HIDROGENIO E HIDRETOS atual (2)

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ESTRUTURA ELETRÔNICA
Configuração Eletrônica 1s1
Os átomos de hidrogênio podem alcançar estabilidade de três maneiras diferentes:
Formando uma ligação covalente
	Exemplos: H2, H2O, HCl, CH4 
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
Perdendo um elétron para formar H+ 
		Raio do próton ~ 1,5 x 10-5 Å
		Raio do átomo de hidrogênio 0,7414 Å
		Raio da maioria dos átomos 1 -2 Å
O H+ possui um grande poder polarizante, logo os prótons estão sempre associados 
a outros átomos ou moléculas.
EX: H3O+, H9O4+ ou H(H2O)n+, HCl, H2SO4
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
3) Adquirindo um elétron e formando H- 
 Com metais altamente eletropositivos (todos do grupo 1 e parte do grupo 2)
Ex: LiH, CaH2, SiH4
POSIÇÃO NA TABELA PERIODICA 
No 1º período da tab. Periódica: H e He
Ne - Inerte
Grupo 1 - Perde elétron (M+) – ligação iônica
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
►O Hidrogênio assemelha com os halogênios já que ambos necessitam de 1 elétron para alcançarem configuração de gás nobre 
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
►Semelhante entre hidretos e compostos organometálicos
LiH, LiMe, CH3SiH3, (CH3)3SiCl
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
ABUNDANCIA DO HIDROGÊNIO
H  92%
He 7% Constituição do universo
Demais elementos  1%
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
OBTENÇÃO DO HIDROGÊNIO 
C + H2O CO + H2
		Gás d’água 
	Combustível industrial
Não é fácil obter H2 puro a partir do gás d’água. 
CO + H2 CO2 + H2
H20
450O
Fe2O3
Onde CO2 – Facilmente removido
1000O
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
CH4 + H2O CO + 3H2
Catalisador
Ni
800 – 900o
CH4 + 2H2O CO2 + 4H2
CO + H2O CO2 + H2
Fe , Cu
400º 
resfriada
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
3) NAFTA, OLÉO COMBUSTIVEL
				CRAQUEAMENTO
HIDROCARBONETOS (MASSA MOLECULAR MENOR)
+
H2(g)
 
4) Hidrocarboneto com alto grau de pureza 99,9%
Preparando pela eletrolise do H2O ou em soluções de
 NaOH ou KOH.
 
 2 OH- H2O + 1 ∕ 2 O2 +2 e- 
2H2O + 2 e- 2 OH- + H2(g)
_______________________________________________________ _ 
2 H2O H2(g) + 1 ∕ 2 O2 
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
MÉTODO METAL EM MEIO ÁCIDO
Empregado em Laboratório
Qual metal em meio ácido poderá produzir hidrogênio?
Qualquer ácido poderá provocar a oxidação do metal e reduzir H+ a H2(g) ?
6) REAÇÕES DE HIDRETOS SALINOS COM H2O
 LiH + H2O LiOH + H2
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
O ÍON HIDROGÊNIO
 Energia de Ionização do Hidrogênio
1311 kmolL-1 ─ Grande Quantidade de energia.
 Ligações formadas pelo hidrogênio em fase gasosa são geralmente covalentes. EX ─ 45% de caráter iônico.
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
O ÍON HIDROGÊNIO
 
 Na água o H+ é solvatado formando H3O+ com energia = 1.091kjmol-1. O restante que falta para atingir a energia de ionização provém da afinidade eletrônica energia de solvatação do íon negativo. 
Assim,
 Compostos contendo H+ só se formarão se algum outro processo fornecer uma quantidade de energia pelo menos equivalente a energia de ionização. 
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
PROPRIEDADESDO HIDROGÊNIO MOLECULAR
 É o gás mais leve (Inflar balões meteorológicos)
 Formar ligações fortes, H2 (E. de lig. 436 kjmol-1)
 É reativo em condições normais
 Reações requerem elevadas temperaturas ou 
 catalisadores
 Elevada energia de ativação 
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
O H2 queima ao ar ou em atmosfera de O2
2 H2 + O2 2 H2O  H = - 485 kjmolL-1 t 3000º C
 Fato aproveitado para soldar ou cortar metais com maçarico oxig.-hidrogênio
 Misturas de H2 e O2 são explosivas na proporção 2:1.
 A molécula de H2 é muito estável
 H2 2H H = - 485 kjmol-1 (Pouca tendência em se dissociar), mas na presença de luz ultravioleta o H2 se dissocia.
REAÇÕES COM HALOGÊNIOS
 H2 + F2 2HF (Reações Violenta)
 H2 + Cl2 2 HCl – Lenta no escuro
 - Rápida a luz do dia
 - Explosiva a luz solar direta
Método utilizado para produzir HCl 
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
NA INDUSTRIA
O H2 é amplamente utilizada em reações de hidrogenação.
Ex: hidrogenação de óleos com obtenção gorduras
Ácidos graxos insaturados Saturados
Ex. 
CH3(CH2)NCH = CHCOOH + H2
CH3(CH2)nCH2CH2COOH
C + ½ O2(g) H2O(l) ∆H = - 285,8 kj/mol
É possível que a reação de combustão menos poluente seja a do gás hidrogênio
O hidrogênio não se encontra livre na natureza, mas na forma combinada. Assim, trata-se de uma fonte secundaria de energia .
2H2O(g) + CH4(g) 4H2(g) + CO2(g)) ∆H = -+ 165 kj/mol
Há diversos estudos com o objetivo de se obter de maneira economicamente viável o ∆H = - 285,8kj/mol
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
ISOTOPOS DE HIDROGÊNIO
Isotopos são átomos de um mesmo elemento químico que possuem diferentes números de massa.
	Prótio 11H ou H
	Deutério 21H ou D
	Trítio 31H ou T
H2O H+ + OH- (Dissociar 1,0 x 10-14)
D2O D+ + OD- ( 3,0.10-15)
 H2 É mais reativo com Cl2 que D2.
 Ligações do prótio são rompidas mais facilmente que as ligações com deutério.
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
Reações de substituição
NaOH + D2O NaDO + HDO
Mg3N2 + 3 D2O 2ND3 + 3MgO 
Reações Diretas
SO3 + D2O D2SO4
P4O10 + 6D2O 4D3PO4
O tritio é radioativo e sofre decaimento com emissão 
31T 31He + 0-1e- 
O trítio possui meia-vida relativamente curta = 12,26 anos. 
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDRETOS = São compostos binários contendo hidrogênio
 
