Introduction to Chemistry

Term

• diatomicConsisting of two atoms

Physical Properties of Hydrogen

Hydrogen is the smallest chemical element because it consists of only one proton in its nucleus. Seu símbolo é H, e seu número atômico é 1. Ele tem um peso atômico médio de 1.0079 amu, tornando-o o elemento mais leve. O hidrogênio é a substância química mais abundante no universo, especialmente em estrelas e planetas gigantes de gás. No entanto, o hidrogênio monoatômico é raro na Terra, devido à sua propensão para formar ligações covalentes com a maioria dos elementos. À temperatura e pressão padrão, o hidrogênio é um gás diatômico não tóxico, não metálico, inodoro, insípido, incolor e altamente combustível com a fórmula molecular H2. O hidrogênio também é prevalente na Terra na forma de compostos químicos como hidrocarbonetos e água.

Hidrogênio tem um próton e um elétron; o isótopo mais comum, o protium (1H), não tem nêutrons. O hidrogênio tem um ponto de fusão de -259,14 °C e um ponto de ebulição de -252,87 °C. O hidrogênio tem uma densidade de 0,08988 g/L, tornando-o menos denso que o ar. Possui dois estados de oxidação distintos, (+1, -1), que o tornam capaz de agir tanto como agente oxidante como redutor. Seu raio covalente é 31,5 pm.

Hidrogênio existe em dois isômeros de spin diferentes de moléculas diatômicas de hidrogênio que diferem pelo spin relativo de seus núcleos. A forma orto-hidrogênio tem giros paralelos; a forma paraidrogênio tem giros antiparalelos. À temperatura e pressão padrão, o gás hidrogênio consiste em 75% de ortohidrogênio e 25% de paraidrogênio. O hidrogênio está disponível em diferentes formas, tais como hidrogênio gasoso comprimido, hidrogênio líquido e hidrogênio pastoso (composto de líquido e sólido), bem como em formas sólidas e metálicas.

h2> Propriedades Químicas do Hidrogênio

Gás Hidrogênio (H2) é altamente inflamável e queimará no ar em uma ampla faixa de concentrações entre 4% e 75% por volume. A entalpia de combustão do hidrogênio é -286 kJ/mol, e é descrita pela equação:

2 H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2 H_2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol H_2)

Gás hidrogênio também pode explodir em uma mistura de cloro (de 5 a 95%). Estas misturas podem explodir em resposta a uma faísca, calor ou mesmo à luz solar. A temperatura de auto-ignição do hidrogênio (temperatura em que ocorrerá a combustão espontânea) é de 500 °C. As chamas puras de hidrogênio-oxigênio emitem luz ultravioleta e são invisíveis a olho nú. Como tal, a detecção de uma fuga de hidrogénio em combustão é perigosa e requer um detector de chamas. Como o hidrogênio é flutuante no ar, as chamas de hidrogênio ascendem rapidamente e causam menos danos do que os incêndios com hidrocarbonetos. O H2 reage com elementos oxidantes, que por sua vez reagem espontânea e violentamente com cloro e flúor para formar os correspondentes halogenetos de hidrogênio.

H2 forma compostos com a maioria dos elementos apesar de sua estabilidade. Quando participa de reações, o hidrogênio pode ter uma carga parcialmente positiva quando reage com elementos mais eletronegativos como os halogênios ou o oxigênio, mas pode ter uma carga parcialmente negativa quando reage com elementos mais eletropositivos como os metais alcalinos. Quando o hidrogênio se liga com flúor, oxigênio ou nitrogênio, ele pode participar de uma forma de ligação não-verbal (intermolecular) de média resistência chamada ligação de hidrogênio, que é crítica para a estabilidade de muitas moléculas biológicas. Compostos que possuem ligação de hidrogênio com metais e metalóides são conhecidos como hidretos.

Oxidação do hidrogênio remove seu elétron e produz o H+ion. Muitas vezes, o H+ em soluções aquosas é referido como o íon hidrônio (H3O+). Esta espécie é essencial na química ácido-base.

Isótopos de hidrogênio

Hidrogênio existe naturalmente como três isótopos, denominados 1H, 2H, e 3H. 1H ocorre a 99,98 por cento de abundância e tem o nome formal protium. 2H é conhecido como deutério e contém um elétron, um próton e um nêutron (número de massa = 2). O Deutério e seus compostos são usados como rótulos não radioativos em experimentos químicos e em solventes para espectroscopia 1H-NMR. O 3H é conhecido como trítio e contém um próton, dois nêutrons e um elétron (número de massa = 3). É radioativo e decai em hélio-3 através de decaimento beta com meia vida útil de 12,32 anos.