aula 02 hidrogênio.ppt
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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