O hidrogênio (H) é um elemento químico muito leve, com teor de 0,9% em massa na crosta terrestre e 11,19% em água.

Caracterização do hidrogênio

Em termos de leveza, é o primeiro entre os gases. Em condições normais, é insípido, incolor e absolutamente inodoro. Quando entra na termosfera, voa para o espaço devido ao seu baixo peso.

Em todo o universo, é o elemento químico mais numeroso (75% da massa total das substâncias). Tanto que muitas estrelas no espaço sideral são compostas inteiramente dele. Por exemplo, o Sol. Seu principal componente é o hidrogênio. E calor e luz são o resultado da liberação de energia durante a fusão dos núcleos do material. Também no espaço existem nuvens inteiras de suas moléculas de vários tamanhos, densidades e temperaturas.

Propriedades físicas

Alta temperatura e pressão alteram significativamente suas qualidades, mas em condições normais:

Tem uma alta condutividade térmica quando comparado com outros gases,

Não tóxico e pouco solúvel em água

Com uma densidade de 0,0899 g/l a 0°C e 1 atm.,

Transforma-se em líquido a -252,8°C

Torna-se sólido a -259,1°C.,

O calor específico de combustão é 120,9,106 J/kg.

Requer alta pressão e temperaturas muito baixas para se tornar líquido ou sólido. Quando liquefeito, é fluido e leve.

Propriedades quimicas

Sob pressão e resfriamento (-252,87 gr. C), o hidrogênio adquire um estado líquido, que é mais leve que qualquer análogo. Nele, ocupa menos espaço do que na forma gasosa.

Ele é um típico não-metal. Em laboratórios, é obtido pela reação de metais (como zinco ou ferro) com ácidos diluídos. Em condições normais, é inativo e reage apenas com não-metais ativos. O hidrogênio pode separar o oxigênio dos óxidos e reduzir os metais dos compostos. Ele e suas misturas formam ligações de hidrogênio com certos elementos.

O gás é altamente solúvel em etanol e em muitos metais, especialmente paládio. A prata não o dissolve. O hidrogênio pode ser oxidado durante a combustão em oxigênio ou ar e ao interagir com halogênios.

Quando combinado com o oxigênio, a água é formada. Se a temperatura estiver normal, a reação é lenta, se acima de 550 ° C - com uma explosão (se transforma em gás explosivo).

Encontrando hidrogênio na natureza

Embora haja muito hidrogênio em nosso planeta, não é fácil encontrá-lo em sua forma pura. Pouco pode ser encontrado durante as erupções vulcânicas, durante a extração de petróleo e no local de decomposição da matéria orgânica.

Mais da metade da quantidade total está na composição com água. Também está incluído na estrutura do petróleo, várias argilas, gases combustíveis, animais e plantas (a presença em cada célula viva é de 50% pelo número de átomos).

Ciclo do hidrogênio na natureza

Todos os anos, uma enorme quantidade (bilhões de toneladas) de restos vegetais se decompõe nos corpos d'água e no solo, e essa decomposição espalha uma enorme massa de hidrogênio na atmosfera. Também é liberado durante qualquer fermentação causada por bactérias, combustão e, junto com o oxigênio, participa do ciclo da água.

Aplicações de hidrogênio

O elemento é usado ativamente pela humanidade em suas atividades, por isso aprendemos como obtê-lo em escala industrial para:

Meteorologia, produção química;

produção de margarina;

Como combustível para foguetes (hidrogênio líquido);

Indústria de energia para refrigeração de geradores elétricos;

Soldagem e corte de metais.

A massa de hidrogênio é utilizada na produção de gasolina sintética (para melhorar a qualidade do combustível de baixa qualidade), amônia, cloreto de hidrogênio, álcoois e outros materiais. A energia nuclear usa ativamente seus isótopos.

A preparação "peróxido de hidrogênio" é amplamente utilizada na metalurgia, indústria eletrônica, produção de celulose e papel, branqueamento de tecidos de linho e algodão, para a fabricação de tinturas e cosméticos capilares, polímeros e na medicina para tratamento de feridas.

A natureza "explosiva" desse gás pode se tornar uma arma mortal - uma bomba de hidrogênio. Sua explosão é acompanhada pela liberação de uma enorme quantidade de substâncias radioativas e é prejudicial a todos os seres vivos.

O contato de hidrogênio líquido e a pele ameaça congelamento severo e doloroso.

distribuição na natureza. V. é amplamente distribuído na natureza, seu conteúdo na crosta terrestre (litosfera e hidrosfera) é de 1% em massa e 16% em número de átomos. faz parte da substância mais comum na Terra - água (11,19% de V. em massa), na composição dos compostos que compõem carvão, petróleo, gases naturais, argila, bem como organismos animais e vegetais (ou seja, , na composição proteínas, ácidos nucléicos, gorduras, carboidratos, etc.). No estado livre, o V. é extremamente raro, sendo encontrado em pequenas quantidades em gases vulcânicos e outros gases naturais. Quantidades desprezíveis de V livre (0,0001% em número de átomos) estão presentes na atmosfera. No espaço próximo à Terra, V. na forma de um fluxo de prótons forma o cinturão de radiação interno (“próton”) da Terra. No espaço, V. é o elemento mais comum. Na forma de plasma, compõe cerca de metade da massa do Sol e da maioria das estrelas, a maior parte dos gases do meio interestelar e das nebulosas gasosas. está presente na atmosfera de vários planetas e cometas na forma de H2 livre, metano CH4, amônia NH3, água H2O, radicais como CH, NH, OH, SiH, PH, etc. Na forma de um fluxo de prótons, V. faz parte da radiação corpuscular do Sol e dos raios cósmicos.

Isótopos, átomo e molécula. O V. comum consiste em uma mistura de dois isótopos estáveis: V. leve, ou prótio (1H), e V. pesado, ou deutério (2H, ou D). Em compostos naturais de V., existem em média 6.800 átomos de 1H por 1 átomo de 2H. Um isótopo radioativo foi obtido artificialmente - B. superpesado, ou trítio (3H, ou T), com radiação β suave e meia-vida T1/2 = 12.262 anos. Na natureza, o trítio é formado, por exemplo, a partir do nitrogênio atmosférico sob a ação de nêutrons de raios cósmicos; é insignificante na atmosfera (4-10-15% do número total de átomos de ar). Obteve-se um isótopo 4H extremamente instável. Os números de massa dos isótopos 1H, 2H, 3H e 4H, respectivamente 1,2, 3 e 4, indicam que o núcleo do átomo de prótio contém apenas 1 próton, deutério - 1 próton e 1 nêutron, trítio - 1 próton e 2 nêutrons, 4H - 1 próton e 3 nêutrons. A grande diferença nas massas dos isótopos de hidrogênio causa uma diferença mais perceptível em suas propriedades físicas e químicas do que no caso de isótopos de outros elementos.

O átomo V. tem a estrutura mais simples entre os átomos de todos os outros elementos: consiste em um núcleo e um elétron. A energia de ligação de um elétron com um núcleo (potencial de ionização) é 13,595 eV. O átomo neutro V. também pode ligar um segundo elétron, formando um íon negativo H-; neste caso, a energia de ligação do segundo elétron com o átomo neutro (afinidade eletrônica) é de 0,78 eV. A mecânica quântica permite calcular todos os níveis de energia possíveis do átomo e, consequentemente, dar uma interpretação completa do seu espectro atômico. O átomo V é usado como um átomo modelo em cálculos mecânicos quânticos dos níveis de energia de outros átomos mais complexos. A molécula B. H2 consiste em dois átomos ligados por uma ligação química covalente. A energia de dissociação (ou seja, decaimento em átomos) é 4,776 eV (1 eV = 1,60210-10-19 J). A distância interatômica na posição de equilíbrio dos núcleos é 0,7414-Å. Em altas temperaturas, o V. molecular se dissocia em átomos (o grau de dissociação a 2000°C é 0,0013; a 5000°C é 0,95). A atômica V. também é formada em várias reações químicas (por exemplo, pela ação do Zn no ácido clorídrico). No entanto, a existência de V. no estado atômico dura pouco tempo, os átomos se recombinam em moléculas de H2.

Propriedades físicas e químicas. V. - a mais leve de todas as substâncias conhecidas (14,4 vezes mais leve que o ar), densidade 0,0899 g/l a 0°C e 1 atm. V. ferve (liquefaz) e funde (solidifica) a -252,6°C e -259,1°C, respectivamente (somente o hélio tem pontos de fusão e ebulição mais baixos). A temperatura crítica de V. é muito baixa (-240 ° C), portanto sua liquefação está associada a grandes dificuldades; pressão crítica 12,8 kgf/cm2 (12,8 atm), densidade crítica 0,0312 g/cm3. De todos os gases, V. tem a maior condutividade térmica, igual a 0,174 W/(m-K) a 0°C e 1 atm, ou seja, 4,16-0-4 cal/(s-cm-°C). A capacidade calorífica específica de V. a 0 ° C e 1 atm Cp 14,208-103 j / (kg-K), ou seja, 3,394 cal / (g- ° C). V. ligeiramente solúvel em água (0,0182 ml / g a 20 ° C e 1 atm), mas bem - em muitos metais (Ni, Pt, Pd, etc.), especialmente em paládio (850 volumes por 1 volume de Pd) . A solubilidade do V. em metais está associada à sua capacidade de se difundir através deles; a difusão através de uma liga carbonácea (por exemplo, aço) às vezes é acompanhada pela destruição da liga devido à interação do aço com o carbono (a chamada descarbonização). A água líquida é muito leve (densidade a -253°C 0,0708 g/cm3) e fluida (viscosidade a -253°C 13,8 graus centígrados).

Na maioria dos compostos, V. exibe uma valência (mais precisamente, um estado de oxidação) de +1, como sódio e outros metais alcalinos; geralmente é considerado como um análogo destes metais, posição 1 gr. Sistemas de Mendeleev. No entanto, em hidretos metálicos, o íon B. é carregado negativamente (estado de oxidação -1), ou seja, o hidreto de Na + H- é construído como cloreto de Na + Cl-. Este e alguns outros fatos (a proximidade das propriedades físicas de V. e halogênios, a capacidade dos halogênios de substituir V. em compostos orgânicos) dão razão para atribuir V. também ao grupo VII do sistema periódico (para mais detalhes, ver o sistema periódico de elementos). Em condições normais, o V. molecular é relativamente inativo, combinando-se diretamente apenas com os não-metais mais ativos (com flúor e à luz com cloro). No entanto, quando aquecido, reage com muitos elementos. O V. atômico tem atividade química aumentada em comparação com o V. molecular. V. forma água com oxigênio: H2 + 1/2O2 = H2O com a liberação de 285,937-103 J/mol, ou seja, 68,3174 kcal/mol de calor (a 25°C e 1 atm). Em temperaturas normais, a reação ocorre extremamente lentamente, acima de 550 ° C - com uma explosão. Os limites explosivos da mistura hidrogênio-oxigênio são (em volume) de 4 a 94% de H2, e a mistura hidrogênio-ar é de 4 a 74% de H2 (uma mistura de 2 volumes de H2 e 1 volume de O2 é chamada de explosiva gás). V. é usado para reduzir muitos metais, pois retira o oxigênio de seus óxidos:

CuO + H2 \u003d Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O, etc.
V. forma haletos de hidrogênio com halogênios, por exemplo:
H2 + Cl2 = 2HCl.