CLASSIFICAÇÃO:
	a) Hidretos Iônicos ou Salinos
	b) Hidretos Covalentes ou Moleculares
	c)Metálicos ou Intersticiais
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
Hidretos Iônicos – Forma-se a altas temperaturas
 Alcalinos Alcalinos terrosos
Exceção: Be e Mg
 Eletronegatividade : 2,1
Ex. NaH, CaH2, SrH2
Evidencias de hidretos iônicos:
 LiH fundido (PF = 691OC) – conduz eletricidade e H2 é liberado no anodo
 O Li+ é um cátion muito polarizante, logo mais apto a formar compostos covalentes. Assim, como LiH é iônico os demais metais alcalinos dos grupos 1 e 2 também são iônicos, exceção: Be e Mg. 
 O íon H- não é comum, e instável em água
	LiH + H2O LiOH + H2
	CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2
	LiH + AlCl3 Li[AlH4] + 3LiCl 
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDRETOS COVALENTES
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDRETOS COVALENTES
Os hidretos dos elementos do bloco p são covalentes devido a diferença
de eletronegatividade entre H e o outro elemento.
Pode-se obtê-lo por alguns métodos:
Combinação direta 3H2 + N2 2NH3 
2) Reação de um haleto com Li[AlH4] 4BCl3 + 3 Li[AlH4] 2B2H6 + FeSO4	
A tendência para formação desses hidretos é mais acentuada no C, N, e O.
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDRETOS METÁLICOS – Elementos situados na região central da tabela periódica. 
PROPRIEDADES:
 Duros, conduz corrente elétrica, apresentam brilho, propriedades magnéticas
 São menos densos que os correspondente metais, porque o reticulo se expande com a inclusão do H.
 A deformação pode tornar o hidreto quebradiço. 
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDRETOS INTERMEDIARIOS
Ex. Be, Mg, Zn, Cd, Cu, Zn 
 Be é polimérico (BeH2)n
 MgH2 apresenta propriedades intermediarias entre os hidretos iônicos e covalentes 
LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO
 As ligações de hidrogêniosão formadas com elementos mais eletronegativos que o H. Os mais importantes são: F, O, N, Cl;
 Ligações fracas – 10 kjmol-1 (varia 4 – 45 kjmol-1) 
 Ligação C-C = 347 kjmol-1)
 Ainda que sejam que sejam ligações fracas são de grande importância bioquímica.
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
 Responsavel pela cadeias polipeptídica em proteinas.
 Água em temperatura ambiente
 A presença das ligações de hidrogênio intermoleculares podem exercer efeitos acentuados sobre as propriedades físicas: PF; PE; ENTALPIAS DE VAPORIZAÇÃO E SULIMAÇÃO.
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
Figura – Estruturas para molécula de H2O com ligações por pontes de hidrogênio.
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
HIDROGÊNIO E OS HIDRETOS
ÁCIDOS E OUTRAS DEFINIÇÕES
ARRHENIUS
2) BRONSTED-LOWRY
3) LEWIS
4) CADY E ELSEY (1928)
ÁCIDOS são substâncias formadas pelas espécies catiônicas, as quais são produtos da auto-ionização do solvente;
BASES - substâncias formadas pelas espécies aniônicas, as quais são produtos da auto-ionização do solvente. 
Dissociação de alguns solventes
Reações
Aplicado em todos os casos em que o solvente sofra aut. Ionização, quer ele possua ou não prótons 
Permite a inclusão de solventes não aquosos por analogia com H2O.
Lux-Flood
ÁCIDOS São óxidos capazes de receber oxigênio. 
BASES - óxidos que doam oxigênio. 
Apesar de ser uma definição limitada por se aplicar apenas aos óxidos, ela é útil no entendimento dessa classe de compostos, no estado fundido ou em altas temperaturas.
A denifição de Usanovich é mais ampla, pois incorpora o conteúdo de várias outras definições de ácidos e bases. 
ÁCIDO - Qualquer como uma espécie química positiva qualquer, que reage com uma base, liberando cátions ou recebendo ânions ou elétrons.
BASE – Qualquer espécie química qualquer negativa, que reage com um ácido, liberando ânions e elétrons ou recebendo cátions.
Usanovich
Ácidos e bases duros e moles
Ahland Chatt e Davies classificaram os íons metálicos e os ligantes em classe (a) ou classe (b). 
Mais tarde, R. G. Pearson sugeriu os termos "duro" e "mole", para descrever os membros das classes (a) e (b), respectivamente. 
Íons metálicos da classe (a) são chamados de ácidos duros 
Pertencentes a essa classe:
a) metais alcalinos,
b) metais alcalinos terrosos
c) metais de transição mais localizados à esquerda da tabela periódica e que se encontrem em seus estados de oxidação mais elevados. 
Raio iônico pequeno
Ácidos duros e Moles
Metais do tipo b) Incluem os íons de metais de transição em baixo estado de transição 
Ácidos Moles – São íons metálicos grandes que tendem a se ligar com ânions também grandes (polarizáveis)
Ex; AgI 
 Íons de metais de transição localizados à direita da tabela periódica.
 Baixo estado de oxidação ( raio iônico grande)
	Ácidos duros se ligam preferencialmente com bases duras, e ácidos moles se ligam preferencialmente com bases moles.
Pearson sugeriu uma regra simples e prática para predizer qualitativamente a estabilidade relativa de complexos formados entre ácidos e bases:
os íons METÁLICOS DA CLASSE (B) são chamados de ácidos moles e possuem raio iônicos maiores. Os ÁCIDOS MOLES são íons metálicos de transição localizados à direita da tabela periódica e se encontrem em estados de oxidação mais baixos. 
tendem a se ligarem à ânions maiores, menos eletronegativos. Ânions dessa natureza chamamos de bases duras. 
	Ácidos duros	Ácidos moles
	H+, Na+, Be2+, Al 3+, Ti4+, Cr3+, Fe3+, Co3+, SO3, BF3 	Au+, Tl+, Cu+, Ag+, Hg+, Hg2+, Pd2+ e Pt2+, Pb2+ 
	Bases duras	Bases moles
	F-, Cl -, ClO4-,OH-, H2O, NH3, N4H4, CO32-, NO3-, O2-, PO43-, SO42-, CH3COO-	H-, I-, CN-, SCN-, CO, R3P, R2S
Classificação para alguns íons em ácidos e bases duros e moles.
Há um aspecto a ser considerado: os termos “mole” e “duro” não têm uma linha divisória nítida entre eles, e nem mesmo quando se emprega o termo “moderado”. 
Uma aplicação da definição de ácidos e bases duros e moles é a possibilidade de predizer reações químicas. 
 
