Hidrogênio (H)
Estrutura Eletrônica
O hidrogênio possui a estrutura
atômica mais simples que qualquer outro elemento químico, seu
núcleo contem um próton com carga +1, com um elétron circundante e configuração
eletrônica 1s¹. Os átomos de hidrogênio podem obter estabilidade de três
maneiras diferentes:
Formando uma ligação covalente (um par de
elétrons) com outros átomos;
Perdendo um elétron para formar H+;
Adquirindo elétrons e formando H-;
Posição na
tabela periódica
O hidrogênio (H) é o primeiro elemento da Tabela Periódica e apresenta características únicas.
A estrutura eletrônica do átomo de hidrogênio se assemelha com a dos metais alcalinos (Grupo 1) , com a dos halogênios e com os elementos do Grupo14.
A estrutura eletrônica do átomo de hidrogênio se assemelha com a dos metais alcalinos (Grupo 1) , com a dos halogênios e com os elementos do Grupo14.
Abundância
do hidrogênio
O hidrogênio é o elemento mais abundante do
universo. Segundo avaliações, o universo é constituído por 92% de hidrogênio e
7% de hélio, de modo que todos os demais elementos juntos representam apenas
1%. Entretanto, a quantidade de H2 na atmosfera terrestre é muito pequena,
pois o campo gravitacional da terra é pequeno demais para reter um elemento tão
leve. Apesar disso, um pouco de H2 é encontrado nos gases vulcânicos. Em
contrapartida, o hidrogênio é o décimo elemento mais abundante da crosta
terrestre (1520 ppm ou 0,152 % em peso). Também é encontrado em grandes
quantidades na águas dos oceanos. Compostos contendo hidrogênio são muito
abundantes, sobretudo a água, organismos vivo (carboidratos e proteínas),
compostos orgânicos, combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural),
amônia e ácidos. De fato, o hidrogênio forma mais compostos que qualquer
outro elemento.
Propriedades
do hidrogênio molecular
O hidrogênio é um gás muito leve
por sua baixa densidade e é utilizado no lugar do Hélio para inflar
balões meteorológicos. É incolor, inodoro e quase insolúvel
em água. O hidrogênio forma moléculas diatômica H2, onde os dois átomos estão unidos por uma ligação
covalente muito forte.
Em condições normais, o hidrogênio não é muito reativo por causa da força da ligação H-H. Em consequência, muitas reações são lentas, ou requerem elevadas temperaturas ou catalisadores (frequentemente metais de transição).
A molécula de hidrogênio é muito estável e apresenta pouca tendência de se dissociar a temperaturas normais, já que a reação de dissociação é muito endotérmica. Porém, a altas temperaturas, num arco elétrico ou sob irradiação com luz ultravioleta, o H2 se dissocia.
O hidrogênio atômico é um forte agente redutor, e é comumente preparado em solução usando um par zinco-cobre ou mercúrio-alumínio.
O hidrogênio reage diretamente com a maioria dos elementos, nas condições apropriadas.
O hidrogênio reage com os halogênios.
Diversos metais reagem com H2, formando hidretos.
Grandes quantidades de H2 são utilizadas na produção industrial de amônia.
O hidrogênio também é usado para reduzir nitrobenzeno à anilina (na indústria de corantes), e na redução catalítica do benzeno com CO para formar metanol.
Em condições normais, o hidrogênio não é muito reativo por causa da força da ligação H-H. Em consequência, muitas reações são lentas, ou requerem elevadas temperaturas ou catalisadores (frequentemente metais de transição).
A molécula de hidrogênio é muito estável e apresenta pouca tendência de se dissociar a temperaturas normais, já que a reação de dissociação é muito endotérmica. Porém, a altas temperaturas, num arco elétrico ou sob irradiação com luz ultravioleta, o H2 se dissocia.
O hidrogênio atômico é um forte agente redutor, e é comumente preparado em solução usando um par zinco-cobre ou mercúrio-alumínio.
O hidrogênio reage diretamente com a maioria dos elementos, nas condições apropriadas.
O hidrogênio reage com os halogênios.
Diversos metais reagem com H2, formando hidretos.
Grandes quantidades de H2 são utilizadas na produção industrial de amônia.
O hidrogênio também é usado para reduzir nitrobenzeno à anilina (na indústria de corantes), e na redução catalítica do benzeno com CO para formar metanol.
Isótopos de
hidrogênio
Isótopos são átomos de um mesmo elemento que
possuem diferentes números de massa. A diferença nos números de massa decorre
da quantidade diferente de nêutrons no núcleo. O hidrogênio encontrado na
natureza é constituído por três isótopos: prótio 11H ou H, o deutério 21H ou D, e o trítio 31H ou T. Esses isótopos contem no núcleo 1 próton e
zero, 1 ou 2 nêutrons, respectivamente. O prótio é o mais abundante.
O hidrogênio encontrado na natureza contém 99,986% do isótopo 11H, 0,014% do isótopo 21H e 7 x10-16 % do isótopo 31H,de modo que as propriedades do hidrogênio são essencialmente devido ao isótopo mais leve.
Esses isótopos apresentam a mesma configuração eletrônica e essencialmente as mesmas propriedades químicas. As únicas diferenças são encontradas nas velocidades de reação e nas constantes de equilíbrio.
O hidrogênio encontrado na natureza contém 99,986% do isótopo 11H, 0,014% do isótopo 21H e 7 x10-16 % do isótopo 31H,de modo que as propriedades do hidrogênio são essencialmente devido ao isótopo mais leve.
Esses isótopos apresentam a mesma configuração eletrônica e essencialmente as mesmas propriedades químicas. As únicas diferenças são encontradas nas velocidades de reação e nas constantes de equilíbrio.
O íon
hidrogênio
A energia de ionização trata-se
de uma quantidade de energia muito grande. Consequentemente, as ligações
formadas pelo hidrogênio em fase gasosa são geralmente covalentes, O fluoreto
de hidrogênio é o composto que apresenta maior probabilidade de conter um
hidrogênio iônico (H+), dado que apresenta a maior diferença de
eletronegatividades. Mas mesmo nesse caso a ligação tem somente 45% de caráter
iônico.
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