Gás Hidrogênio (Página 2)
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 electropositiva, 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.
Nome: Hidrogênio
Número Atómico: 1
Símbolo Químico: H
Massa Atômica: 1.00794
Electronegatividade:
Pauling: 2.2
Absoluta: 7.18 eV
Electroafinidade: 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
Energias de Ionização Atômicas:
1s : 1312 kJ mol-1
Energias de Ionização Sucessivas:
H -? H + : 1312 kJ mol-1
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
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
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".
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.
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.
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 actualmente aplicações diversas que passam pela sua utilização em RMN (espectroscopia de ressonância magnética nuclear) ou na obtenção de energia através de fusão nuclear.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
A tecnologia do poder da célula combustível ou do hidrogênio 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
