Hidrogénio

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Cerca de 90% da matéria visível no Universo é composta de Hidrogênio

O hidrogénio ou 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, inodoro,insípido e insolúvel em água. 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.

Hidrogénio - Hélio
H Li
	Tabela Periódica

Geral

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

Propriedades atómicas

Massa atómica

1,00794(7) 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

Estado de oxidação (óxido)

1 (anfótero)

Estrutura cristalina

hexagonal

Propriedades físicas

Estado da matéria

gasoso

Ponto de fusão

14,025 K (-259,2ºC) (-434 Â°F)

Ponto de ebulição

20,268 K (-252,7ºC) (-423 Â°F)

Volume molar

11.42 ×10^-6

m³/mol

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

iso	AN	Meia-vida	MD	ED M eV	PD
¹H	99.985%	H é isótopo estável com 0 neutrons
²H	0.015%	H é estável com 1 neutron
³H	sintético	12.33 anos	β^-	0.019	³He
⁴H	sintético	9,93 x 10^-23 s	n	2.910	³H

Unidades SI e CNPT exceto onde indicado o contrário

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.

[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 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 em parte seu uso devido 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 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.

[editar] História

O hidrogênio ( do francês Hydrogène, do grego hydros, água e gennein, gerar ) foi reconhecido como um elemento químico em 1776 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 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 (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

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-.

[editar] Isótopos

Hidrogénio, deutério e trítio

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.

[editar] Precauções

Explosão do hidrogênio no Hindenburg

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.

O hidrogênio é extremamente inflamável no ar (essa capacidade de se inflamar limita-se entre 4 e 75% por volume de ar). A energia necessária para inflamá-lo é muito pequena e em alguns casos, pode ocorrer à auto-inflamação.

O hidrogênio se queima no ar com uma chama muito quente e quase invisível. A chama emite um calor muito pouco radiante e por isso mesmo não indica sua existência.

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.

Energia necessária para a ignição de uma mistura hidrogênio-ar de apenas 0,04 mJ, contra 0,25 mJ dos hidrocarbonetos.