Hidrogênio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hidrogênio líquido em uma câmara de bolhas . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Posição na tabela periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Símbolo | H | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sobrenome | Hidrogênio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número atômico | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | 1 e período | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Quadra | Bloco s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Família de elementos | Metalóide | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuração eletronica | 1 s 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elétrons por nível de energia | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades atômicas do elemento | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massa atômica | 1,00794 ± 0,00007 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio atômico (calc) | 25 pm ( 53 pm ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 31 ± 17h | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio de Van der Waals | 120 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado de oxidação | -1, +1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eletronegatividade ( Pauling ) | 2,2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Óxido | anfotérico | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energias de ionização | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 re : 13.598443 eV | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos mais estáveis | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Propriedades físicas simples do corpo | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massa volumica |
0,089 88 g L −1 (gás, CNTP ), 0,070 8 kg L −1 (líquido, −253 ° C ), |
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Sistema de cristal | Hexagonal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vários | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Precauções | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NFPA 704 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 0 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Transporte | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1049 : HIDROGÊNIO COMPRIMIDO Classe: 2.1 Etiqueta: 2.1 : Gases inflamáveis (corresponde aos grupos designados por F maiúsculo); |
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Unidades de SI e STP, salvo indicação em contrário. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
O hidrogênio é o elemento químico do número atômico 1, do símbolo H. O hidrogênio presente na Terra é feito quase inteiramente do isótopo 1 H (um próton , nêutron zero ); contém cerca de 0,01% de 2 H (um próton, um nêutron). Esses dois isótopos são estáveis . Um terceiro isótopo 3 H (um próton, dois nêutrons), instável , é produzido em explosões nucleares. Esses três isótopos são chamados de " protium ", " deutério " e " trítio ", respectivamente.
O hidrogênio pode ter os números de oxidação 0 ( dihidrogênio H 2 ou hidrogênio metálico ), + I (na maioria de seus compostos químicos ) e –I (nos hidretos metálicos). O hidrogênio é um elemento eletropositivo , freqüentemente ionizado no estado H + ou H 3 O + . Mas também forma ligações covalentes , especialmente na água e na matéria orgânica .
O hidrogênio é o principal constituinte do Sol e da maioria das estrelas (cuja energia vem da fusão termonuclear desse hidrogênio), e da matéria interestelar ou intergaláctica . É um dos principais componentes dos planetas gigantes , em forma metálica no coração de Júpiter e Saturno , e na forma de hidrogênio sólido, líquido ou gasoso em suas camadas mais externas e nos demais planetas gigantes. Na Terra, está presente principalmente na forma de água líquida, sólida ( gelo ) ou gasosa ( vapor d'água ), mas também está contida na fumaça de certos vulcões forma H 2 e metano CH 4 .
Esse gás foi identificado pela primeira vez por Cavendish em 1766 , que o chamou de "ar inflamável" porque ele queima ou explode na presença de oxigênio , onde forma vapor d'água. Lavoisier designou esse gás pelo nome de hidrogênio, composto pelo prefixo “hidro-”, do grego ὕδωρ ( hudôr ), que significa “água”, e o sufixo “-gene”, do grego γεννάω ( gennaô ), “gerar ”. Este é o gás com a fórmula química H 2 , cujo nome científico agora é "dihidrogênio".
Dihidrogênio é quase sempre chamado de "hidrogênio" na linguagem comum.
O hidrogênio é o elemento mais abundante no Universo : 75% em massa e 92% em número de átomos. Está presente em grandes quantidades em estrelas e planetas gasosos; é também o principal componente das nebulosas e do gás interestelar .
Na crosta terrestre , o hidrogênio representa apenas 0,22% dos átomos, muito atrás do oxigênio (47%) e do silício (27%). Também é raro na atmosfera terrestre , pois representa em volume apenas 0,55 ppm de gases atmosféricos. Na Terra, a fonte mais comum de hidrogênio é a água , cuja molécula é composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio ; o hidrogênio é, acima de tudo, o constituinte principal (em número de átomos) de toda a matéria viva, associado ao carbono em todos os compostos orgânicos . Por exemplo, o hidrogênio representa 63% dos átomos e 10% da massa do corpo humano.
Sob pressões muito baixas, como as que existem no espaço , o hidrogênio tende a existir como átomos individuais porque não colide com outros átomos para se combinar. As nuvens de hidrogênio são a base do processo de formação de estrelas .
O hidrogênio é o elemento químico mais simples; seu isótopo mais comum consiste em apenas um próton e um elétron . O hidrogênio é o átomo mais leve. Como tem apenas um elétron, ele só pode formar uma ligação covalente : é um átomo univalente .
No entanto, o hidrogênio sólido pode ser metálico quando sob pressão muito alta . Em seguida, ele se cristaliza com uma ligação metálica (ver hidrogênio metálico ). Na tabela periódica dos elementos , encontra-se na coluna dos metais alcalinos . No entanto, por não estar presente neste estado na Terra, não é considerado um metal na química .
A seção de choque de captura de hidrogênio (200 mb com nêutrons térmicos e 0,04 mb com nêutrons rápidos) é baixa o suficiente para permitir o uso de água como moderador e refrigerante em reatores nucleares.
