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Gás Hidrogênio

 

O Hidrogênio como Combustível

Desde o início do século XIX, os cientistas identificaram o hidrogênio como uma fonte potencial de combustível.

Os usos atuais do hidrogênio incluem processos industriais, combustível para foguetes e propulsão para cápsulas espaciais. Com pesquisa e desenvolvimento mais avançados, este combustível também pode ser utilizado como uma fonte alternativa de energia para o aquecimento e iluminação de residências, geração de eletricidade e como combustível de automóveis.

Quando produzido de fontes e tecnologias renováveis, como hidráulica, solar ou eólica, o hidrogênio torna-se um combustível renovável.

Composição do Hidrogênio

O hidrogênio é o mais simples e mais comum elemento do universo.

Possui a maior quantidade de energia por unidade de massa que qualquer outro combustível conhecido - 52.000 BTU - British Thermal Units (Unidades Térmicas Britânicas) por libra (ou 120,7kJ por grama). Além disso, quando resfriado ao estado líquido, este combustível de baixo peso molecular ocupa um espaço equivalente a 1/700 daquele que ocuparia no estado gasoso.

Esta é uma das razões pelas quais o hidrogênio é utilizado como combustível para propulsão de foguetes e cápsulas espaciais, que requerem combustíveis de baixo peso, compactos e com grande capacidade de armazenamento de energia.

No estado natural e sob condições normais, o hidrogênio é um gás incolor, inodoro e insípido.

O hidrogênio molecular (H2) existe como dois átomos ligados pelo compartilhamento de elétrons - ligação covalente.

Cada átomo é composto por um próton e um elétron. Alguns cientistas acreditam que este elemento dá origem a todos os demais por processos de fusão nuclear.

O hidrogênio normalmente existe combinado com outros elementos, como o oxigênio na água, o carbono no metano, e na maioria dos compostos orgânicos.

Como é quimicamente muito ativo, raramente permanece sozinho como um único elemento.

Quando queimado com oxigênio puro, os únicos produtos são calor e água. Quando queimado com ar, constituído por cerca de 68% de nitrogênio, alguns óxidos de nitrogênio (NOX) são formados. Ainda assim, a queima de hidrogênio produz menos poluentes atmosféricos que os combustíveis fósseis.

A Produção de Hidrogênio

O hidrogênio ligado em compostos orgânicos e na água constitui 70% da superfície terrestre.

A quebra destas ligações na água permite produzir hidrogênio e então utiliza-lo como combustível. Existem muitos processos que podem ser utilizados para quebrar estas ligações.

A seguir estão descritos alguns métodos para a produção de hidrogênio e que ou estão atualmente em uso ou sob pesquisa e desenvolvimento.

A maior parte do hidrogênio produzido no mundo (principalmente nos Estados Unidos) em escala industrial é pelo processo de reforma de vapor, ou como um subproduto do refino de petróleo e produção de compostos químicos.

A reforma de vapor utiliza energia térmica para separar o hidrogênio do carbono no metano ou metanol, e envolve a reação destes combustíveis com vapor em superfícies catalíticas. O primeiro passo da reação decompõe o combustível em água e monóxido de carbono (CO). Então, uma reação posterior transforma o monóxido de carbono e a água em dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio (H2). Estas reações ocorrem sob temperaturas de 200ºC ou maiores.

Outro modo de produzir hidrogênio é por eletrólise, onde os elementos da água, o hidrogênio e o oxigênio, são separados pela passagem de uma corrente elétrica. A adição de um eletrólito como um sal aumenta a condutividade da água e melhora a eficiência do processo. A carga elétrica quebra a ligação química entre os átomos de hidrogênio e o de oxigênio e separa os componentes atômicos, criando partículas carregadas (íons).

Os íons se formam em dois pólos: o anodo, polarizado positivamente, e o catodo, polarizado negativamente.

O hidrogênio se concentra no cátodo e o anodo atrai o oxigênio. Uma voltagem de 1,24V é necessária para separar os átomos de oxigênio e de hidrogênio em água pura a uma temperatura de 25ºC e uma pressão de 1,03kg/cm2. Esta tensão varia conforme a pressão ou a temperatura são alteradas.

A menor quantidade de eletricidade necessária pra eletrolisar um mol de água é de 65,3Watts-hora (a 25ºC). A produção de um metro cúbico de hidrogênio requer 0,14kilowatts-hora (kWh) de energia elétrica (ou 4,8kWh por metro cúbico).

Fontes renováveis de energia podem produzir eletricidade por eletrólise. Por exemplo, o Centro de Pesquisas em Energia da Humboldt State University projetou e construiu um sistema solar de hidrogênio auto-suficiente. O sistema usa um arranjo fotovoltaico de 9,2kilowatts (kW) para fornecer energia a um compressor que faz a aeração dos tanques de peixes. A energia não utilizada para movimentar o compressor aciona um eletrolisador bipolar alcalino de 7,2kW. O eletrolisador pode produzir 53 pés cúbicos padrões de hidrogênio por hora (25 litros por minuto). A unidade está operando sem supervisão desde 1993. Quando o arranjo fotovoltaico não fornece energia suficiente, o hidrogênio fornece combustível para uma célula de combustível por membrana de troca fotônica de 1,5kW para fornecer a energia necessária aos compressores.

A eletrólise de vapor é uma variação do processo convencional de eletrólise. Uma parte da energia necessária para decompor a água é adicionada na forma de calor ao invés de eletricidade, tornando o processo mais eficiente que a eletrólise convencional.

A 2500ºC a água se decompõe em hidrogênio e oxigênio. Este calor pode ser fornecido por um dispositivo de concentração de energia solar. O problema neste processo é impedir a recombinação do hidrogênio e do oxigênio sob as altas temperaturas utilizadas no processo.

A decomposição termoquímica da água utiliza produtos químicos como o brometo ou o iodeto, assistidos pelo calor. Esta combinação provoca a decomposição da molécula de água.

Este processo possui várias etapas - usualmente três - para atingir o processo inteiro.

Processos fotoeletroquímicos utilizam dois tipos de sistemas eletroquímicos para produzir hidrogênio. Um utiliza complexos metálicos hidrossolúveis como catalisadores, enquanto que o outro utiliza superfícies semicondutoras. Quando o complexo metálico se dissolve, absorve energia solar e produz uma carga elétrica que inicia a reação de decomposição da água. Este processo imita a fotossíntese. O outro método utiliza eletrodos semicondutores em uma célula fotoquímica para converter a energia eletromagnética em química.

A superfície semicondutora possui duas funções: absorver a energia solar e agir como um eletrodo. A corrosão induzida pela luz limita o tempo de vida útil do semicondutor.

Processos biológicos e fotobiológicos utilizam algas e bactérias para produzir hidrogênio. Sob condições específicas, os pigmentos em certos tipos de algas absorvem energia solar. As enzimas na célula de energia agem como catalisadores para decompor as moléculas de água.

Algumas bactérias também são capazes de produzir hidrogênio, mas diferentemente das algas necessitam de substratos para seu crescimento. Os organismos não apenas produzem hidrogênio, mas também podem limpar poluição ambiental.

Recentemente, uma pesquisa iniciada pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos levou à descoberta de um mecanismo para produzir quantidades significativas de hidrogênio a partir de algas. Há 60 anos os cientistas sabem que as algas produzem pequenas quantidades de hidrogênio, mas não haviam encontrado um método factível para aumentar esta produção. Cientistas da Universidade da Califórnia em conjunto com o Laboratório Nacional de Energia Renovável encontraram a solução. Após permitir que a cultura de algas crescesse sob condições normais, os pesquisadores privaram-nas de enxofre e oxigênio.

Após muitos dias gerando hidrogênio, a cultura de algas foi colocada novamente sob as condições normais por alguns poucos dias, permitindo assim que armazenassem mais energia. O processo pode ser repetido várias vezes.

A produção de hidrogênio por algas pode eventualmente promover um meio prático e de baixo custo para a conversão de luz solar em hidrogênio.

Outra fonte de hidrogênio por processos naturais utiliza o metano e o metanol. O metano (CH2) é um componente do "biogás", produzido por bactérias anaeróbias. Estas bactérias são encontradas em grande quantidade no ambiente. Elas quebram, ou digerem, matéria orgânica na ausência de oxigênio e produzem o "biogás" como resíduo metabólico.

Fontes de biogás incluem os lixões, o esterco de gado ou porcos e as estações de tratamento de águas e esgotos. O metano também é o principal componente do gás natural (um grande combustível utilizado para aquecimento e geradoras de energia elétrica) produzido por bactérias anaeróbias há milhões de anos atrás. O etanol é produzido pela fermentação da biomassa. A maior parte do etanol combustível dos Estados Unidos é produzido pela fermentação do milho.

