O gás hidrogênio já era conhecido por Paracelsus, que o produzia fazendo ácido sulfúrico escorrer por sobre ferro. Ele escreveu “um ar aparece e se expande rápido como o vento”; Priestley o chamava de “ar inflamável”, mas é geralmente creditado a Mr. Henry Cavendish a descoberta da natureza elementar do gás, em 1766.
Mr. Cavendish era um cientista fantástico (pesquisava eletrecidade, astronomia, meteorologia, química e física, sendo muito versado em matemática, mineiração, metalurgia e geologia), mas tão tímido que os únicos contatos sociais que fazia eram as reuniões da Royal Society em Londres. Seus amigos mais íntimos afirmavam que a única forma de fazê-lo falar era fazer de conta que conversavam com uma sala vazia. Ele mesmo não se reconhecia o descobridor do hidrogênio, preferindo escrever “...foi notado por outros que...” Cavendish obtinha o hidrogênio passando ácido por metais, e coletando o gás sob mercúrio.
Mesmo extremamente tímido, Sir Humphrey Davy escreveu posteriormente que Cavendish “tratava sobre todos os interesses das ciências de uma forma luminosa e profunda, e em discussões era maravilhosamente astuto...ele permanecerá ilustre nos anais da ciência...e será uma honra imortal para essa Casa, para essa época, e para esse país”, referindo-se à importância de Cavendish para a Sociedade Real e à ciência da Inglaterra.
A mãe de Cavendish morreu quando ele tinha apenas dois anos, o que ajuda a explicar sua extrema timidez. Durante a vida de seu pai ele vivia de uma pobre mesada, mas com a morte de seu pai herdou uma fabulosa herança, pois era descendente dos ducados de Devonshire e de Kent. Logo após morreria também sua querida tia, legando-o com mais uma fortuna.
Cavendish morreu aos 77 anos tão só quanto viveu: prescentindo sua morte, pediu ao serviçal que o atendia que deixasse o quarto e só retornasse após algum tempo. Quando o serviçal retornou encontrou o seu grande mestre morto. Como Cavendish sempre vivera de forma extremamente simples, abnegadamente voltada para o avanço das ciências, na época de sua morte ele era o maior depositante do Banco da Inglaterra. Cavendish foi também considerado o co-descobridor do nitrogênio.
Lavoisier obteve o gás hidrogênio passando vapor d’água sobre ferro incandescente. Ele escreveu “o ferro torna-se um óxido negro absolutamente igual àquele obtido pela sua calcinação ao ar” (nesse experimento o ferro é oxidado pela água, que é reduzida a hidrogênio). A mistura de hidrogênio com o oxigênio reage explosivamente quando inflamada, e mesmo uma mistura de 1 parte de hidrogênio com 5 partes de ar atmosférico é explosiva nessas condições. O resultado da combustão é um vapor que se liquefaz a um líquido que tem todas as propriedades da água, por exemplo, sendo incolor, congelando a zero e entrando em ebulição a 100 C.
Lavoisier deu o nome hidrogênio ao gás em 1783, porque nenhum outro lhe parecia adequado: o nome é derivado do grego idwr (hydor, água) e gennaw (gennao, eu gero; a palavra atual em alemão para hidrogênio é wasserstoff, algo como “coisa água”). Portanto, pela virada do século XIX já eram práticas comuns a combinação de oxigênio e hidrogênio para a formação da água, e a sua decomposição em hidrogênio e oxigênio por metais, onde o oxigênio permanecia combinado pela formação de óxidos.
Lavoisier sustentava suas próprias pesquisas com uma firma de arrecadação de impostos; ainda que não um arrecadador ele mesmo, seus inimigos o prenderam durante a revolução francesa, e aquele fantástico cientista foi guilhotinado em 8 de maio de 1779, apenas dois meses antes do fim da Revolução.
Seus estudos quantitativos sobre massas de reagentes e produtos em reações químicas pode ser sumarizado na afirmação conhecida como a Lei da Conservação da Matéria, que Lomonosov já havia sujerido:
“Matéria nunca é perdida ou ganha em uma reação química”.
