Relatório Obtenção Hidrogênio

Relatório Obtenção Hidrogênio

6 ANE X OS10
5 CONS IDE R AÇÕE S FINAIS9
4 RE S ULTADOS E DIS CUS S ÕE S8.
3.2. Procedimento6.
3.1 Materiais e R eagentes5.
3 MATE RIAIS E PROCE DIME NTO5.
2.2. Objetivos E specíficos5.
2.1 Objetivos Gerais5.
2 OBJ E TIVOS5.

1 – INTRODUÇÃO

O hidrogênio é um elemento abundante na Terra, correspondendo a 0,9% da massa total do nosso planeta e o mais abundante dos elementos químicos, constitui aproximadamente 75% da massa elementardo Universo.

É inodoro, incolor e quase insolúvel em água. É encontrado em estado gasoso na natureza e de três formas isotópicas, hidrogênio, deutério e trítio. O prótio é o mais abundante, possui um elétron e um próton. O deutério possui um elétron, um próton e um nêutron. E o trício que possui elétron, um próton e dois nêutrons. O hidrogênio forma moléculas diatômicas H2 , sua forma mais estável se dá através de uma ligação covalente muito forte (energia de ligação 435,9 KJ /mol). O hidrogênio molecular, em condições normais é pouco reativo devido à cinética da reação, já que a quebra de sua ligação requer energia, tornando-se lenta e está relacionada com a força da ligação H – H. A quebra da ligação H-H, torna-se uma etapa essencial durante a reação do H2 com outros elementos, pois forma átomos de hidrogênio.

Isso requer 435, 9 KJ /mol. Possui a mais simples estrutura atômica diante qualquer outro elemento, possui um núcleo contendo um próton com carga +1 e um elétron circundante. A configuração eletrônica pode ser representada como 1s1 . Seus átomos podem alcançar a estabilidade de três diferentes maneiras; formando uma ligação covalente (um par de elétrons) com outro átomo. O hidrogênio forma esse tipo de ligação preferencialmente com não metais. Por exemplo, H2 , H2

O, HCl (gás) ou CH4 . Muitos metais também formam esse tipo de ligação; perdendo um elétron para formar H+ , por ser o H+ muito pequeno, ele tem um poder polarizante muito grande, e, portanto deforma a nuvem eletrônica de outros átomos. Assim, os prótons estão sempre associados a outros átomos ou moléculas. Por exemplo, na água ou soluções aquosas de HCL ou H2 SO4 , o próton existe na forma de íons H3

+ . Prótons livres não existem em condições normais, embora eles sejam encontrados em feixes gasosos a baixas pressões, por exemplo, um espectrômetro de massa.

Sólidos cristalinos como LiH contem o íon H- , sendo formado por metais altamente eletropositivos ( todo o grupo 1 parte do grupo 2). O íon H- não é muito comum.

Como a eletronegatividade do H é 2,1 ele pode valer-se de qualquer desses três meios.

A estrutura eletrônica do átomo de hidrogênio, de certo modo assemelha-se com os dos metais alcalinos. Estes também possuem um elétron no nível mais externo, mas quando reagem tendem a perder este elétron formando íons positivos. O hidrogênio apresenta uma tendência de compartilhar elétrons, formando ligações covalentes. Assemelha-se também com os halogênios, pois ambos precisam de um elétron para alcançar a estrutura de gás nobre, e ainda se assemelha com o grupo 14, pois ambos possuem o nível mais externo semi preenchido. Devido a ausência da carga nuclear efetiva em seu único elétron, sua energia de ionização é alta 1312 kJ /mol, sendo maior que as dos metais alcalinos e possui afinidade eletrônica baixa, porém positiva 7 kJ /mol. Ele pode variar em caráter desde uma base forte de Lewis

(como o íon hidreto, H- ) a um ácido forte de Lewis (como no cátion hidrogênio, H+ , o próton).

Hidrogênio é o gás mais leve conhecido. Por causa de sua baixa densidade, é utilizado no lugar do hélio para inflar balões meteorológicos.

Reage com halogênios e diretamente com a maioria dos elementos nas condições apropriadas, queima ao ar numa atmosfera de oxigênio formando água e liberando uma grande quantidade de energia.

Diversos metais reagem com H2 formando hidretos. As reações não são violentas e geralmente requerem temperaturas elevadas.

Obtenção do hidrogênio

O hidrogênio pode ser obtido por diversos métodos, entre eles citaremos os que usamos no procedimento.

