Obtenção Do Gás Hidrogênio

1. Introdução

Hidrogênio é uma palavra de origem grega que significa ‘gerador de água’. Para falar deste elemento químico faz-se necessário ressaltar as contribuições de três cientistas: O alquimista suíço Paracelsus do século XVI, que foi o 1⁰ a prepará-lo, a partir da reação de certos ácidos com alguns metais já conhecidos. O químico inglês Henry Cavendish, que em 1766 diferenciou o hidrogênio de outros gases inflamáveis. E Antoine-Laurent de Lavoisier, que em 1781, atribuiu ao elemento o nome Hidrogênio. (PEIXOTO, 1995)

Possui número atômico (Z) 1, localizando-se literalmente no início da tabela periódica, sendo o mais simples dentre todos os elementos, mas com uma química muito rica, formando mais compostos que qualquer outro elemento químico, abrangendo desde compostos iônicos, sólidos com caráter metálico, até compostos moleculares muito reativos. Pode ser imaginado como um próton circundado por um elétron. Tem configuração eletrônica 1s1 como os metais alcalinos, mas não apresenta as propriedades físico-químicas deste grupo, tende a ficar estável com acréscimo de um elétron como os halogênios, mas apresenta características singulares, por isso posicioná-lo em uma família específica na Tabela Periódica é inadequado, deve-se, então, considerá-lo como um elemento a parte. (SHRIVER, 2008)

Sabe-se que o universo é constituído por cerca de 92% de Hidrogênio, 7% de Hélio, e 1% dos demais elementos químicos, porém essa grande abundancia verificada no Universo em continua expansão não se reflete no planeta Terra, sendo ele aqui apenas o décimo em quantidade na crosta terrestre (1,520 ppm), o que pode ser explicado pelo fato do campo gravitacional do planeta ser muito pequeno para reter sua forma mais estável o H2. Mesmo que sua presença no planeta se dê em pequena quantidade quando comparado ao Oxigênio, por exemplo, que é o de maior abundância, É um dos elementos mais importantes na crosta, sendo encontrado nos minerais, nos oceanos e inclusive nos vapores de vulcões. (LEE,1999)

É interessante observar que o os átomos de hidrogênio tem eletronegatividade 2,1 e por isso, podem alcançar a estabilidade de três maneiras distintas: formando uma ligação covalente com outro átomo preferencialmente com um não metal, por exemplo, o CH4, perdendo um elétron para formar H+ apresentando, dessa forma, poder polarizante muito grande, deformando nuvens eletrônicas de outros átomos estando sempre associado a outras moléculas, por exemplo, as soluções aquosas de HCl, ou adquirindo um elétron e formando H-, que está presente em sólidos cristalinos, como o LiH. (LEE, 1999)

Nas moléculas diatômicas H2, os dois átomos estão unidos por uma ligação covalente muito forte. Uma etapa essencial durante a reação do H2 com outros elementos é a quebra da ligação H:H, formando átomos de hidrogênio. Isso requer 435,9 KJ.mol-1; portanto, há uma elevada energia de ativação para essas reações. Em conseqüência, muitas reações são lentas, ou exigem elevadas temperaturas ou catalisadores.

Há três isótopos de hidrogênio: o próprio Prótio (1H), o deutério (D, 2H) e o trício (T, 3H) sendo este ultimo radioativo. São os únicos isótopos a apresentar nomes diferentes, refletindo as diferenças significativas em suas massas e nas propriedades químicas que derivam da massa com a velocidade das reações de quebra de ligação. O isótopo mais leve, 1H é sem duvida o mais abundante. O deutério, possui abundância variável natural, com um valor médio de cerca de 0,016%. O trício decai pela perda de partícula ß para produzir um isótopo de hélio raro mais estável: 31H  32He + ß-.

Apesar da baixa reatividade, o hidrogênio queima numa atmosfera de oxigênio sobre uma fonte de ignição formando a água e liberando uma grande quantidade de energia.

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(vapor) ∆H= - 244 kJ mol-1.

O H2 reage com halogênios. A reação com o flúor é violenta e com o cloro é lenta.

H2 + F2 → 2 HF; H2 + Cl2 → 2 HCl

O hidrogênio é produzido em grande quantidade para a Indústria pelo processo chamado reforma a vapor. Representado pela equação abaixo:

CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3 H2(g)

Existe outra reação que com a extinção dos hidrocarbonetos naturais poderá ressurgir:

C(s) + H2O(g)  CO(g) + H2(g)

Esses processos ocorrem a cerca de 1000⁰C e são seguidos pela reação:

CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2(g)

A obtenção de Hidrogênio em laboratório está muitas vezes associada à reação de um ácido com um metal cuja localização na fila eletroquímica é à esquerda do Hidrogênio.

Cs, Li, K, Ba, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb H Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt,Au

metais alcalinos e alcalinos terrosos metais comuns metais nobres

Eletropositividade (reatividade crescente)

Tais elementos são mais eletropositivos, ou seja, tendem a ceder elétrons e estabilizar melhor algumas espécies químicas melhor do que o Hidrogênio. A reatividade de um metal em reações do tipo redox é vista como a capacidade que ele possui para deslocar outra espécie em uma reação de deslocamento. Quando alguns metais são colocados em contato com uma solução ácido sulfúrico concentrado pode ocorrer ou não liberação de bolhas de gás e a velocidade com essas bolhas se formam dão uma idéia da reatividade do metal com o ácido.

Os ácidos reagem com metais mais reativos que o hidrogênio deslocando-o dos compostos onde ele se localizava. O Hidrogênio normalmente é deslocado com seu elétron e, no decorrer da reação, se une por ligação covalente a outros átomos de hidrogênio, formando moléculas de gás hidrogênio. Em reações com espécies menos eletropositivas que o hidrogênio, à direita na fila eletroquímica, não há tendência de os metais deslocarem o hidrogênio.

Para produzir pequenas quantidades de H2 no laboratório, usa-se a reação entre um metal ativo, como o zinco, e uma solução diluída de ácido forte como HCl ou H2SO4. Ou com um álcali com alumínio, representadas respectivamente por:

Zn(s) + 2H+(aq) + SO42-(aq) → Zn2+(aq) + SO42-(aq) + H2(g).

2Al(s) +