Um conterrâneo e contemporâneo de Lavoisier foi Joseph-Louis Proust. Proust foi um químico analítico soberbo: a cerca de 1780 foi co- descobridor do manganês; logo após encontrou o mesmo metal em plantas (hoje sabemos que o manganês é um “micronutriente” essencial em plantas e animais). Seguindo a trilha aberta por Lavoisier, Proust, assim como muitos outros químicos, estudavam os aspectos quantitativos da formação de compostos, e um desses estudos envolvia o carbonato de cobre. Proust descobriu de suas cuidadosas análises que, independentemente do método de preparo do composto em laboratório ou de como ele era isolado na natureza, sempre continha 5 partes de cobre, 4 de oxigênio 1 de carbono, em peso.
Outras cuidadosas análises levaram Proust a concluir a segunda lei fundamental da química, conhecida como Lei das Proporções Definidas, ou Lei da Composição Constante:
“Em um composto, os elementos constituintes estão sempre presentes em uma proporção em peso definida.”
Contra essa idéia era o Conde Claude Louis Berthollet, que achava que a composição química dum composto dependia tão somente da quantidade das substâncias empregadas na sua confecção. Essa briga entre Proust e Berthollet tomou grandes proporções, tendo durado 7 anos. Entretanto, Proust mostrou, com experimentos cuidadosos, demonstrados perante a Real Academia de Paris, que Berthollet havia feito análises não acuradas e que não havia purificado os seus compostos o suficiente, dois erros indesculpáveis em química. Durante a Revolução Francesa Proust conseguiu salvar-se fugindo para a Espanha, onde trabalhou sob a tutela financeira do rei Charles IV.
Em 1785 Rudolf Erich Raspe mostrou que o mineral schelita continha um metal recentemente descoberto por químicos espanhóis, que estudaram no Seminário de Vergara, Espanha, onde Proust era um dos professores (mais tarde Proust lecionaria no importante Laboratório Real de História Natural, em Madri). Esse metal, o tungstênio (W, wolfrâmio, de wolframita, tungstato manganoso de composição Fe,MnWO4), teve sua condição de endurecedor de ligas de ferro reconhecida por Raspe já naquela época.
Hoje em dia objetos cortantes, que necessitam ser muito duros e abrasivos, contém quantidades variáveis de tungstênio: carbeto de tungstênio é tão duro que é conhecido como “diamante sintético” e empregado na manufatura de brocas de perfuração de petróleo. Outras ligas endurecidas com tungstênio são utilizadas na fabricação de ferramentas, dezde chaves de fenda até facas Guinzu. Interessantemente, Raspe, um ótimo químico analista, holandês nascido em Hanover, era brilhante, versátil, mas um tremendo mau caráter. Raspe foi preso após penhorar medalhas de ouro que ele mesmo havia roubado do museu de Cassel, na época capital de um importante condado industrial do que viria a se tornar a Prússia, hoje parte da Alemanha. Fugiu da cadeia na noite em que foi preso e escapou para a Inglaterra, onde passou a lecionar e trabalhar com traduções, até falecer na Irlanda em 1794. De suas aventuras e seu trabalho como tradutor, Raspe teve imaginação suficiente para escrever o livro “As Aventuras do Barão de Münchausen”, publicada em 1780.
Infelizmente, Charles IV foi deposto por Napoleão, época na qual os laboratórios de Proust em Madri foram destruídos. Desiludido, Proust parou de trabalhar, e finalmente conseguiu retornar para a França, aonde passou a viver como aposentado pelo resto de sua vida.
Fonte: inorgan221.iq.unesp.br
O hidrogênio é o mais simples e mais
comum elemento do Universo! Está presente em quase tudo, inclusive em você!
Ele compõe 75% da massa do Universo e 90% de suas moléculas, como a água (H2O)
e as proteínas nos seres vivos. No planeta Terra, compõe aproximadamente 70%
da superfície terrestre.
No seu estado natural e sob condições ambientes de temperatura e pressão,
o hidrogênio é um gás incolor, inodoro, insípido e muito
mais leve que o ar. Ele também pode estar no estado líquido, ocupando um espaço
700 vezes menor do que se estivesse em forma de gás! Mas ele tem que estar
armazenado numa temperatura de –253 °C, em sistemas de armazenamento
conhecidos como “sistemas criogênicos”.