Ao mesmo tempo, explode com flúor (mesmo no escuro e a -252°C), reage com cloro e bromo apenas quando iluminado ou aquecido, e com iodo apenas quando aquecido. V. interage com nitrogênio para formar amônia: 3H2 + N2 = 2NH3 apenas em um catalisador e em temperaturas e pressões elevadas. Quando aquecido, V. reage vigorosamente com enxofre: H2 + S = H2S (sulfeto de hidrogênio), muito mais difícil com selênio e telúrio. V. pode reagir com carbono puro sem catalisador apenas em altas temperaturas: 2H2 + C (amorfo) = CH4 (metano). V. reage diretamente com alguns metais (álcalis, alcalinos terrosos, etc.), formando hidretos: H2 + 2Li = 2LiH. De grande importância prática são as reações de monóxido de carbono com monóxido de carbono, nas quais, dependendo da temperatura, pressão e catalisador, vários compostos orgânicos são formados, como HCHO, CH3OH e outros (ver Monóxido de carbono). Hidrocarbonetos insaturados reagem com hidrogênio, tornando-se saturados, por exemplo: CnH2n + H2 = CnH2n+2 (ver Hidrogenação).

O elemento químico mais comum no universo é o hidrogênio. Este é um tipo de ponto de referência, pois na tabela periódica seu número atômico é igual a um. A humanidade espera poder aprender mais sobre isso como um dos veículos mais possíveis no futuro. O hidrogênio é o elemento mais simples, mais leve e mais comum, é abundante em todos os lugares - setenta e cinco por cento da massa total da matéria. Está em qualquer estrela, especialmente muito hidrogênio em gigantes gasosos. Seu papel nas reações de fusão estelar é fundamental. Sem hidrogênio, não há água, o que significa que não há vida. Todo mundo se lembra que uma molécula de água contém um átomo de oxigênio, e dois átomos nela são hidrogênio. Esta é a bem conhecida fórmula H 2 O.

Como o usamos

O hidrogênio foi descoberto em 1766 por Henry Cavendish ao analisar a reação de oxidação de um metal. Após vários anos de observação, ele percebeu que no processo de queima de hidrogênio, a água é formada. Anteriormente, os cientistas isolavam esse elemento, mas não o consideravam independente. Em 1783, o hidrogênio recebeu o nome de hidrogênio (traduzido do grego "hidro" - água e "gene" - para dar à luz). O elemento que gera a água é o hidrogênio. É um gás cuja fórmula molecular é H 2 . Se a temperatura estiver próxima da temperatura ambiente e a pressão estiver normal, este elemento é imperceptível. O hidrogênio não pode nem ser captado pelos sentidos humanos - é insípido, incolor, inodoro. Mas sob pressão e a uma temperatura de -252,87 C (muito frio!) Esse gás se liquefaz. É assim que é armazenado, pois na forma de gás ocupa muito mais espaço. É o hidrogênio líquido que é usado como combustível de foguete.

O hidrogênio pode se tornar sólido, metálico, mas para isso é necessária uma pressão ultra-alta, e é isso que os cientistas, físicos e químicos mais proeminentes estão fazendo agora. Já agora este elemento serve como combustível alternativo para o transporte. Sua aplicação é semelhante ao funcionamento de um motor de combustão interna: quando o hidrogênio é queimado, grande parte de sua energia química é liberada. Um método para criar uma célula a combustível com base nela também foi praticamente desenvolvido: quando combinado com o oxigênio, ocorre uma reação e, através disso, são formadas água e eletricidade. É possível que o transporte em breve "troque" em vez de gasolina para hidrogênio - muitas montadoras estão interessadas em criar materiais combustíveis alternativos, e há alguns sucessos. Mas um motor puramente de hidrogênio ainda está no futuro, há muitas dificuldades. No entanto, as vantagens são tais que a criação de um tanque de combustível com hidrogênio sólido está em pleno andamento, e cientistas e engenheiros não vão recuar.

Informação básica

Hidrogênio (lat.) - hidrogênio, o primeiro número de série na tabela periódica, é designado H. O átomo de hidrogênio tem uma massa de 1,0079, é um gás que em condições normais não tem sabor, nem cheiro, nem cor. Químicos desde o século XVI descreveram um certo gás combustível, denotando-o de diferentes maneiras. Mas acabou para todos nas mesmas condições - quando o ácido age no metal. O hidrogênio, mesmo pelo próprio Cavendish, por muitos anos foi simplesmente chamado de "ar combustível". Somente em 1783, Lavoisier provou que a água tem uma composição complexa, por meio de síntese e análise, e quatro anos depois deu ao "ar combustível" seu nome moderno. A raiz desta palavra composta é amplamente utilizada quando é necessário nomear compostos de hidrogênio e quaisquer processos em que ele participe. Por exemplo, hidrogenação, hidreto e semelhantes. E o nome russo foi proposto em 1824 por M. Solovyov.

Na natureza, a distribuição deste elemento não tem igual. Na litosfera e hidrosfera da crosta terrestre, sua massa é de um por cento, mas os átomos de hidrogênio chegam a dezesseis por cento. A água mais comum na Terra e 11,19% em peso nela é o hidrogênio. Além disso, certamente está presente em quase todos os compostos que compõem o petróleo, carvão, todos os gases naturais, argila. Existe hidrogênio em todos os organismos de plantas e animais - na composição de proteínas, gorduras, ácidos nucléicos, carboidratos e assim por diante. O estado livre do hidrogênio não é típico e quase nunca ocorre - há muito pouco em gases naturais e vulcânicos. Uma quantidade muito insignificante de hidrogênio na atmosfera - 0,0001%, em termos de número de átomos. Por outro lado, fluxos inteiros de prótons representam hidrogênio no espaço próximo à Terra, que compõe o cinturão de radiação interno do nosso planeta.

Espaço

No espaço, nenhum elemento é tão comum quanto o hidrogênio. O volume de hidrogênio na composição dos elementos do Sol é mais da metade de sua massa. A maioria das estrelas forma hidrogênio na forma de plasma. A parte principal de vários gases das nebulosas e do meio interestelar também consiste em hidrogênio. Está presente em cometas, na atmosfera de vários planetas. Naturalmente, não em sua forma pura, seja como H 2 livre, ou como metano CH 4, ou como amônia NH 3, mesmo como água H 2 O. Muitas vezes existem radicais CH, NH, SiN, OH, PH e similares . Como um fluxo de prótons, o hidrogênio faz parte da radiação solar corpuscular e dos raios cósmicos.

No hidrogênio comum, uma mistura de dois isótopos estáveis ​​é o hidrogênio leve (ou prótio 1 H) e o hidrogênio pesado (ou deutério - 2 H ou D). Existem outros isótopos: trítio radioativo - 3 H ou T, caso contrário - hidrogênio superpesado. E também muito instável 4 N. Na natureza, um composto de hidrogênio contém isótopos em tais proporções: existem 6.800 átomos de prótio por átomo de deutério. O trítio é formado na atmosfera a partir do nitrogênio, que é afetado por nêutrons de raios cósmicos, mas insignificante. O que significam os números de massa dos isótopos? O número indica que o núcleo do prótio tem apenas um próton, enquanto o deutério não tem apenas um próton, mas também um nêutron no núcleo de um átomo. O trítio tem dois nêutrons no núcleo para um próton. Mas 4 N contém três nêutrons por próton. Portanto, as propriedades físicas e químicas dos isótopos de hidrogênio são muito diferentes em comparação com os isótopos de todos os outros elementos - a diferença de massas é muito grande.

Estrutura e propriedades físicas

Em termos de estrutura, o átomo de hidrogênio é o mais simples em comparação com todos os outros elementos: um núcleo - um elétron. Potencial de ionização - a energia de ligação do núcleo com o elétron - 13,595 elétron-volts (eV). É justamente pela simplicidade dessa estrutura que o átomo de hidrogênio é um modelo conveniente em mecânica quântica quando é necessário calcular os níveis de energia de átomos mais complexos. Na molécula de H 2 existem dois átomos que estão ligados por uma ligação covalente química. A energia de decaimento é muito alta. O hidrogênio atômico pode ser formado em reações químicas, como zinco e ácido clorídrico. No entanto, a interação com o hidrogênio praticamente não ocorre - o estado atômico do hidrogênio é muito curto, os átomos imediatamente se recombinam em moléculas de H 2.

Do ponto de vista físico, o hidrogênio é mais leve que todas as substâncias conhecidas - mais de quatorze vezes mais leve que o ar (lembre-se de voar em balões nos feriados - eles têm apenas hidrogênio dentro). No entanto, o hélio pode ferver, liquefazer, derreter, solidificar e apenas o hélio ferve e derrete a temperaturas mais baixas. É difícil liquefazer, você precisa de uma temperatura abaixo de -240 graus Celsius. Mas tem uma condutividade térmica muito alta. Quase não se dissolve em água, mas o metal interage perfeitamente com o hidrogênio - se dissolve em quase todos, o melhor de tudo no paládio (850 volumes são gastos em um volume de hidrogênio). O hidrogênio líquido é leve e fluido e, quando dissolvido em metais, muitas vezes destrói ligas devido à interação com o carbono (aço, por exemplo), difusão, descarbonização ocorre.

