Propriedades Físicas e Químicas do Hidreto de Hidrogênio
Hidreto de hidrogênio
Um clatrato gás-água no qual o hidrogênio molecular está aprisionado dentro de uma rede cristalina de água, relevante para P&D e testes de materiais onde interações gás-sólido são avaliadas.
| Número CAS | Não especificado para este registro |
| Família | Hidratos de gás (clatratos) |
| Forma Típica | Pó ou sólido cristalino (clatrato) |
| Categorias Comuns | EP |
O hidreto de hidrogênio é uma associação molecular entre hidrogênio molecular e água caracterizada pela fórmula estequiométrica abreviada \(\ce{H4O}\). Estruturalmente é melhor descrito como uma mistura física (ou associação tipo clatrato sob condições específicas) da molécula de di-hidrogênio \(\ce{H2}\) e água \(\ce{H2O}\). A estrutura eletrônica é dominada pelo \(\ce{H2}\) não polar e com camada eletrônica fechada como hóspede e pela rede polar de ligações de hidrogênio da água como hospedeira; essa combinação resulta em um comportamento físico-químico misto no qual interações de dispersão e fracas interações hospedeiro-hóspede controlam a estabilidade enquanto a rede de ligações de hidrogênio da água governa a polaridade e características de solvatação.
Do ponto de vista ácido-base e reatividade, a componente água fornece o meio prótico polar usual; o hidrogênio molecular é quimicamente redutor, porém cineticamente inerte na ausência de catalisadores apropriados. A lipofilicidade é mínima para o sistema combinado, pois a água domina a superfície acessível ao solvente; contudo, a porção neutra \(\ce{H2}\) é não polar e tenderá a se particionar em domínios não polares ou cavidades quando estruturas tipo clatrato se formam. A associação do hidrato não é um novo composto quimicamente ligado no sentido covalente, mas sim um agregado físico cuja estabilidade depende fortemente da temperatura, pressão e da presença de sítios de nucleação ou superfícies catalíticas que promovam a entrada ou liberação do hidrogênio.
Grades comerciais comuns relatadas para esta substância incluem: EP.
Visão Geral e Composição
Composição Qualitativa
- Fórmula molecular formal (descritor): \(\ce{H4O}\).
- Componentes: hidrogênio molecular \(\ce{H2}\) e água \(\ce{H2O}\).
- Massa molecular calculada: 20,031 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- Massa exata: 20,026214747 \(\mathrm{u}\).
- Massa monoisotópica: 20,026214747 \(\mathrm{u}\).
- Contagem de doadores de ligação de hidrogênio: 1.
- Contagem de aceptores de ligação de hidrogênio: 1.
- Área polar superficial topológica (TPSA): 1 (calculada).
- Contagem de ligações rotativas: 0.
- Carga formal: 0.
- Contagem de unidades covalentemente ligadas: 2 (indica uma associação de dois componentes).
Nomes calculados ou fornecidos por depositantes incluem "hidrogênio molecular; hidrato". Identificadores estruturais/descritivos: SMILES "[HH].O", InChI InChI=1S/H2O.H2/h1H2;1H, InChIKey VBYZSBGMSZOOAP-UHFFFAOYSA-N.
Aparência e Forma Típica
Não há valor experimentalmente estabelecido para esta propriedade disponível no contexto atual dos dados.
Comportamento em nível de classe para associações hidrogênio-água: sob condições ambientes, o hidrogênio é um gás separado de baixa densidade com solubilidade muito baixa em água; sob temperatura reduzida e pressão elevada ou na presença de molduras hospedeiras adequadas, o hidrogênio pode ser retido em cavidades tipo clatrato dentro de uma rede cristalina de hidrato para formar um hidrato de hidrogênio em fase sólida. Essas formas de clatrato ou hidrato são tipicamente observadas em condições experimentais criogênicas ou de alta pressão, ao invés de como material estável em temperatura e pressão padrão de laboratório. No manuseio prático, o hidrogênio existirá mais comumente como gás dissolvido em água ou como fase gasosa separada, a menos que condições experimentais sejam ajustadas intencionalmente para formar um hidrato.