Acima desta temperatura, o hidrogênio
não pode ser liquefeito, mas pode ser armazenado em forma de gás comprimido
em cilindros de alta pressão.
Um exemplo do potencial energético do Hidrogênio está na
fonte de energia do Sol - compõe 30% da massa solar. É com a energia do hidrogênio
que o Sol aquece a Terra, favorecendo a vida em nosso planeta.
Como é quimicamente muito ativo, está sempre procurando outro elemento para
se combinar. Raramente permanece sozinho como um único elemento (H2), em suspensão
ou à parte, estando associado ao petróleo, carvão, água, gás natural, proteínas,
entre outros elementos.
As misturas dos gases hidrogênio e oxigênio são inflamáveis,
até mesmo explosivos, dependendo da concentração. Quando queimado com oxigênio
puro, os únicos sub-produtos são o calor e a água. Quando queimado com ar,
constituído por cerca de 68% de nitrogênio e 21% de oxigênio, alguns óxidos
de nitrogênio (NOX) são formados. Ainda assim, a queima de hidrogênio com
ar produz menos poluentes atmosféricos que os combustíveis fósseis (petróleo,
carvão).
A agência espacial dos EUA, a NASA, percebeu estas qualidades do hidrogênio
e o utiliza nos seus projetos espaciais para a propulsão dos foguetes, pois
estes requerem características não obtidas com outros combustíveis, tais como:
o baixo peso, a compactação e a capacidade de grande armazenamento de energia.
Quando utilizado em células a combustível, a água que resulta do processo
é consumida pelos astronautas!
Atualmente, a maior parte do hidrogênio produzido no mundo
é utilizado como matéria-prima na fabricação de produtos como os fertilizantes,
na conversão de óleo líquido em margarina, no processo de fabricação de plásticos
e no resfriamento de geradores e motores. Agora, as pesquisas sobre hidrogênio
estão concentradas na geração de energia elétrica, térmica e de água pura
através das células a combustível! A Energia do Hidrogênio!
O oxigênio é essencial para a vida. Mas, quando se
trata de produzir hidrogênio, que pode ser utilizado como
uma fonte de energia abundante, barata e sem qualquer tipo de poluição, o
oxigênio é uma verdadeira pedra no sapato. O "problema" é que o
oxigênio e o hidrogênio se dão muito bem e reagem entre si - formando água
- e paralisando o processo de geração do tão sonhado combustível barato e
ambientalmente correto.
A reação do hidrogênio com o oxigênio acontece no interior
de uma família de enzimas, presentes em muitos microorganismos, hoje vistas
como uma das fontes potenciais para o fornecimento de hidrogênio. E até hoje
os cientistas não sabiam exatamente como os dois se encontram, paralisando
o processo de geração do hidrogênio.
Agora, cientistas da Universidade do Illinois, Estados Unidos, conseguiram
modelar a rota dos dois elementos, permitindo que se veja como e por onde
oxigênio e hidrogênio viajam para alcançar e sair do ponto de catálise das
enzimas - o chamado grupo H - que é exatamente onde o hidrogênio
é convertido em energia.
A descoberta resolve um problema econômico importante para a geração de energia
limpa. Numerosos microorganismos possuem enzimas, conhecidas como hidrogenases,
que utilizam somente água e luz do sol para gerar energia a partir do hidrogênio.
Mas a insistência do oxigênio em se ligar ao hidrogênio simplesmente paralisa
a geração do gás hidrogênio.
"Entender como o oxigênio chega ao ponto de reação irá nos permitir ver
como a tolerância ao oxigênio da hidrogenase pode ser aumentada por meio da
manipulação das proteínas e, em decorrência, tornar a hidrogenase uma fonte
economicamente viável de hidrogênio-combustível," explica
Klaus Schulten, um dos participantes da pesquisa.
Os cientistas concluíram que será possível fechar as rotas do oxigênio através
da hidrogenase por meio da manipulação genética da proteína, aumentando a
tolerância da enzima ao oxigênio, sem interromper a liberação do hidrogênio.
Para utilização do hidrogênio como fonte de energia é necessário
o seu uso junto a uma célula de combustível.
