Obtenção de hidrogenio

10.576 visualizaciones

Publicado el

  • Sé el primero en comentar

Obtenção de hidrogenio

  1. 1. 1 OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIOOBJETIVOS – Produção de hidrogênio; – Utilização do hidrogênio para determinar a massa molar do magnésio.INTRODUÇÃO O hidrogênio é um elemento abundante no universo e na crosta terrestre éoterceiro elemento mais abundante (depois do oxigênio e do silício) em porcentagemde átomos e o nono em porcentagem de massa. Na Terra, o hidrogênio pode serencontrado combinado, em grande parte com o oxigênio, constituindo a água. Esteelemento também pode ser encontrado em minerais, oceanos e seres vivos(RUSSEL, 1994; SHRIVER; ATKINS, 2008). A molécula de hidrogênio é leve e ao ser liberada, sobe rapidamente aosníveis mais altos da atmosfera e gradualmente se perde pelo espaço. Possuipropriedades químicas muito variadas, apesar de seu único elétron e, sob certascircunstâncias, pode se ligar a mais do que um átomo simultaneamente. Alem disso,varia em caráter desde uma base forte de Lewis (como o íon hidreto, H -) a um ácidoforte de Lewis (como no cátion hidrogênio, H+, o próton) (MONTOYA, 2011;RUSSEL, 1994). O hidrogênio atômico possui somente um próton no seu núcleo e um únicoelétron; no entanto o hidrogênio ordinário é formado de moléculas diatômicas não-polares que possuem dois átomos unidos por uma ligação covalente. O hidrogênioatômico não se encontra livre na natureza, mas combinado em grande número decompostos. Ele é um elemento de grande instabilidade e, conseqüentemente, muitoreativo, que tende a ajustar seu estado eletrônico de diversas formas. Quando perdeum elétron, constitui um cátion H+, que é na realidade um próton. Em outros casosse produz por meio do ganho de um elétron para formar o ânion hídrico H -, presenteapenas em combinações com metais alcalinos e acalinos-terrosos (MONTOYA,2011; RUSSEL, 1994). Obtenção de Hidrogênio A produção de hidrogênio é freqüentemente integrada com processosquímicos que requerem H2 como matéria prima. O principal uso do hidrogênio é na
  2. 2. 2combinação direta com N2 para produzir NH3, a fonte primaria dos compostoscontendo nitrogênio, plásticos e fertilizantes (MONTOYA, 2011; RUSSEL, 1994). A preparação do gás H2 consiste, usualmente, na redução do estado + 1.Essa redução pode ser conseguida eletroliticamente ou quimicamente. O hidrogênioeletrolítico, comercialmente a forma mais pura, é obtido pela eletrólise da água.Noentanto, a obtençãodo hidrogênio eletrolítico é caradevido ao elevado custo daenergia elétrica (RUSSEL, 1994). Segundo Russel (1994), a redução química da água pode ser efetuada pormeio de grande número de agentes redutores. Na água pura o potencial de reduçãopara: 2e – + 2H2O  H2(g) + 2OH–(aq)é, de fato, para o processo: 2e – + 2H+(aq) , (1,0 x 10-7 mol/L)  H2(g) Assim, qualquer agente redutor com um potencial de oxidação suficientepoderá reduzir a água. Nos laboratórios, o hidrogênio é obtido por ação dos metais sobre a água,soluções diluídas de ácidos e soluções de álcalis. Empregam-se somente os metaisque na série eletroquímica estejam colocados acima do hidrogênio. A sérieeletroquímica dos metais, também chamada de “escala de nobreza” ou de fila de“reatividade química” dispõe os elementos em ordem decrescente de reatividade.Quanto mais nobre o elemento, menor será a sua reatividade química (MONTOYA,2011).MATERIAIS E MÉTODOSMateriais- Lixa;- Régua;- Béqueres de 50, 300 e 100mL;- Provetas de 50 mL;- Filme plástico;- Fósforo;- Termômetro;
  3. 3. 3- Pinça metálica;- Haste Universal;- Balança analítica.Reagentes- Magnésio;- Água destilada;- Solução concentrada de ácido clorídrico.PROCEDIMENTO1. Uma fita de 10 cm de Mg foi lixada e pesada em balança analítica para aobtenção aproximada de 0,06 e 0,08g;2. Em um béquer de 300 mLforam adicionados 20 mL de água destilada,3. Uma proveta de 100 mL foi preenchida com água destilada e fechada comfilme plástico. Logo após, foi montado um sistema, onde a proveta foicolocadainvertida dentro do béquer de 300 mL; Com o auxílio de uma pinça o filme plásticofoi removido de modo a não formar bolhas de ar;4. A fita de Mg foi enrolada e introduzida no interior da proveta invertida sem quehouvesse a formação de bolhas de ar. Em seguida, a proveta