Apesar de ser o décimo elemento mais abundante na costa terrestre, sua quantidade na atmosfera terrestre é muito pequena, isso se deve ao fato de que por ser tão leve o campo gravitacional da terra é pequeno demais para exercer atração sobre este elemento. Pode-se obter hidrogênio a partir de combustíveis fósseis, da água e de processos biológicos. Para produção do Hidrogênio a partir dos combustíveis fósseis utilizam-se os métodos de craqueamento térmico de gás natural, oxidação parcial de hidrocarbonetos pesados, gaseificação do carvão e reforma catalítica de gás natural, essa que corresponde a 90% da produção mundial de Hidrogênio. Na obtenção através da água os métodos utilizados são; eletrólise da água, fotólise da água, eletrólise a vapor, decomposição química da água e o processo fotoeletroquímico, dentre essas a mais utilizada é a eletrólise da água. J á nos processos biológicos os métodos empregados são fermentação de compostos orgânicos, biofotólise da água, fotodecomposição de compostos orgânicos e os sistemas híbridos. As principais aplicações do Hidrogênio são na produção da amônia como fonte primária dos compostos contendo plásticos e fertilizantes, hidrogenação de gorduras vegetais, gás de maçarico para isoladas a altas temperaturas e produção de combustível para foguetes espaciais.

O método comum de preparação de hidrogênio em laboratório é a reação de ácidos diluídos com metais, ou de álcalis com alumínio, os quais foram utilizados no procedimento experimental.

2 - OBJ ETIVOS

2.1 – OBJ ETIVOS GERAIS

Realizar reações químicas para obtenção do gás hidrogênio em laboratório

2.2. OBJ ETIVOS ESPECÍFICOS

Investigar experimentalmente as propriedades do hidrogênio, sua obtenção, combustão e propriedades redutoras por meio de reação de ácidos diluídos com metais, ou de álcalis com alumínio.

3 – MATERIAIS E PROCEDIMENTO

3.1 – Materiais e Reagentes 3.1.1 – Parte I - Ácidos com metais

Magnésio granulado

Erlenmeyerde 500 mL

Funil de separação

Tubo de ensaio

Suporte universal

Garras para balão

Tubos de vidros para saída de gás

Bico de gás

Rolha

Espátula

Balança analítica

Proveta

Fósforo

3.1.2 – Parte I - Bases com metais

NaOH 2 M

Malha de alumínio

Erlenmeyerde 500 mL

Funil de separação

Tubo de ensaio

Suporte Universal

Garras para balão

Tubos de vidros para saída de gás

Bico de gás

Rolha

Espátula

Balança analítica

Proveta

Fósforo

3.2. Procedimento

3.2.1 - Parte I - Ácidos com metais:

3.2.1.1. O sistema de vidraria encontrava-se montado assim como previamente preparado a solução de H2SO4 2M.

3.2.1.2. Pesou-se 2,0139 g de magnésio granulado em um erlenmeyer.

3.2.1.3. Mediu-se 20 ml de H2SO4 2M em uma proveta e posteriormente transferido para um funil de separação com o magnésio granulado já pesado no fundo.

3.2.1.4. Posicionou-se o erlenmeyer encaixado em funil de separação, preso ao suporte universal com garras, contendo a solução do ácido sulfúrico a 2M e lentamente foi gotejado sobre o magnésio. Observou-se.

3.2.1.5. Posicionou-se o tubo de ensaio com a abertura para baixo na saída do sistema para coletar o gás liberado através da reação.

3.2.1.6. Acendeu-se um fósforo na abertura entre o tubo de ensaio e a saída do gás, sendo possível escutar o estalido, chamado de grito do hidrogênio.

3.2.2 – Parte I - Bases com metais:

3.2.2.1. O sistema de vidrarias para a obtenção do Hidrogênio encontrava-se montado na bancada.

3.2.2.2. Pesou-se 1,9315gr de malha de alumínio dentro do erlenmeyer.

3.2.2.3. Mediu-se 20 mL de NaOH 2M (preparado previamente) em proveta e transferiu-se para o funil de separação.

3.2.2.4. Posicionou-se o erlenmeyer contendo a malha de alumínio em baixo do funil de separação contendo o NaOH e lentamente foi liberado o líquido sobre a malha e observou-se.

3.2.2.5. Posicionou-se um tubo de ensaio com a abertura para baixo na saída de gás do sistema, de modo a recolher o gás.

3.2.2.6. Acendeu-se um fósforo entre as vidrarias (saída do gás e a abertura do tubo de ensaio). Observou-se.

4 – RESULTADOS E DISCUSSÕES

Parte I - Ácidos com metais

A reação entre um ácido forte como o ácido sulfúrico e um metal como o magnésio resulta como produto principal o gás hidrogênio, H2. Isto ocorre pois o magnésio é um metal mais reativo que o hidrogênio, capaz de desloca-lo do ácido e ocupar seu lugar formando sulfato de magnésio (MgSO4), tornando o metal o cátion.

Pode-se representar a reação pela seguinte equação:

A efervescência que se encontra no erlenmeyer na reação dos reagentes é a formação do gás hidrogênio. Podendo ser comprovada ao recolher o gás liberado com o tubo de ensaio e expor ele à chama, ouvindo-se um estalido durante a queima do gás que é chamado de grito do hidrogênio.

Parte I - Bases com metais

Na segunda parte do experimento, foi observado que uma base forte adicionada ao alumínio pode liberar hidrogênio. O alumínio desloca os íons hidrogênio da solução aquosa do hidróxido de sódio formando como produto o tetrahidroxoaluminato de sódio e o desprendimento do hidrogênio molecular. Conforme reação do metal e a base abaixo:

Quando se adicionou hidróxido de sódio(incolor) ao alumínio contido no erlenmeyer, houve grande liberação de gás, que faz com que haja grande efervescência, adotando coloração cinza do líquido e notou-se que a reação caracteriza-se por exotérmica, pois liberou calor e aqueceu as paredes do erlenmeyer.