A célula a combustível é uma tecnologia que utiliza a combinação química entre
os gases oxigênio (O2) e hidrogênio (H2) para gerar energia elétrica, energia
térmica (calor) e água!
Ela existe há mais de 150 anos! A primeira célula a combustível foi desenvolvida
em 1839 por um físico inglês chamado William Grove. Ele sabia que passando
eletricidade através da água podiam-se obter os gases hidrogênio
e oxigênio, constituintes da água.
Como todo bom e curioso cientista, ele tentou fazer o processo reverso, combinando
hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade e água.
E conseguiu! Mas a sua invenção, chamada por ele de “bateria a gás”,
não tinha muita aplicação prática naquela época. Anos depois, em 1889, o nome
“célula a combustível” foi criado por dois cientistas, Ludwig Mond
e Charles Langer. Eles queriam tornar a célula a combustível uma invenção
prática, mas não tiveram muito êxito.
A célula a combustível só começou a ganhar vida no final dos anos 30, quando
o inglês Francis Thomas Bacon desenvolveu células a combustível de eletrólito
alcalino. Em 1959, ele demonstrou um sistema de célula a combustível de 5kW
para fazer funcionar uma máquina de solda. No entanto, somente com a Agência
Espacial dos EUA, a NASA, a célula a combustível começou a decolar. E ela
foi para o espaço nos projetos Gemini e Apollo! Tudo que a NASA precisava
era de um equipamento que gerasse energia com eficiência, e que utilizasse
um combustível leve e com grande densidade de energia – o hidrogênio.
Existem pelos menos seis tecnologias de células a combustível para combinarem
hidrogênio e oxigênio, mas elas têm basicamente o mesmo princípio
de funcionamento. Resumidamente, de um lado da célula entra o hidrogênio
e do outro entra o oxigênio. No meio, entre os eletrodos, existem o eletrólito
e o catalisador, que são a lógica de todo o funcionamento da célula a combustível.
Os tipos mais importantes de células a combustível são:
PEMFC – Membrana de Troca de Prótons, “Proton Exchange Membrane Fuel Cell”- Essa tecnologia tem se mostrado muito interessante para o uso em automóveis, aparelhos portáteis e residências. Seu funcionamento se encontra na faixa 60 ºC a 140 ºC de temperatura sendo assim considerada como de funcionamento em baixa temperatura. Isto permite que a célula ligue mais rápido que as outras concorrentes. A eficiência em gerar eletricidade através desta tecnologia varia entre 35% a 55%.
DMFC – Célula a Combustível de Metanol Direto, “Direct Methanol Fuel Cell” - Esta tecnologia é bastante similar a PEMFC tendo como principal diferença o uso direto de metanol (álcool extraído a partir da madeira ou do milho). O metanol é diluído em água e armazenado em cartuchos. A eficiência em gerar energia elétrica fica entre 40% e 50%.
PAFC – Célula a Combustível e Ácido Fosfórico, “Phosphoric Acid Fuel Cell"- Esta é a tecnologia mais avançada comercialmente. Está presente no Brasil, nas cidades de Curitiba e Rio de Janeiro. Esta tecnologia funciona a baixa temperatura, por isso pode tolerar combustíveis com impurezas como metanol e biogás. Entretanto para isso ela precisa de um filtro para limpar o combustível e um aparelho interno para extrair o hidrogênio desses combustíveis. A eficiência desta tecnologia, esta entre 35% e 47%.
SOFC – Célula a Combustível de Óxido Sólido, “Solid Oxide Fuel Cell” - Essa tecnologia permite a geração de grande quantidade de energia. Por isso tem se mostrado atraente para o uso em residências, indústrias e outros locais com grande necessidade de energia. A tecnologia SOFC é uma tecnologia de alta temperatura, pois opera entre 600°C e 1000°C. Isso traz como vantagem o uso peças mais baratas no interior da célula permite o uso de outros combustíveis diretamente na célula. A eficiência para produção de energia elétrica varia entre 50% e 60%. Se o calor for aproveitado, a eficiência total de energia (energia elétrica mais energia térmica) pode ser de até 75% a 85%.
