Hidrogênio

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HIDROGÊNIO - O elemento - Propriedades nucleares - Propriedades e reações do di-hidogênio - Classificação dos compostos de hidrogênio - Síntese e reações dos compostos de hidrogênio - Hidretos deficientes em elétrons do grupo do Boro - Hidretos com números exatos de elétrons - Compostos ruins em elétrons dos grupos 15 a 17 HIDROGÊNIO O Elemento O hidrogênio não se agrupa nitidamente na tabela periódica. Ele é algumas vezes colocado no inicio dos metais alcalinos no grupo 1, considerando a analise racional de que o hidrogênio e os meteis alcalinos possuem um elétron na camada de valência. Entretanto, esta posição não é satisfatória quando consideramos as propriedades químicas e físicas dos elementos. Em partículas, o hidrogênio não é um metal nas condições normais para alcançar a forma metálica o hidrogênio precisa ser submetido a pressões muito altas, ainda não atingidas em laboratório. Com menos frequência, o hidrogênio é colocado acima dos halogênios no grupo 17, considerando a analise racional de que, como os halogênios, requer um elétron para completar sua camada de valência e há, de jato, algumas composições entre suas propriedades e a dos halogênios. Propriedades Nucleares Há três isótopos de hidrogênio: O próprio hidrogênio (1H), o deutério (D, 2H) e o tritio (T, 2H). O tritio é radiativo. Os três isótopos são os únicos que a apresentam nomes diferentes, mas refletem diferenças significativas em suas massas e propriedades químicas que derivam da massa, como as velocidades de reação e clivagem de ligação. As propriedades distintas dos isótopos os tornam uteis como traçadores, nos quais são isótopos que podem ser seguidos como, por exemplo, por espectroscopia RMN e IV. O tretio é algumas vezes preferido como traçadores porque ele pode ser seguido por sua radioatividade, que é uma onda mais sensível do que a espectroscopia. O isótopo mais leve 1H, algumas vezes dominado de próteo é sem dúvida a mais abundante. A abundância do D é de 0,016y. O tretio é radioativo e decai como segue: As propriedades físicas e químicas de moléculas substituídas isotopicamente são similares. Contudo, isto não e o que acontece quando se substitui H por D porque a massa é duplicada. (por exemplo, as entalpias de ligação e os pontos de ebulição são maiores para D2O do que para H2O. a diferença do ponto de ebulição entre H2O e D2O reflete a maior força de ligação de hidrogênio O – D...O do que O – H...O). Frequentemente as velocidades de reação são diferentes para os processos onde as ligações E – H e E – D são quebradas, formadas ou rearranjadas. A detecção de seu efeito isotópico cinético frequentemente pode ajudar a manter um mecanismo de reação proposto. Os efeitos isotópicos cinéticos são observados quando um átomo H é transferido de um átomo a outro em um complexo ativado. O efeito na velocidade, quando está reação ocorre, é chamado de efeito isotópico primário de tal modo que a transferência de deutério pode ser até dez vezes mais lentas do que a de transferência do átomo de hidrogênio, H. A concentração de D2O eletroliticamente é um exemplo da utilização dessa propriedade. Efeito isotópico pode ocorrer quando H não é transferido. Por exemplo, a velocidade de hidrolise da ligação a – NCS em trns [A (NCS)2 (NH3)2]ˉ é mais rápida como o ligante quando o ligante é ND3. Este efeito pode ser discutido de que para H porque as ligações N – D...O são mais fortes do que as ligações N – D...O são mais fortes do que as ligações N – H...O. Pelo fato das frequências este os níveis infracionais dependem das massas dos átomos elas são fortemente influenciadas pela substituição de H por D. Uma outra propriedade importante do núcleo de hidrogênio é o seu spin, S= ½, amplamente utilizado em RMN (Os Spins de D e T são 1 ½, respectivamente). Átomos de Hidrogênio e íons Pode-se dizer que em combinações com metais o hidrogênio é considerado como hidreto números de oxidação -1 e quando combinado com elemento de eletronegatividade similares o numero de oxidação é +1. Este ultimo possuem baixa polaridade. Produção de H2 O hidrogênio molécula (H2) não esta