Relatório 02- Síntese e propriedades do hidrogênio

FACULDADES OSWALDO CRUZ

SÍNTESE E PROPRIEDADES DO HIDROGÊNIO (Relatório número 02)

SÃO PAULO 2013

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Nome da Experiência: Síntese e propriedades do hidrogênio Número da Experiência

02

Data da Realização da Experiência

22/03/2013

Nome:

Fernando Rodrigues

Número:

15.12.085

Nome:

Guilherme Favila

Número:

15.12.083

Nome:

Gabriela Gandra

Número:

15.12.162

Nome:

Rodrigo Victorino

Número:

15.12.111

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

1.1.

Obtenção do gás hidrogênio

1.1.1 Reação de zinco metálico com ácido clorídrico

Introduzimos em um balão volumétrico zinco metálico, esse equipamento estava acoplado a um funil de separação, no qual foi introduzido 50 mL de solução de ácido clorídrico (30 mL de água destilada + 20 mL de ácido clorídrico concentrado). O ácido foi escoado lentamente sobre o metal, o zinco (em estado pó) ao ser colocado em contato com ácido se dissolveu de maneira bem lenta, foi observado que não ocorreu modificação em sua coloração. Para acelerar a reação, o balão volumétrico foi aquecido com auxílio do bico de Bünsen. Essa é uma reação de oxirredução, com redução dos íons hidrogênio e oxidação do metal, como produtos para esta reação obtivemos cloreto de zinco e hidrogênio gasoso. O gás formado escapava por tubo de vidro acoplado ao sistema e, foi recolhido em três tubos de ensaio, devidamente vedados. Para a reação entre o zinco metálico e o ácido clorídrico temos a seguinte equação:

Zn(s) + 2 HCl(aq)  ZnCl2(s) + H2(g) Zn(s) + 2 H+(aq)  Zn2+(aq) + H2(g)

1.1.2 Reação de alumínio metálico com hidróxido de sódio

Adicionamos a um tubo de ensaio 3 mL de solução de hidróxido de sódio e raspas de alumínio metálico. O tubo foi tampado com uma rolha que 3

permitia o escape de gases. A reação foi acelerada com o aquecimento do tubo. O alumínio reagiu rapidamente, dando origem a um complexo de sódio e alumínio, e hidrogênio gasoso, como segue na equação:

2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H2O(l)  2 Na[Al(OH)4](s) + 3 H2(g)

Recolhemos o gás liberado em outro tubo de ensaio, o qual foi aproximado da chama do bico de Bünsen, o qual rapidamente se inflamou. A combustão do hidrogênio obedece a seguinte equação:

H₂(g) + 1/2 O₂(g)  H₂O(g)

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1.2.

Verificação das propriedades

1.2.1. Verificar se o gás é comburente ou combustível

Os tubos de ensaio reservados do primeiro procedimento foram aproximados à chama do bico de Bünsen, ocorrendo sua combustão rapidamente, com um ruído específico, denotando uma pequena “explosão”, como segue na equação:

H₂(g) + 1/2 O₂(g)  H₂O(g)

Como o hidrogênio reage com o oxigênio, liberando calor e água na forma gasosa, podemos classifica-lo como combustível.

1.2.2. Verificar se o gás é mais leve que o ar

O gás do primeiro procedimento foi coletado, enchendo o tubo de ensaio primeiramente com água da cuba, para depois ser recolhido o gás proveniente do tubo, pelo fato de que o gás hidrogênio é menos denso que a água, ele tende a ocupar todo o volume do tubo.

1.2.3. Verificar o poder redutor do gás hidrogênio

Adicionamos 2 mL de solução de cloreto de ferro (III), algumas gotas de ácido clorídrico e pequena quantidade de ferro em pó. O conteúdo foi aquecido e, após resfriado, filtrado para eliminar resíduos sólidos de ferro. A solução de cloreto de ferro que tinha coloração amarelada, após a reação e filtração, adquiriu aspecto incolor, devido à redução do ferro, de nox 3+ para nox 2+. 5

Fe³+(aq)  Fe²+(aq)

À solução resultante foi adicionado hidróxido de amônio (NH 4OH), na qual rapidamente formou-se um precipitado verde, devido à formação de hidróxido de ferro (II), composto insolúvel. Fe²+(aq) + 2 OH-(aq)  Fe(OH)2(s)

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2. BIBLIOGRAFIA

ATKINS, Peter. Princípios de química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente, Peter Atkins, Loretta Jones. 5. ed. – Porto Alegre: Bookman, 2012.