Considere a reação:
Exercicio) Classificando-se as espécies como Ca2+; Ag+, NO3- e I- em ácidos e bases duros e moles, respectivamente. Indique qual das reações ocorre preferencialmente. 
 CaI2 + AgNO3  CaNO3 + AgI (1)
 CaNO3 + AgI  CaI2 + AgNO3 (2)
A água dura é aquela que possui sais de cátions cálcio (Ca2+(aq)), magnésio (Mg2+(aq)) e ferro (Fe2+(aq)), os quais são insolúveis em água e reagem com os ânions dos sabões, produzindo compostos insolúveis. 
Águas duras e moles 
http://professorwanderby.blogs.sapo.pt/276.html
Esses íons são provenientes de depósitos subterrâneos que possuem, por exemplo, CaCO3 (calcário) e CaCO3.MgCO3 (dolomita). Esses minerais podem adicionar à água grande quantidade de Ca2+ e Mg2+ 
Águas duras e moles 
A concentração destes cátions determinam a dureza da água.
A água pode ser classificada como: 
Mole ou Branda (0 e 40 mg/L); moderada (entre 40 e 100 mg/L); 
Dura (100 e 300 mg/L), 
Muito dura (300 e 500 mg/L) e extremamente dura (acima de 500 mg/L).
https://www.google.com.br/search?q=agua+dura&espv=2&biw=1600&bih=770&source=lnms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwjJz43svOTPAhWJlZAKHYsmDCUQ_AUIBigB#imgrc=bMpuCKUYaGPOuM%3A
Águas duras e moles 
A remoção dos sais formados nas superfícies são difíceis
Reação Geral:
2 R ─ COONa(s)  + Mg2+(aq) → (R ─ COO)2Mg(ppt) + 2 Na+(aq)
         sabão           cátion               sal de cálcio         cátion
(sal de sódio)       cálcio                 precipitado          sódio
Águas duras e moles 
http://www.quifacil.com.br/agua-dura
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