2. Hidrogenul

8/13/2019 2. Hidrogenul

1/26

Capitol HIDROGENUL


2/26


3/26

METODE DE OBINERE

I. Metode termice:

a). P iroliza i cracarea termica hidrocarburilor n absena

Reacia poate fi condus n prezena vaporilor de ap, n condiii decataliz eterogen (Ni sau Fe-Cu, p = 80-50 atm.)

2O

400C

Pt sauFe-1

2(g)(s)4(g) mol75KJH , 2HC CH

~ 1000C

gaz de sintez

-12(g)(g)(g)24(g) mol204,7KJH , 3HCO OH CH


4/26

ntruct reacia este endoterm, pentru ca H s fie < 0, se introduce O2care oxideaz exoterm o parte din CH4. Cantitatea de H2 degajat estemare .

b). Disocierea termic, n absena aerului, a hidrurilor ionice

2(g)2(g)(g)22(g)(g)24(g) 3CO 9CO29H 5O O5H 12CH

-1mol-83,73KJH

1100C

Fe sau Pt

Li H 2LiH 2(g)tC


5/26

II. Metode electrochimice:

a). H2 de puritate avansat i O2 pur , se obin prinelectroliza apei ; seadaug cantiti mari de compui care, n ap, furnizeaz purttorii decurent:

Ex. Electroliza apei alcalinizate (NaOH) cu catod de Fe, anod de grafit idiafragm pentru separarea H2 i O2:

2(g)2(g)(l)2 O 2H O2H

energieelectric

NaOH sauH2SO 4

- consum mare de curent electric,procedeu foarte costisitor

HO H OH 2

2H 2H ;H 1H :)( e K

O OH 2HO ;HO 1HO :)( 2

e A

2O 2O


6/26

Apa poate fi scindat n H2 i O2 i fotochimic (reacia necesit catalizatoradecvat)

b). Electroliza NaCl (aq) (se ob ine ca produs secundar Cl 2 )

n soluie rmn ionii Na+ i HO care formeaz leia .

KJ474G, O 2H O2H o2(g)2(g)(l)2h

Cl Na NaCl

HO H OH 2

2H 2H ;H 1H :)( e K

2Cl 2Cl ;Cl 1Cl :)( e A


7/26

III. Metode de dislocuire:

a). Dislocuirea H 2 din ap, cu:

metale:

nemetale:

rece)(laK Na,M , H 2MOH OH 2M 22

cald)(laMgCa,M , H M(OH) O2H M 222

Hg)cu(amalgamAlM ,H23

M(OH) O3H M 232

-122

(cocs)molKJ124H , HCO OH C

(gaz de ap)

2(g)2(g)(g)2(g) HCO OH CO

2(g)4324 10HPO4H O16H P

>1000C

Fe/Cu673K

600C


8/26

hidruri metalice:

(metod avantajoas; CaH2 se folosete pentru ndeprtarea urmelor deap din compui lichizi care nu reacioneaz cu hidrurile)

2(g)2(aq)(l)22(s) 2HCa(OH) O2H CaH


9/26

b). Dislocuirea H 2 din acizi , cu:

metale:

Se pot folosi ca reactani i H2SO4, HNO3, dar fiind acizi cu caracter

oxidant, genereaz reacii secundare.

nemetale:

hidruri ionice:

2(g)2(aq)(aq)(s) HMCl 2HCl M M = metal cu potenialredox standardE


10/26

c). Dislocuirea H 2 din baze , cu:

metale amfotere:

Nu este o metod avantajoas datoritcostului ridicat al reactanilor.

nemetale:

242 3HAl(OH)2Na O6H 2NaOH 2Al

2422 HZn(OH) Na O2H 2NaOH Zn

244 2HSiO Na 4NaOH Si


11/26

PROPRIET I CHIMICE

Reaciile chimice decurg n condiii variabile n funcie de elementul cu

care reacioneaz H2:1. cu nemetalele :

a). cu halogenii: nt)(predomina0H , 2HX X H 22-1

(g)2(g)2(g) molKJ542H , 2HF F H ntuneric

energie

h -1(g)2(g)2(g) molKJ185H , 2HCl Cl H

tC(350- 400C) -1(g)2(l)2(g) molKJ73H , 2HBr Br H

-1(g)2(s)2(g) molKJ53H , 2HI I H

tC(350- 400 C)(reacie

incomplet)


