Hidrogênio (H), Propriedades Físicas e Químicas do Hidrogênio

Hidrogênio (H), Propriedades Físicas e Químicas do Hidrogênio

O hidrogênio, de símbolo H, é o mais simples de todos os elementos químicos, pois está constituído de um próton e um elétron que gira a seu redor. Embora na Terra ocupe o nono lugar entre os elementos em termos de ocorrência, correspondendo a 0,9% da massa do planeta, é o mais abundante no universo, pois representa cerca de 75% da massa de toda a matéria cósmica.

Nas estrelas, o hidrogênio é convertido em hélio pela fusão nuclear, processo que proporciona a energia das estrelas, entre elas o Sol. Na Terra, está presente em todas as substâncias animais e vegetais, na forma de compostos em que se combina com carbono e outros elementos.

Propriedades físicas e químicas - O hidrogênio é uma substância simples, presente em abundância na superfície terrestre em combinação com outros elementos e, em especial, na água. Em seu estado molecular, H2, como se encontra na natureza, constitui-se de dois átomos de hidrogênio, ligados por covalência, e faz parte das emanações vulcânicas em proporções reduzidas.

O hidrogênio molecular, o gás mais leve que se conhece, é incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água. Sua densidade é 14 vezes menor que a do ar. Ao esfriá-lo com ar liquefeito e comprimi-lo fortemente, obtém-se hidrogênio líquido, que entra em ebulição a -252,8o C à pressão atmosférica.

Distinguem-se dois tipos de hidrogênio molecular, em função do sentido de rotação de seu núcleo ou spin nuclear. Estas variedades são o para-hidrogênio, menos energético e com diferentes sentidos de rotação dos núcleos dos dois átomos, e o orto-hidrogênio, de maior energia e com giros análogos. Em temperatura ambiente, a proporção normal é de três partes do segundo para uma do primeiro.

O hidrogênio atômico não se encontra livre na natureza, mas sim combinado em grande número de compostos. É um elemento de grande instabilidade e, consequentemente, muito reativo, que tende a ajustar seu estado eletrônico de diversas formas. Quando perde um elétron, constitui um cátion H+, que é na realidade um próton. Em outros casos, a estabilização se produz por meio do ganho de um elétron para formar o ânion hidreto H-, presente apenas em combinações com metais alcalinos e alcalino-terrosos.

As misturas de hidrogênio atômico e cloro reagem com violência explosiva, induzida por faíscas ou certas radiações. Já as de oxigênio e porcentagens variáveis de hidrogênio reagem violentamente quando aquecidas entre 550o e 600o C ou se colocadas em contato com catalisadores (finamente divididos), faíscas ou fogo.

Isótopos de hidrogênio - A estrutura atômica do hidrogênio, a mais simples de todos os elementos químicos, apresenta um próton, ou carga positiva, no núcleo, e um elétron, ou carga negativa, na camada externa. Seu peso atômico na escala comparativa química é de 1,00797. A diferença entre esse valor e o observado para o peso do hidrogênio em seus compostos fez com que alguns químicos pensassem que não se tratava de um erro de medida, mas sim do peso combinado de átomos de hidrogênio de pesos diferentes, ou seja, de isótopos de hidrogênio. O químico americano Harold Clayton Urey, Prêmio Nobel de química em 1934, e dois colaboradores detectaram, no resíduo de destilação do hidrogênio líquido, um hidrogênio mais pesado. Esse hidrogênio mais pesado, o deutério, 2H ou D, tem um nêutron junto ao próton do núcleo. Seu número atômico é o mesmo do hidrogênio normal, mas o peso atômico é 2,0147.

A combinação do deutério com o oxigênio, D2O, é a água pesada ou óxido de deutério, empregada nos reatores nucleares como moderador da velocidade do nêutron.

Existe outro isótopo de hidrogênio, o trício, 3H ou T, com dois nêutrons no núcleo, além do próton, presente em quantidades mínimas na água natural. O trício é formado continuamente nas altas camadas da atmosfera por reações induzidas por raios cósmicos.

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Obtenção e aplicações

Em pequenas quantidades, o hidrogênio é normalmente produzido pela ação do zinco sobre o ácido sulfúrico. Entre os processos de produção industrial, cite-se a ação do vapor ou do oxigênio sobre hidrocarbonetos como o metano.

Entre 1783 e a segunda guerra mundial, o hidrogênio foi usado para encher balões, ainda que, no caso de dirigíveis para passageiros, o hélio tenha a vantagem de não ser inflamável. Atualmente, sua principal aplicação é na síntese do amoníaco e do metanol e na dessulfurização de derivados de petróleo. Outra aplicação importante é na hidrogenação de substâncias orgânicas para produção de solventes, produtos químicos industriais e alimentos como margarina e gordura vegetal. Em outros campos da indústria química e metalúrgica, emprega-se também o hidrogênio na fase de redução para metal.

Em outro contexto, a explosão de uma bomba de hidrogênio, também chamada termonuclear, é causada pela colisão e fusão de núcleos leves de hidrogênio, deutério e trício. A obtenção de um meio de controlar a reação de fusão pode levar a uma fonte de energia praticamente inesgotável, já que tem como combustível a água do mar, de altíssimo rendimento e grande pureza, por não gerar subprodutos.

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