aula 02 hidrogênio.ppt

HidrogênioHidrogênioHidrogênioHidrogênio

Hidrogênio

•Elemento mais abundante no universoEncontrado em minerais, oceanos e em todos os

organismos vivos

•Forma muitos compostos

• Estrutura eletrônica mais simples de todos os elementos

•Elemento mais abundante no universoEncontrado em minerais, oceanos e em todos os

organismos vivos

•Forma muitos compostos

• Estrutura eletrônica mais simples de todos os elementos

• Posição incerta na Tabela Periódica• Posição incerta na Tabela Periódica

Hidrogênio

1. Colocado no topo dos metais alcalinos: possuir apenas um elétron de valência

2. Colocado acima dos halogênios: requer um elétron para completar sua camada de valência

1. Colocado no topo dos metais alcalinos: possuir apenas um elétron de valência

2. Colocado acima dos halogênios: requer um elétron para completar sua camada de valência

Periodicidade QuímicaPeriodicidade Química

Energia de IonizaçãoEnergia de IonizaçãoEnergia de IonizaçãoEnergia de Ionização

Incolor, inodoro e insípido

Muito inflamável com o ar ou halogênios Baixa densidade e muito difuso

Molécula de H2 estável

Insolúvel na água e outros solventes

Incolor, inodoro e insípido

Muito inflamável com o ar ou halogênios Baixa densidade e muito difuso

Molécula de H2 estável

Insolúvel na água e outros solventes

Propriedades Gerais

Usos do Hidrogênio

Usos do Hidrogênio

Usos do Hidrogênio

Usos do Hidrogênio

Perspectivas futuras: Utilização em células a combustívelPerspectivas futuras: Utilização em células a combustível

Emprego de hidrogênio como vetor energético solucionaria alguns problemas causado pelo uso intensivo dos combustíveis fósseis

Células a combustível: elemento essencial na economia do H2

Convertem eficientemente hidrogênio em eletricidade

Atuação como armazenadores de energia

Usos do Hidrogênio

Perspectivas futuras: Utilização em células a combustívelPerspectivas futuras: Utilização em células a combustível

H2 do tanque

Ânodo Cátodo

Membrana de permuta protônica

O2 do ar

Exaustor

Corrente Elétrica

Reações:

Cátodo: 1/2O2 (g) + 2e- O2-

Ânodo: H2 (g) 2H+ + 2e-

Global: O2- + 2H+ H2O (l)

Usos do Hidrogênio

Perspectivas futuras: Utilização em células a combustívelPerspectivas futuras: Utilização em células a combustível

Aplicações em sistemas portáteis:Aplicações em sistemas portáteis:

Usos do Hidrogênio

Perspectivas futuras: Utilização em células a combustívelPerspectivas futuras: Utilização em células a combustível

Aplicações em sistemas estacionários:Aplicações em sistemas estacionários:

Residencial: 1 – 10 kW Comercial: 250kW

Usos do Hidrogênio

Perspectivas futuras: Utilização em células a combustívelPerspectivas futuras: Utilização em células a combustível

Aplicações em veículos elétricos:Aplicações em veículos elétricos:

Carro de marca OPEL (modelo Zafira) da General Motors apresentado na Feira de Hannover (2003) que usa como combustível o hidrogênio.

Tipo Eletrólito Íon de Transporte

Temperatura (ºC)

Combustível

AFC Alcalina

KOH OH - 50 - 120 H2

PAFC PAFC (Ácido (Ácido Fosfórico)Fosfórico)

Ácido Ácido OrtofosfóricoOrtofosfórico

H+ 180 - 210 Gás Natural Gás Natural ou Hou H22

PEMFCPEMFC(Membrana (Membrana Polimérica)Polimérica)

HH++

Ácido Ácido Sulfônico em Sulfônico em PolímeroPolímero

HH2260 - 11060 - 110

DMFCDMFC(Metanol (Metanol Direto)Direto)

Ácido Ácido Sulfônico em Sulfônico em PolímeroPolímero

45 - 100 Metanol

MCFCMCFC(Carbonato (Carbonato Fundido)Fundido)

SOFCSOFC(Óxido Sólido)(Óxido Sólido)

Carbonatos Carbonatos de Li e Kde Li e K

COCO3-3-

Zircônia Zircônia estabilizada estabilizada com Ytriacom Ytria

OO2-2- 500 - 1000500 - 1000Gás Natural, Gás Natural, Gás de Síntese, Gás de Síntese, HH22

600 - 800600 - 800Gás Natural, Gás Natural, Gás de Gás de Síntese, HSíntese, H22

H+

Processos de Obtenção

Processos de Obtenção

Processos de Obtenção

Ácidos diluídos com metais ou um álcali com alumínio (obtenção em laboratório).

Ácidos diluídos com metais ou um álcali com alumínio (obtenção em laboratório).