12/26

b). cu oxigenul:

(ntre 550C i 840C, reacia este exploziv, amestecul H:O = 2:1 senumete gaz detonant ; temperatura flcrii este aprox. 2000Cutilizat la tierea metalelor).

c). cu sulful -reacioneaz lent

d). cu azotul

1-(g)22(g)2(g) molKJ2,242H , OH O2

1 H

tC

(g)2(vapori)2(g) SH S HtC H=-20,6 KJmol

-1

t > 250 C (reacioneaz cuSulf i Seleniu)

t > 450 C (reacioneaz cu Telur)

(g)32(g)2(g) 2NH N 3Hp, tC, Fe p = 200-1000 atm

t = 500- 600C


13/26

e). cu carbonul

2. cu metalele :

cu metale active din blocul s (cu excepia Be):

222 HC H 2Carc electric

3000C

42 CH 2H CNi, Pt

1200C

-1(s)2(g)(s) molKJ181H , 2LiH H 2Li

725C

-12(s)2(g)(s) molKJ171H , BaH H Ba


14/26

3. cu oxizi:

H2 are pronunat caracter reductor fa de elemente electronegative

(F2, O2) i fa de oxizii metalici ai metalelor aflate dup H2 n seria deactivitate Beketov-Volta.

-132 molKJ8,129H , OHCH 2H CO

(g)2(g)

2

22(g)2(g)

4

O2H SH 3H OS

(g)2(s)

0

2(g)2(g) O2H S 3H SO

sau:

(g)2(s)

0

2(g)(s)

2

OH Cu H OCu

(g)22(g)

0

2(g)(g)

2

O2H N 2H O N

(g)2(s)

0

2(g)3(s)

6

O3H W 3H OW

tC

tC


15/26

Reducerea substanelor organice n prezen de catalizator (Pt), n mediu de solveni organici, hidrogenul reduce aldehidele la alcooli,compuii cu azot la NH3 sau amine.

4. Hidrogenarea adiia H- atomic sau molecular la compui nesaturai:

Reacia de hidrogenare st la baza transformrii uleiurilor vegetale (desoia, de semine de bumbac, de cocos etc.) n grsimi solide.

3(g)32(g)2(g)2 CHCH H CHCHtC, p

Pt sau Ni


16/26

5. Interaciunea cu metale tranziionale

Reactivitatea metalelor tranziionale fa de H2 scade n sistemul periodic,de la stnga la dreapta:

elementele grupei IIIB (3) sunt cele mai reactive, combinarea cu H2 areloc cu degajare de cldur (H < 0);

elementele grupei IVB (4) dau cu H2 reacie exoterm, H < 0; cldura de reacie scade la elementele grupei VB (5); reacia cu H2 este endoterm (H > 0) la elementele grupei VIB (6) i

VIIB (7);

la elementele grupelor VIIIB (8,9,10) apare o relativ inerie fa de H2,cu excepia Pd.


17/26

Exemple de legturi de hidrogenEx 1: Legturi de hidrogen n punte (n diboran B2H6)

Ex 2: Legturi de hidrogen dispuse tetraedric n jurul unei molecule de apsub form de ghea

maxim destabilitate:

legtur de H2slab:


18/26

Ex 3: Legtur de H2 ntre o grupare carbonil i ap, respectiv ntre o

grupare hidroxil i ap


19/26

Ex 4: Legtur de H2 ntre dou lanuri peptidice i ntre perechi de bazecomplementare din ADN

Adenina Timina


20/26

UTILIZARI - HIDROGEN


21/26

Hidrogenul este combustibilul brut pe care majoritatea stelelor l ardpentru a produce energie. Acelai proces, denumit fusiune, a foststudiat ca posibil surs de energie pentru planeta noastr.Rezerva de hidrogen a soarelui este suficient pentru nc 5miliarde de ani.