O átomo de hidrogênio é o átomo mais simples que existe. É, portanto, aquele para o qual a solução da equação de Schrödinger , em mecânica quântica , é a mais simples. O estudo deste caso é fundamental, pois permitiu explicar os orbitais atômicos e, a seguir, as várias ligações químicas com a teoria dos orbitais moleculares .
O hidrogênio é o único elemento para o qual cada isótopo tem um nome específico, pois sua diferença de massa (em relação ao átomo de hidrogênio) é significativa: de simples a duplo ou triplo, o que explica o porquê, ao contrário do que é verdadeiro para os isótopos em geral , essas diferenças podem influenciar as propriedades químicas do deutério ou trítio em relação ao prótio (efeito isotópico). A água pesada (D 2 O), que contém isótopos pesados de hidrogênio, é exemplo tóxico (dose alta) para muitas espécies. Na verdade, devido à grande diferença de massa entre os isótopos, a cinética das reações em solução aquosa é consideravelmente desacelerada.
Os isótopos de hidrogênio mais notáveis são:
O hidrogênio, presente em grandes quantidades no coração das estrelas, é uma fonte de energia por meio de reações de fusão nuclear , que combinam dois núcleos de átomos de hidrogênio (dois prótons ) para formar um núcleo atômico, o hélio . As duas vias dessa fusão nuclear natural são a cadeia próton-próton , de Eddington , e o ciclo catalítico de carbono-nitrogênio-oxigênio , de Bethe e von Weizsäcker .
A fusão nuclear realizada em bombas de hidrogênio ou bombas H diz respeito aos isótopos intermediários de fusão (o hidrogênio se transforma em hélio), como o que ocorre nas estrelas: isótopos pesados de hidrogênio, hélio 3 , trítio, etc. Mas, em uma bomba H , as reações nucleares duram apenas algumas dezenas de nanossegundos, o que só permite reações em uma única etapa. Porém, para conseguir a transformação do hidrogênio em hélio, várias etapas são necessárias, a primeira delas, a reação de um próton, é muito lenta.
Desde 2006, o projeto ITER tem como objetivo verificar a “viabilidade científica e técnica da fusão nuclear como uma nova fonte de energia ”.
Exceto em pressões extremamente baixas (como no espaço intergaláctico ) ou extremamente altas (como nas partes centrais de Júpiter e Saturno ), o hidrogênio do corpo único é composto de moléculas de H 2 ( dihidrogênio ).
Em pressões extremamente altas, o hidrogênio está no chamado estado "escuro", intermediário entre um gás e um metal. Não reflete a luz e não a transmite. Ele também se torna um condutor de eletricidade muito fraco. É semelhante aos metais alcalinos que seguem no grupo 1 da tabela periódica .
Em pressões mais baixas, o hidrogênio é um gás monoatômico .
A molécula de hidrogênio existe em dois isômeros de spin nuclear: hidrogênio orto ( spins paralelos) e para hidrogênio (spins antiparalelos).
Sob condições normais de temperatura e pressão , como na maioria das condições de interesse em química e ciências da terra , o hidrogênio é um gás molecular com a fórmula H 2, hidrogênio . Dihidrogênio também forma vastas " nuvens moleculares " nas galáxias , que são a fonte da formação de estrelas .
Em pressão muito baixa e temperatura muito alta, o hidrogênio é um gás monoatômico (portanto, de fórmula H), notadamente o caso do gás interestelar ou intergaláctico . Devido à imensidão desses espaços e apesar da densidade muito baixa do gás, o hidrogênio monoatômico constitui cerca de 75% da massa bariônica do universo .
O hidrogênio sólido é obtido baixando a temperatura abaixo do ponto de fusão do hidrogênio, localizado a 14,01 K ( −259,14 ° C ). O estado sólido foi obtido pela primeira vez em 1899 por James Dewar .
O hidrogênio metálico é uma fase do hidrogênio que ocorre quando submetido a pressões muito altas e temperaturas muito baixas . Este é um exemplo de matéria degenerada . Alguns acreditam que existe uma faixa de pressões (em torno de 400 GPa ) sob a qual o hidrogênio metálico é líquido , mesmo em temperaturas muito baixas.
O hidrogênio triatômico é uma forma alotrópica muito instável do hidrogênio corporal simples , com a fórmula H 3.
O átomo de hidrogênio pode perder seu único elétron para dar o íon H + , comumente referido como próton . Na verdade, o átomo que perdeu seu único elétron é reduzido ao seu núcleo e, no caso do isótopo mais abundante 1 H, esse núcleo consiste apenas em um próton. Este nome não é estritamente correto se levarmos em consideração a presença, embora discreta (menos de 0,02%), de outros isótopos. O nome Hydron é mais geral (também dizer de iões de hidrogénio , apesar do possível confusão com o anião H - ). Seu raio é muito pequeno: cerca de 1,5 × 10 −15 m contra 5 × 10 −11 m para o átomo.