K Ba Na Mg Al Zn Fe H Cu Hg Ag Au

Reatividade crescente

Processos de Obtenção

Processos de Obtenção

Eletrólise da Salmoura

Salmoura: solução concentrada de cloreto de sódio 1. Purificação – pré-digestores adicionando a quente NaOH

e Na2CO3 para precipitação do CaCO3 e Mg(OH)2. Adição de fécula de mandioca para facilitar a decantação desses precipitados

2. Neutralização – A solução da salmoura apresenta-se muito básica: ajuste do pH com HCl

3. Eletrólise – célula eletrolítica onde é aplicada uma corrente contínua o que provoca a reação nos eletrodos

Salmoura: solução concentrada de cloreto de sódio 1. Purificação – pré-digestores adicionando a quente NaOH

e Na2CO3 para precipitação do CaCO3 e Mg(OH)2. Adição de fécula de mandioca para facilitar a decantação desses precipitados

2. Neutralização – A solução da salmoura apresenta-se muito básica: ajuste do pH com HCl

3. Eletrólise – célula eletrolítica onde é aplicada uma corrente contínua o que provoca a reação nos eletrodos

Reforma a Vapor da Nafta

Reforma a Vapor da Nafta

Nafta– fração líquida do petróleo, entre a gasolina e o querosene

Nafta– fração líquida do petróleo, entre a gasolina e o querosene

Reforma a Vapor da Nafta

1.Dessulfurização da nafta 2.Reação da nafta dessulfurizada com vapor

3.Redução do conteúdo de CO

4.Remoção de CO2

5.Metanação do CO e CO2

1.Dessulfurização da nafta 2.Reação da nafta dessulfurizada com vapor

3.Redução do conteúdo de CO

4.Remoção de CO2

5.Metanação do CO e CO2

Reforma a Vapor da Nafta

Reforma a Vapor da Nafta

Reforma a Vapor da Nafta

Reforma a Vapor da Nafta

Reforma a Vapor da Nafta

Reforma a Vapor da Nafta

Vapor de água sobre coque aquecido

C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g)C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g)

Essa reação já foi a fonte primária de H2 e pode tornar-se importante novamente quando os hidrocarbonetos naturais se esgotarem

Essa reação já foi a fonte primária de H2 e pode tornar-se importante novamente quando os hidrocarbonetos naturais se esgotarem

CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)

Reação de Deslocamento:Reação de Deslocamento:

Oxidação Parcial de Hidrocarbonetos

2CH4 (g) + O2 (g) 2CO (g) + 4 H2 (g)2CH4 (g) + O2 (g) 2CO (g) + 4 H2 (g)

• Utiliza oxigênio no lugar do vapor• Produz menos hidrogênio que a reforma a vapor do gás natural

• Utiliza oxigênio no lugar do vapor• Produz menos hidrogênio que a reforma a vapor do gás natural

CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)

Reação de Deslocamento:Reação de Deslocamento:

Ligação de Hidrogênio

Interação dipolo-dipolo

Ocorre entre moléculas que têm hidrogênio ligado a átomos eletronegativos, como nitrogênio, oxigênio e flúor.

Interação dipolo-dipolo

Ocorre entre moléculas que têm hidrogênio ligado a átomos eletronegativos, como nitrogênio, oxigênio e flúor.

Ligação de Hidrogênio

Devido grande diferença de eletronegatividade entre o H e um dos elementos eletronegativo, o hidrogênio terá uma carga parcial positiva e será atraído pelo oxigênio, que terá uma carga parcial negativa.

Devido grande diferença de eletronegatividade entre o H e um dos elementos eletronegativo, o hidrogênio terá uma carga parcial positiva e será atraído pelo oxigênio, que terá uma carga parcial negativa.

Ligação de Hidrogênio

Ligação de Hidrogênio

Efeito das ligações de H sobre algumas propriedades físicas:

Ponto de Fusão Ponto de Ebulição Entalpia de Vaporização Entalpia de Ebulição

Efeito das ligações de H sobre algumas propriedades físicas:

Ponto de Fusão Ponto de Ebulição Entalpia de Vaporização Entalpia de Ebulição

Ligação de Hidrogênio

O papel absorve água porque as moléculas da celulose contém grupos -OH e, portanto, formam pontes de hidrogênio com a água.

O papel absorve água porque as moléculas da celulose contém grupos -OH e, portanto, formam pontes de hidrogênio com a água.

Moléculas de polietileno de alta densidade (PEAD), utilizada para produção de plástico, não forma ligação de hidrogênio. É um material impermeável a água.

Moléculas de polietileno de alta densidade (PEAD), utilizada para produção de plástico, não forma ligação de hidrogênio. É um material impermeável a água.

Propriedades Especiais para a H2O

A tensão superficial da água: As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no sentido das moléculas volumosas e para o lado.

A tensão superficial da água: As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no sentido das moléculas volumosas e para o lado.

Essa desigualdade de atrações na superfície cria uma força sobre essas moléculas e provoca a contração do líquido, causando a chamada tensão superficial, que funciona como uma fina camada, ou como se fosse uma fina membrana elástica na superfície da água.

Essa desigualdade de atrações na superfície cria uma força sobre essas moléculas e provoca a contração do líquido, causando a chamada tensão superficial, que funciona como uma fina camada, ou como se fosse uma fina membrana elástica na superfície da água.

Propriedades Especiais para a H2O

O gelo flutua sobre a água líquida: isto porque a densidade do estado sólido, na água, é menor do que no estado líquido.

O gelo flutua sobre a água líquida: isto porque a densidade do estado sólido, na água, é menor do que no estado líquido.

As moléculas no sólido são mais densamente empacotadas do que no líquido, e portanto são mais densos

No gelo as moléculas de águas são ordenadas como um hexágono regular aberto para otimizar as ligações de hidrogênio

Devido ao aumento da distância entre as moléculas, cria-se uma estrutura menos densa que a água

Propriedades Especiais para a H2O

Propriedades Especiais para a H2O

Cristais de Gelo Cristais de Gelo

Propriedades Especiais para a H2O

Solubilização de alguns sólidos Solubilização de alguns sólidos