Hidrogenul este un element important din punct de vederecomercial. Multe cantiti de hidrogen se combin cu azotul n aer,pentru a se forma amoniac, n timpul procesului Haber. Hidrogenuleste adugat n grsimi i uleiuri, printr -un proces denumithidrogenare. Hidrogenul lichid este utilizat n studiulsuperconductorilor i, combinat cu oxigen lichid, formeaz unexcelent combustibil pentru rachete.

Hidrogenul


22/26

Producerea biohidrogenului de realizeaz n bioreactoare,care utilizeaz algele verzi ca materie prim. n ultimadecad a secolului XX, s-a descoperit c algele privatede sulf, producia lor normal de oxigen (fotosinteza) setransform n producie de hidrogen. Motivul este faptul chidrogenaza, enzima rspunztoare de sinteza hidrogenului, esteinactiv n prezena oxigenului; iar lipsa sulfului ntrerupe circuitul

intern al oxigenului n organism.

Una dintre primele utilizri ale hidrogenului a fost pentru baloanelecu gaz i pentru alte aparate zburtoare de mai trziu.

O alg de mrimea statului Texas ar produce suficient hidrogenpentru a furniza energia necesar ntregii lumi.

Bomb cuhidrogen


23/26

Sintezabiohidrogenului


24/26

tiai c Oamenii de tiin au produs hidrogen cu muli ani nainte ca

acesta s fie recunoscut ca element. Compus dintr -un singuri un singur electron, hidrogenul este cel mai simplu i cel maiabundent element din univers. Se estimeaz c 90% din universulvizibil este format din hidrogen.

Hidrogenul gazos a fost produs artificial (din amestecuri de metale cuacizi puternici) i descris de T. Von Hohenheim (mai cunoscut subnumele de Paracelsus; 1493- 1541); ns nu i-a dat seama c acelgaz inflamabil era de fapt un element nou. n 1671, Robert Boyle aredescoperit i descris reaciile dintre pilitura de fier i acizi diluai, nurma crora rezult hidrogen.

n 1766, Henry Cavendish a fost primul care a identificat hidrogenul cafiind o substan nou care, atunci cnd este ars, produce ap; i l-adenumit aer inflamabil. Numele de hidrogen a fost dat de AntoineLavoisier n 1783.


25/26

Dei abundent n univers, hidrogenul gazos (diatomic) este foarterar n atmosfera Pmntului, datorit faptului c este foarte uor iscap de sub influena gravitaiei. Totui, hidrogenul se afl pe loculal treilea ca abunden pe suprafaa Terrei, datorit numeroilor sicompui (ca hidrocarburile, apa etc.).

Norii moleculari de hidrogen se asociaz cu formarea de stele.

Datorit structurii simple, constnd numai dintr -un proton i unelectron, hidrogenul a fost esenial pentru dezvoltarea teoriei privindstructura atomic; iar mai trziu a permis nelegerea legturilorchimice.

Hidrogenul are trei izotopi cunoscui. Cel mai simplu, denumit protiu,este doar hidrogen obinuit. Al doilea, un izotop stabil denumitdeuteriu, a fost descoperit n 1932. Al treilea izotop, tritiu, a fostdescoperit n 1934.


26/26

Hidrogenul este un rezultat al metabolismului anaerob i esteprodus de mai multe microorganisme, de obicei prin reaciicatalizate de fier sau de hidrogenaze (enzime ce conin nichel).

Sciziunea apei, prin care aceasta este descompus n protoni,electroni i oxigen, se produce n timpul reaciilor uoare alefotosintezei unor organisme.

Exist i alte moduri, rare, dar interesante, de producere a

hidrogenului, n natur. Nitrogenaza produce aproximativ un mol dehidrogen pentru fiecare mol de azot redus la amoniac. Unelefosfataze reduc fosfitul la hidrogen.

Date post:	04-Jun-2018
Category:	Documents
Upload:	sabina-badea
View:	223 times
Download:	0 times

2. Hidrogenul

Documents