Apontamentos de Química Inorgânica, do curso de Engenharia Química no Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências (ISPTEC), 2019. Docente: Prof. Júlio Kuende.
Diapositivos das aulas de Química Inorgânica sobre o hidrogénio: posição na tabela periódica, propriedades do hidrogénio molecular, métodos de obtenção e aplicações.
QUÍMICA INORGÂNICAHIDROGÉNIO – GRUPO 1 (IA)Prof Msc. Júlio Kuende1Luanda, 2019
NÚCLEO DE QUÍMICATÓPICOS ABORDADOS Classificação periódica dos elementos Hidrogénio: posição na tabela periódica. Propriedadesdo hidrogénio molecular. Métodos de obtenção. Aplicações.2NÚCLEO DE QUÍMICAHIDROGÉNIO E A TABELA PERIODICA1Hidrogénio (1s) 90% de todos os átomos no Universosão átomos de Hidrogénio. 1 único electrão, pequeno tamanho. Não possui uma posição adequada natabela periódica. Dependendo da propriedade, eleadapta-se melhor nos grupos 1, 4 e 17.
NÚCLEO DE QUÍMICAHIDROGÉNIO Estado de oxidação +1 (grupo 1). Alto potêncial de ionização (grupo 17). Forma de molécula diatomica (H - grupo 17).2 Partilha de electrões (grupo 14). Orbital semi preenchido; energia de ionização; afinidadeeletrónica, eletronegatividade e energias de ligaçãosemelhantes ao grupo 144
NÚCLEO DE QUÍMICAHIDROGÉNIOForma ligações por ponte de Hidrogénio com oselementos Fluor (F), Nitrogénio (N), Oxigénio (O).Muito pequena interaçãoDipolo-DipoloAltamente reactivo, combinando com quase todos oselementos.Hidretos iónicos semelhantes aos sais.5
NÚCLEO DE QUÍMICAHIDROGÉNIO Nono lugar entre os elementos em termos de ocorrência. Correspondendo a 0,9% da massa do planeta. Mais abundante no universo, pois apresenta cerca de 75% detoda a massa cósmica. Na crosta terrestre: presente nos minerais, nos oceanos e emtodas as coisas vivas.6
NÚCLEO DE QUÍMICAHIDROGÉNIOA estrutura atómica do hidrogénio, a mais simples de todos oselementos químicos, apresenta um protão no núcleo, e umelectrão, na camada externa.7
NÚCLEO DE QUÍMICAHIDROGÉNIOEm algumas Tabelas Periódicas se encontra na Família 1 (metaisalcalinos), mas existe uma controvérsia quanto a sua real posição.Semelhanças Não semelhançasGrupo 1 •Forma catião •É um não metal+Metaismonopositivo H •Não reage com águaAlcalinos •Tem um único electrão s-Grupo 17•É um não metal•Hé instável e reactivoHalogênios •Forma moléculas •H é relativamente não2diatómicas H reactivo com ligação forte2•Forma aniões-mononegativos H8
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES NUCLEARESHá 3 isótopos de hidrogénio:11.Próprio hidrogénio (H) ou (H)22.Deutério (H) ou (D)33.Trítio (H) ou (T)OBS!! Somente o Trítio é radioativo
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES NUCLEARES
NÚCLEO DE QUÍMICAÁTOMOS DE HIDROGÉNIOE IÕES• Energia de Ionização do H = 1310 KJ/mol• Afinidade Eletrônica do H = 77 KJ/mol• Eletronegatividade do H = 2,2 (próximo ao C)
NÚCLEO DE QUÍMICAÁTOMOS DE HIDROGÉNIOE IÕES O hidrogénio atómico não se encontra livre na natureza, massim combinado em grande número de compostos.+Quando perde um electrão, constitui um catião H, que é narealidade um protão. Em outros casos ao ganhar um electrão─forma o anião hidreto H, presente apenas em combinaçõescom metais alcalinos e acalinos-terrosos.
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES GERAIS• Na maioria dos compostos o H apresenta carga + 1+Ex: HCl, HOH = +1ou(H).2• O átomo de H forma compostos com os metais(preferencialmente Grupos 1 e 2) que são chamados de“hidretos metálicos”-Ex: NaH, AlHH = -1ou(H)3
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO MOLECULAR (H)2O comprimento da ligação H─H é curta: 0,74 ÅO hidrogénio molecular, é o gás mais leve que se conhece, éincolor, inodoro, insípido e insolúvel em água.Sua densidade é 14 vezes menor que a do ar.14
NÚCLEO DE QUÍMICAOBTENÇÃO DOH2Grande parte do hidrogênio (H) para indústria é produzido2pela reacção, a alta temperatura, do H O com o CH.24CH (g) + H O (g) → CO (g) + 3 H (g) à 1000ºC42215
NÚCLEO DE QUÍMICAOBTENÇÃO DOH2Entre outros métodos para obtenção do hidrogênio, o maisconhecido e também mais pesquisado é a eletróliseda água.16
APLICAÇÕESAs aplicações do hidrogénio estão desde o processamento dehidrocarbonetos combustíveis, até a síntese do amóniaco.2+Zn2+Zn2+Zn 2+Zn
HIDROGÉNIO: O COMBUSTÍVEL DOFUTURO Desde o início do século XIX, os cientistas identificaram ohidrogênio como uma fonte potencial de combustível. Os usos atuais do hidrogênio incluem processos industriais,combustível para foguetes e propulsão para cápsulasespaciais. Quando produzido de fontes e tecnologias renováveis, comohidráulica, solar ou eólica, o hidrogênio torna-se um2+Zncombustível renovável.2+Zn2+Zn 2+Zn
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICASGRUPOS 1 E 22Li(s) + H (g) 2LiH(s)2PolucitaCa(s) + H (g) CaH (s)22-Em HO, H forma uma base extremamente forte2+ - + -NaH(s)+ HONa(aq) + OH(aq) + H (g)2 2O ião hidreto é também um agente reductor forte4+ oTiCl(l) + 4LiH(s) = Ti(s) + 4LiCl(s) + 2H (g)4 219
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICAS O Hidrogénio reage com os elementos não metalicos formandohidretos covalentesCH NH H O HFPolucita432 A Formação do hidreto covalente depende da reactividade do nãometal – Quanto mais estável maior temperature é necessário para aformação do hidreto covalente.oEx: Amoníaco – 400C & 250 atmoN(g) + 3H(g)2NH(g)H = -91.8 kJ2 2 3 rxn20
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICASoA baixas temperaturas(-196C) o Hidrogénio combina-seprontamente com o fluor (F)2oF(g)+H(g)2HFH = -546 kJ2 2 rxnPolucita21
NÚCLEO DE QUÍMICAHIDROGÉNIO: O COMBUSTÍVEL DOFUTUROPolucita22
CÉLULAS A COMBUSTÍVELDispositivo eletroquímico que converte energiaquímica em eletricidade e calor2+Zn2+Zn2+2+ZnZn2+Zn 2+Zn
BENEFÍCIOS AMBIENTAIS Emissão nula de CO2 Por cada kg de hidrogênio utilizado (no lugar de petróleo) 3 kgde CO são evitados.2 Eficiência 4 vezes superior ao motor de combustão Único resíduo é água potável Não há barulho no seu funcionamento2+Zn2+Zn2+Zn