Estados Unidos, Japão, Canadá e França têm investigado a decomposição térmica da água, uma técnica radicalmente diferente para geração de hidrogênio. Este processo utiliza calor em temperaturas acima de 3000ºC para decompor as moléculas de água.

Usos Potenciais para o Hidrogênio

Os setores de transporte, industrial e residencial nos Estados Unidos têm utilizado hidrogênio há muitos anos. No início do século XIX muitas pessoas utilizaram um combustível denominado "gás da cidade", que era uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono. Muitos países, incluindo o Brasil e a Alemanha, continuam distribuindo este combustível.

Aeronaves (dirigíveis e balões) usam hidrogênio para transporte.

Atualmente, algumas indústrias utilizam hidrogênio para refinar petróleo, e para produzir amônia e metanol. As naves espaciais utilizam hidrogênio como combustível para seus foguetes.

Com pesquisas futuras, o hidrogênio pode fornecer eletricidade e combustível para os setores residencial, comercial, industrial e de transporte, criando uma nova economia energética.

Quando armazenado adequadamente, o hidrogênio combustível pode ser queimado tanto no estado gasoso quanto no líquido. Os motores de veículos e os fornos industriais podem facilmente ser convertidos para utilizar hidrogênio como combustível.

Desde a década de 1950, o hidrogênio abastece alguns aviões.

Fabricantes de automóveis desenvolveram carros movidos a hidrogênio.

A queima de hidrogênio é 50% mais eficiente que a da gasolina e gera menos poluição ambiental.

O hidrogênio apresenta uma maior velocidade de combustão, limites mais altos de inflamabilidade, temperaturas de detonação mais altas, queima mais quente e necessita de menor energia de ignição que a gasolina. Isto quer dizer que o hidrogênio queima mais rapidamente, mas traz consigo os perigos de pré-ignição e flashback.

Apesar de o hidrogênio apresentar suas vantagens como combustível para veículos, ainda tem um longo caminho de desenvolvimento a percorrer antes de poder ser utilizado como um substituto para a gasolina.

As células de energia utilizam um tipo de tecnologia que usam o hidrogênio para produzir energia útil. Nestas células, o processo de eletrólise é revertido para combinar o hidrogênio e o oxigênio através de um processo eletroquímico, que produz eletricidade, calor e água. O Programa Espacial dos Estados Unidos tem utilizado as células de energia para fornecer eletricidade às cápsulas espaciais há décadas.

Células de energia capazes de fornecer eletricidade para mover os motores de automóveis e ônibus têm sido desenvolvidas. Muitas companhias estão desenvolvendo células de energia para usinas estacionárias.

Uma célula de energia funciona como uma bateria que nunca pára de funcionar e não precisa de recarga. Ela irá produzir eletricidade e calor sempre que um combustível (no caso, o hidrogênio) for fornecido. Uma célula de energia consiste de dois eletrodos - um negativo (ânodo) e um positivo (cátodo) - imersos em um eletrólito.

O hidrogênio é inserido na célula pelo anodo, e o oxigênio pelo catodo. Ativados por um catalisador, os átomos de hidrogênio separam-se em prótons e elétrons, que tomam caminhos diferentes no cátodo. Os elétrons saem por um circuito externo, gerando eletricidade. Os prótons migram através do eletrólito ao cátodo, onde reúnem-se com o oxigênio e os elétrons para gerar água e calor. As células de energia podem ser utilizadas para mover os motores de veículos ou para fornecer eletricidade e calor às edificações.

O hidrogênio pode ser considerado como uma forma de armazenar energia produzida de fontes renováveis como a solar, eólica, hídrica, geotérmica o biológica.

Por exemplo, quando o sol estiver se pondo, sistemas fotovoltaicos podem fornecer a eletricidade necessária para produzir o hidrogênio por eletrólise.

O hidrogênio pode então ser estocado e queimado como um combustível, ou para operar uma célula de energia para gerar eletricidade à noite ou sob tempo nebuloso.

A Estocagem de Hidrogênio: Um Problema Ainda Não Resolvido

Para se utilizar o hidrogênio em larga escala de maneira segura, sistemas práticos de estocagem devem ser desenvolvidos, especialmente para os automóveis.

Apesar de o hidrogênio poder ser estocado no estado líquido, este é um processo difícil porque deve ser resfriado a -253ºC.

A refrigeração do hidrogênio a esta temperatura utiliza o equivalente a 25 ou 30% de sua energia total, e requer materiais e manipulação especiais. Para resfriar aproximadamente 0,5kg de hidrogênio são necessários 5kWh de energia elétrica.

O hidrogênio também pode ser armazenado como gás, que utiliza muito menos energia que aquela necessária para fazer hidrogênio líquido.

Sendo estocado no estado gasoso, deve ser pressurizado para se estocar uma quantidade razoável. Para utilização em larga escala, o gás pressurizado pode ser estocado em cavernas ou minas.

O gás hidrogênio pode então ser encanado e levado às residências da mesma maneira que o gás natural. Apesar desta técnica de estocagem ser útil para a utilização do hidrogênio como combustível de aquecimento, não o é para utilização em veículos porque os tanques de metal pressurizados necessários para estocar o hidrogênio são muito caros.

Um método de estocagem de hidrogênio potencialmente mais eficiente é na forma de hidretos. Os hidretos são compostos químicos formados por hidrogênio e um metal. As pesquisas atuais estão focando o hidreto de magnésio. Certas ligas metálicas como as de magnésio-níquel, magnésio-cobre e ferro-titânio, absorvem hidrogênio e o liberam quando aquecidos. Os hidretos, entretanto, estocam pouca energia por unidade de massa. As pesquisas atualmente procuram um composto que seja capaz de armazenar uma grande quantidade de hidrogênio com uma elevada densidade energética, liberar o hidrogênio como combustível, reagir rapidamente e possuir um custo acessível.

O Custo do Hidrogênio

Atualmente, a maneira economicamente mais viável para se produzir hidrogênio é pela reforma de vapor. De acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos, em 1995 o custo estava em US$7,39 por milhão de BTU (US$7,00 por gigajoule) em plantas de grande escala.

Este cálculo assume o custo do gás natural de US$2,43 por milhão de BTU (US$2,30 por gigajoule). Isto equivalente a US$0,93 por galão ($0,24 por litro) de gasolina.

A produção de hidrogênio por eletrólise utilizando hidroeletricidade, considerando taxas de horários de baixo consumo, custa entre US$10,55 e US$21,10 por milhão de BTU (US$10,00 a US$20,00 por gigajoule).

A Pesquisa em Hidrogênio

Reconhecendo o potencial do hidrogênio combustível, o Departamento de Energia dos Estados Unidos e organizações privadas fundaram programas de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) por muitos anos. O Governo Federal americano aloca em média 18 milhões de dólares por ano na pesquisa de hidrogênio combustível. Os trabalhos atuais nos Estados Unidos incluem pesquisas no Laboratório Nacional de Energia Renovável, na Universidade A & M, Texas, no Laboratório Nacional de Brookhaven, e no Instituto de Energia Neutra Hawaii.

O Centro de Energia Solar na Flórida conduz pesquisas em hidrogênio pelo Programa de Energia Renovável, com objetivos de longo prazo sob a orientação do Departamento de Energia dos Estados Unidos para o desenvolvimento de um reator para fotoeletricamente decompor a água em hidrogênio e oxigênio e para sintetizar quimicamente uma membrana eletrolítica para eletrólise sob altas temperaturas. Outra pesquisa do Departamento de Energia é o desenvolvimento de um processo para reformar o gás natural ao hidrogênio para produção on-site de blendas de hidrogênio-metano que sejam aplicáveis a automóveis.

Para que se possa utilizar hidrogênio em larga escala, os pesquisadores devem desenvolver meios mais práticos e econômicos para estocar e produzir o hidrogênio.

Fonte: alkimia.tripod.com

Gás Hidrogênio

O Gás Hidrogênio (H2) é explorado para uso em motores a combustão e em células de combustível. É um gás nas condições normais de temperatura e pressão, O que apresenta dificuldades de transporte e armazenagem.

Sistemas de armazenamento inclui hidrogênio comprimido, hidrogênio líquido, e ligação química com algum material.

Embora não exista sistemas de distribuição e transporte de hidrogênio,a habilidade de criar o combustível de uma variedade de fontes e suas características limpas fazem do hidrogênio uma fonte desejável de energia alternativa.

Propriedades químicas: O combustível mais simples e mais leve é o Gás hidrogênio.

Ele é gasoso a temperatura ambiente e pressão atmosférica.

O combustível em si não é hidrogênio puro. Ele tem pequenas quantidades de oxigênio e de outros materiais.

Como é feito o Hidrogênio?

Dois métodos são geralmente usados para produzir hidrogênio: Eletrólise e Two methods are generally used to produce hydrogen: (1) eletrolysis and (2) síntese ou ixidação parcial.