presente em quantidades significativas na atmosfera da terra ou em depósitos de gás subterrâneos, mas ele é produzido em grande escala para satisfazer as necessidades indutivas. O processo comercial principal para a produção de H2 é a uforma a vapor: Uma reação similar é a reação de Jár de água: Ambas as reações são sugeridas pela reação de deslocamento. Os principais usos do H2(s) são a produção de metanol, processamento de hidrocarbonetos e síntese da amônia. Reações de Hidrogênio H2 O hidrogênio molecular reage lentamente com a maioria dos elementos, em parte por causa de sua entalpia de ligação elevada e, portanto, de sua alta energia de ativação para a reação. Entretanto, nos condutores especiais as reações são palavra. Estas reações induzem: - Ativação da molecular por dissociação hemolítica sobre uma superfície metálica ou um complexo metálico. - Dissociação heterolítica por uma superfície ou por íon metálico. - Iniciado de uma reação em radialar em cadeia. A ativação da molécula por demarcação hemolítica sobre um superfície metálica ou um complexo metálico é ilustrada em 1 e 2, respectivamente. A reação em (2) é um exemplo de adição oxidativa: Figura Um exemplo de dissociação heterolítica é a reação de H2 em uma superfície de ZnO, que produz um hidreto ligado ao Zn(II) e um próton ligado ao 0,3. Esta reação (palavra) esta incluída na hidrogenação (palavra) de CO a metanol. O mecanismo radicalar de cadeia considera as reações térmicas e fotoquimicamente entre H2 e halogênio, como sege: Figura A terminação ocorre quando: Figura Classificação dos Compostos de Hidrogênio. Os compostos de hidrogênio são classificados em: Hidretos Moleculares: Compostos moleculares de um e/o e hidrogênio na forma de molécula individuais, descritos. Hidretos Salinos: Sólidos não voláteis, cristalinos e não condutores de eletricidade. Hidretos Metálicos: Sólidos W (palavra) e condutores de eletricidade. Hidretos Moleculares Os nomes sistemáticos dos compostos moleculares de hidrogênio são formados a partir do nome do elemento e o sufixo ano, como em Fosfano, para PH3. Todavia os nomes tradicionais, como Fosfina e o Sulfeto de Hidrogênio (H2S) são usados. Os nomes agua e amônia são usados ao invés de Oxidamo e a Zona. Os compostos moleculares de hidrogênio são classificados em: Compostos com um numero de exato de elétrons (todos os elétrons do átomo central estão envolvidos na ligação). Compostos deficiente em elétrons (há poucos elétrons para que uma estrutura de Lewis (palavra). Composto rico em elétrons (há mais pares eletrônicos no átomo central do que é necessário para formar a ligação). Os hidrocarbonetos, (palavra) e o germano (Ge H4) são compostos com números exatos de elétrons. Estes compostos são caracterizados como sendo de ligações de 2 centros, 2 elétrons (2c, 2e) e a ausência de pares solitários no átomo central. Estes compostos não são ácidos e bases de Lewis. Os (palavra), B2H6 é um exemplo de um composto deficiente em elétrons. sua estrutura de Lewis sequencia no mínimo 14 elétrons, mas só há 12 elétrons. Pois átomos de hidrogênio atuam em pontes entre dois átomos do Boro. As ligações são caracterizadas como sendo (3c, 2e). Os compostos ricos em elétrons são formados entre o hidrogênio e o elemento dos grupos 15 ao 17. Dois exemplos são NH3 e H2O. Estes (palavra) de moléculas geralmente existem basicidade de Lewis. Uma consequência importante da presença simultânea de átomos altamente eletronegativos (N, O, F) e pares de elétrons solitários em compostos ricos em elétrons é a possibilidade de formar ligações de hidrogênio (pontes de hidrogênio). Uma ligação de hidrogênio consiste de um átomo H entre átomos de elementos não metálicos mais eletronegativos. Esta definição inclui as ligações de hidrogênio amplamente desconhecido N – H...N e O – H...O, mas exclui as pontes B – H – B nos hidretos de boro, porque o boro não é mais eletronegativo do que o hidrogênio. Evidencia notável para a ligação de hidrogênio é favorecida pela tendência nos pontos de ebulição, que são elevados para moléculas fortemente ligadas por ligações de hidrogênio, como agua, amônia e fluoreto de hidrogênio. Embora