foi fixada a hasteuniversal através da garra metálica;5. Na capela, cerca de 10 mL de solução concentrada de HCl foi colocada emum béquer de 50 mL contendo cerca de 10 mL de água destilada. Então, a soluçãode HCl, foi adicionada ao béquer do sistema contendo a fita de magnésio e a reaçãofoi observada;6. Após o final da reação, o sistema foi mantido em repouso por 10 minutos eforam anotadas a pressão atmosférica e a temperatura da solução contida nobéquer;7. Foi observada (quadro 3.1) e anotada a pressão de vapor de água natemperatura da solução contida no béquer;8. O nível de liquido na proveta foi igualado com o nível de liquido no béquer,igualando assim a pressão do gás à pressão atmosférica. O volume do gás foianotado;9. Foram utilizados os valores de P, V, e T obtidos, juntamente com a constantedos gases ideais (R= 0,082 atmL/Kmol), para calcular o número de mols de
  4. 4. 4H2produzidos no experimento ( descontando o valor da pressão de vapor de água dapressão no interior da proveta).10. Uma chama foi aproximada a borda da proveta depois de retirá-la de dentrodo béquer e de incliná-la a 45°. O fenômeno foi observado.RESULTADOS Quandoa fita de magnésioentrou em contato com a água nenhum fenômenofoi observado. No entanto, após a adição da solução de HCl pode-se observar queno interior da proveta o magnésio movimentava-se e havia a produção de gás.Eapós um período maior o magnésio foi consumido, o volume de gás no interior daproveta aumentou e o volume de líquido aumentou no béquer. Após o final da reação, a proveta foi removida de modo a não perder o gás,então uma chama foi aproximada de sua boca e quando o gás entrou em contatocom a chama do fósforo houve uma explosão.DISCUSSÃO E CONCLUSÃO Quando a fita de Mg entrou em contato com o ácido houve uma reaçãoproduzindo provavelmente um sal e liberando hidrogênio na forma gasosa. SegundoMontoya (2011), este tipo de reação é uma forma de obtenção de hidrogênio gasosoem laboratório, conforme a equação a seguir: Mg s H 2 SO4 aq MgSO4 aq H2 g Para a confirmação da presença do hidrogênio no experimento, aproximou-se uma chama a bocada proveta logo após esta ser retirada da água, quando o gásentrou em contato com a chama houve uma explosão, confirmando a existência degás hidrogênio, pois, uma vez que este gás é inflamável (RUSSEL, 1994). Com os resultados obtidos pode-se concluir que o hidrogênio gasoso podeser obtido satisfatoriamente através de soluções diluídas de ácidos reagindo commetais e que a molécula do hidrogênio queima em presença de chama e oxigênio.RESPOSTAS DAS QUESTÕES PROPOSTAS1. Escreva a equação da reação entre magnésio e ácido clorídrico. Mg s 2 HCl aq MgCl 2 aq H2 g
  5. 5. 52. Utilize o número de mols de H2 obtido para calcular a massa molar domagnésio.3. Compare o valor da massa molar do magnésio obtido experimentalmente como valor teórico.4. Este experimento poderia ser feito com cálcio ou sódio? O experimento poderia ser feito com Ca ou Na, pois segundo Russel (1994) ohidrogênio pode ser obtido pela redução química da água efetuada por de agentesredutores com um potencial de oxidação maior que + 0,41 V. Sendo assim, osmetais como sódio e cálcio, podem produzir hidrogênio a partir de moléculas deágua de forma rápida e espontâneadevido aos seus potenciais de oxidação: Na(s) Na+(aq) + e – ξ° = +2,71 V Ca(s) Ca2+(aq)+ 2e – ξ° = +2,87V5. Você acha que a solubilidade do hidrogênio em água é alta ou baixa?Justifique. É baixa, pois, o hidrogênio molecular é o gás mais leve que se conhece, éincolor, inodoro, insípido e insolúvel em água, pois sua densidade é 14 vezes menorque a do ar (SCHAEFER, 2011). REFERENCIASMONTOYA, Diana Marcela Cadena. Estudo do hidrogênio.Disponível em:<http://pt.scribd.com/doc/51796171/relatorio-Estudo-do-hidrogenio>. Acesso em: 03abr. 2011.LEE, J. D. Química Inorgânica não Tão Concisa, 5. ed, Trad. Toma et al., SãoPaulo: Edgard Blucher Editora Ltda, 1996, p. 131-134.
  6. 6. 6RUSSEL, John Blair.Química Geral, 2. ed.São Paulo: Pearson Education do Brasil,1994. 621p.SHRIVER, Duward. F.; ATKINS, Peter. W.Química Inorgânica, 4 ed., Bookman,PortoAlegre, 2008. 848p.SCHAEFER, Silvia. Elemento químico hidrogênio.Disponível em:<http://www.tabela.oxigenio.com/hidrogenio/elemento_quimico_hidrogenio.htm>.Acesso em: 03 abr. 2011.

×