Eletrólise usa energia elétrica para dividir a molécula da água em hidrogênio e oxigênio. Provavelmente será a forma predominante de produzir hidrogênio.

O método predominante para produzir a síntese do gás e a reforma de vapor do gás natural, embora outros hidrocarbonetos possam ser usados. Pro exemplo, biomassa e carvão podem ser usados para criar hidrogênio.

O mercado do Hidrogênio

Um sistema de distribuição para o hidrogênio não existe. Embora transporte usando gasodutos seja a maneira mais econômica de transportar combustíveis gasosos, um sistema de tubulação não é usado atualmente para o hidrogênio. O Trasnporte de hidrogênio é tipicamente feito em tambores e caminhões tanque.

Usos do Hidrogênio

A NASA usas o Hidrogênio a anos no seu programa espacial. O Hidrogênio é o combustível principal dos foquetes que levam o ônibus espacial até a órbita.

Baterias de hidrgênio, também chamadas de células de combustível alimentam o sistema elétrico da espaçonave. O unico produto dessa bateria é agua pura, que é aproveitada pela tripulação como bebida.

Células de combustível a hidrogênio geram eletricidade. São muito eficientes mas caras de se vazer. Algum dia pequenas células alimentaram carros elétricos, enquanto células maiores gerarão eletricidade em locais isolados.

Devido ao custo, usinas elétricas de hidrogênio não são viáveis.

Mas o hidrogênio poderá em breve ser adicionado a outros combustíveis para reduzir a poluição de plantas existentes.Será também adicionado a gasolina para aumentar a performance e reduzir a poluição.

Adicionando em torno de 5% de Hidrogênio a gasolina, pode-se reduzir a emissão de gases em até 30 a 40%.

Um motor que queima só hidrogênio, não produz poluição. Mas a falta de tecnologias baratas atrasarão o dia em que você vai andar num carro desse por uns 20 anos.

Hidrogênio é o melhor combustível para jatos foquetes. Sua energia é alta, portanto precisa-se de menos Hidrogênio, ficando mais leve e podendo levar mais carga útil. Se o Preço do Hidrogênio continuar a cair, logo aviões de carreira estarão usando esse combustível

Vantagens do Hidrogênio

Fonte: O Hidrogênio é muito abundante, principalmente na forma de água, Pode ser separado com uma eficiência de 67%.
Combustão limpa:
Quando da queima do hidrogênio ele se recombina com o oxigênio, gerando água e muita energia. Pequenas quantidade de óxido de nitrogênio é produzido, mas comparado com outros combustíveis, é muito pouco.
Grande poder energético:
A densidade energática do hidrogênio é de 38 kWh/Kg. A gasolina que é considerada muito energética só gera 14 kWh/kg, é desejavel maior densidade por que facilita o armazenamento e transporte.
Armazenamento econômico:
Quando não há demanda de energia costuma-se bombear o água para lugares mais altos de forma a utilizá-la quando necessário. Usando o Hidrogênio, podemos armazená-lo líquido(20 K). A densidade energética é muito maior na forma líquida, e é muito mais fácil de resfria e manter o Hidrogênio a essa temperatura do que bombear água.
Transporte:
As linhas de gás natural podem ser usadas para o transporte de gás hidrogênio. Para a mesma necessidade de energia precisa-se de três vezes menos Hidrogênio, que pode ser bombeado até três vezes mais rápido. Os tubos podem ser mais eficientes e baratos do que enviar energia elétrica a grandes distâncias.
Energias renováveis:
Grande parte das energias renováveis dependem do clima para funcioanar bem, o Hidrogênio poderia ser gerado nessas usinas elétricas quando houvesse boas condições de tempo então, e usado somente quando fosse fosse preciso.

Fonte: www.geocities.com

Gás Hidrogênio

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!

Decolagem do avião espacial Shuttle da NASA. O hidrogênio é o combustível ideal por apresentar baixo peso e capacidade de grande armazenamento de energia. .

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!

Segurança do Hidrogênio

A visão das pessoas em todo o mundo é a de que o hidrogênio é um gás perigoso, inflamável e explosivo. Isto é verdade. No entanto, ele chega a ser mais seguro em muitas situações, quando comparado a outros combustíveis.

A reação de uma pessoa ao entrar em contato com o hidrogênio pela primeira vez, seja em um laboratório ou em um posto de hidrogênio, é dizer: “Não vai explodir?” Na realidade, o hidrogênio é muito explosivo em espaços confinados, devido à velocidade de queima da sua chama. Por isso, a arquitetura do local onde o hidrogênio é armazenado ou manuseado é muito importante, devendo ser bem ventilado.

Uma das vantagens do hidrogênio, é o fato de ter um coeficiente de difusão bem alto, ou seja, pode se dispersar rapidamente pelo ar e raramente ocorre a sua explosão ao ar livre. Por esta razão, a queima do hidrogênio ocorre mais rapidamente que a da gasolina ou a do metano.

O hidrogênio não acumula no chão como ocorre com a gasolina ou GLP (gás de cozinha), e por isso não fica queimando por horas. Alguns estudos experimentais, comparando o querosene (combustível de aviação) com o hidrogênio, sugerem que o fogo em um avião movido a hidrogênio duraria 10 vezes menos, produziria muito menos calor e se espalharia por uma área muito menor, se comparado à bola de fogo causada pelo querosene. Com certeza salvaria vidas caso a explosão do avião ocorresse em terra.

Além disso, o hidrogênio não é tóxico e nem corrosivo, e o vazamento durante o seu transporte não causaria uma catástrofe ambiental, como podemos observar toda vez que há vazamento de óleo em navios petroleiros.

Quanto aos cilindros de armazenamento, eles são muito resistentes e projetados para suportarem até 3 vezes a pressão aconselhada, antes que sofram algum dano. Mesmo no caso de impactos, como no caso de acidente com um veículo, os cilindros utilizados são muito resistentes.

Produção de Hidrogênio

A produção de hidrogênio em grandes quantidades é um dos grandes desafios a serem vencidos, mas não será por falta de fontes de hidrogênio!

Atualmente, são produzidos cerca de 500 bilhões de metros cúbicos por ano, em pressão ambiente. Lembre-se que o hidrogênio é um gás em temperatura ambiente e ocupa volume, assim como o ar.

A sua principal utilização nos dias de hoje não é para a geração de energia, mas para a fabricação de produtos químicos como plásticos e amônia; no resfriamento de motores e geradores, e na indústria eletrônica.

Além disso, a maior parte do hidrogênio produzido hoje, é a partir de fontes de energia convencionais e poluentes, como:

Gás de carvão gaseificado (90 bilhões de m3)
Gás natural (240 bilhões de m3)
Reforma de petróleo (150 bilhões de m3)

Para que o hidrogênio se torne uma fonte de energia realmente sustentável, deve-se promover a sua produção a partir de fontes renováveis. Várias alternativas já existem para produção de hidrogênio em maiores volumes comerciais, como a gaseificação da biomassa ou a eletrólise. Entretanto, de acordo com o Departamento de Energia dos EUA, somente 5% (20 bilhões de m3) do hidrogênio é produzido atualmente a partir destas fontes renováveis.

O Brasil e o Canadá, países que tradicionalmente utilizam a energia das hidrelétricas, deverão ser grandes produtores de hidrogênio a partir da eletrólise da água.

A eletrólise também poderá ser realizada com a energia eólica e solar, além de outras fontes de energia renováveis.

Através de seu agro-negócio, o Brasil poderá produzir hidrogênio utilizando o álcool da cana-de-açúcar, o biodiesel a partir da soja, girassol, entre outras plantas. A gaseificação da biomassa e do lixo urbano (biogás) para obtenção do hidrogênio também é uma grande oportunidade para o país, especialmente em aterros sanitários e estações de esgoto.

Vamos ver quais são as principais formas de se produzir hidrogênio? Pense a seguir na qual você acha mais interessante para a sua cidade, estado e para o Brasil.

Hidrogênio através da Eletrólise

A produção de hidrogênio através da eletrólise é bem interessante e relativamente simples. É realizada utilizando-se a energia elétrica para quebrar a molécula de água (H2O) em seus constituintes, o hidrogênio e o oxigênio.

O processo mais conhecido comercialmente é chamado de “eletrólise alcalina”. Este tipo de eletrólise é indicado para grandes produções de hidrogênio. Para ocorrer a quebra da molécula de água - ligação entre hidrogênio e oxigênio - a tensão aplicada deve ser maior que 1,23 volts (uma pilha comum tem 1,5 volts).

Hidrogênio A Partir dos Biocombustíveis

O biocombustível é uma forma bem interessante de se produzir hidrogênio e utilizá-lo nas células a combustível. É nesse aspecto que o Brasil pode obter bastante proveito com diversas oportunidades!

