Hidrogénio
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O hidrogénio (português europeu) ou hidrogênio (português brasileiro) (do grego υδρώ, água e γένος-ου, gerar ) é um elemento químico de símbolo H, número atômicoPB ou atómico PE 1 (1 prótonPB ou protão PE e 1 elétronPB ou electrão PE ) e de massa atómica 1 (1 u). Na temperatura ambiente é um gás diatômico (H2) inflamável, incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água, pertencente ao grupo (ou família) 1 (antiga coluna 1A). É o elemento químico mais abundante do Universo, existente em grande quantidade nas estrelas no estado de plasma. Aparece também em milhões de substâncias, como por exemplo na água e nos compostos denominados orgânicos, e é capaz de reagir com a maioria dos elementos. O núcleo do isótopo mais abundante é formado por um único próton e nenhum nêutron. Entretanto, existem outros dois isótopos: o deutério, que tem apenas um nêutron e o trítio que tem dois nêutrons. Em 2001 foi criado em laborário o isótopo 4H e, a partir de 2003, foram sintetizados os isótopos 5H até 7H [1] [2].
Em laboratório é obtido pela reação de ácidos com metais, tais como o zinco. Industrialmente é obtido pela eletrólise da água. O hidrogêno é empregado na produção industrial do amoníaco e pode ser utilizado como combustível.
É o elemento químico de menor densidade, possuindo o seu isótopo mais abundante um único par próton-eletron. Nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP) forma um gás diatómico, de fórmula molecular H2, com ponto de ebulição de 20,27 K ( -252,88 °C ) e de fusão 14,02 K ( -259,13 °C). Submetidas a alta pressão, tal como ocorre no núcleo das estrelas gigantes gasosas, as moléculas mudam sua natureza e o hidrogênio se torna um líquido metálico. Quando submetido a pressão muito baixa, como no espaço, o hidrogênio tende a existir na forma de átomos individuais, simplesmente porque é muito pequena a probabilidade de se combinarem, entretanto, quando isso acontece, podem formar nuvens de H2 que se associam para a criação das estrelas.
Esse elemento tem uma função fundamental no universo, já que através da fusão nuclear (combinação de átomos de hidrogênio resultando átomos de hélio ) ocorre liberação de uma imensa quantidade de energia.
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[editar] Aplicações
Industrialmente são necessárias grandes quantidades de hidrogênio, principalmente no processo de Haber para a obtenção de amoníaco, na hidrogenação de graxas e azeites e na obtenção de metanol. Outros usos que podem-se citar são:
- Produção de ácido clorídrico, combustível para foguetes, e redução de minerais metálicos.
- O hidrogénio líquido apresenta aplicações criogênicas, incluindo a investigação da supercondutividade.
- Devido à sua leveza era usado como gás de enchimento de balões e dirigíveis; após o desastre do dirigível Hindenburg abandonou-se em parte seu uso devido à sua grande inflamabilidade, mas continua a ser usado em lançamento de balões meteorológicos estratosféricos.
- 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.
O hidrogénio pode ser usado em motores de combustão interna. Uma frota de automóveis com motores deste tipo é mantida na atualidade pela Chrysler-BMW. As células de combustível em desenvolvimento poderão ser capazes de oferecer uma alternativa limpa e econômica aos motores de combustão interna.
[editar] História
O hidrogênio ( do francês Hydrogène, do grego hydros, água e gennein, gerar ) foi reconhecido como um elemento químico em 1766 por Henry Cavendish; mais tarde Antoine Lavoisier daria o nome pelo qual o conhecemos.
[editar] Abundância e obtenção
O hidrogênio é o elemento mais abundante, constituindo 75% da massa e 90% dos átomos do universo. Encontra-se em abundância nas estrelas e nos planetas gigantes gasosos, entretanto, na atmosfera terrestre é encontrado numa quantidade pequena, aproximadamente de 1 ppm em volume.
Uma fonte comum de hidrogênio é a água, composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H2O), porem a fonte mais importante são as substâncias formadas principalmente de carbono e hidrogênio que são os compostos orgânicos, incluindo todas as formas de vida conhecidas, os combustíveis fósseis e o gás natural. O metano, produto da decomposição orgânica, está adquirindo uma crescente importância como fonte de hidrogênio.