LEE, J. D. Química Inorgânica não Tão Concisa, 5. ed, São Paulo: Edgard Blucher, 1999.

FERNANDES, Jayme. Química analítica qualitativa: cursos técnicos e profissionalizantes do 2° grau, curso de química industrial e curso superior de química, Jayme Fernandes. – São Paulo: Hermus, 1982.

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3. QUESTIONÁRIO

1. Discuta a inclusão do hidrogênio em um dos grupos dos elementos representativos.

O hidrogênio, e suas propriedades, não se relacionam com nenhum grupo representativo da tabela periódica, logo é sempre estudado a parte. Pelo fato de ter um elétron no nível  mais externo, sua estrutura eletrônica se assemelha com a dos metais alcalinos, o que  justifica o fato de ficar próximo a este grupo na tabela periódica.

2. Descreva os principais usos do hidrogênio.

O hidrogênio é o elemento mais abundante do Planeta, constituindo cerca de 89% de todos os átomos do universo. Junto com o carbono, constituem os hidrocarbonetos, combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural) muito utilizados em n ossa sociedade. Constitui a molécula de água (H2O), componente essencial à vida. Como molécula diatômica (H2 ) tem sido estudado como combustível do futuro, pois sua queima gera apenas água como produto.

3. Quais são os isótopos de hidrogênio e como podem ser obtidos?

Nome

Símbolo

abundância (%)

Hidrogênio

1

H

99,98

Deutério

2

H

0,02

Trítio

3

H

radioativo

O hidrogênio que conhecemos, também pode ser chamado de prótio, constituído por um elétron e um próton, ocorre naturalmente na natureza, sendo o isótopo mais estável. O deutério ocorre naturalmente na proporção de um para cada 7.000 átomos de hidrogênio,

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sendo muito utilizado nos processos de fusão nuclear. O trítio é o mais raro isótopo do hidrogênio, sendo encontrado com abundância no espaço, emite radiação beta, seu núcleo  possui um próton e dois nêutrons.

4. Dê as reações de obtenção de hidrogênio:

a) Método de Lavoisier.

Lavoisier obteve o gás hidrogênio passando vapor d’água sobre ferro incandescente. Ele escreveu “o ferro torna-se um óxido negro absolutamente igual àquele obtido pela sua calcinação ao ar” (nesse experimento o ferro é oxidado pela água, que é reduzida a hidrogênio). O método de Lavoisier foi o utilizado nos experimentos efetuados no laboratório para obtenção do hidrogênio.

b) Método da oxidação parcial de hidrocarbonetos.

2 CH4 + O2   2 CO + 4 H 2

c) Método eletrolítico.

2 H2O + eletricidade   2 H2 + O2

5. O que são hidretos? Como são classificados? Exemplifique.

Hidretos são compostos binários do hidrogênio com outros elementos. São classificados de acordo com o tipo de ligação que o constitui, podendo ser: 1) hidretos iônicos (ex. NaH); 2) hidretos covalentes (ex. NH 3 ); 3) hidretos metálicos (ex. TiHn ).

6. Observe os seguintes dados: 9

•

Raio iônico teórico H1- = 2,08 Å

•

Raio atômico He = 0,93 Å

•

Ponto de ebulição do HF = 20 °C; HCl = -85 °C; HBr = -67 °C e HI = -36 °C. a) Por que o raio iônico teórico do H 1- é muito maior (dobro) que o raio atômico do He?

O He possui dois prótons e dois elétrons, logo a força de seu núcleo sobre sua nuvem eletrônica é maior por ser a mesma quantidade de cargas negativas e positivas, resultando -

num átomo menor quando comparado a outro (H¹  ) que possui apenas uma carga positiva  para duas negativas, a qual exerce menor força de atração, resultando num átomo maior, com elétrons mais “espaçados”. Em geral, ânions são maiores que cátions e seus átomos constituintes.

b) Por que existe essa variação nos pontos de ebulição desses compostos?

Existe variação no ponto de ebulição destes compostos devido às forças intermoleculares existentes, quanto maior essa força, maior será o PE. O HF apresenta ligações de hidrogênio, logo tem o maior ponto de ebulição. No HCl, HBr e HI com o aumento do tamanho das nuvens eletrônicas (aumento do raio atômico), aumenta a área de contato entre as moléculas, aumentando consequentemente as forças de London, o que justifica o aumento no ponto de ebulição do HCl