Podemos obter os biocombustíveis a partir dos aterros sanitários, da gaseificação da biomassa, do uso do álcool obtido da cana-de-açúcar (Brasil) ou milho (EUA), e até mesmo a partir do excremento dos animais nas fazendas e do lixo orgânico em casa!

Hidrogênio a Partir de Fontes Fósseis

A maior parte da produção de hidrogênio atualmente vem a partir de fontes fósseis como o petróleo, gás natural e carvão. Cerca de 40% da produção total de hidrogênio é proveniente de processos químicos em indústrias e refinarias em que o hidrogênio é obtido como sub-produto.

Fonte: www.celulaacombustivel.com.br

Gás Hidrogênio

Nas estrelas, o hidrogênio é convertido em hélio pela fusão nuclear, processo que proporciona energia das estrelas, entre elas o Sol.

Na Terra, está presente em todas as substâncias animais e vegetais, na forma de compostos em que se combina com o carbono e outros elementos.

O hidrogênio é um elemento do símbolo H, é o mais simples de todos os elementos químicos, pois está constituído de um próton e um elétron que gira ao seu redor. Embora na terra ocupe o nono lugar entre os elementos em termos de ocorrência, correspondendo a 0,9% da massa do planeta, é o mais abundante no universo, pois apresenta cerca de 75% de toda a massa cósmica.

Propriedades físicas e químicas

O hidrogênio é uma substância simples, presente em abundância na superfície terrestre em combinação com os outros elementos e, em especial, na água. Em seu estado molecular, H2, como se encontra na natureza, constitui-se de dois átomos de hidrogênio, ligados por convalência, e faz parte das emanações vulcânicas em proporções reduzidas.

O hidrogênio molecular, o gás mais leve que se conhece, é incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água. Sua densidade é 14 vezes menor que a do ar. Ao esfriá-lo com ar liquefeito e comprimi-lo fortemente, obtêm-se hidrogênio líquido, que entra em ebulição a -258,8º C à pressão atmosférica.

Distinguem-se dois tipos de hidrogênio molecular, em função do sentido de rotação de seu núcleo ou spin nuclear. Estas variedades são o para-hidrogênio, menos energético e com diferentes sentidos de rotação dos núcleos dos átomos, e o orto-hidrogênio, de maior energia e com giros análogos. Em temperatura ambiente, a proporção normal é de três partes do segundo para uma do primeiro.

O hidrogênio atômico não se encontra livre na natureza, mas sim combinado em grande número de compostos. É um elemento de grande instabilidade e, conseqüentemente, muito reativo, que tende a ajustar seu estado eletrônico de diversas formas. Quando perde um elétron, constitui um cátion H+, que é na realidade um próton. Em outros casos se produz por meio do ganho de um elétron para formar o ânion hídrico H¯, presente apenas em combinações com metais alcalinos e acalinos-terrosos.

Isótopos do hidrogênio

A estrutura atômica do hidrogênio, a mais simples de todos os elementos químicos, apresenta um próton, o carga positiva, no núcleo, e um elétron, ou carga negativa, na camada externa. Seu peso atômico na escala comparativa externa. Seu peso atômico na escala comparativa é de 1,00797. A diferença entre esse valor e o observado para o peso do hidrogênio em seus compostos fez com que alguns químicos pensassem que não se tratava de um erro de medida, mas sim do peso combinado de átomos de hidrogênio de pesos diferentes, ou seja, de isótopos do hidrogênio. O químico americano Halo Clauton Urey, prêmio Nobel de química em 1934, e dois colaboradores detectaram, no resíduo de destilação do hidrogênio líquido, um hidrogênio mais pesado. Esse hidrogênio mais pesado, o deutério, 2H ou D, tem um nêutron junto ao próton do núcleo. Seu número atômico é o mesmo do hidrogênio normal, mais o peso é 2,0147.

Existe outro tipo de hidrogênio, o trício, 3H ou T, com dois números atômicos no núcleo, além do próton, presente em quantidades mínimas na água natural. O trício é formado continuamente nas altas camadas da atmosfera por reações induzidas por raios cósmicos.

Obtenção e aplicações

Em pequenas quantidades, o hidrogênio é normalmente produzido pela ação do zinco sobre o ácido sulfúrico. Entre outros processos de produção industrial, cite-se a ação do vapor ou do oxigênio sobre hidrocarbonetos como o metano. Em 1783 e a segunda guerra mundial, o hidrogênio foi usado para encher balões, ainda que, no caso de dirigíveis para passageiros, o hélio tenha a vantagem de não ser inflamável. Atualmente sua principal aplicação é na síntese do amoníaco e do metanol na difusão do petróleo. Outra aplicação importante é na hidrogenização de substâncias orgânicas para produção de solventes, produtos químicos industriais e alimentos como a margarina e gordura vegetal. Em outros campos da indústria química e metalúrgica, emprega-se também o hidrogênio na fase de redução para metal.

Em outro contexto, a explosão de uma bomba de hidrogênio, também chamada termonuclear, é causada pela colisão e fusão de núcleos leves de hidrogênio, deutério e trício. A obtenção de um meio de controlar a reação de fusão pode levar a uma fonte de energia praticamente inesgotável, já que tem como combustível a água do mar, de altíssimo rendimento e grande pureza, por não gerar subprodutos.

Fonte: www.tabelaperiodica.hpg.com.br

Gás Hidrogênio

O hidrogênio como fonte de energia

O hidrogênio é o elemento de menor densidade porque seu átomo tem a estrutura mais simples. O núcleo do átomo de hidrogênio é constituído por apenas um próton, partícula de carga elétrica positiva. Em torno do núcleo orbita um único elétron com uma carga negativa. Tem a propriedade de bom condutor de calor e eletricidade. Seu peso atômico é 1,0008 e seu símbolo é H. Seu ponto de fusão é 260ºC e seu ponto de ebulição é 252ºC. Quando esse elétron é removido, obtém-se o íon hidrogênio (H?).

O hidrogênio é extremamente inflamável. Quando misturado com oxigênio, forma uma mistura explosiva que se inflama com muita facilidade, desprendendo grande quantidade de calor.

Muitas estrelas, cometas e planetas são feitos de hidrogênio ou contêm grandes porcentagens desse elemento. Acredita-se que o hidrogênio tenha sido o primeiro elemento na formação do Universo.

O hidrogênio pode ser empregado como combustível, com vantagem de não causar poluição, porque quando é queimado no ar produz somente água. Seria a melhor fonte energética do mundo, se não fossem dois problemas ligados as suas técnicas de produção e fabricação.

1º método: eletrólise da água. Água, sob a ação de corrente continua (eletricidade) se quebra, formando hidrogênio e oxigênio. O método gasta muita eletricidade e é caro, e além disso, é difícil guardar o gás hidrogênio para usá-lo, pois ele é gasoso e esta a pressão ambiente. É necessário comprimi-lo muito para colocá-lo em cilindros, para armazená-lo.

2º método: decomposição da água, em presença de ácido clorídrico ou de água na forma de vapor super aquecido, (não precisa do ácido) por ferro metálico (ferro mesmo, ferro velho). Aí o gás é recolhido e facilmente comprido e colocado em cilindros (é tipo um botijão de gás, só que industrial). O método e econômico, barato, mas os resíduos contendo ferro ou ácido clorídrico são poluentes, portanto, a grande vantagem do hidrogênio não ser poluente é diminuída.

O hidrogênio e o oxigênio são usados nos motores de propulsão das espaçonaves e também no seu interior, para produzir eletricidade e água potável.

As duas fusões que até agora são as mais desenvolvidas são os isótopos de hidrogênio contendo materiais como a água em quantidade suficiente para produzir toda a energia que a sociedade necessita por bilhões de anos.

O trítio apresenta três partículas em seu núcleo atômico: um próton e dois nêutrons. É um isótopo radiativo obtido artificialmente, embora também ocorra na natureza, porém em quantidades muito pequenas. A reação que ocorre com probabilidade e à menor temperatura envolve a fusão de um deutério com um trítio para formar um Hélio (He4) e um nêutron.

A segunda reação que promete, envolve a fusão de dois deutérios. Essa tem duas opções com probabilidades iguais. Enquanto a reação do deutério – deutério é a única que poderia durar além da vida esperada para o Sol, é de alguma forma mais fácil produzir a reação deutério – trítio, que sozinha seria o suficiente por milhares de anos, e que forneceria a maior parte de energia da próxima geração de aparelhos de pesquisa.

Uma grande parcela de hidrogênio é também consumida na produção de metanol. Diferentes tipos de combustíveis podem ser produzidos tratando-se o carvão, os óleos pesados, o alcatrão e o piche com hidrogênio. Este processo chama-se hidrogenação.

Se você tem um material radioativo (exemplo urânio, polônio, radio, plutônio) ele se decompõe emitido núcleos de hélio (particulares alfa), partículas beta, nêutrons ou radiação eletromagnética de altíssima freqüência (radiação gama). A partícula emitida depende do material. Este processo se chama fissão nuclear.

