Hoje vamos falar sobre o elemento Hidrogênio.
Nas estrelas, o hidrogênio é convertido
em hélio pela fusão nuclear, processo que proporciona energia das estrelas,
entre elas o Sol. Na Terra, está presente em todas as substâncias animais e
vegetais, na forma de compostos em que se combina com o carbono e outros
elementos.
O hidrogênio, elemento do símbolo H, é o
mais simples de todos os elementos químicos, pois é constituído de um próton e
um elétron que gira ao seu redor. Embora na terra ocupe o nono lugar entre os
elementos em termos de ocorrência, correspondendo a 0,9% da massa do planeta, é
o mais abundante no universo, pois apresenta cerca de 75% de toda a massa
cósmica.
Propriedades físicas e químicas:
O hidrogênio é uma substância simples,
presente em abundância na superfície terrestre em combinação com os outros
elementos e, em especial, na água. Em seu estado molecular, H2, como
se encontra na natureza, constitui-se de dois átomos de hidrogênio, ligados por
covalência, e faz parte das emanações vulcânicas em proporções
reduzidas.
O hidrogênio molecular, o gás mais leve
que se conhece, é incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água. Sua densidade
é 14 vezes menor que a do ar. Ao esfriá-lo com ar liquefeito e comprimi-lo
fortemente, obtêm-se hidrogênio líquido, que entra em ebulição a -258,8º C à
pressão atmosférica.
Distinguem-se dois tipos de hidrogênio
molecular, em função do sentido de rotação de seu núcleo ou spin nuclear.
Estas variedades são o para-hidrogênio, menos energético e com diferentes
sentidos de rotação dos núcleos dos átomos, e o orto-hidrogênio, de maior
energia e com giros análogos. Em temperatura ambiente, a proporção normal é de
três partes do segundo para uma do primeiro.
O hidrogênio atômico não se encontra
livre na natureza, mas sim combinado em grande número de compostos. É um
elemento de grande instabilidade e, conseqüentemente, muito reativo, que tende a
ajustar seu estado eletrônico de diversas formas. Quando perde um elétron,
constitui um cátion H+, que é na realidade um próton. Em outros casos
se produz por meio do ganho de um elétron para formar o ânion hídrico H¯,
presente apenas em combinações com metais alcalinos e
acalinos-terrosos.
Isótopos do hidrogênio:
A estrutura atômica do hidrogênio, a
mais simples de todos os elementos químicos, apresenta um próton, o carga
positiva, no núcleo, e um elétron, ou carga negativa, na camada externa. Seu
peso atômico na escala comparativa externa. Seu peso atômico na escala
comparativa é de 1,00797. A diferença entre esse valor e o observado para o peso
do hidrogênio em seus compostos fez com que alguns químicos pensassem que não se
tratava de um erro de medida, mas sim do peso combinado de átomos de hidrogênio
de pesos diferentes, ou seja, de isótopos do hidrogênio. O químico americano
Halo Clauton Urey, prêmio Nobel de química em 1934, e dois colaboradores
detectaram, no resíduo de destilação do hidrogênio líquido, um hidrogênio mais
pesado. Esse hidrogênio mais pesado, o deutério, 2H ou D, tem um
nêutron junto ao próton do núcleo. Seu número atômico é o mesmo do hidrogênio
normal, mais o peso é 2,0147.
Existe outro tipo de hidrogênio, o
trício, 3H ou T, com dois números atômicos no núcleo, além do próton,
presente em quantidades mínimas na água natural. O trício é formado
continuamente nas altas camadas da atmosfera por reações induzidas por raios
cósmicos.
Obtenção e aplicações:
Em pequenas quantidades, o hidrogênio é
normalmente produzido pela ação do zinco sobre o ácido sulfúrico. Entre outros
processos de produção industrial, cite-se a ação do vapor ou do oxigênio sobre
hidrocarbonetos como o metano. Em 1783 e a segunda guerra mundial, o hidrogênio
foi usado para encher balões, ainda que, no caso de dirigíveis para passageiros,
o hélio tenha a vantagem de não ser inflamável. Atualmente sua principal
aplicação é na síntese do amoníaco e do metanol na difusão do petróleo. Outra
aplicação importante é na hidrogenização de substâncias orgânicas para produção
de solventes, produtos químicos industriais e alimentos como a margarina e
gordura vegetal. Em outros campos da indústria química e metalúrgica, emprega-se
também o hidrogênio na fase de redução para metal.
Em outro contexto, a explosão de uma
bomba de hidrogênio, também chamada termonuclear, é causada pela colisão e fusão
de núcleos leves de hidrogênio, deutério e trício. A obtenção de um meio de
controlar a reação de fusão pode levar a uma fonte de energia praticamente
inesgotável, já que tem como combustível a água do mar, de altíssimo rendimento
e grande pureza, por não gerar subprodutos.