O hidrogênio pode ser obtido de várias formas:
- Eletrólise da água; atualmente se investiga a fotólise da água (4% da produção mundial).
- Reação de hidrocarbonetos com vapor de água (96% da produção mundial).
- Ataque de metais com hidróxido de sódio, potássio.
- Ataque de metais (Zn e Al) com ácidos sulfúrico ou clorídrico.
[editar] Compostos
O hidrogênio tem uma eletronegatividade intermediária (2,2) podendo formar compostos com elementos de maior ou menor caráter metálico. Tanto com os elementos metálicos dos grupos 1|1 ( 1A ) e 2|2 ( 2A ) como com os elementos ametálicos dos grupos 15|15 ( 5A ), 16|16 ( 6A ) e 17|17 ( 7A ) forma hidretos. Nos hidretos metálicos está presente na forma de H- e nos ametálicos está presente como íon H+, por que estes últimos tem caráter ácido.
Alguns compostos binários do hidrogênio são amoníaco ( NH3 ), hidrazina ( N2H4 ), água ( H2O ), água oxigenada ( H2O2 ), sulfeto de hidrogénio ( H2S ), etc.
Com o carbono ( elemento do grupo 14 ( 4A ) ) forma uma imensa quantidade de compostos, os hidrocarbonetos e derivados que são o objeto de estudo da química orgânica.
[editar] Formas
Nas CNTP, o gás hidrogênio é uma mistura de dois tipos diferentes em função da direção do spin de seus elétrons e núcleos. Estas formas são conhecidas como orto- e para-hidrogênio. O hidrogênio normal é composto por 25% da forma para- e 75% da forma orto-. Ambas as formas têm energias ligeiramente diferentes, o que provoca propriedades físicas não idênticas; como por exemplo, a forma para- tem pontos de fusão e ebulição 0,1 K mais baixas que a forma orto-.
[editar] Isótopos
O isótopo mais comum do hidrogênio não possui nêutrons, existindo outros dois, o deutério (D) com um e o trítio (T), radioativo com dois. O deutério tem uma abundância natural compreendida entre 0,0184 e 0,0082% (IUPAC).
O hidrogênio é o único elemento químico que tem nomes e símbolos químicos distintos para seus diferentes isótopos.
[editar] Precauções
O hidrogênio é um dos gáses menos densos que o ar e foi muito usado em balões e dirigiveis no inicio do século passado, porém por ser altamente inflamável seu uso ficou limitado apenas em balões. Reage violentamente com o flúor e cloro, especialmente com o primeiro, com o qual a reação é tão rápida e imprevisível que não se pode controlar. Também é perigosa sua despressurização rápida, já que diferentemente dos outros gases, a sua expansão acima de -40 °C ocorre com aquecimento, podendo inflamar-se.
O hidrogênio é extremamente inflamável no ar (essa probabilidade de se inflamar situa-se entre 4% e 75% por volume de ar). A energia necessária para inflamá-lo é muito pequena e, em algumas condições, pode ocorrer auto-inflamação.
O hidrogênio se queima no ar com uma chama muito quente e quase invisível. Sua chama emite uma luz pouco radiante na faixa do espectro visível, e por isso, não é possível perceber sua existência facilmente.
O hidrogênio pode se difundir rapidamente através de materiais e sistemas que estejam presentes no ar ou em outros gases comuns. Com alguns materiais, a difusão é mais pronunciada com temperaturas muito altas.
A energia necessária para a ignição de uma mistura hidrogênio-ar de apenas 0,04 mJ, contra 0,25 mJ dos hidrocarbonetos.
[editar] Ligações externas
- Hidrogênio
- WebElements.com
- EnvironmentalChemistry.com
- Es Elemental
- Portal Célula a Combustível
- Modelo do átomo de hidrogénio em escala
Fontes
- ↑ Gurov YB, Aleshkin DV, Berh MN, Lapushkin SV, Morokhov PV, Pechkurov VA, Poroshin NO, Sandukovsky VG, Tel'kushev MV, Chernyshev BA, Tschurenkova TD. (2004). Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei. Physics of Atomic Nuclei 68(3):491-497.
- ↑ Korsheninnikov AA. et al. (2003). Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. Phys Rev Lett 90, 082501.