Em solução, o próton não existe no estado livre, mas está sempre ligado à nuvem de elétrons de uma molécula. Em solução aquosa é solvatado por moléculas de água; podemos simplificar considerando que ele é capturado por uma molécula de água H 2 O, formando um íon “hidrônio” H 3 O + , também denominado “oxônio” ou “hidroxônio”.
O átomo de hidrogênio também pode adquirir um segundo elétron para dar o íon " hidreto " H - , que lhe dá a mesma procissão eletrônica estável do átomo de hélio .
O hidrogênio desempenha um papel primordial em uma reação ácido-base (dentro do significado da teoria de Brønsted-Lowry ), uma vez que esta corresponde formalmente à troca de um íon hidrogênio H + entre duas espécies, a primeira (o ácido ) liberando H + por quebrando uma ligação covalente , e o segundo (a base ) capturando este H + formando uma nova ligação covalente:
A ligação de hidrogênio é uma interação eletrostática entre um átomo de hidrogênio quimicamente ligado a um átomo eletronegativo A e outro átomo eletronegativo B (A e B sendo tipicamente O , N ou F em química orgânica).
Essa ligação desempenha um papel importante na química orgânica, uma vez que os átomos de oxigênio O, nitrogênio N ou flúor F são capazes de criar ligações de hidrogênio, mas também na química inorgânica, entre álcoois e alcoolatos metálicos.
O átomo de hidrogênio pode envolver seu único elétron para formar uma ligação covalente com muitos átomos não metálicos.
Os compostos mais famosos são:
O hidrogênio também está presente em todas as moléculas orgânicas , onde se liga principalmente aos átomos de carbono , oxigênio e nitrogênio .
O hidrogênio se combina com a maioria dos outros elementos porque tem uma eletronegatividade média (2.2) e pode, portanto, formar compostos com elementos metálicos ou não metálicos. Os compostos que ele forma com metais são chamados " hidretos ", em que é encontrado como H - iões geralmente encontrado em solução. Em compostos com elementos não metálicos, o hidrogênio forma ligações covalentes , pois o íon H + tem uma forte tendência de se associar aos elétrons. Em ácidos em solução aquosa, os íons H 3 O + são formados chamados íons " hidrônio " ou " oxônio ", uma combinação do próton e uma molécula de água .
O hidrogênio corrói muitos sistemas de liga , enfraquecendo-os. Isso pode levar a falhas catastróficas, por exemplo, de células de combustível ou certos processos catalíticos. Este é um problema sério para as indústrias que produzem ou usam hidrogênio. Ainda é um obstáculo para a produção, transporte, armazenamento e ampla utilização deste produto.
A ciência dos materiais pesquisa materiais mais resistentes à fragilização por hidrogênio, mas este trabalho é complicado pela dificuldade de medir ou observar o hidrogênio e experimentalmente em escala atômica. Chen et al. obteve sucesso em 2017 na observação da distribuição tridimensional (3D) precisa de átomos de hidrogênio na matéria usando uma nova abordagem para tomografia de sonda atômica baseada em deuterização , transferência criogênica e algoritmos de análise de dados apropriados.
Poucos estudos parecem ter sido conduzidos sobre esses assuntos, possivelmente porque não se acredita que os organismos vivos sejam expostos ao gás hidrogênio na natureza. Na verdade, sendo este gás muito leve, ele se dispersa rapidamente em direção às camadas muito altas da atmosfera.
Em relação à toxicidade para os humanos, o hidrogênio pode ser absorvido pelo corpo por inalação. Em um ambiente industrial ou na presença de um grande vazamento, uma concentração prejudicial deste gás (inodoro) no ar pode ser rapidamente alcançada (e também formar uma mistura explosiva com ar, oxigênio, halogênios e todo poderoso oxidante, especialmente no presença de um catalisador metálico, como níquel ou platina). Em altas concentrações, o hidrogênio expõe as pessoas ao agravamento de problemas pulmonares pré-existentes e anóxia, com sintomas como dor de cabeça, zumbido nos ouvidos, tontura, sonolência, perda de consciência, náusea, vômito e depressão. Todos os sentidos ” e uma pele pode adquirir uma tonalidade azulada antes de sufocar se a exposição for prolongada.
O hidrogênio ainda não é (2019) conhecido por ser uma fonte de mutagenicidade, embriotoxicidade, teratogenicidade ou toxicidade para a reprodução.
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1 | H | Ei | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Ser | B | VS | NÃO | O | F | Nascer | |||||||||||||||||||||||||
3 | N / D | Mg | Al | sim | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K | Isto | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ou | Cu | Zn | Ga | Ge | Ás | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Dentro | Sn | Sb | Vocês | eu | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | BA | O | Esta | Pr | WL | PM | Sm | Teve | D'us | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Leitura | Hf | Sua | C | Ré | Osso | Ir | Pt | No | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | No | Rn | |
7 | Fr | Ra | Ac | º | Pa | você | Np | Poderia | Sou | Cm | Bk | Cf | É | Fm | Md | Não | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
8 | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Metais Alcalinos |
Alcalino- terroso |
Lantanídeos |
Metais de transição |
Metais pobres |
Metal- loids |
Não metais |
genes halo |
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Itens não classificados |
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