Propriedades Químicas
Reatividade e Comportamento Corrosivo
O hidreto de hidrogênio como associação combina a inércia do hidrogênio molecular com o perfil reativo da água. Pontos principais:
- O hidrogênio molecular (\(\ce{H2}\)) é um agente redutor, mas cineticamente inerte para a maioria dos substratos em condições ambientes; é necessária ativação catalítica (superfícies metálicas, catalisadores finamente divididos ou condições extremas) para promover mudança química.
- A água contribui com acidez/basidade prótica e participa de redes de ligações de hidrogênio; pode solvar íons e espécies polares e mediar reações de hidrólise para solutos susceptíveis.
- A associação do hidrato em si não é fortemente corrosiva no sentido químico; no entanto, a exposição ao hidrogênio pode promover fragilização por hidrogênio em metais e ligas susceptíveis quando hidrogênio atômico é produzido nas superfícies, particularmente sob condições catalíticas ou eletroquímicas.
- A decomposição de hidratos sólidos ou metastáveis libera hidrogênio molecular e água; essa liberação pode ser rápida sob mudanças térmicas ou de pressão desestabilizadoras.
Compatibilidade e Incompatibilidades
- Incompatível com agentes oxidantes fortes, pois o hidrogênio liberado representa uma espécie redutora inflamável que reagirá vigorosamente com oxidantes sob condições de ignição.
- Catalisadores metálicos ou superfícies metálicas reativas podem facilitar a dissociação do \(\ce{H2}\) em hidrogênio atômico, aumentando os riscos de fragilização ou reatividade inesperada.
- Metais e ligas formadores de hidretos reativos (ex.: metais de transição finamente divididos) podem interagir com hidrogênio; a seleção de materiais para armazenamento ou contenção deve considerar a susceptibilidade a danos induzidos por hidrogênio.
- Não há tabelas explícitas de compatibilidade disponíveis no contexto atual dos dados; a seleção de materiais para recipientes e sistemas deve seguir diretrizes de engenharia estabelecidas para serviço com hidrogênio e sistemas aquosos.
Uso e Segurança
Contextos Industriais e Comerciais de Uso
Não há resumo conciso de aplicações disponível no contexto atual dos dados; na prática, esta substância é selecionada com base em suas propriedades gerais descritas acima. Usos gerais em nível de classe e contextos de pesquisa incluem:
- Investigação experimental do armazenamento de hidrogênio em clatratos ou hidratos aquosos e estudos de interações hospedeiro-hóspede para pesquisa em armazenamento de energia.
- Estudos em escala laboratorial da solubilidade do hidrogênio, transferência de massa e interações gás-líquido em sistemas aquosos.
- Estudos fundamentais do comportamento de fase dependente de pressão e temperatura na ciência de hidratos gasosos.
Perigos e Considerações de Manuseio
- Inflamabilidade: o hidrogênio molecular é altamente inflamável e forma misturas explosivas com o ar. Qualquer processo que possa liberar \(\ce{H2}\) (decomposição de um hidrato, vazamento de sistemas pressurizados) requer controle de fontes de ignição, ventilação adequada e detecção de gás.
- Asfixia: deslocamento do oxigênio em espaços confinados pelo hidrogênio liberado pode criar risco de asfixia.
- Perigos de pressão e criogênicos: a formação ou manuseio de hidratos sólidos frequentemente envolve baixas temperaturas e/ou pressões elevadas; equipamentos com classificação adequada para pressão, proteção térmica e práticas seguras de despressurização são requeridos.
- Considerações de materiais: risco de fragilização por hidrogênio em metais susceptíveis; evitar o uso de materiais não qualificados para serviço com hidrogênio em ambientes pressurizados ou catalíticos.
- Equipamento de proteção individual e controles de engenharia: EPI padrão para manuseio de gás pressurizado e criogênico, sistemas de detecção de gás, aterramento e ligação elétrica onde gases inflamáveis estejam presentes, e exaustão/ventilação local.
- Para informações detalhadas sobre riscos, transporte e regulamentação, os usuários devem consultar a Ficha de Dados de Segurança (FDS) específica do produto e a legislação local.
