Obtenção do Gás de Hidrogênio

1. INTRODUÇÃO

O hidrogênio é o elemento químico mais simples que há. Ele é formado por apenas um próton e um elétron. Seu número atômico é 1, sua massa molar é igual a 1,008 g/mol e seu símbolo é “H“. Ele é um elemento que não possui “local definido” na tabela periódica. Geralmente, ele é colocado acima dos metais alcalinos, no primeiro grupo de classificação, na chamada, família I A. Isso é feito pela sua configuração eletrônica terminal ns1, característica dos elementos desta família. Outros acreditam que a posição real do hidrogênio é acima dos halogênios, na família VII A, grupo 17 da tabela periódica, ao lado do hélio.

É o elemento mais abundante no universo. Todos os demais foram formados a partir dele ou de outros elementos que o hidrogênio formou. Estima-se que o hidrogênio representa cerca de 90% dos átomos do universo e 75% da sua massa.

“Apenas um elemento da tabela periódica não pertence a um grupo particular – o hidrogênio. Esse elemento tem uma química singular. Além disso, seus três isótopos tem massas molares tão diferentes que as propriedades físicas e químicas dos isótopos são mensuravelmente diferentes.” (ORVENTON. T, 2015, p.175).

O termo isótopo vem do grego ISO (mesmo ou igual) e TOPOS (lugar), referindo-se ao fato de que são elementos que ocupam o mesmo lugar na tabela periódica. Os isótopos são átomos do mesmo elemento químico, com o mesmo número de prótons e diferentes números de nêutrons e, consequentemente, com diferentes massas. Os isótopos de hidrogênio são particularmente importantes na química. Como as diferenças relativas de massas entre esses isótopos são tão grandes, existe uma dissemelhança significativa entre as propriedades físicas e, em uma extensão menos, no comportamento químico dele.

O hidrogênio natural contém três isótopos: prótio, ou hidrogênio comum, que contém zero nêutron; deutério, que contém um nêutron; e o trítio radioativo, que contém dois nêutrons.  

Segundo Orventon, existe uma demanda significativa pelo trítio. Ele é procurado para finalidades médicas, em que é útil como marcador. No seu decaimento radioativo, o isótopo emite elétrons de baixa energia (raios β).

Hidrogênio é o gás mais leve conhecido. Por causa de sua baixa densidade, é utilizado no lugar do hélio para inflar balões meteorológicos. É incolor, inodoro e quase insolúvel em água, forma moléculas diatômicas H2, onde os dois átomos estão unidos por uma ligação covalente muito forte.

Em condições normais, o hidrogênio não é muito reativo. A baixa reatividade se deve à cinética e não á termodinâmica da reação, e está relacionada com a força da ligação. Uma etapa essencial durante a reação do H2 com outros elementos, é a quebra da ligação, formando átomos de hidrogênio.

Portanto, há uma elevada energia de ativação para essas reações. Em consequência, muitas reações são lentas, ou requerem elevadas temperaturas ou catalisadores. Varias reações importantes do hidrogênio envolvem a catálise heterogênea, ou seja, o catalisador inicialmente reage com o H2 ou quebrando ou enfraquecendo a ligação. Dessa forma a energia de ativação é diminuída.

“Hidrogênio é também conhecido juntamente com os hidrocarbonetos que formam os combustíveis fósseis: carvão, petróleo e gás natural.” (ATKINS, P.W, 2012, p.615).

Como a água é o único produto de combustão, o hidrogênio queima sem poluir o ar e sem contribuir significativamente para o efeito estufa. O petróleo, carvão e o gás natural estão se tronando cada vez mais raros, mas existe água suficiente nos oceanos para gerar todo o hidrogênio combustível que poderemos necessitar. Segundo Atkins o hidrogênio é considerado por muitos como o combustível do futuro.

O hidrogênio é incomum, porque pode formar um cátion (H+) e um ânion  (H-). Além disso, sua eletronegatividade intermediária permite que ele forme ligações covalentes com todos os não metais e metaloides. Como ele forma compostos com tantos elementos, ele estará presente em muitos outros compostos. 

“O hidrogênio é produzido como subproduto do refino de combustíveis fosseis e pela eletrólise da água. Ele tem baixa densidade e forças intermoleculares fracas.” (JONES. L, 2012, p.618).

1. OBJETIVO

1. Objetivo geral: Realizar reações químicas para obtenção do gás hidrogênio, e determinar algumas de suas propriedades.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

1. Equipamento e utensílios:

• 2 Béquer;
• 2 Tubos de ensaio;
• 2 tubos de ensaio com rolha;
• 1 Recipiente grande;
• Mangueira de látex;
• Pipeta volumétrica de 10mL;
• Pipeta de 5mL;
• Espátula;
• 2 Balões de 100mL;

1. Reagentes:

• Ácido clorídrico (2,0 mol/L);
• Hidróxido de sódio (1,0 mol/L);
• Zinco (grãos ou pó);
• Alumínio;

Para a obtenção da solução do Ácido clorídrico (HCl) foram feito os seguintes cálculos:

1° Passo:

HCl = 36,5 g/mol

2mols = 73g para 1L
X para 0,05L
X = 3,65g de HCl

2° Passo:

V=M/d
V = 3,65g/ 120g/mL
V= 3,06mL

3° Passo:

37mL de HCl para 100mL
3,06mL de HCl para X
X = 8,25mL

Para a obtenção da solução de hidróxido de sódio (NaOH) foram feitos os seguintes cálculos:

1° Passo:

NaOH = 40g/mol

1 mol = 40g para 1L
X para 0,05L
X = 2g de NaOH

Para resultar na produção de gás de hidrogênio a solução de HCl mais 3 gramas de zinco foi depositada no tubo de ensaio com rolha e mangueira, levemente agitada, consequentemente, a reação exotérmica liberou o gás hidrogênio para o outro tudo de ensaio que estava totalmente preenchido por água em um recipiente, em seguida, ao observar que o tubo estava provido de gás, ele foi retirado do recipiente com água.

Prontamente com a abertura do tubo virada para baixo foi colocado um fósforo aceso dentro do recipiente, fazendo com que houvesse a queima do gás.

Imediatamente o gás foi recolhido usando o mesmo método, porém, com a abertura do tubo de ensaio virado para cima, o fósforo foi colocado perto do gargalo do tudo, ocorrendo novamente a queima do gás hidrogênio.

Repediram o mesmo procedimento, entretanto usando o Hidróxido de sódio e o alumínio.

1. RESULTADO E DISCUSÃO

Com o objetivo da produção de gás hidrogênio a solução de Ácido clorídrico diluído em 100mL de água foi acrescentado 3g de Zinco.

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