A efervescência é caracterizada pela liberação de gás e calor, que, neste caso, também é o hidrogênio, o que pode ser comprovado pela combustão do gás na chama.

Para comprovar a natureza do gás liberado nesta reação, recolheu-se o gás em um tubo de ensaio, e o tubo foi exposto a um fosforo aceso, ele inflama-se com um estalido, característico da combustão do gás hidrogênio com o oxigênio presente no ar, formando-se também gotículas de água nas paredes do tubo, comprovando a liberação de hidrogênio gasoso durante a reação.

5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS

Através desta prática pode-se compreender e concluir que a produção de hidrogênio gasoso pode ser obtida satisfatoriamente através da reação entre metais mais reativos do que o hidrogênio com ácidos, e também através de reações de metais anfóteros com bases, por meio de reações de oxirredução, onde o hidrogênio atua como agente oxidante.

Além disso, o hidrogênio sofre combustão facilmente, em uma reação exotérmica que é ativada pela absorção de calor.

ANEXOS Equações

- Reação de Ácido com Metal

] +3H 2(g) – Reação de Base com

Metal

Questões

1) Que metais podem ser usados para obtenção de hidrogênio pelo deslocamento de ácidos?

Pode ser usado além do magnésio o zinco, cobre, lítio, cálcio, ferro, estanho, potássio, entre outros metais que reagem com ácidos para a formação do hidrogênio.

2) Que ácidos não podem ser usados na obtenção de hidrogênio? Por quê? Ácidos não-oxidantes não podem ser utilizados na obtenção do hidrogênio, uma vez que a eletropositividade dos metais tem que ser inversamente proporcional a concentração do ácido.

3) Escreva e classifique as equações químicas correspondentes às reações de obtenção do hidrogênio.

Parte I - Mg + H2 SO4

; Reação de simples troca

Parte I - 2Al (s) + 2NaOH oxirredução.

4) Interprete a afirmativa: “O Hidrogênio é menos denso que o ar” O hidrogênio é menos denso que o ar por ser o gás mais leve conhecido. Uma vez que ele pode ser utilizado para inflar balões meteorológicos.

5) Qual a função do cloreto de cálcio? Sua função é de controlar a umidade (agente desidratante), uma vez que possui elevada higroscopia.

No experimento, sua função é de eliminar a umidade do ar para não causar interferência na reação, modificando os resultados.

6) O Hidrogênio como fonte de energia: Por ser de fácil obtenção através de vários modos, o hidrogênio é estudado com a ideia de substituir o carvão e o petróleo como fonte principal de energia. Uma vez que ele, ao contrario das duas fontes citadas, ao ser queimado não forma substâncias poluentes como o SO2 e óxidos de nitrogênio, responsáveis pela chuva ácida, nem CO2 responsável pelo efeito estufa, nem hidrocarbonetos carcinogênicos e compostos de chumbo.

Vantagens: Com pesquisa e desenvolvimento mais avançados, este combustível também pode ser utilizado como uma fonte de energia para o aquecimento e iluminação de residências, geração de eletricidade e como combustível de automóveis. Se produzido a partir de fontes e tecnologias renováveis, como hidráulica, solar e eólica, ele torna-se um combustível renovável.

Desvantagens: Podemos citar custo para fabricar as células de combustível que necessita o uso de metais nobres como a platina, um dos metais mais caros e raros do planeta. Os problemas e custos para o transporte de distribuição dos novos combustíveis, o interesse socioeconômico das indústrias de combustíveis fósseis.

ATKINS & J ONES. Princípios de Química, questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5Edição. Editora: Bookman. 2014.

BROWN, T. L. et al. Química: a ciência central. Tradução: de Robson

Mendes Matos. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2007.

LEE, J .D. Química inorgânica não tão concisa. Tradução: Henrique E.

Toma, Koiti Araki, Reginaldo C. Rocha. 5.ed. São Paulo: Blucher, 1999.

MENEZES, D. et al. Obtenção do hidrogênio. 2010. Relatório apresentado como requisito parcial para aprovação na Disciplina Química Inorgânica, Engenharia Química, FASB, São Bernardo do Campo, 2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA. Produção Biológica do

Hidrogênio. EQA – Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos. Disponível em: <http://w.enq.ufsc.br/> Acesso em: 13 mar. 2016.

UNIVERSIDADE DO SAGRADO CORAÇÃO. - Guia para Normalização de Trabalhos Acadêmicos. 5.ed. – Bauru, SP, 2015.

http://www.portal-energia.com/celulas-de-combustivel-vantagens-e- desvantagens/ . Portal Energia: Energia Renováveis. Acesso em 16/03/2016.

http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/abril2001/pag04abril2001.ht m . J ornal da Unicamp. Novo gás para o brasileiro. Acesso em 16/03/2016.

Comentários