MCFC – Células a Combustível de Carbonato Fundido, “Molten Carbonate Fuel Cell” - Essa tecnologia é promissora no que diz respeito a geração de energia em grandes quantidades. Funciona em altas temperaturas permitindo assim o uso de componentes mais baratos, aceita outros combustíveis diretamente na célula como biogás e etanol. A eficiência desta tecnologia para produzir energia elétrica fica entre 50 e 60%. Quando o calor é aproveitado, seja para aquecimento ou para a produção de mais energia elétrica através de uma turbina a vapor, pode-se aumentar a eficiência total para 85%.
AFC – Célula a Combustível Alcalina, “Alkaline Fuel Cell” - Esta é a tecnologia que vem sendo utilizada por muitos anos para aplicações espaciais da NASA. Ela foi desenvolvida pelo britânico Francis Bacon em 1930 (experiência de William Grove, precursor das células a combustível). Esta célula trabalha em alta temperatura de operação que fica entre 50°C e 250°C o que traz como vantagem o uso de componentes mais baratos. Elas apresentam uma excelente eficiência elétrica, entre 45% e 60%.
DEFC – Célula a Combustível de Etanol Direto, “Direct Ethanol Fuel Cell” - Esse tipo de célula funciona a base de etanol (álcool da cana de açucar). Esta ainda em fase de desenvolvimento, não sendo até agora viável. Entretanto, o Brasil apresenta um grande potencial para manter essa tecnologia já que por aqui a grande maioria dos postos de combustível vendem etanol.
Podemos concluir que o H2 é promissor, mas não resolve o problema de uma fonte "real" de energia. E essa é só metade da história, porque ainda há a questão de como armazenar e transportar essa substância de forma segura. O H2 é um gás que só pode ser liquefeito a temperaturas baixas e pressões relativamente altas, além de ser facilmente inflamável.
| ASPECTOS POSITIVOS | ASPECTOS NEGATIVOS |
| É o elemento mais abundante do universo. | Tecnologia mais cara. |
| O Hidrogênio não é tóxico. | Em um modelo de extração de hidrogênio há dependência de hidrocarbonetos, petróleo e seus derivados, produtos tóxicos. |
| Redução da emissão de gases causadores do efeito estufa, como o CO2 e o CH4. | Ainda não uma célula a hidrogênio que alie preço e eficiência. |
| Redução da poluição sonora, pois as células a hidrogênio operam silenciosamente. | A necessidade da utilização de metais nobres como, por exemplo, a platina que é um metal caro e raro. |
| Redução da emissão de partículas na atmosfera, como fumaça e fuligem. | Os problemas e os custos associados ao transporte e distribuição. |
| Crescimento econômico, desenvolvimento e criação de empregos em diversas áreas. |
Fonte: www.unesp.br
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, inodoro, insípido e insolúvel em água, pertencente ao grupo (ou família) 1 (anteriormente chamada 1A). 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 nêutron.
Entretanto, existem outros dois isótopos: o deutério, que tem um nêutron e o trítio que tem dois. Em 2001 foi criado em laborário o isótopo 4H e, a partir de 2003, foram sintetizados os isótopos 5H até 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 hidrogênio é empregado na produção de amoníaco, como combustível alternativo , e recentemente, para o fornecimento de energia às células de combustíveis.
Cerca de 90% da matéria visível no Universo é composta de Hidrogênio
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 associam para a criação das estrelas.
Esse 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.
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. Afinal, as células de combustível em desenvolvimento parecem que serão capazes de oferecer uma alternativa limpa e econômica aos motores de combustão interna.
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.
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.
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 ( N2h2 ), 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.
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-.
Prótio, deutério e trítio
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.
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 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 alguns casos, pode ocorrer 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.
A energia necessária para a ignição de uma mistura hidrogênio-ar de apenas 0,04 mJ, contra 0,25 mJ dos hidrocarbonetos.
Uma célula combustível é uma célula eletroquímica, basicamente uma bateria em que é consumido um combustível e é liberada energia.