as ligações de hidrogênio sejam muito mais fracas de que as ligações (palavra), elas tem consequência importantes para as propriedades de compostos de hidrogênio ricos em elétrons no Período 2, incluindo suas densidades, viscosidades pressão de (palavra), e caractere acido – base. A ligação de hidrogênio é principalmente detectada pelo deslocamento números de vida mais baixos e pelo alargamento das bandas de estiramento E – H no aspectos no infravermelho. Uma das manifestações mais interessantes da ligação de hidrogênio é a estrutura do gelo. O gelo cristaliza (a baixa pressão) em uma celular unitária hexagonal em cada átomo de oxigênio rodeado tetraedricamente nos outros quatros. A estrutura resultante é totalmente aberta, que explica a densidade do gelo sendo menor do que a da agua. Quando o gelo fende, a rede de ligação de hidrogênio colapsa parcialmente. Hidretos Salinos Compostos de hidrogênio, de metais eletrofontes podem ser considerados hidretos salinos ( + H-)adequadamente ,eles usaram H2 em contato com ácidos e transformam H- em eletrofilos .A reação de hidreto salino em agua perigosamente vigorosa .Contudo CaH2(s) pode ser utilizado no laboratório para remover traços de agua ,de gases inertes e de solventes orgânicos: CaH3(s) + H2O(l) Ca (OH)2 + H2(s). O CaH2 é o preferido para esta aplicação porque é o mais barato dos hidretos e é definível na forma granulada (fácil de manusear). Hidretos metálicos De um modo geral, pode se dizer que os hidretos metálicos binários não estáveis são conhecidos para os metais dos grupos 7 a 9. Estes compostos possuem condutividade metálica e sem muito hidrogênio é bastante móvel. 10. Síntese e reações dos compostos de hidrogênio A formação de compostos entre H2 e os metais dos grupos 1 e 2, exceto o Be, é termodinamicamente favorável. Descendo em um grupo do bloco P, as forças de ligação elemento-Hidrogênio descressem e os hidretos desses elementos mais pesados tornam-se termodinamicamente instáveis. Há três métodos comuns para sintetizar compostos binários de Hidrogênio: Combinação direta de elementos. 2E + H2(g) 2EH Protenação de uma base de Brosterd E- + H2O(aq) EH + OH- Ex: Li3N(s) + 3H2O(l) 3LiOH + NH3 Metátese (dupla troca) de haleto ou pseudo – haleto com um hidrito: E+ H- + EX E+ X- + EH Ex: Li Al H4 + Si Cl4 Si Al Cl4 + Si H4 Há três tipos comuns de que podem levar a criação de uma ligação E – H: Clivagem eletrolítica por transferência de hidretos: E – H E+ + H- Ex: Na H(s) + H2O(l) Na OH + H2(g) Clivagem hemolítica: E – H E + H Clivagem heterolítica por transferência de prótons: E – H E- + H+ Neste caso, o hidrogênio ligado a um elemento eletronegativo tem caráter positivo e o composto é transformado em um acido de Brosterd. 11. Hidretos Deficientes em elétrons do de boro O de borano pode ser sintetizado por metátese entre um haleto de boro, tal como BF3 e uma fonte de hidreto, tal como LiAlH4. Muitos boranos superiores podem ser preparados pela pinóleie parcial de diborano. Todos os hidretos de boro são inflamáveis algumas vezes explovanete e muitos deles são suscetíveis à hidrolise, tal com: B2H6(g) + O2 2B(OH)3(s) B2H6(s) + 6H2O(l) 2B(OH)3(aq) + 6H2(g) Em geral, os diboranos sofrem clivagem simétrica por bases de Lewis "moles" e volumosas (i(CH3)9). Bases de Lewis compactas e "duras" (NH3) (palavra) dibonanos assimetricamente, formando [H2BL2] [BH4]. A hidrolaçao, a reação do diborano com alcenos em éter, produz organoboranos que são éteres intermediários em química orgânica sintética. Um composto importante de boro é o em tetraidroborano, produzido por: B2H6(s) + LiH 2LiBH4 (Sem O2 e solvente não aquoso) Os tretraidroboratos de metais alcalinos são muito uteis em laboratório e como reagentes comerciais, são usados como fontes moderadas de H-, como agentes redutores e como percussores para a maioria dos compostos de boro-hidrogênio. Os haletos de hidrogênio são preparados pela ação de um ácido forte sobre um sal de haleto: Ca F2(s) + H2 SO4(l) 2HF + CaSO4(s) Com exceção do HF, que é um acido fraco, todos os demais haletos de hidrogênio são ácidos fortes. Quanto ao HF, menciona-se sua capacidade única de dissolver Sílica (Vidro).