Propriedades quimicas

Nos compostos, na maioria das vezes, o hidrogênio mostra um estado de oxidação (valência) de +1, como o sódio e outros metais alcalinos. Ele é considerado como seu análogo, estando à frente do primeiro grupo do sistema Mendeleev. Mas o íon hidrogênio em hidretos metálicos é carregado negativamente, com um estado de oxidação de -1. Além disso, esse elemento está próximo aos halogênios, que são capazes até de substituí-lo em compostos orgânicos. Isso significa que o hidrogênio também pode ser atribuído ao sétimo grupo do sistema Mendeleev. Em condições normais, as moléculas de hidrogênio não diferem em atividade, combinando-se apenas com os não-metais mais ativos: é bom com flúor e, se for leve, com cloro. Mas quando aquecido, o hidrogênio se torna diferente - reage com muitos elementos. O hidrogênio atômico, comparado ao hidrogênio molecular, é muito ativo quimicamente, de modo que a água é formada em conexão com o oxigênio, e energia e calor são liberados ao longo do caminho. À temperatura ambiente, essa reação é muito lenta, mas quando aquecida acima de quinhentos e cinquenta graus, uma explosão é obtida.

O hidrogênio é usado para reduzir os metais, porque retira o oxigênio de seus óxidos. Com o flúor, o hidrogênio forma uma explosão mesmo no escuro e a menos duzentos e cinquenta e dois graus Celsius. O cloro e o bromo excitam o hidrogênio apenas quando aquecidos ou iluminados, e o iodo apenas quando aquecidos. O hidrogênio e o nitrogênio formam amônia (é assim que a maioria dos fertilizantes é feita). Quando aquecido, interage muito ativamente com o enxofre, e o sulfeto de hidrogênio é obtido. Com telúrio e selênio é difícil causar uma reação de hidrogênio, mas com carbono puro a reação ocorre em temperaturas muito altas, e metano é obtido. Com o monóxido de carbono, o hidrogênio forma vários compostos orgânicos, pressão, temperatura, catalisadores influenciam aqui, e tudo isso é de grande importância prática. Em geral, o papel do hidrogênio, assim como de seus compostos, é excepcionalmente grande, pois confere propriedades ácidas aos ácidos próticos. As ligações de hidrogênio são formadas com muitos elementos, afetando as propriedades de compostos inorgânicos e orgânicos.

Obtendo e usando

O hidrogênio é obtido em escala industrial a partir de gases naturais - combustíveis, coqueria, gases de refino de petróleo. Também pode ser obtido por eletrólise onde a eletricidade não é muito cara. No entanto, o método mais importante de produção de hidrogênio é a reação catalítica de hidrocarbonetos, principalmente metano, com vapor de água, quando a conversão é obtida. O método de oxidação de hidrocarbonetos com oxigênio também é amplamente utilizado. A extração de hidrogênio do gás natural é a forma mais barata. Os outros dois são o uso de gás de coqueria e gás de refinaria - o hidrogênio é liberado quando os outros componentes são liquefeitos. Eles são mais facilmente liquefeitos e, para o hidrogênio, como lembramos, você precisa de -252 graus.

O peróxido de hidrogênio é muito popular. O tratamento com esta solução é usado com muita frequência. É improvável que a fórmula molecular H 2 O 2 seja nomeada por todos aqueles milhões de pessoas que querem ser loiras e clarear seus cabelos, bem como por aqueles que amam a limpeza na cozinha. Mesmo aqueles que tratam arranhões ao brincar com um gatinho muitas vezes não percebem que estão usando tratamento com hidrogênio. Mas todos conhecem a história: desde 1852, o hidrogênio é usado na aeronáutica há muito tempo. O dirigível inventado por Henry Giffard foi baseado em hidrogênio. Eles eram chamados de zepelins. Os zepelins foram forçados a sair do céu pelo rápido desenvolvimento da construção de aeronaves. Em 1937, houve um grande acidente quando o dirigível Hindenburg pegou fogo. Após este incidente, os zepelins nunca mais foram usados. Mas no final do século XVIII, a distribuição de balões cheios de hidrogênio era onipresente. Além da produção de amônia, hoje o hidrogênio é necessário para a fabricação de álcool metílico e outros álcoois, gasolina, óleo combustível pesado hidrogenado e combustíveis sólidos. Você não pode ficar sem hidrogênio ao soldar, ao cortar metais - pode ser oxigênio-hidrogênio e hidrogênio atômico. E o trítio e o deutério dão vida à energia nuclear. Isso, como lembramos, isótopos de hidrogênio.

Neumyvakin

O hidrogênio como elemento químico é tão bom que não poderia deixar de ter seus próprios fãs. Ivan Pavlovich Neumyvakin - doutor em ciências médicas, professor, laureado do Prêmio Estadual e muitos outros títulos e prêmios, entre eles. Como doutor em medicina tradicional, foi nomeado o melhor curandeiro da Rússia. Foi ele quem desenvolveu muitos métodos e princípios de prestação de cuidados médicos aos astronautas em voo. Foi ele quem criou um hospital único - um hospital a bordo de uma nave espacial. Ao mesmo tempo, era o coordenador estadual da direção de medicina estética. Espaço e cosméticos. Sua paixão pelo hidrogênio não visa ganhar muito dinheiro, como é agora o caso da medicina doméstica, mas, ao contrário, ensinar as pessoas a curar qualquer coisa, literalmente um remédio barato, sem visitas adicionais às farmácias.

Ele promove o tratamento com um medicamento que está presente em literalmente todos os lares. Isso é peróxido de hidrogênio. Você pode criticar Neumyvakin o quanto quiser, ele ainda insistirá: sim, de fato, literalmente tudo pode ser curado com peróxido de hidrogênio, porque satura as células internas do corpo com oxigênio, destrói toxinas, normaliza ácido e alcalino equilíbrio, e a partir daqui os tecidos são regenerados, todo o corpo é rejuvenescido. Ninguém ainda viu ninguém curado com peróxido de hidrogênio, muito menos examinado, mas Neumyvakin afirma que, usando este remédio, você pode se livrar completamente de doenças virais, bacterianas e fúngicas, prevenir o desenvolvimento de tumores e aterosclerose, derrotar a depressão, rejuvenescer o corpo e nunca fique doente com SARS e resfriados.

Panaceia

Ivan Pavlovich tem certeza de que, com o uso adequado deste medicamento simples e com todas as instruções simples, você pode derrotar muitas doenças, incluindo as muito graves. A lista deles é enorme: de doença periodontal e amigdalite a infarto do miocárdio, acidente vascular cerebral e diabetes. ninharias como sinusite ou osteocondrose voam para longe das primeiras sessões de tratamento. Até os tumores cancerígenos se assustam e fogem do peróxido de hidrogênio, porque o sistema imunológico é estimulado, a vida do corpo e suas defesas são ativadas.

Até as crianças podem ser tratadas dessa maneira, exceto que é melhor que as mulheres grávidas se abstenham de usar peróxido de hidrogênio por enquanto. Este método também não é recomendado para pessoas com órgãos transplantados devido à possível incompatibilidade tecidual. A dosagem deve ser rigorosamente observada: de uma gota a dez, adicionando uma a cada dia. Três vezes ao dia (trinta gotas de uma solução de três por cento de peróxido de hidrogênio por dia, uau!) meia hora antes das refeições. Você pode inserir a solução por via intravenosa e sob a supervisão de um médico. Às vezes, o peróxido de hidrogênio é combinado para um efeito mais eficaz com outras drogas. Dentro da solução é usada apenas na forma diluída - com água limpa.

Externamente

Compressas e lavagens eram muito populares mesmo antes de o professor Neumyvakin criar seus métodos. Todo mundo sabe que, assim como as compressas de álcool, o peróxido de hidrogênio não pode ser usado em sua forma pura, porque resultarão em queimaduras nos tecidos, mas as verrugas ou infecções fúngicas são lubrificadas localmente e com uma solução forte - até quinze por cento.

Com erupções cutâneas, com dores de cabeça, também são realizados procedimentos nos quais o peróxido de hidrogênio está envolvido. A compressa deve ser feita com um pano de algodão embebido em uma solução de duas colheres de chá de água oxigenada a três por cento e cinquenta miligramas de água pura. Cubra o tecido com papel alumínio e enrole com lã ou uma toalha. A duração da compressa é de um quarto de hora a uma hora e meia de manhã e à noite até a recuperação.

opinião dos médicos

As opiniões estão divididas, nem todos admiram as propriedades do peróxido de hidrogênio, além disso, eles não apenas não acreditam nelas, como riem delas. Entre os médicos há aqueles que apoiaram Neumyvakin e até pegaram o desenvolvimento de sua teoria, mas são minoria. A maioria dos médicos considera esse plano de tratamento não apenas ineficaz, mas muitas vezes fatal.

De fato, ainda não há oficialmente um único caso comprovado em que um paciente seria curado com peróxido de hidrogênio. Ao mesmo tempo, não há informações sobre a deterioração da saúde em relação ao uso desse método. Mas perde-se um tempo precioso, e uma pessoa que contraiu uma das doenças graves e confiou completamente na panacéia de Neumyvakin corre o risco de se atrasar para o início de seu verdadeiro tratamento tradicional.

O hidrogênio é um elemento químico com símbolo H e número atômico 1. Com um peso atômico padrão de cerca de 1,008, o hidrogênio é o elemento mais leve da tabela periódica. Sua forma monoatômica (H) é a substância química mais abundante no universo, representando aproximadamente 75% da massa total de um bárion. As estrelas são compostas principalmente de hidrogênio no estado de plasma. O isótopo mais comum do hidrogênio, chamado prótio (este nome é raramente usado, símbolo 1H), tem um próton e nenhum nêutron. O aparecimento generalizado do hidrogênio atômico ocorreu pela primeira vez na era da recombinação. Em temperaturas e pressões padrão, o hidrogênio é um gás diatômico incolor, inodoro, insípido, não tóxico, não metálico e inflamável com a fórmula molecular H2. Como o hidrogênio forma prontamente ligações covalentes com a maioria dos elementos não metálicos, a maior parte do hidrogênio na Terra existe em formas moleculares, como água ou compostos orgânicos. O hidrogênio desempenha um papel particularmente importante nas reações ácido-base porque a maioria das reações ácido-base envolvem a troca de prótons entre moléculas solúveis. Em compostos iônicos, o hidrogênio pode assumir a forma de uma carga negativa (isto é, ânion) e é conhecido como um hidreto, ou como uma espécie carregada positivamente (isto é, cátion), denotada pelo símbolo H+. O cátion de hidrogênio é descrito como sendo composto de um próton simples, mas os cátions de hidrogênio reais em compostos iônicos são sempre mais complexos. Como o único átomo neutro para o qual a equação de Schrödinger pode ser resolvida analiticamente, o hidrogênio (ou seja, o estudo da energia e da ligação de seu átomo) desempenhou um papel fundamental no desenvolvimento da mecânica quântica. O gás hidrogênio foi produzido pela primeira vez artificialmente no início do século 16 pela reação de ácidos com metais. Em 1766-81. Henry Cavendish foi o primeiro a reconhecer que o gás hidrogênio é uma substância discreta e que produz água quando queimado, daí seu nome: hidrogênio em grego significa "produtor de água". A produção industrial de hidrogênio está associada principalmente à conversão a vapor do gás natural e, menos frequentemente, a métodos mais intensivos em energia, como a eletrólise da água. A maior parte do hidrogênio é usada perto de onde é produzido, sendo os dois usos mais comuns o processamento de combustível fóssil (por exemplo, hidrocraqueamento) e a produção de amônia, principalmente para o mercado de fertilizantes. O hidrogênio é uma preocupação na metalurgia porque pode quebrar muitos metais, dificultando o projeto de tubulações e tanques de armazenamento.