Quando a partícula emitida bate em outro núcleo de átomo de outro material, por exemplo, a partícula alfa do urânio bate nos átomos de plutônio, eles, urânio e plutônio reagem entre si, produzindo novos elementos químicos e mais partículas de todos os tipos e muita energia. É o que se chama recado em cadeia, pois partículas produzem mais e mais partículas, e a velocidade da reação aumenta. Se o hidrogênio for usado com alvo para essas partículas, esse hidrogênio é consumido e transformado em energia. E o que ocorre em um tipo de bomba de hidrogênio, aquela que os americanos jogaram sobre o Japão na Segunda Guerra Mundial.

Vamos supor que você queria aproveitar a energia. É necessário moderar a reação em cadeia, diminuindo sua velocidade. O que se usa? Barras de grafite (o tipo de cavalo usado nas lapiseiras), barras de cádmio (um metal do grupo do cálcio), água pesada ( água deuterrada) ou simplesmente, água comum, em grande volume. Como a reação em cadeia ficou lenta, o conjunto não explode, mas produz calor que gera vapor, que pode ser transformado em energia.

Na fusão nuclear dois átomos de hidrogênio, proveniente, por exemplo do gás hidrogênio, H2, ao serem submetidos a altíssima temperatura (na ausência de elementos que reajam com ele, como oxigênio se fundem formando um núcleo de gás hélio. é o que se chama fusão nuclear, que vai atuar sobre mais hidrogênio, portanto é também uma reação em cadeia. Ocorre por exemplo, no sol, e essa reação é responsável, pelo calor e luz do sol. Portanto o hidrogênio pode ser aproveitado para gerar energia química e também energia nuclear.

Em quase todos os tipos de fusão entre núcleos de luz, uma porção de sua massa é transformada em energia cinética da reação dos produtos, ou em partículas gamma. As partículas gamma e a energia cinética liberada no processo atingem o interior stellar, o mantendo a altas temperaturas (maior que 10 milhões K) necessários para continuar a fusão. Tais condições, onde a energia térmica é suficiente para uni-los apesar de sua repulsão eletrostática, são chamadas termonuclear.

Esse processo, que tem tornado as estrelas mais energéticas por bilhões de anos, tem claro potencial como fonte poderosa na Terra, e cientistas têm trabalhado décadas com o objetivo de usar a fusão termonuclear para produzir força útil.

Para um quase inesgotável suprimento de combustível, a fusão tem outros atrativos: é ambientalmente benigna, a cinza resultante é inofensiva hélio e hidrogênio.

Por não ser uma reação em cadeia, a fusão não pode sair do controle e qualquer problema faria com que o plasma se extinguisse.

Fonte: energia_do_fuego.tripod.com

Gás Hidrogênio

Que são carros Hidrogênio-Powered?

Os carros Hidrogênio-powered estão ainda atualmente sob o estágio do desenvolvimento. Um carro do hidrogênio funciona principalmente no um ou outro uma fonte do combustível do hidrogênio como aquele de um motor de combustão interna, ou em uma célula combustível como aquele de um carro elétrico.

O hidrogênio vem na abundância em muitas das coisas que nós poderíamos ver hoje, o mais especialmente petróleo. É um gás muito claro que seja inflamável e poderia ser usado como uma fonte do combustível, ou poderia diretamente ser queimado em uma maneira similar àquela nos motores de combustão interna convencionais.

Como trabalha

O hidrogênio podia ser utilizado para power carros em dois métodos sabidos. Poderia ou ser usado porque uma célula combustível ou como um combustível direto.

Células combustíveis

Quando o hidrogênio é usado como uma célula combustível, trabalha na mesma maneira que as baterias trabalham. Uma reação química é utilizada gera a eletricidade. A eletricidade produzida na reação será usada então power os motores elétricos apenas como nos sistemas do motor elétrico de carros elétricos battery-operated. No exemplo de uma célula combustível do hidrogênio, o hidrogênio reage com o oxigênio, produzindo a eletricidade no processo e na água como um by-product.

Combustão direta

Uma outra maneira de usar o hidrogênio power carros é com a combustão direta usando os motores de combustão interna ligeiramente modificados.

O conceito da combustão do hidrogênio nos motores é virtualmente o mesmo que naqueles de carros convencionais da gasolina à exceção de algumas mudanças menores ao sistema.

O combustível do hidrogênio requer menos espaço de armazenamento e permite-o cargas aumentadas do veículo.

Vantagens e desvantagens

A vantagem de usar células combustíveis e hidrogênio do hidrogênio como o combustível nos carros é aquela de emissões diretas reduzidas do dióxido de carbono. As células combustíveis do hidrogênio não necessitam nenhuma combustão de combustíveis Carbono-baseados mover o carro, mas geram a eletricidade usando uma reação química.

Esta tecnologia tem muitos inconvenientes, demasiado.

O hidrogênio é naturalmente um elemento muito claro, e tem uma densidade muito baixa, assim que sua energia por o volume é completamente baixa comparada a outras fontes do combustível do petróleo.

Um outro inconveniente é que as células combustíveis do hidrogênio são muito caras produzir e armazenando tecnologias não estar ainda disponível para a produção maciça cost-effective.

Nos termos de usar o hidrogênio como o combustível em um processo da combustão, o espaço de armazenamento e as edições grandes do peso fazem também esta tecnologia inadequada ser considerado como um sólido e uma alternativa segura ao consumo de combustível fossil.

Embora o hidrogênio poderia fàcilmente ser produzido usando fontes de energia renewable tais como a energia solar, sua produção ainda estaria aumentando a dependência do combustível fossil porque o petróleo é uma das fontes principais do hidrogênio.

Aplicações

A tecnologia do poder da célula combustível ou do hidrogênio nos veículos está ainda em seus estágios adiantados, e mais pesquisa e desenvolvimento são requeridos antes dela poderiam inteiramente ser executados e utilizado.

Até à data de hoje, as plantas para usar o hidrogênio como uma alternativa aos combustíveis fossil tais como a gasolina ou o diesel incluem aplicações no setor público do transporte. Esta planta é na linha dos esforços reduzir gáses da emissão e pollutants do ar.

Fonte: www.tech-faq.com

Gás Hidrogênio

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

Gás Hidrogênio

Hidrogênio: o combustível do século XXI entrará em cena nos próximos dez anos

O Brasil se encontra na vanguarda no que se refere às pesquisas que vão contribuir para o uso do hidrogênio como combustível e na geração de energia. “Em alguns anos, já teremos geradores de energia nas indústrias e nas próprias residências e carros movidos a hidrogênio circulando pelas ruas”, antecipa o professor Paulo Emílio de Miranda, que coordena o Laboratório de Hidrogênio da Coppe. Esse laboratório é um dos condutores do trabalho que vem sendo desenvolvido no Brasil, cujo objetivo é viabilizar o uso do hidrogênio como combustível e como fonte de energia. Para isso, pesquisadores da Coppe vêm buscando formas de tornar seguro seu armazenamento.

Nesse mesmo laboratório, cientistas estão desenvolvendo pilhas a combustível de óxido sólido, que são geradores de energia elétrica baseados no uso do hidrogênio. Foi na Coppe, aliás, que surgiu a primeira pilha a combustível do país, no início da década de 1980.

“Estamos falando de uma fonte de energia renovável, inesgotável e não poluente que trará benefícios para toda a sociedade”,afirma o pesquisador ressaltando que os órgãos de fomento à pesquisa e os fundos setoriais terão papel decisivo no desenvolvimento dos projetos relacionados ao hidrogênio no país.

Paulo Emílio aposta na adesão da iniciativa privada nesse movimento:

“A tendência é que surjam muitas empresas especializadas na comercialização de produtos e processos de aproveitamento do hidrogênio. As próprias empresas de geração de energia terão de se readaptar para não perder espaço.”

Segundo o pesquisador, muitas dessas empresas já estão fazendo as adaptações necessárias para que, no futuro, possam ser fornecedoras do sistema baseado no hidrogênio:

“A Petrobras, por exemplo, já não mais se apresenta apenas como uma empresa de pe-tróleo, mas de energia em geral”, acentua.

O especialista acrescenta que o fortalecimento dessa “in-dústria” é condição indispensável para a viabilização dos projetos de geração de energia e da utilização do hidrogênio como combustível, pois somente assim será possível reduzir os custos de implantação dos projetos que vêm sendo desen-volvidos.

“Não há dúvida de que o hidrogênio será uma das principais fontes de energia do futuro”, afirma o professor da Coppe, que se diverte ao lembrar que essa é uma idéia antiga e faz parte das antológicas previsões de Júlio Verne, referindo-se ao livro A ilha misteriosa, publicado em 1874, no qual o escritor projeta um mundo onde a água e o hidrogênio seriam o “carvão do futuro”.

