Hidrogénio
Keywords: Hidrogénio, 1776, 2001, 2003, Abundância natural, Alga, Alumínio, Amoníaco, Ano
thumb|150 px|right|Hidrogênio em todo o Universo
O hidrogênio é um elemento químico de símbolo H , número atômico 1 ( 1 próton e 1 elétron ) e com massa atómica 1 u. Na temperatura ambiente é um gás diatômico (H2) inflamável, incolor e inodoro. É o elemento químico mais abundante do Universo, existindo nas estrelas em grande quantidade 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 neutron. Entretanto, existem outros dois isótopos: o deutério, que tem um neutron e o trítio que tem dois. Em 2001 e 2003 foram criados, respectivamente, os isótopos 5H e 7H.
Em laboratório é obtido mediante a reação de ácidos com metais como o zinco e industrialmente pelo processo da eletrólise da água, entretanto, os pesquisadores estão investigando outros métodos como a intervenção de algas verdes para a obtenção do hidrogênio. O hidrogêno é empregado na produção de amoníaco, como combustível alternativo , e recentemente para o fornecimento de energia às células de combustíveis.
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| Geral | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| Nome, símbolo, número | Hidrogénio, H, 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Classe, série química | Nenhuma , nenhuma | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloco | 1 ( IA ), 1 , s | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidade, dureza | 0,0899 kg/m3, não apresenta | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Cor e aparência | incolor imagem:H1-thumb.jpg | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Massa atómica | 1,00794 u | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Raio atómico ( calculado ) | 25 (53) picómetro | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Raio covalente | 37 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Raio de van der Waals | 120 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuração electrónica | 1s1 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Elétrons por nível de energia | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Estado de oxidação (óxido) | 1 (anfótero) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Estrutura cristalina | hexagonal | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Estado da matéria | gasoso | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Ponto de fusão | 14,025 K (-259,2ºC) (-434 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Ponto de ebulição | 20,268 K (-252,7ºC) (-423 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume molar | 11.42 ×10-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Entalpia de vaporização | 0,44936 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Entalpia de fusão | 0,05868 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Pressão de vapor | 209 Pa at 23 K | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Velocidade do som | 1270 m/s at 298.15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Informações diversas | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Eletronegatividade | 2,2 (Escala de Pauling) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor específico | 14304 J/(kg*K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Condutividade elétrica | __ 106/m ohm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Condutividade térmica | 0,1815 W/(m*K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Potencial de ionização | 1312 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Isótopos mais estáveis | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| Unidades SI e CNPT exceto onde indicado o contrário | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Conteúdo |
Características principais
O hidrogênio é o elemento químico mais leve, possuindo o seu isótopo mais abundante um único par próton-eletron. Nas condições normais de pressão e temperatura forma um gás diatómico, H2 com um ponto de ebulição de 20,27 K ( -252,88ºC ) e um ponto de fusão de 14,02 K ( -259,13 ºC ). 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 que se combinem, entretanto, quando isso acontece podem formar nuvens de H2 que se asociam para a criação das estrelas.
Este elemento tem uma função fundamental no universo, já que através da fusão estelar ( combinação de átomos de hidrogênio resultando átomos de hélio ) ocorre liberação de uma imensa quantidade de energia.
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 hidrógeno líquido apresenta aplicações criogênicas, incluindo a investigação da supercondutividade.
- Devido a sua leveza era usado como gás de enchimento de balões e dirigíveis; após o desastre do dirigível Hindenburg abandonou-se seu uso devido sua grande inflamabilidade.
- 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 hidrogênio pode ser usado em motores de combustão interna. Uma frota de automóveis com motores deste tipo é mantida na atualidade pela Chrysler-BMW. Afinal, as células de combustível em desenvolvimento parecem que serão capazes de oferecer uma alternativa limpa e econômica aos motores de combustão interna.
História
O hidrogênio ( do francês Hydrogène, do grego hydor, água e gennasin, gerar ) foi reconhecido como um elemento químico em 1776 por Henry Cavendish; mais tarde Antoine Lavoisier daria o nome pelo qual o conhecemos.
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.
A fonte mais comum de hidrogênio é a água, composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H2O). Outra fonte importante são as substânicas 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.
- Reação de hidrocarbonetos com vapor de água.
- Ataque de metais com hidróxido de sódio, potássio.
- Ataque de metais (Zn e Al) com ácidos sulfúrico ou clorídrico.
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 hidrogênio ( 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.
Formas
Em condições normais, 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-.
Isótopos
O isótopo mais comum do hidrogênio não possui neutrons, 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.
Precauções
O hidrogênio é um gás extremamente inflamável. Reage violentamente com o flúor e o 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 -40ºC ocorre com aquecimento, podendo inflamar-se.
A água pesada é tóxica.