Propriedades

Combustão

O gás hidrogênio (di-hidrogênio ou hidrogênio molecular) é um gás inflamável que queima no ar em uma ampla faixa de concentrações de 4% a 75% em volume. A entalpia de combustão é 286 kJ/mol:

2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

O gás hidrogênio forma misturas explosivas com o ar em concentrações de 4-74% e com cloro em concentrações de até 5,95%. As reações explosivas podem ser causadas por faíscas, calor ou luz solar. A temperatura de autoignição do hidrogênio, a temperatura de ignição espontânea no ar, é de 500°C (932°F). Chamas de hidrogênio-oxigênio puro emitem radiação ultravioleta e com uma alta mistura de oxigênio são quase invisíveis a olho nu, como evidenciado pela fraca pluma do motor principal do Space Shuttle em comparação com a pluma altamente visível do foguete sólido do Space Shuttle, que usa um composto de perclorato de amônio. Um detector de chamas pode ser necessário para detectar um vazamento de hidrogênio em chamas; tais vazamentos podem ser muito perigosos. A chama do hidrogênio sob outras condições é azul e se assemelha à chama azul do gás natural. O naufrágio do dirigível "Hindenburg" é um exemplo notório de queima de hidrogênio, e o caso ainda está em discussão. A chama laranja visível neste incidente foi causada pela exposição a uma mistura de hidrogênio e oxigênio combinado com compostos de carbono da pele do dirigível. H2 reage com cada elemento oxidante. O hidrogênio pode reagir espontaneamente à temperatura ambiente com cloro e flúor para formar os correspondentes haletos de hidrogênio, cloreto de hidrogênio e fluoreto de hidrogênio, que também são ácidos potencialmente perigosos.

Níveis de energia eletrônica

O nível de energia do estado fundamental de um elétron em um átomo de hidrogênio é -13,6 eV, que é equivalente a um fóton ultravioleta com um comprimento de onda de cerca de 91 nm. Os níveis de energia do hidrogênio podem ser calculados com bastante precisão usando o modelo de Bohr do átomo, que conceitua o elétron como um próton "orbital", semelhante à órbita do Sol da Terra. No entanto, o elétron atômico e o próton são mantidos juntos pela força eletromagnética, enquanto os planetas e os objetos celestes são mantidos juntos pela gravidade. Devido à discretização do momento angular postulada na mecânica quântica inicial por Bohr, o elétron no modelo de Bohr só pode ocupar certas distâncias permitidas do próton e, portanto, apenas certas energias permitidas. Uma descrição mais precisa do átomo de hidrogênio vem de um tratamento puramente mecânico quântico que usa a equação de Schrödinger, a equação de Dirac ou mesmo o circuito integrado de Feynman para calcular a distribuição de densidade de probabilidade de um elétron em torno de um próton. Os métodos de processamento mais complexos permitem obter pequenos efeitos de relatividade especial e polarização do vácuo. Na usinagem quântica, o elétron no átomo de hidrogênio no estado fundamental não tem torque, ilustrando como uma "órbita planetária" difere do movimento de um elétron.

Formas moleculares elementares

Existem dois isômeros de spin diferentes de moléculas de hidrogênio diatômicas que diferem no spin relativo de seus núcleos. Na forma orto-hidrogênio, os spins dos dois prótons são paralelos e formam um estado tripleto com número quântico de spin molecular 1 (1/2 + 1/2); na forma de para-hidrogênio, os spins são antiparalelos e formam um singleto com um número quântico de spin molecular de 0 (1/2 1/2). À temperatura e pressão padrão, o gás hidrogênio contém cerca de 25% da forma para e 75% da forma orto, também conhecida como "forma normal". A razão de equilíbrio de ortohidrogênio para parahidrogênio depende da temperatura, mas como a forma orto é um estado excitado e tem uma energia mais alta que a forma para, ela é instável e não pode ser purificada. Em temperaturas muito baixas, o estado de equilíbrio consiste quase exclusivamente na forma para. As propriedades térmicas das fases líquida e gasosa do para-hidrogênio puro diferem significativamente daquelas da forma normal devido a diferenças nas capacidades de calor rotacional, o que é discutido com mais detalhes nos isômeros de spin do hidrogênio. A distinção orto/par também ocorre em outras moléculas contendo hidrogênio ou grupos funcionais, como água e metileno, mas isso é pouco significativo para suas propriedades térmicas. A interconversão não catalisada entre para e orto H2 aumenta com o aumento da temperatura; assim, o H2 rapidamente condensado contém grandes quantidades da forma ortogonal de alta energia, que é convertida muito lentamente para a forma para. A razão orto/para em H2 condensado é um fator importante na preparação e armazenamento de hidrogênio líquido: a conversão de orto em para é exotérmica e fornece calor suficiente para vaporizar parte do hidrogênio líquido, resultando na perda de material liquefeito. Catalisadores para conversão orto-para, como óxido de ferro, carvão ativado, amianto platinado, terras raras, compostos de urânio, óxido de cromo ou alguns compostos de níquel são usados ​​no resfriamento de hidrogênio.

Fases

Gás hidrogênio

hidrogênio líquido

lodo de hidrogênio

hidrogênio sólido

hidrogênio metálico

Conexões

Compostos covalentes e orgânicos

Embora o H2 não seja muito reativo em condições padrão, ele forma compostos com a maioria dos elementos. O hidrogênio pode formar compostos com elementos mais eletronegativos, como halogênios (por exemplo, F, Cl, Br, I) ou oxigênio; nesses compostos, o hidrogênio assume uma carga parcial positiva. Quando ligado ao flúor, oxigênio ou nitrogênio, o hidrogênio pode participar na forma de uma ligação não covalente de força média com o hidrogênio de outras moléculas semelhantes, um fenômeno chamado ligação de hidrogênio, que é fundamental para a estabilidade de muitas moléculas biológicas. O hidrogênio também forma compostos com elementos menos eletronegativos, como metais e metalóides, onde assume uma carga parcial negativa. Estes compostos são frequentemente conhecidos como hidretos. O hidrogênio forma uma grande variedade de compostos com carbono, chamados hidrocarbonetos, e uma variedade ainda maior de compostos com heteroátomos, que, devido à sua associação comum com os seres vivos, são chamados compostos orgânicos. O estudo de suas propriedades é uma preocupação da química orgânica, e seu estudo no contexto dos organismos vivos é conhecido como bioquímica. Por algumas definições, os compostos "orgânicos" devem conter apenas carbono. No entanto, a maioria também contém hidrogênio e, como é a ligação carbono-hidrogênio que dá a essa classe de compostos muitas de suas características químicas específicas, as ligações carbono-hidrogênio são necessárias em algumas definições da palavra "orgânico" em química. Milhões de hidrocarbonetos são conhecidos e geralmente são formados por vias sintéticas complexas que raramente envolvem hidrogênio elementar.

hidretos

Os compostos de hidrogênio são freqüentemente chamados de hidretos. O termo "hidreto" sugere que o átomo de H adquiriu um caráter negativo ou aniônico, denominado H-, e é usado quando o hidrogênio forma um composto com um elemento mais eletropositivo. A existência de um ânion hidreto, proposta por Gilbert N. Lewis em 1916 para hidretos contendo sais dos grupos 1 e 2, foi demonstrada por Moers em 1920 pela eletrólise do hidreto de lítio fundido (LiH), produzindo uma quantidade estequiométrica de hidrogênio por ânodo. Para hidretos que não sejam metais dos grupos 1 e 2, o termo é enganoso, dada a baixa eletronegatividade do hidrogênio. Uma exceção nos hidretos do grupo 2 é o BeH2, que é polimérico. No hidreto de alumínio e lítio, o ânion AlH-4 carrega centros de hidreto firmemente ligados ao Al(III). Embora os hidretos possam se formar em quase todos os elementos do grupo principal, o número e a combinação de compostos possíveis variam muito; por exemplo, mais de 100 hidretos de borano binários e apenas um hidreto de alumínio binário são conhecidos. O hidreto de índio binário ainda não foi identificado, embora existam grandes complexos. Na química inorgânica, os hidretos também podem servir como ligantes de ponte que ligam dois centros metálicos em um complexo de coordenação. Esta função é especialmente característica de elementos do grupo 13, especialmente em boranos (hidretos de boro) e complexos de alumínio, bem como em carboranos agrupados.

prótons e ácidos

A oxidação do hidrogênio remove seu elétron e dá H+, que não contém elétrons nem núcleo, que geralmente consiste em um único próton. É por isso que o H+ é frequentemente chamado de próton. Essa visão é central para a discussão dos ácidos. De acordo com a teoria de Bronsted-Lowry, ácidos são doadores de prótons e bases são receptores de prótons. O próton nu, H+, não pode existir em solução ou em cristais iônicos por causa de sua atração irresistível por outros átomos ou moléculas com elétrons. Exceto pelas altas temperaturas associadas ao plasma, esses prótons não podem ser removidos das nuvens eletrônicas de átomos e moléculas e permanecerão ligados a eles. No entanto, o termo "próton" às vezes é usado metaforicamente para se referir a hidrogênio catiônico ou carregado positivamente ligado a outras espécies dessa maneira e, como tal, é designado "H +" sem qualquer significado de que qualquer próton individual exista livremente como espécie. Para evitar o aparecimento de um "próton solvatado" nu em solução, às vezes se pensa que soluções aquosas ácidas contêm uma espécie fictícia menos improvável chamada "íon hidrônio" (H 3 O+). No entanto, mesmo neste caso, tais cátions de hidrogênio solvatados são percebidos mais realisticamente como aglomerados organizados que formam espécies próximas a H 9O+4. Outros íons oxônio são encontrados quando a água está em uma solução ácida com outros solventes. Apesar de ser exótico na Terra, um dos íons mais comuns no universo é o H+3, conhecido como hidrogênio molecular protonado ou cátion tri-hidrogênio.