Vantagens do hidrogênio

1 - Veículos movidos a hidrogênio não terão motor à combustão. Os motores serão elétricos, o que evitará a poluição do meio ambiente.
2
- O processo de geração de energia é descentralizado. Não será necessário construir hidrelétricas gigantescas, como Itaipu. O hidrogênio pode ser produzido a partir de várias fontes: água, combustíveis fósseis e biomassa. Essa produção pode ainda ser feita com o aproveitamento da energia solar ou eólica.
3
- Fonte renovável, inesgotável e não poluente. A produção de energia pode ser realizada em qualquer lugar.
4 -
A geração de energia por meio de pilhas a combustível é pelo menos duas vezes mais eficaz do que a obtida pelos processos tradicionais.

Pesquisas do Laboratório de Hidrogênio da Coppe/UFRJ

A - Produção de materiais metálicos sólidos para armazenar grande quantidade do elemento químico hidrogênio: Basta aquecer o material que os átomos de hidrogênio se difundem até a superfície do material armazenador, onde se recombinam e formam o gás.
B - Desenvolvimento de pilha a combustível de óxido sólido:
Processo químico onde não há combustão. Usa gás natural como combustível.
C - Produção de hidrogênio e materiais carbonosos (ricos em carbono):
Processo de beneficiamento de combustível fóssil não poluente que não emite gases responsáveis pelo efeito estufa. Permite a produção de hidrogênio para geração de energia e “seqüestra” o carbono do gás natural.

Cronograma para o uso do hidrogênio como fonte de energia e combustível:
2002 a 2020
Prazo Cenário previsto
5 anos Indústria automobilística lança em escala pré-comercial protótipos de veículos movidos a hidrogênio; cresce o número de aparelhoseletrônicos que utilizam a energia gerada a partir de hidrogênio.
10 anos Geradores de energia à base de hidrogênio são instalados em unidades residenciais e empresas; começa a produção comercial de veículos que utilizam esse tipo de combustível.
20 anos A utilização do hidrogênio é disseminada por toda a sociedade, tanto como combustível quanto na geração de energia. O uso massificado do elemento reduz os custos de implantação dos sistemas.

Fonte: www.faperj.br

Gás Hidrogênio

O hidrogênio é o elemento químico que na tabela periódica ocupa a primeira casa e é representado pela letra H.

Ocupando a primeira casa da tabela tem um número átomico de 1 e uma massa atómica também muito próxima de 1, dado que o seu isótopo mais abundante tem um núcleo unicamente constituído por um protão.

A temperatura e pressão normais, isto é, 0 ºC e 1 atm apresenta-se como um gás e é extremamente inflamável, não tem cor nem odor.

As suas moléculas são constituídas por dois átomos (molécula diatómica) que partilham entre si os seus dois únicos eletrões.

É o elemento mais abundante no Universo e um dos mais abundantes na Terra.

Está presente na água e em todos os compostos orgânicos e organismos vivos, podendo reagir quimicamente com muitos outros compostos.

As suas aplicações são diversas, incluindo a produção de amonia, como combustível alternativo e como fonte de energia em células combustíveis.

Apesar da sua abundância no universo, o hidrogênio é difícil de produzir em grandes quantidades. Hoje em dia o processo mais utilizado é o steam reforming do gás natural (operação a alta temperatura em que o gás natural é contactado com vapor de água). Outro meio de produzir hidrogênio é por eletrólise da água mas economicamente ineficiente para uma produção em massa. Em laboratório pode ser preparado por reação de ácidos com metais, por exemplo, ácido nítrico sobre uma placa de zinco.

História

O hidrogênio foi o primeiro composto a ser produzido por Theophratus Bombastus von Hohenheim (1493-1541), alquimista suíço, também conhecido como Paracelsus, misturando metais com ácidos. Paracelsus, no entanto, ignorava que o "ar explosivo" produzido através dessa reação química fosse o hidrogênio.

Só em 1766, Henry Cavendish reconheceu este gás como uma substância química individualizada. Identificou o gás libertado a partir da reação de metais com ácidos como sendo inflamável e descobriu que este gás produzia água quando é queimado na presença de ar.

Foi Antonie Lavoisier que, em 1783, deu nome de hidrogênio ao elemento químico e provou que a água é composta de hidrogênio e oxigénio.

A primeira utilização do hidrogênio foi em balões.

Embora este elemento seja o mais abundante no Universo, a sua produção na Terra é relativamente difícil, podendo ser obtido por:

Eletrólise
Reações de metais com ácidos
Reações de carvão ou hidrocarbonetos com vapor de água a alta temperatura.

O átomo de hidrogênio é o mais simples de entre todos os elementos. O isótopo mais abundante, o prótio, é constituído por um núcleo unicamente com um protão, em torno do qual orbita um eletrão. Devido à sua simplicidade foi crucial no desenvolvimento dos modelos atómicos.

Harold C. Urey, descobriu o deutério, um isótopo do hidrogênio em que o núcleo é constituído por um protão e um neutrão, através de destilações repetidas de amostras de água. Devido a esta descoberta, Harold ganhou o prêmio Nobel em 1934. Este isótopo do hidrogênio é relevante em inúmeras aplicações, nomeadamente na indústria nuclear. Apesar da diferença entre o deutério e o isótopo mais abundante ser só um neutrão, dado que o núcleo do hidrogênio é muito leve, um átomo de deutério tem aproximadamente o dobro da massa de um átomo de prótio.

Um outro isótopo de hidrogênio, o trítio, em que o núcleo é constituído por um protão e dois neutrões, assume uma importância particular nas reações de fusão nuclear.

Aplicações

O hidrogênio é um dos elementos com maior importância no nosso dia a dia. Existem dois átomos de hidrogênio em cada molécula de água e uma boa parte dos átomos que constitutem as moléculas que suportam a vida são de hidrogênio.

O hidrogênio é o elemento mais leve, sendo o núcleo do seu isótopo mais abundante constituído unicamente por um protão. O hidrogênio é o elemento com maior abundância no Universo conhecido e um dos mais abundantes na Terra.

Para além da sua importância no mundo natural, é também de enorme importância industrial e o seu fornecimento é frequentemente um fator limitante na indústria.

Elevadas quantidades de hidrogênio são necessárias em industrias químicas e petrolíferas, nomeadamente no processo "Harber" para produção de amonia o quinto composto com maior produção industrial.

Além da produção de amonia o hidrogênio é também utilizado na hidrogenação de gorduras e óleos, hidroalquilações, hidrossulfuração, hidrocraking, bem como na produção de metanol entre outras.

O hidrogênio está atualmente a ser testado como fonte de energia "limpa" para utilização em transportes. A reação do hidrogênio com o oxigênio, para produzir água, realizada em células de combustíveis é uma das formas mais promissoras para gerar energia para automóveis, evitando a libertação de gases com efeito de estufa, ao contrário do que acontece com os motores atuais que utilizam a combustão de hidrocarbonetos de origem fóssil.

Uma outra enorme promessa do hidrogênio ao nível da energia é a fusão nuclear. Este processo, que alimenta a maior parte das estrelas que brilham no firmamento, produz hélio a partir de núcleos de hidrogênio, libertando enormes quantidades de energia. Esta reação, que já foi utilizada, na sua forma "descontrolada" nas bombas de hidrogênio, se for levada a cabo de uma forma controlada poderá permitir ter uma fonte de energia quase inesgotável.

Outras aplicações relevantes do hidrogênio são:

Produção de ácido cloridríco (HCl)
Combustível para foguetões
Arrefecimento de rotores em geradores elétricos em postos de energia, visto que o hidrogênio possui uma elevada condutividade térmica
No estado líquido é utilizado em investigações criogênicas, incluindo estudos de supercondutividade
Como é 14,5 vezes mais leve que o ar e por isso é usado muitas vezes como agente de elevação em balões e zeppelins, embora esta utilização seja reduzida devido ao riscos de trabalhar com grandes quantidades de hidrogênio, que foi bem patente no acidente que destruiu o zeppelin "Hindenburg" em 1937.
O deutério, um isótopo do hidrogênio em que o núcleo é constituído por um protão e um neutrão, é utilizado, na forma da chamada "água pesada" em fissão nuclear como moderador de neutrões
Compostos de deutério possuem aplicações na química e na biologia em estudos de reações utilizando o efeito isotópico.

Fonte: www.e-escola.pt

Gás Hidrogênio

Hidrogênio: energia alternativa?

O QUE É HIDROGÊNIO

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!

COMO O COMBUSTÍVEL HIDROGÊNIO É GERADO?

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.

O FUTURO DO HIDROGÊNIO

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

Gás Hidrogênio

O hidrogênio não existe em estado puro, mas está presente em quase tudo. Por isso, deverá ser no futuro o que o petróleo foi neste século. Isso acontecerá quando o homem dominar os segredos da fusão nuclear ? um árduo desafio à ciência.

