos;
Hidrogênio é um aditivo alimentar autorizado (E 949) que permite o teste de vazamento de embalagens, entre outras propriedades antioxidantes;
Aplicações com isótopos
Deutério (hidrogênio-2) é usado em aplicações de fissão nuclear como um moderador para nêutrons lentos, e nas reações de fusão nuclear.;
Compostos de deutério possuem aplicações em química e biologia nos estudos da reação dos efeitos de isótopos.;
Trítio(hidrogênio-3), produzido em reatores nucleares, é utilizado na produção de bombas de hidrogênio, como um selo isotópico nas ciências biológicas, e como uma fonte de radiação em pinturas luminosas;
Hidrogênio não é um recurso deenergia, exceto no contexto hipotético das usinas comerciais de fusão nuclear usando deutério ou trítio, uma tecnologia atualmente longe de desenvolvimento.
Segurança e precauções
O hidrogênio gera vários perigos à segurança humana, de potenciais detonações e incêndios quando misturado com o ar a ser um asfixiante em sua forma pura, livre de oxigênio. 
Em adição, hidrogênio líquido é um criogênico e apresenta perigos (como congelamento) associados a líquidos muito gelados. 
O elemento dissolve-se em alguns metais, e, além de vazar, pode ter efeitos adversos neles, como a fragilização por hidrogênio. 
O vazamento de gás hidrogênio no ar externo pode espontaneamente entrar em combustão. 
Além disso, o fogo de hidrogênio, enquanto sendo extremamente quente, é quase invisível, e portanto pode levar a queimaduras acidentais.
referências
ATKINS, P.; Físico-Química, 7ª ed., LTC Editora: Rio de Janeiro, 2004, vol. 2.
ATKINS, P.W.; JONES, L. Princípios de Química. 3ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2007.
FERREIRA-APARICIO, P; M. J. BENITO, J. L. SANZ0 "New Trends in Reforming Technologies: from Hydrogen Industrial Plants to Multifuel Microreformers". 2005
LEE, J.D. Química Inorgânica não tão concisa. 5ª ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2000.
NEWTON, DAVID E., The Chemical Elements.  New York, NY: Franklin Watts, 1994. 
RIGDEN, JOHN S., Hydrogen: The Essential Element.  Cambridge, MA: Harvard University Press, 2002. ISBN 0-531-12501-7
ROMM, JOSEPH, J., The Hype about Hydrogen, Fact and Fiction in the Race to Save the Climate.  Island Press, 2004
STWERTKA, ALBERT. A Guide to the Elements.  New York, NY: Oxford University Press, 2002.