isótopos

O hidrogênio tem três isótopos naturais, designados 1H, 2H e 3H. Outros núcleos altamente instáveis ​​(4H a 7H) foram sintetizados em laboratório, mas não foram observados na natureza. 1H é o isótopo mais comum de hidrogênio, com uma abundância de mais de 99,98%. Como o núcleo desse isótopo consiste em apenas um próton, ele recebe o nome formal descritivo, mas raramente usado, de protium. 2H, o outro isótopo estável de hidrogênio, é conhecido como deutério e contém um próton e um nêutron no núcleo. Acredita-se que todo o deutério do universo foi produzido durante o Big Bang e existe desde aquela época até agora. O deutério não é um elemento radioativo e não apresenta um risco de toxicidade significativo. A água enriquecida em moléculas que incluem deutério em vez de hidrogênio normal é chamada de água pesada. O deutério e seus compostos são usados ​​como um marcador não radioativo em experimentos químicos e em solventes para espectroscopia de 1H-RMN. A água pesada é usada como moderador de nêutrons e refrigerante para reatores nucleares. O deutério também é um combustível potencial para a fusão nuclear comercial. 3H é conhecido como trítio e contém um próton e dois nêutrons no núcleo. É radioativo, decaindo em hélio-3 via decaimento beta com meia-vida de 12,32 anos. É tão radioativo que pode ser usado em tintas luminosas, sendo útil na confecção de relógios com mostradores luminosos, por exemplo. O vidro evita que uma pequena quantidade de radiação escape. Uma pequena quantidade de trítio é produzida naturalmente pela interação dos raios cósmicos com os gases atmosféricos; O trítio também foi liberado durante os testes de armas nucleares. É usado em reações de fusão nuclear como um indicador de geoquímica de isótopos e em dispositivos de iluminação auto-alimentados especializados. O trítio também tem sido usado em experimentos de marcação química e biológica como marcador radioativo. O hidrogênio é o único elemento que tem nomes diferentes para seus isótopos que são de uso comum hoje. Durante o estudo inicial da radioatividade, vários isótopos radioativos pesados ​​receberam seus próprios nomes, mas esses nomes não são mais usados, com exceção de deutério e trítio. Os símbolos D e T (em vez de 2H e 3H) às vezes são usados ​​para deutério e trítio, mas o símbolo correspondente para prótio P já é usado para fósforo e, portanto, não está disponível para prótio. Em suas diretrizes de nomenclatura, a União Internacional de Química Pura e Aplicada permite que qualquer um dos símbolos de D, T, 2H e 3H seja usado, embora 2H e 3H sejam preferidos. O átomo exótico muônio (símbolo Mu), consistindo de um antimúon e um elétron, às vezes também é considerado um radioisótopo leve de hidrogênio devido à diferença de massa entre o antimúon e o elétron, que foi descoberto em 1960. Durante o tempo de vida do múon, 2,2 μs, o muônio pode entrar em compostos como cloreto de muônio (MuCl) ou muoneto de sódio (NaMu), de forma semelhante ao cloreto de hidrogênio e hidreto de sódio, respectivamente.

História

Descoberta e uso

Em 1671, Robert Boyle descobriu e descreveu a reação entre limalha de ferro e ácidos diluídos que resulta em gás hidrogênio. Em 1766, Henry Cavendish foi o primeiro a reconhecer o gás hidrogênio como uma substância discreta, nomeando o gás "ar inflamável" por causa da reação metal-ácido. Ele sugeriu que o "ar inflamável" era de fato idêntico a uma substância hipotética chamada "flogisto" e descobriu novamente em 1781 que o gás produzia água quando queimado. Acredita-se que foi ele quem descobriu o hidrogênio como elemento. Em 1783, Antoine Lavoisier deu ao elemento o nome de hidrogênio (do grego ὑδρο-hydro que significa "água" e -γενής genes que significa "criador") quando ele e Laplace reproduziram os dados de Cavendish de que a água era formada quando o hidrogênio era queimado. Lavoisier produziu hidrogênio para seus experimentos de conservação de massa, reagindo uma corrente de vapor com ferro metálico através de uma lâmpada incandescente aquecida no fogo. A oxidação anaeróbica do ferro pelos prótons da água em alta temperatura pode ser representada esquematicamente por um conjunto das seguintes reações:

Fe + H2O → FeO + H2

2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

Muitos metais, como o zircônio, sofrem uma reação semelhante com a água para produzir hidrogênio. O hidrogênio foi liquefeito pela primeira vez por James Dewar em 1898 usando refrigeração regenerativa e sua invenção, o balão a vácuo. No ano seguinte, ele produziu hidrogênio sólido. O deutério foi descoberto em dezembro de 1931 por Harold Uray e o trítio foi preparado em 1934 por Ernest Rutherford, Mark Oliphant e Paul Harteck. A água pesada, que é composta de deutério em vez de hidrogênio comum, foi descoberta pelo grupo de Yurey em 1932. François Isaac de Rivaz construiu o primeiro motor "Rivaz", um motor de combustão interna movido a hidrogênio e oxigênio, em 1806. Edward Daniel Clark inventou o tubo de gás hidrogênio em 1819. O aço de Döbereiner (o primeiro isqueiro completo) foi inventado em 1823. O primeiro balão de hidrogênio foi inventado por Jacques Charles em 1783. O hidrogênio proporcionou o surgimento da primeira forma confiável de tráfego aéreo após a invenção de Henri Giffard do primeiro dirigível movido a hidrogênio em 1852. O conde alemão Ferdinand von Zeppelin promoveu a ideia de aeronaves rígidas levantadas no ar por hidrogênio, que mais tarde foram chamadas de Zeppelins; o primeiro deles voou pela primeira vez em 1900. Os voos regulares começaram em 1910 e, com a eclosão da Primeira Guerra Mundial, em agosto de 1914, eles transportaram 35.000 passageiros sem grandes incidentes. Durante a guerra, aeronaves de hidrogênio foram usadas como plataformas de observação e bombardeiros. O primeiro voo transatlântico sem escalas foi feito pelo dirigível britânico R34 em 1919. O serviço regular de passageiros foi retomado na década de 1920 e a descoberta de reservas de hélio nos Estados Unidos deveria melhorar a segurança da aviação, mas o governo dos EUA se recusou a vender gás para esse fim, então o H2 foi usado no dirigível Hindenburg, que foi destruído no Incêndio em Milão em Nova Jersey em 6 de maio de 1937. O incidente foi transmitido ao vivo pelo rádio e gravado em vídeo. Foi amplamente assumido que a causa da ignição foi um vazamento de hidrogênio, no entanto, pesquisas posteriores indicam que o revestimento de tecido aluminizado foi inflamado por eletricidade estática. Mas a essa altura, a reputação do hidrogênio como gás de elevação já havia sido prejudicada. Nesse mesmo ano, o primeiro turbogerador refrigerado a hidrogênio com gás hidrogênio como refrigerante no rotor e estator entrou em operação em 1937 em Dayton, Ohio, pela Dayton Power & Light Co; devido à condutividade térmica do gás hidrogênio, é o gás mais comum para uso neste campo hoje. A bateria de níquel-hidrogênio foi usada pela primeira vez em 1977 a bordo do US Navigation Technology Satellite 2 (NTS-2). O ISS, Mars Odyssey e Mars Global Surveyor estão equipados com baterias de níquel-hidrogênio. Na parte escura de sua órbita, o Telescópio Espacial Hubble também é alimentado por baterias de níquel-hidrogênio, que foram finalmente substituídas em maio de 2009, mais de 19 anos após o lançamento e 13 anos após terem sido projetadas.

Papel na teoria quântica

Por causa de sua estrutura atômica simples de apenas um próton e um elétron, o átomo de hidrogênio, juntamente com o espectro de luz criado ou absorvido por ele, tem sido central para o desenvolvimento da teoria da estrutura atômica. Além disso, o estudo da correspondente simplicidade da molécula de hidrogênio e do cátion H+2 correspondente levou a uma compreensão da natureza da ligação química, que logo se seguiu ao tratamento físico do átomo de hidrogênio na mecânica quântica em meados de 2020. Um dos primeiros efeitos quânticos que foi claramente observado (mas não compreendido naquela época) foi a observação de Maxwell envolvendo o hidrogênio meio século antes de haver uma teoria da mecânica quântica completa. Maxwell observou que a capacidade de calor específico do H2 se afasta irreversivelmente de um gás diatômico abaixo da temperatura ambiente e começa a se assemelhar cada vez mais à capacidade de calor específico de um gás monoatômico em temperaturas criogênicas. De acordo com a teoria quântica, esse comportamento decorre do espaçamento dos níveis de energia rotacional (quantizados), que são especialmente amplamente espaçados em H2 devido à sua baixa massa. Esses níveis amplamente espaçados impedem uma divisão igual da energia térmica em movimento rotacional no hidrogênio em baixas temperaturas. Gases de diatomáceas, que são compostos de átomos mais pesados, não possuem níveis tão espaçados e não exibem o mesmo efeito. O anti-hidrogênio é o análogo antimaterial do hidrogênio. Consiste em um antipróton com um pósitron. O anti-hidrogênio é o único tipo de átomo de antimatéria que foi obtido a partir de 2015.

Estar na natureza

O hidrogênio é o elemento químico mais abundante no universo, constituindo 75% da matéria normal em massa e mais de 90% em número de átomos. (A maior parte da massa do universo, no entanto, não está na forma desse elemento químico, mas acredita-se que tenha formas de massa ainda não descobertas, como matéria escura e energia escura.) Esse elemento é encontrado em grande abundância nas estrelas e gigantes gasosos. Nuvens moleculares H2 estão associadas à formação de estrelas. O hidrogênio desempenha um papel vital na ativação das estrelas através da reação próton-próton e da fusão nuclear do ciclo CNO. Em todo o mundo, o hidrogênio ocorre principalmente nos estados atômico e plasmático com propriedades bastante diferentes das do hidrogênio molecular. Como um plasma, o elétron e o próton do hidrogênio não estão ligados, resultando em condutividade elétrica muito alta e alta emissividade (gerando luz do Sol e de outras estrelas). Partículas carregadas são fortemente afetadas por campos magnéticos e elétricos. Por exemplo, no vento solar, eles interagem com a magnetosfera da Terra, criando as correntes de Birkeland e a aurora. O hidrogênio está em um estado atômico neutro no meio interestelar. Acredita-se que a grande quantidade de hidrogênio neutro encontrado em sistemas Liman-alfa evanescentes domine a densidade cosmológica de bárions do Universo até o redshift z = 4. Sob condições normais na Terra, o hidrogênio elementar existe como um gás diatômico, H2. No entanto, o gás hidrogênio é muito raro na atmosfera da Terra (1 ppm em volume) devido ao seu peso leve, o que permite que ele desafie a gravidade da Terra com mais facilidade do que os gases mais pesados. No entanto, o hidrogênio é o terceiro elemento mais abundante na superfície da Terra, existindo principalmente na forma de compostos químicos como hidrocarbonetos e água. O gás hidrogênio é produzido por algumas bactérias e algas e é um componente natural da flauta, assim como o metano, que é uma fonte cada vez mais significativa de hidrogênio. Uma forma molecular chamada hidrogênio molecular protonado (H+3) é encontrada no meio interestelar, onde é gerada pela ionização do hidrogênio molecular dos raios cósmicos. Este íon carregado também foi observado na atmosfera superior do planeta Júpiter. O íon é relativamente estável no ambiente devido à sua baixa temperatura e densidade. H+3 é um dos íons mais abundantes no universo e desempenha um papel de destaque na química do meio interestelar. O hidrogênio triatômico neutro H3 pode existir apenas na forma excitada e é instável. Em contraste, o íon de hidrogênio molecular positivo (H+2) é uma molécula rara no universo.