O automóvel pára no posto. O frentista se aproxima, pede a chave, abre o tanque, retira do veículo um cilindro metálico gasto e substitui por outro, carregado. O cilindro está cheio de gás, que penetra nas moléculas do metal como água numa esponja. Aquecido, o gás se desprende e impulsiona o motor do automóvel, sem liberar sujeira pelo escapamento, ao contrário dos combustíveis tradicionais, derivados do petróleo ou do álcool.

Por enquanto, isso é apenas ficção. Só existe numa experiência em Berlim Ocidental, onde, desde 1984, dez veículos do serviço público rodam graças a cilindros carregados de hidrogênio. Este é considerado o combustível do futuro, por existir em toda parte e não causar estragos ao meio ambiente. Os especialistas apostam que o hidrogênio vai ser a grande fonte de energia do mundo civilizado já na primeira metade do século XXI, quando se imagina que as reservas conhecidas de petróleo, carvão e gás estarão em baixa e o acúmulo de dióxido de carbono na atmosfera, resultado da queima de óleo, atingirá níveis insuportáveis.

Os motores dessa mudança estão nos laboratórios de universidades, centros de pesquisa e indústrias. A Daimler-Benz, empresa alemã, por exemplo, deu ciência pela primeira vez dos testes com carros movidos a hidrogênio no ano passado, durante a 6 ª Conferência Mundial sobre Hidrogênio, realizada em Viena, na Áustria. A BMW também está investindo num projeto para produzir carros a hidrogênio.

No Brasil, o Laboratório de Hidrogênio da Universidade Estadual de Campinas já em 1978 fazia experiências com um jipe Toyota alimentado por uma mistura de hidrogênio e óleo diesel. Mas, se conseguiu uma boa dianteira nessa corrida, a Unicamp teve de parar no meio da pista por falta de combustível. O projeto do motor a hidrogênio dorme nas gavetas do laboratório à espera de verbas do governo. Enquanto isso, Estados Unidos, França, Alemanha e Japão aceleraram pesquisas nesse campo. De qualquer forma, a tecnologia necessária para mover carros, ônibus e caminhões a hidrogênio ainda caminha lentamente, se comparada com a das naves espaciais, que atingem velocidades de 60 mil quilômetros por hora graças a uma mistura de hidrogênio e oxigênio líquidos.

No rastro dos foguetes vêm os aviões. O engenheiro José Roberto Moreira, do Instituto de Eletrotécnica da USP e um dos maiores especialistas brasileiros em fontes de energia alternativas, acredita que os aviões serão os primeiros a aderir ao hidrogênio líquido, um tipo de combustível que, embora mais inflamável, pesa um terço do querosene usado pelos jatos.

Isso quer dizer: com a mesma quantidade de combustível, um Jumbo poderia ficar o triplo de tempo no ar ou levar 60 por cento mais carga, compensando desta forma o custo ainda muito alto do hidrogênio.

Além do desafio de obter hidrogênio em grande quantidade a baixo custo, é preciso saber armazená-lo para evitar explosões — como a que destruiu no ar em 1937 o dirigível alemão Hindenburg, acabando com as esperanças daqueles que viam no balão de hidrogênio uma forma eficiente de transporte. Hoje, os balões são usados praticamente apenas em meteorologia, sempre que possível movidos a hélio — um gás raro, mas infinitamente menos inflamável. Para se ter uma idéia da velocidade com que o hidrogênio pega fogo, basta recordar as imagens da explosão do ônibus espacial Challenger em janeiro de 1986.

O Challenger carregava 1,8 milhão de litros de oxigênio - hidrogênio líquidos e bastou o escapamento desse combustível, provocado por uma junta solta do propulsor, para causar o desastre 75 segundos depois do lançamento. Mesmo assim, os responsáveis pelos programas espaciais continuam armazenando o hidrogênio das naves no estado líquido, pois dessa forma ele tem muito mais energia por unidade de volume do que como gás comprimido, apesar de exigir uma temperatura de 250 graus negativos. Já no caso dos automóveis, os testes indicam a vantagem dos cilindros metálicos, onde o hidrogênio gasoso penetra de forma tão concentrada que o volume por unidade é quase igual ao do hidrogênio líquido.

Como explica o físico Ennio Peres da Silva, chefe do Laboratório de Hidrogênio da Unicamp, o combustível do futuro é caro “justamente porque não pode ser encontrado em poços ou minas, como o petróleo ou o carvão”. Na verdade, para fazer o hidrogênio — que não existe em estado puro na natureza — é necessário gastar mais energia do que será obtida. Por isso, ele só será usado em grande escala quando suas qualidades sobrepujarem essa limitação.

A princípio, sugere Peres da Silva, a eletricidade inevitavelmente desperdiçada pelas usinas poderá ser usada para produzir e armazenar hidrogênio. Isso permitirá, por exemplo, aproveitar o vasto potencial hidrelétrico de regiões como a Amazônia, ao se transportar através de gasodutos a energia de seus rios para os grandes centros de consumo. Só depois — quando o custo dos outros combustíveis a caminho do esgotamento se tornar proibitivo — o hidrogênio poderá ser empregado das mais diversas maneiras, em ferrovias, aeroportos, hospitais, indústrias e casas, além, é claro, de fazer rodar automóveis.

Mas, se para o homem o hidrogênio ainda é uma promessa, no Universo ele é uma antiqüíssima realidade. Há bilhões de anos as estrelas se formam mediante reações nucleares que ocorrem no interior de nuvens superdensas de matérias a temperaturas de até 10 milhões de graus. Essas reações transformam o hidrogênio das nuvens em hélio, liberando quantidades extravagantes de energia, como em escala incomparavelmente menor acontece nas, chamadas bombas H, ou de hidrogênio, que integram os arsenais nucleares das grandes potências.

O hidrogênio é o elemento mais comum do Universo, embora só exista associado a outras substâncias. É também o mais simples e leve — seu átomo tem apenas um próton e um elétron. Isso significa que é catorze vezes mais leve que o ar. Está presente de maneira discreta na água e na maioria dos compostos orgânicos, entre os quais o petróleo e o carvão, e também nos animais e vegetais.

O hidrogênio é considerado um combustível “quente”; de fato, contém três a quatro vezes mais energia do que os outros, em cujas fórmulas, aliás, está presente.

O petróleo, por exemplo, é formado principalmente por hidrocarbonetos — compostos químicos de carbono e hidrogênio. O gasogênio, usado nos automóveis durante a Segunda Guerra Mundial, é uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono, cuja fonte é o carvão, aliás também formado de hidrocarbonetos.

Mas o hidrogênio pode ser obtido de uma fonte limpa, ou seja, da água. Para isso, usa-se um processo denominado eletrólise por seu inventor, o físico inglês Michael Faraday (1791-1867). Consiste em separar os elementos de uma substância fazendo circular eletricidade por ela.

Por mais que se use água para fazer hidrogênio, a fonte não vai secar: no processo de combustão, o hidrogênio volta a se combinar com o oxigênio, fazendo água de novo. É por isso que, em vez de fumaça malcheirosa, o escapamento dos automóveis a hidrogênio só vai liberar o inofensivo vapor de água.

Para os ecologistas, é o sonho dos sonhos: no mundo movido a hidrogênio, não haverá poluição do ar provocada pelo monóxido de carbono.

Infelizmente, o hidrogênio produzido por eletrólise representa apenas uma gota de água perto das necessidades energéticas mundiais. Só para substituir 40 por cento do petróleo consumido no Brasil seria preciso o equivalente a três hidrelétricas de Itaipu ou mais de 1 bilhão de quilowatts-hora de energia por dia para produzir hidrogênio. Como o país não dispõe de tamanha fartura de eletricidade, 80 por cento da produção nacional de 300 mil toneladas anuais de hidrogênio vêm de derivados do petróleo, principalmente propano — o gás de cozinha — e nafta. O resto é hidrogênio eletrolítico, fornecido para indústrias de alimentação, farmacêuticas ou químicas, que requerem um produto mais puro.

A eletricidade — obtida seja de que maneira for — é a maneira mais inteligente de conseguir hidrogênio. Uma possibilidade vem sendo experimentada com sucesso em Corumbataí, no interior de São Paulo. Ali a Cesp produz 1 mil metros cúbicos de hidrogênio por hora pela gaseificação da madeira, uma fonte de energia renovada pela ação do homem. O professor José Roberto Moreira, da USP, um entusiasta da biomassa — energia obtida a partir de vegetais, como o álcool etanol hidratado da cana —, tem grandes esperanças de que o projeto de Corumbataí seja aprovado para a produção em grande escala.

Próximo a Stuttgart, Alemanha Ocidental, está sendo construído o Centro Experimental de Aeronáutica e Astronáutica, onde células solares transformam a luz do Sol em até 100 quilowatts de potência para alimentar as unidades de eletrólise.