Considerada uma bateria em que os reagentes são alimentados contínuamente. Os reagentes típicos são o hidrogênio e o oxigênio. O hidrogênio é fornecido do lado do ânodo e o oxigênio no lado do cátodo. As baterias comuns têm que ser recarregadas de tempos em tempos porque os reagentes esgotam-se. As células combustíveis estacionárias não portáteis, pelo contrário, não necessitam de serem recarregadas, uma vez que os reagentes são fornecidos continuadamente.
Automóveis da Toyota com célula combustível
As células combustíveis têm a vantagem de serem altamente eficientes e pouco poluentes. Podem ser utilizadas como sistemas de emergência, em zonas onde não existe rede elétrica, em aparelhos portáteis e veículos. Sua desvantagem é o alto custo, atualmente.
Seu uso é polêmico em várias aplicações.
O hidrogênio é usado basicamente como combustível não sendo uma fonte primária de energia.
No entanto é a única fonte de energia que pode ser fabricada de outras fontes de energia. Críticos do estágio atual desta tecnologia dizem que a energia que precisa "criar" o combustível em primeiro lugar pode reduzir a eficiência final do sistema ficando pior que o mais eficiente motor de combustão interna à gasolina; é verdadeiro pois o hidrogênio é gerado pela eletrólise da água. Pode ser gerado também do metano, componente principal do gás natural com mais ou menos 80% de eficiência. O método de conversão do metano liberta gases para o meio ambiente portanto o método ideal será usar fonte que gere hidrogênio através da eletrólise.
Há problemas práticos a serem superados. Embora o uso de células combustíveis por consumidores seja possível no futuro próximo os projetos atuais tem que ser orientados de forma correta. Atualmente há projetos que se mostram capazes de fornecer energia para dispositivos portáteis como por exemplo, os telefones celulares e notebooks. Projetos atuais necessitam de abertura de ventilação e não podem ser operados dentro d'água, não podendo ser usados em aeronaves devido ao risco de vazamentos para atmosfera. Tecnologia para reabastecimento seguro das células ainda não existem, salvo testes que vem sendo feitos com o uso de células alimentadas com o álcool metanol.
Processo de transformação até uma célula combustível
Células combustíveis são dispositivos eletroquímicos, assim não podem ser forçados a trabalhar no máximo de eficiência como as máquinas de combustão. Podem ser altamente eficientes em transformar energia química em elétrica.
Num exemplo primitivo de membrana eletrolítica polímera (PEM) de célula combustível a membrana é condutora de prótons e separa o ânodo do câtodo. Em cada lado há um eletrodo de lâmina de carbono revestido com um catalisador de platina.
No lado do ânodo o hidrogênio flui para o catalisador onde é dissociado em prótons e elétrons. Os prótons são conduzidos através da membrana para o catodo e os elétrons são forçados a percorrer um circuito externo (fornecendo força) porque a membrana é isolada eletronicamente. No catodo as moléculas de oxigênio reagem com os elétrons (que chegam pelo circuito externo) para formar água. Neste exemplo o único produto a se perder é o vapor d'água, resíduo inofensivo.
Célula combustível utilizada na NASA
A primeira célula de combustível foi desenvolvida no século XIX por Sir William Grove. Um esboço foi publicado em 1843. Células de combustível não tiveram aplicação prática até 1960, quando então passaram a ser usadas no programa espacial americano para produzir eletricidade e água potável (hidrogênio e oxigênio fornecidos de tanques da aeronave), processo extremamente caro porque as células exigem hidrogênio e oxigênio puríssimo.
As células rapidamente adquiriam altas temperaturas ao entrar em funcionamento o que era um problema em muitas atividades. Mais adiante avanços tecnológicos em 1980 e 1990 com o uso do Nafion como eletrólito e a redução na quantidade do caríssimo catalizador de platina tornou-se possível o uso das células por parte de consumidores do automobilismo por exemplo. Na atual fase de pesquisas a Casio pretende lançar uma célula de combustível DMFC para notebooks a ser alimentada com o álcool metanol, em substituição às baterias de lítio de uso de três horas para 20 horas com o álcool que após esgotado seria trocado o cartucho vazio por outro cheio. Por outro lado a MTI Micro pretende lançar um carregador de baterias movido a célula de combustível. O metanol é tóxico, inflamável e terá de ser equacionado para ter seu uso autorizado.
Fonte: pt.wikipedia.org