Produção de hidrogênio

O H2 é produzido em laboratórios químicos e biológicos, muitas vezes como subproduto de outras reações; na indústria para a hidrogenação de substratos insaturados; e na natureza como meio de deslocar equivalentes redutores em reações bioquímicas.

Reforma a vapor

O hidrogênio pode ser produzido de várias maneiras, mas economicamente os processos mais importantes envolvem a remoção de hidrogênio de hidrocarbonetos, já que cerca de 95% da produção de hidrogênio em 2000 veio da reforma a vapor. Comercialmente, grandes volumes de hidrogênio são normalmente produzidos pela reforma a vapor do gás natural. Em altas temperaturas (1000-1400 K, 700-1100 °C ou 1300-2000 °F) o vapor (vapor) reage com o metano para produzir monóxido de carbono e H2.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Essa reação funciona melhor em baixas pressões, mas ainda pode ser realizada em altas pressões (2,0 MPa, 20 atm ou 600 polegadas de mercúrio). Isso ocorre porque o H2 de alta pressão é o produto mais popular e os sistemas de limpeza de superaquecimento pressurizado têm melhor desempenho em pressões mais altas. A mistura de produtos é conhecida como "gás de síntese" porque muitas vezes é usada diretamente para produzir metanol e compostos relacionados. Hidrocarbonetos diferentes do metano podem ser usados ​​para produzir gás de síntese com várias proporções de produto. Uma das muitas complicações desta tecnologia altamente otimizada é a formação de coque ou carbono:

CH4 → C + 2 H2

Portanto, a reforma a vapor geralmente usa um excesso de H2O. Hidrogênio adicional pode ser recuperado do vapor usando monóxido de carbono por meio de uma reação de deslocamento de água e gás, especialmente usando um catalisador de óxido de ferro. Esta reação também é uma fonte industrial comum de dióxido de carbono:

CO + H2O → CO2 + H2

Outros métodos importantes para H2 incluem a oxidação parcial de hidrocarbonetos:

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

E a reação do carvão, que pode servir de prelúdio para a reação de deslocamento descrita acima:

C + H2O → CO + H2

Às vezes, o hidrogênio é produzido e consumido no mesmo processo industrial, sem separação. No processo Haber para a produção de amônia, o hidrogênio é gerado a partir do gás natural. A eletrólise da solução salina para produzir cloro também produz hidrogênio como subproduto.

ácido metálico

No laboratório, o H2 geralmente é feito pela reação de ácidos não oxidantes diluídos com certos metais reativos, como o zinco, com um aparelho Kipp.

Zn + 2H + → Zn2 + + H2

O alumínio também pode produzir H2 quando tratado com bases:

2 Al + 6 H2O + 2 OH- → 2 Al (OH) -4 + 3 H2

A eletrólise da água é uma maneira simples de produzir hidrogênio. Uma corrente de baixa tensão flui através da água e o gás oxigênio é gerado no ânodo, enquanto o gás hidrogênio é gerado no cátodo. Normalmente, o cátodo é feito de platina ou outro metal inerte na produção de hidrogênio para armazenamento. Se, no entanto, o gás for queimado in situ, a presença de oxigênio é desejável para promover a combustão e, portanto, ambos os eletrodos serão feitos de metais inertes. (Por exemplo, o ferro oxida e, portanto, reduz a quantidade de oxigênio liberada). A eficiência máxima teórica (eletricidade utilizada em relação ao valor energético do hidrogênio produzido) está na faixa de 80-94%.

2 H2O (L) → 2 H2 (g) + O2 (g)

Uma liga de alumínio e gálio na forma de grânulos adicionados à água pode ser usada para produzir hidrogênio. Esse processo também produz alumina, mas o caro gálio, que evita a formação de película de óxido nos pellets, pode ser reutilizado. Isso tem implicações potenciais importantes para a economia do hidrogênio, uma vez que o hidrogênio pode ser produzido localmente e não precisa ser transportado.

Propriedades termoquímicas

Existem mais de 200 ciclos termoquímicos que podem ser usados ​​para separar a água, cerca de uma dúzia desses ciclos, como o ciclo do óxido de ferro, o ciclo do óxido de cério (IV), o ciclo do óxido de cério (III), o ciclo do óxido de zinco-zinco ciclo, o ciclo do iodo sulfuroso, o ciclo do cobre e o ciclo híbrido de cloro e enxofre estão sob pesquisa e testes para produzir hidrogênio e oxigênio a partir de água e calor sem o uso de eletricidade. Vários laboratórios (incluindo os da França, Alemanha, Grécia, Japão e EUA) estão desenvolvendo métodos termoquímicos para a produção de hidrogênio a partir da energia solar e da água.

Corrosão anaeróbica

Sob condições anaeróbicas, as ligas de ferro e aço são oxidadas lentamente por prótons de água enquanto são reduzidas em hidrogênio molecular (H2). A corrosão anaeróbica do ferro leva primeiro à formação de hidróxido de ferro (ferrugem verde) e pode ser descrita pela seguinte reação: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. Por sua vez, sob condições anaeróbicas, o hidróxido de ferro (Fe (OH) 2) pode ser oxidado por prótons da água para formar magnetita e hidrogênio molecular. Este processo é descrito pela reação de Shikorra: 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 hidróxido de ferro → magnésio + água + hidrogênio. A magnetita bem cristalizada (Fe3O4) é termodinamicamente mais estável que o hidróxido de ferro (Fe(OH)2). Este processo ocorre durante a corrosão anaeróbica de ferro e aço em águas subterrâneas anóxicas e quando os solos são recuperados abaixo do lençol freático.

Origem geológica: reação de serpentinização

Na ausência de oxigênio (O2) em condições geológicas profundas prevalecendo longe da atmosfera terrestre, o hidrogênio (H2) é formado durante a serpentinização por oxidação anaeróbica por prótons de água (H+) de silicato de ferro (Fe2+) presente na rede cristalina da faialita ( Fe2SiO4, glândula olivina minal). A reação correspondente que leva à formação de magnetita (Fe3O4), quartzo (SiO2) e hidrogênio (H2): 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 faialita + água → magnetita + quartzo + hidrogênio. Esta reação se assemelha à reação de Shikorra observada na oxidação anaeróbica do hidróxido de ferro em contato com a água.

Formação em transformadores

De todos os gases perigosos produzidos em transformadores de potência, o hidrogênio é o mais comum e é gerado na maioria das falhas; assim, a formação de hidrogênio é um sinal precoce de sérios problemas no ciclo de vida de um transformador.

Formulários

Consumo em vários processos

Grandes quantidades de H2 são necessárias nas indústrias de petróleo e química. O maior uso do H2 é para o processamento (“upgrade”) de combustíveis fósseis e para a produção de amônia. Em plantas petroquímicas, o H2 é usado em hidrodesalquilação, hidrodessulfurização e hidrocraqueamento. H2 tem vários outros usos importantes. O H2 é usado como agente hidrogenante, principalmente para aumentar o nível de saturação de gorduras e óleos insaturados (encontrados em itens como margarina) e na produção de metanol. É também uma fonte de hidrogênio na produção de ácido clorídrico. O H2 também é usado como agente redutor para minérios metálicos. O hidrogênio é altamente solúvel em muitas terras raras e metais de transição e é solúvel em metais nanocristalinos e amorfos. A solubilidade do hidrogênio em metais depende de distorções locais ou impurezas na rede cristalina. Isso pode ser útil quando o hidrogênio é purificado passando por discos quentes de paládio, mas a alta solubilidade do gás é um problema metalúrgico que fragiliza muitos metais, complicando o projeto de tubulações e tanques de armazenamento. Além de ser usado como reagente, o H2 tem uma ampla gama de aplicações em física e engenharia. É usado como gás de proteção em métodos de soldagem, como soldagem de hidrogênio atômico. O H2 é usado como refrigerante de rotor em geradores elétricos em usinas de energia porque possui a maior condutividade térmica de qualquer gás. O H2 líquido é usado em pesquisas criogênicas, incluindo pesquisas sobre supercondutividade. Como o H2 é mais leve que o ar, com pouco mais de 1/14 da densidade do ar, já foi amplamente utilizado como gás de elevação em balões e dirigíveis. Em aplicações mais recentes, o hidrogênio é usado puro ou misturado com nitrogênio (às vezes chamado de gás de formação) como gás traçador para detecção instantânea de vazamentos. O hidrogênio é usado nas indústrias automotiva, química, energética, aeroespacial e de telecomunicações. O hidrogênio é um aditivo alimentar permitido (E 949) que permite o teste de vazamento de alimentos, entre outras propriedades antioxidantes. Isótopos raros de hidrogênio também têm aplicações específicas. O deutério (hidrogênio-2) é usado em aplicações de fissão nuclear como moderador de nêutrons lentos e em reações de fusão nuclear. Compostos de deutério são usados ​​no campo da química e biologia no estudo dos efeitos isotópicos da reação. O trítio (hidrogênio-3), produzido em reatores nucleares, é utilizado na fabricação de bombas de hidrogênio, como marcador isotópico nas ciências biológicas e como fonte de radiação em tintas luminosas. A temperatura do ponto triplo do hidrogênio em equilíbrio é o ponto fixo definidor na escala de temperatura ITS-90 em 13,8033 Kelvin.

Meio de resfriamento

O hidrogênio é comumente usado em usinas de energia como refrigerante em geradores devido a uma série de propriedades favoráveis ​​que são resultado direto de suas moléculas diatômicas leves. Estes incluem baixa densidade, baixa viscosidade e a maior capacidade de calor específico e condutividade térmica de qualquer gás.