O processo não é nem um pouco econômico, mas tem a vantagem de depender da maior fonte de energia que existe — o Sol. A quantidade de energia solar que atinge a superfície da Terra em dez dias é equivalente a tudo o que o planeta tem em matéria de reservas conhecidas de combustível. Qualquer que seja a forma de produzir hidrogênio, o mundo tem pressa de torná-lo econômico.

E o tempo conta: calcula-se que um combustível precisa de pelo menos setenta anos para participar da metade do mercado energético mundial.

Seriam necessários 25 bilhões de metros cúbicos de hidrogênio só para fornecer a energia equivalente ao consumo de gás natural nos Estados Unidos, na década passada — enquanto toda a produção mundial de hidrogênio se limita a 2 bilhões de metros cúbicos anuais. Como se vê, há muito chão pela frente até o hidrogênio tornar-se um combustível competitivo. Mas não há remédio tão eficaz para salvar o mundo de uma crise de energia — ou da poluição.

Martha San Juan França

Fonte: super.abril.com.br

Gás Hidrogênio

Não é fácil decidir a posição a atribuir ao hidrogênio na Tabela Periódica, uma vez que não se encaixa em nenhum dos grupos. Por vezes é colocado no topo do grupo I (metais alcalinos) e, realmente, tendo em conta a sua natureza eletropositiva, insere-se melhor neste grupo do que em qualquer outro. Outras vezes, o seu comportamento assemelha-se ao dos halogêneos, aceitando um segundo elétron para formar um íon mononegativo.

De fato, a estrutura atômica do hidrogênio (um núcleo com carga unitária positiva e um elétron) é tão diferente de qualquer outro elemento, que se justifica colocá-lo num local especial da Tabela Periódica, não o associando a qualquer grupo em particular.

Propriedades do Elemento

Nome: Hidrogênio
Número Atómico: 1
Símbolo Químico: H

Propriedades Atômicas

Massa Atômica: 1.00794
Eletronegatividade:

Pauling: 2.2
Absoluta: 7.18 eV

Eletroafinidade: 72.8 kJ mol-1
Polarizabilidade: 0.7 Å3
Carga Nuclear Efetiva:

Slater: 1
Clementi: 1
Froese Fischer: 1

Raios:

H 1 -: 154 pm
Atômico: 78 pm
Covalente: 30 pm
Van der Waals: 120 pm
H 1 +: 1x10-05 pm

Propriedades Eletrônicas

Energias de Ionização Atômicas:

1s : 1312 kJ mol-1

Energias de Ionização Sucessivas:

H -› H + : 1312 kJ mol-1

Íons Comuns : H 1 -, H 1 +

Propriedades da Substância Elementar

Substância Elementar Mais Comum: H\d2
Classe de Substâncias Elementares: Não Metal
Origem: Natural
Estado Físico: Gás
Densidade [11K]: 76 kg m-3
Preço: 1920$
Rede Cristalina: hexagonal de empacotamento compactotetragonal

Propriedades Termodinâmicas

Ponto de Fusão: 14 K
Ponto de Ebulição: 20 K
Conductividade Térmica [300K]: 0.1815 W m-1K-1

Calor de:

Fusão: 0.12 kJ mol-1
Vaporização: 0.46 kJ mol-1
Atomização: 218 kJ mol-1

Hidrogênio: História

Sabe-se de há longa data que, quando o ferro se "dissolve" em ácido sulfúrico diluído se produz um gás. No século XVI, o alquimista Paracelsus descreveu este fenômeno de uma forma interessante. Escreveu que, quando o ácido atua sobre o ferro, "surge um ar que é expulso como uma rajada de vento".

Van Helmot descreveu este gás como uma peculiar variedade de ar, que era combustível mas não suportava a combustão. Contudo, as suas ideias eram um pouco difusas, uma vez que confundiu o hidrogênio com outros gases como o metano, ou o dióxido de carbono que igualmente não sustentam a combustão.

Priestley, e genericamente todos os autores até 1783, usou o termo ar inflamável para descrever este gás, bem como os hidrocarbonetos, o sulfito de hidrogênio, o monóxido de carbono e outros gases combustíveis.

H. Cavendish (1766) mostrou que o ar inflamável produzido pela ação dos ácidos sulfúrico ou clorídrico diluídos sobre metais como o ferro, zinco e estanho era uma substância distinta e bem definida a que A. L. Lavoisier (1783) chamou "hidrogénio".

Hidrogênio: Ocorrência

O hidrogênio gasoso surge na Natureza em quantidades comparativamente pequenas.

A atmosfera contém cerca de uma parte de hidrogênio para 15000 a 20000 de ar (em número de moléculas), embora a proporção deste gás aumente com a altitude.

Os gases emitidos por vulcões, minas de carvão e poços de petróleo muitas vezes contêm hidrogênio.

Apesar disto, o hidrogênio é o elemento mais abundante no Universo, constituindo a maior parte da composição das estrelas e da matéria inter-estelar. No início do século XX, observações espectroscópicas revelavam a sua presença em algumas nebulosas bem como na fotoesfera e na cromosfera do Sol.

O hidrogênio aparece frequentemente combinado com outros elementos. Com o oxigênio, forma a água, a substância mais abundante à superfície da Terra, e principal constituinte dos tecidos animal e vegetal. Os elementos oxigênio, hidrogénio e carbono são a base de todas as moléculas orgânicas.

Hidrogênio: Isótopos

São conhecidos três isótopos do hidrogênio. O mais abundante é o próton, seguido do deutério (um próton e um nêutron), sendo o trítio, o terceiro isótopo, radioativo e com uma abundância relativa extremamente pequena.

Hidrogênio: Isótopos: Deutério

Em 1927 Aston obteve, por espectrometria de massa, o valor de 1,00778 para a massa atômica do hidrogênio. Sentiu-se, na altura, que a concordância deste valor com o obtido pelos químicos era suficiente para que se não suspeitasse da existência de outros isótopos do hidrogênio.

No entanto, em 1929, mostrou-se que o oxigênio consistia em três isótopos diferentes com números de massa 16, 17 e 18.

Consequentes correções na massa atômica do oxigênio induziram a alterações na do hidrogênio obtida por processos químicos. Um ligeiro aumento deste valor levou os cientistas a adiantarem a hipótese da existência de um novo isótopo de número de massa 2 e massa atômica 2,0147, na proporção de 1 para 5000. Urey procurou então fazer a separação deste isótopo fraccionando hidrogênio líquido. Pela análise espectral do resíduo de fraccionamento de uma grande quantidade de hidrogênio líquido, foi possível provar a existência do deutério.

Posteriormente, G. N. Lewis conseguiu isolar 1ml de água pesada (D2O).

As propriedades físicas desta água diferiam das da água vulgar.

O deutério tem atualmente aplicações diversas que passam pela sua utilização em RMN (espectroscopia de ressonância magnética nuclear) ou na obtenção de energia através de fusão nuclear.

Hidrogênio: Isótopos: Trítio

O trítio é o mais pesado dos três isótopos do hidrogênio, possuindo um núcleo com dois nêutrons além do próton característico deste elemento. O trítio não ocorre naturalmente na Terra, uma vez que é radioativo com meia vida de 12,3 anos, mas forma-se em torno do Sol e provavelmente no espaço exterior, resultando do bombardeamento de matéria interestelar pelos raios cósmicos.

Este isótopo pode ser produzido pelo bombardeamento nuclear de deutério com outras espécies de hidrogênio, ou pela reação de nêutrons térmicos com lítio-6 em reatores nucleares. É fornecido comercialmente em soluções.

É principalmente usado como substituto do hidrogênio vulgar em reações, de modo a estudar os seus mecanismos, ou para identificar e analisar produtos. Esta substituição torna os compostos radioativos (e mais pesados) facilitando a monitorização da sua presença e concentração, por intermédio de detetores de radiação.

Hidrogênio: Hidrogênio Orto e Para

Dois átomos de hidrogênio combinam-se para formar a molécula de hidrogênio muito estável. Contudo, Heisenberg provou que, se se considerarem os spins nucleares, existem dois "isômeros" observáveis. Estes resultam do acopl amento paralelo dos spins nucleares, com três estados quânticos possíveis e acoplamento antiparalelo, só com um estado.

À temperatura ambiente, os diferentes estados quânticos têm aproximadamente igual probabilidade, mas as transições espontâneas entre eles têm uma probabilidade muito baixa e podem ser ignoradas.

Por consequência, o hidrogênio vulgar comporta-se como se fosse uma mistura de 3 volumes de hidrogênio orto (spins paralelos) e 1 volume de hidrogênio para (spins antiparalelos).

Por razões de simetria, os estados de rotação permitidos para a molécula considerada como um todo diferem nos dois casos, sendo o estado de menor energia mais baixo para a forma para do que para a forma orto.

Fonte: www.if.ufrj.br

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