Portador de energia

O hidrogênio não é um recurso energético, exceto no contexto hipotético de usinas comerciais de fusão usando deutério ou trítio, uma tecnologia atualmente longe de madura. A energia do Sol vem da fusão nuclear do hidrogênio, mas esse processo é difícil de ser alcançado na Terra. O hidrogênio elementar de fontes solares, biológicas ou elétricas requer mais energia para produzi-lo do que para queimá-lo, portanto, nesses casos, o hidrogênio funciona como um transportador de energia, semelhante a uma bateria. O hidrogênio pode ser obtido de fontes fósseis (como o metano), mas essas fontes são esgotáveis. A densidade de energia por unidade de volume de hidrogênio líquido e hidrogênio gasoso comprimido em qualquer pressão praticamente alcançável é significativamente menor do que as fontes de energia convencionais, embora a densidade de energia por unidade de massa de combustível seja maior. No entanto, o hidrogênio elementar tem sido amplamente discutido no contexto energético como um possível futuro portador de energia em toda a economia. Por exemplo, o sequestro de CO2 seguido de captura e armazenamento de carbono pode ser feito no ponto de produção de H2 a partir de combustíveis fósseis. O hidrogênio usado no transporte queimará de forma relativamente limpa, com algumas emissões de NOx, mas nenhuma emissão de carbono. No entanto, o custo de infraestrutura associado a uma conversão total para uma economia de hidrogênio será significativo. As células de combustível podem transformar hidrogênio e oxigênio diretamente em eletricidade com mais eficiência do que os motores de combustão interna.

Indústria de semicondutores

O hidrogênio é usado para saturar as ligações pendentes de silício amorfo e carbono amorfo, o que ajuda a estabilizar as propriedades do material. É também um potencial doador de elétrons em vários materiais de óxido, incluindo ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4 e SrZrO3.

reações biológicas

O H2 é um produto de algum metabolismo anaeróbico e é produzido por diversos microrganismos, geralmente por meio de reações catalisadas por enzimas contendo ferro ou níquel chamadas hidrogenases. Essas enzimas catalisam uma reação redox reversível entre H2 e seus dois prótons e dois elétrons componentes. A criação do gás hidrogênio ocorre pela transferência de equivalentes redutores produzidos pela fermentação do piruvato para a água. O ciclo natural de produção e consumo de hidrogênio pelos organismos é chamado de ciclo do hidrogênio. A divisão da água, o processo pelo qual a água é quebrada em seus prótons, elétrons e oxigênio constituintes, ocorre em reações de luz em todos os organismos fotossintéticos. Alguns desses organismos, incluindo as algas Chlamydomonas Reinhardtii e as cianobactérias, desenvolveram um segundo estágio em reações escuras nas quais prótons e elétrons são reduzidos para formar gás H2 por hidrogenases especializadas no cloroplasto. Tentativas foram feitas para modificar geneticamente hidrases de cianobactérias para sintetizar eficientemente o gás H2, mesmo na presença de oxigênio. Esforços também foram feitos usando algas geneticamente modificadas em um biorreator.

/mol (eV)

Configuração eletronica 1s 1 Propriedades quimicas raio covalente 32h Raio do íon 54 (-1 e) pm Eletro-negatividade
(de acordo com Pauling) 2,20 Potencial do eletrodo Estados de oxidação 1, −1 Propriedades termodinâmicas de uma substância simples Densidade
substâncias 0,0000899 (a 273 (0°C))/cm³ Capacidade de calor molar 14,235 J/(mol) Condutividade térmica 0,1815 W/( ) Temperatura de fusão 14,01 Calor de derretimento 0,117 kJ/mol Temperatura de ebulição 20,28 Calor de evaporação 0,904 kJ/mol Volume molar 14,1 cm³/mol A rede cristalina de uma substância simples Estrutura de treliça hexagonal Parâmetros de rede a=3,780 c=6,167 relação c/a 1,631 Temperatura do Debye 110

H	1
1,00794
1s 1
Hidrogênio

Hidrogênioé o primeiro elemento da Tabela Periódica dos Elementos. Amplamente distribuído na natureza. O cátion (e núcleo) do isótopo mais comum de hidrogênio 1 H é o próton. As propriedades do núcleo 1H possibilitam a ampla utilização da espectroscopia de RMN na análise de substâncias orgânicas.

História do hidrogênio

A liberação de gás combustível durante a interação de ácidos e metais foi observada nos séculos XVI e XVII, no início da formação da química como ciência. M. V. Lomonosov apontou diretamente para seu isolamento, mas já definitivamente percebendo que isso não era flogisto. O físico e químico inglês G. Cavendish em 1766 investigou esse gás e o chamou de "ar combustível". Quando queimado, o "ar combustível" produzia água, mas a adesão de Cavendish à teoria do flogisto o impediu de tirar as conclusões corretas. O químico francês A. Lavoisier, juntamente com o engenheiro J. Meunier, usando medidores de gás especiais, em 1783. realizou a síntese da água, e depois a sua análise, decompondo o vapor de água com ferro em brasa. Assim, ele estabeleceu que o "ar combustível" faz parte da água e pode ser obtido a partir dela.

Origem do nome hidrogênio

Lavoisier denominou hidrogênio hidrogène (de ὕδωρ - "Água e γενναω - "Eu dou à luz") - "dando à luz a água." O nome russo "hidrogênio" foi proposto pelo químico M.F. Soloviev em 1824, por analogia com o "oxigênio" de Lomonosov.

Prevalência de hidrogênio

No universo

O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo. É responsável por cerca de 92% de todos os átomos (8% são átomos de hélio, a proporção de todos os outros elementos combinados é inferior a 0,1%). Assim, o hidrogênio é o principal componente das estrelas e do gás interestelar. Sob condições de temperaturas estelares (por exemplo, a temperatura da superfície do Sol é ~6000°C), o hidrogênio existe na forma de plasma, no espaço interestelar esse elemento existe na forma de moléculas individuais, átomos e íons e pode formar moléculas nuvens que diferem significativamente em tamanho, densidade e temperatura.

A crosta terrestre e os organismos vivos

A fração de massa de hidrogênio na crosta terrestre é de 1% - este é o décimo elemento mais comum. No entanto, seu papel na natureza é determinado não pela massa, mas pelo número de átomos, cuja participação entre outros elementos é de 17% (segundo lugar depois do oxigênio, cuja fração de átomos é de ~52%). Portanto, a importância do hidrogênio nos processos químicos que ocorrem na Terra é quase tão grande quanto a do oxigênio. Ao contrário do oxigênio, que existe na Terra em estado livre e ligado, quase todo hidrogênio na Terra está na forma de compostos; apenas uma quantidade muito pequena de hidrogênio na forma de uma substância simples é encontrada na atmosfera (0,00005% em volume).

O hidrogênio é um constituinte de quase todas as substâncias orgânicas e está presente em todas as células vivas. Nas células vivas, pelo número de átomos, o hidrogênio representa quase 50%.

Obtendo hidrogênio

Os métodos industriais para obtenção de substâncias simples dependem da forma em que o elemento correspondente é encontrado na natureza, ou seja, qual pode ser a matéria-prima para sua produção. Assim, o oxigênio, disponível em estado livre, é obtido por um método físico - por isolamento do ar líquido. Quase todo o hidrogênio está na forma de compostos, então métodos químicos são usados ​​para obtê-lo. Em particular, reações de decomposição podem ser usadas. Uma das formas de produzir hidrogênio é a reação de decomposição da água pela corrente elétrica.

O principal método industrial para a produção de hidrogênio é a reação com a água do metano, que faz parte do gás natural. É realizado em alta temperatura (é fácil verificar que quando o metano é passado mesmo em água fervente, nenhuma reação ocorre):

No laboratório, para a obtenção de substâncias simples, não necessariamente são utilizadas matérias-primas naturais, mas são escolhidas as substâncias iniciais das quais é mais fácil isolar a substância necessária. Por exemplo, no laboratório, o oxigênio não é obtido do ar. O mesmo se aplica à produção de hidrogênio. Um dos métodos laboratoriais para a produção de hidrogênio, que às vezes é usado na indústria, é a decomposição da água por corrente elétrica.

O hidrogênio é geralmente produzido em laboratório pela reação do zinco com ácido clorídrico.

Obtendo hidrogênio na industria

1. Eletrólise de soluções aquosas de sais:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2. Passando vapor de água sobre coque quente a uma temperatura de cerca de 1000°C:
H 2 O + ⇄ H 2 + CO

3.De gás natural.

Conversão de vapor:
CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 ° C)
Oxidação catalítica com oxigênio:
2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Cracking e reforma de hidrocarbonetos no processo de refino de petróleo.

Obtenção de hidrogênio em laboratório

1. Ação de ácidos diluídos sobre metais. Para realizar essa reação, o zinco e o ácido clorídrico diluído são mais frequentemente usados:
+2HCl → ZnCl2 +H2

2. Interação do cálcio com a água: |
+ 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3. Hidrólise de hidretos:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4. Ação de álcalis sobre zinco ou alumínio:
2 + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
+ 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5. Usando eletrólise. Durante a eletrólise de soluções aquosas de álcalis ou ácidos, o hidrogênio é liberado no cátodo, por exemplo:
2H 3 O + +2e - → H 2 +2H 2 O

Informações adicionais sobre Hidrogênio

Biorreator para produção de hidrogênio

Propriedades Físicas do Hidrogênio

Espectro de emissão de hidrogênio

Espectro de emissão de hidrogênio

As modificações de hidrogênio podem ser separadas por adsorção em carbono ativo à temperatura de nitrogênio líquido. Em temperaturas muito baixas, o equilíbrio entre orto-hidrogênio e para-hidrogênio é quase inteiramente deslocado para este último. A 80 K, a proporção é de aproximadamente 1:1. O para-hidrogênio dessorvido é convertido em orto-hidrogênio após aquecimento até a formação de uma mistura de equilíbrio à temperatura ambiente (orto-para: 75:25). Sem catalisador, a transformação ocorre lentamente (sob condições do meio interestelar, com tempos característicos até tempos cosmológicos), o que permite estudar as propriedades das modificações individuais.

O hidrogênio é o gás mais leve, é 14,5 vezes mais leve que o ar. Obviamente, quanto menor a massa das moléculas, maior sua velocidade na mesma temperatura. Como as mais leves, as moléculas de hidrogênio se movem mais rapidamente do que as moléculas de qualquer outro gás e, portanto, podem transferir calor de um corpo para outro mais rapidamente. Segue-se que o hidrogênio tem a maior condutividade térmica entre as substâncias gasosas. Sua condutividade térmica é cerca de sete vezes maior que a do ar.

A molécula de hidrogênio é diatômica - H 2. Em condições normais, é um gás incolor, inodoro e insípido. Densidade 0,08987 g/l (n.o.), ponto de ebulição −252,76 °C, calor específico de combustão 120,9 10 6 J/kg, pouco solúvel em água — 18,8 ml/l. O hidrogênio é altamente solúvel em muitos metais (, , etc.), especialmente no paládio (850 volumes por 1 volume de Pd). Relacionada à solubilidade do hidrogênio nos metais está sua capacidade de se difundir através deles; a difusão através de uma liga carbonácea (por exemplo, aço) às vezes é acompanhada pela destruição da liga devido à interação do hidrogênio com o carbono (a chamada descarbonização). Praticamente insolúvel em prata.

Diagrama de fase do hidrogênio

O hidrogênio líquido existe em uma faixa de temperatura muito estreita de -252,76 a -259,2 °C. É um líquido incolor, muito leve (densidade a -253 °C 0,0708 g/cm 3) e fluido (viscosidade a -253 °C 13,8 graus centígrados). Os parâmetros críticos do hidrogênio são muito baixos: temperatura -240,2 °C e pressão 12,8 atm. Isso explica as dificuldades em liquefazer o hidrogênio. No estado líquido, o hidrogênio em equilíbrio consiste em 99,79% de para-H 2 , 0,21% de orto-H 2 .

Hidrogênio sólido, ponto de fusão -259,2 °C, densidade 0,0807 g/cm3 (a -262 °C) - massa semelhante à neve, cristais hexagonais, grupo espacial P6/mmc, parâmetros celulares uma=3,75 c=6,12. Em alta pressão, o hidrogênio se torna metálico.

isótopos

O hidrogênio ocorre na forma de três isótopos, que têm nomes individuais: 1 H - prótio (H), 2 H - deutério (D), 3 H - trítio (radioativo) (T).

O prótio e o deutério são isótopos estáveis ​​com números de massa 1 e 2. Seu conteúdo na natureza é 99,9885 ± 0,0070% e 0,0115 ± 0,0070%, respectivamente. Essa proporção pode variar um pouco dependendo da fonte e do método de produção de hidrogênio.

O isótopo de hidrogênio 3H (trítio) é instável. Sua meia-vida é de 12,32 anos. O trítio é encontrado na natureza em quantidades muito pequenas.

A literatura também fornece dados sobre isótopos de hidrogênio com números de massa 4–7 e meias-vidas 10–22–10–23 s.

O hidrogênio natural consiste em moléculas de H 2 e HD (deuterohidrogênio) em uma proporção de 3200:1. O conteúdo de hidrogênio puro de deutério D 2 é ainda menor. A razão de concentração de HD e D2 é de aproximadamente 6400:1.

De todos os isótopos de elementos químicos, as propriedades físicas e químicas dos isótopos de hidrogênio diferem mais umas das outras. Isso se deve à maior mudança relativa nas massas dos átomos.

	Temperatura Derretendo, K	Temperatura ebulição, K	Triplo ponto, K/kPa	crítico ponto, K/kPa	Densidade líquido/gás, kg/m³
H2	13.95	20,39	13,96 /7,3	32,98 /1,31	70,811 /1,316
HD	16,60	22,13	16,60 /12,8	35,91 /1,48	114,80 /1,802
HT		22,92	17,63 /17,7	37,13 /1,57	158,62 /2,310
D2	18,62	23,67	18,73 /17,1	38,35 /1,67	162,50 /2,230
TD		24.38	19,71 /19,4	39,42 /1,77	211,54 /2,694
T2		25,04	20,62 /21,6	40,44 /1,85	260,17 /3,136

O deutério e o trítio também têm modificações orto e para: p-D2, o-D2, p-T2, o-T 2 . O hidrogênio heteroisotópico (HD, HT, DT) não possui modificações orto e para.

Propriedades quimicas

As moléculas de hidrogênio H 2 são bastante fortes e, para que o hidrogênio reaja, muita energia deve ser gasta:

H 2 \u003d 2H - 432 kJ

Portanto, em temperaturas normais, o hidrogênio reage apenas com metais muito ativos, como o cálcio, formando hidreto de cálcio:

H 2 \u003d CaH 2

e com o único não-metal - flúor, formando fluoreto de hidrogênio:

F 2 + H 2 \u003d 2HF

O hidrogênio reage com a maioria dos metais e não metais em temperaturas elevadas ou sob outras influências, como iluminação:

O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O

Ele pode "tirar" o oxigênio de alguns óxidos, por exemplo:

CuO + H 2 \u003d + H 2 O

A equação escrita reflete as propriedades redutoras do hidrogênio.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Forma haletos de hidrogênio com halogênios:

F 2 + H 2 → 2HF, a reação prossegue com uma explosão no escuro e a qualquer temperatura, Cl 2 + H 2 → 2HCl, a reação prossegue com uma explosão, apenas na luz.

Ele interage com a fuligem em forte aquecimento:

2H2→CH4

Interação com metais alcalinos e alcalino-terrosos

Ao interagir com metais ativos, o hidrogênio forma hidretos:

2 +H 2 → 2NaH +H 2 → CaH 2 +H 2 → MgH 2

hidretos- substâncias sólidas do tipo sal, facilmente hidrolisadas:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + 2H 2

Interação com óxidos metálicos (geralmente elementos d)

Os óxidos são reduzidos a metais:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hidrogenação de compostos orgânicos

O hidrogênio molecular é amplamente utilizado na síntese orgânica para a redução de compostos orgânicos. Esses processos são chamados reações de hidrogenação. Essas reações são realizadas na presença de um catalisador a pressão e temperatura elevadas. O catalisador pode ser homogêneo (por exemplo, catalisador de Wilkinson) ou heterogêneo (por exemplo, níquel Raney, paládio sobre carbono).

Assim, em particular, durante a hidrogenação catalítica de compostos insaturados, como alcenos e alcinos, são formados compostos saturados, alcanos.

Geoquímica do Hidrogênio

O hidrogênio livre H 2 é relativamente raro em gases terrestres, mas na forma de água tem um papel excepcionalmente importante nos processos geoquímicos.

O hidrogênio pode estar presente em minerais na forma de íon amônio, íon hidroxila e água cristalina.

Na atmosfera, o hidrogênio é continuamente produzido como resultado da decomposição da água pela radiação solar. Tendo uma pequena massa, as moléculas de hidrogênio têm uma alta taxa de movimento de difusão (é próxima à segunda velocidade cósmica) e, entrando nas camadas superiores da atmosfera, podem voar para o espaço sideral.

Características de circulação

Aplicação de hidrogênio

O hidrogênio atômico é usado para soldagem de hidrogênio atômico.

Indústria química

Na produção de amônia, metanol, sabão e plásticos

indústria alimentícia

Na produção de margarina a partir de óleos vegetais líquidos.
Registrado como suplemento alimentar E949(gás de embalagem)

Indústria da aviação

O hidrogênio é muito leve e sempre sobe no ar. Era uma vez, dirigíveis e balões foram preenchidos com hidrogênio. Mas na década de 30. século XX houve vários acidentes quando os dirigíveis explodiram e queimaram. Hoje em dia os dirigíveis estão cheios de hélio.

Combustível

O hidrogênio é usado como combustível de foguete. Pesquisas estão em andamento sobre o uso do hidrogênio como combustível para carros e caminhões. Os motores a hidrogénio não poluem o ambiente e emitem apenas vapor de água.

As células de combustível hidrogênio-oxigênio usam hidrogênio para converter diretamente a energia de uma reação química em energia elétrica.

Hidrogênio, Hidrogênio, N (1)
Como um ar combustível (inflamável), o hidrogênio é conhecido há muito tempo. Foi obtido pela ação de ácidos sobre metais, a combustão e explosões de gás explosivo foram observadas por Paracelso, Boyle, Lemery e outros cientistas dos séculos XVI-XVIII. Com a disseminação da teoria do flogisto, alguns químicos tentaram fazer o hidrogênio como "flogisto livre". A dissertação de Lomonosov "Sobre o brilho metálico" descreve a produção de hidrogênio pela ação de "álcoois ácidos" (por exemplo, "álcool clorídrico", ou seja, ácido clorídrico) em ferro e outros metais; o cientista russo foi o primeiro (1745) a apresentar a hipótese de que o hidrogênio (“vapor combustível” - vapor inflammabilis) é um flogisto. Cavendish, que estudou detalhadamente as propriedades do hidrogênio, apresentou uma hipótese semelhante em 1766. Ele chamou o hidrogênio de "ar inflamável" obtido de "metais" (ar inflamável de metais), e acreditava, como todos os flogísticos, que quando dissolvido em ácidos , o metal perde seu flogisto. Lavoisier, que em 1779 estudou a composição da água através de sua síntese e decomposição, denominou hidrogênio Hydrogine (hidrogênio), ou Hydrogene (hidrogênio), do grego. gidor - água e gainome - eu produzo, dou à luz.

A comissão de nomenclatura de 1787 adotou a palavra produção Hidrogênio de genão, dou à luz. Na Tabela de Corpos Simples de Lavoisier, o hidrogênio (hidrogênio) é mencionado entre os cinco (luz, calor, oxigênio, nitrogênio, hidrogênio) "corpos simples pertencentes aos três reinos da natureza e que devem ser considerados como elementos dos corpos"; como antigos sinônimos para o nome Hidrogênio, Lavoisier chama de gás combustível (Gaz inflammable), a base do gás combustível. Na literatura química russa do final do século 18 e início do século 19. Existem dois tipos de nomes para o hidrogênio: flogístico (gás combustível, ar combustível, ar inflamável, ar inflamável) e antiflogístico (ser criador de água, ser criador de água, gás criador de água, gás hidrogênio, hidrogênio). Ambos os grupos de palavras são traduções dos nomes franceses para hidrogênio.

Os isótopos de hidrogênio foram descobertos na década de 1930 e rapidamente ganharam grande importância na ciência e tecnologia. No final de 1931, Urey, Breckwedd e Murphy examinaram o resíduo após a evaporação prolongada do hidrogênio líquido e encontraram hidrogênio pesado com um peso atômico de 2. Esse isótopo foi chamado de deutério (Deutério, D) do grego - outro, segundo . Quatro anos depois, em água submetida a eletrólise prolongada, foi descoberto um isótopo ainda mais pesado de hidrogênio 3H, que foi chamado de trítio (Trítio, T), do grego - o terceiro.