O elemento mais abundante do universo, o hidrogênio também é uma fonte promissora de combustível "limpo" na Terra.

O átomo de hidrogênio tem um próton e um elétron. Crédito da imagem: Andrei Marincas | Shutterstock

Nomeado após as palavras gregas hidro para "água" e genes para "formação", o hidrogênio representa mais de 90 por cento de todos os átomos, o que equivale a três quartos da massa do universo, de acordo com o Laboratório Nacional de Los Alamos. O hidrogênio é essencial para a vida e está presente em quase todas as moléculas dos seres vivos, de acordo com a Royal Society of Chemistry. O elemento também ocorre nas estrelas e alimenta o universo por meio da reação próton-próton e do ciclo carbono-nitrogênio. Os processos estelares de fusão de hidrogênio liberam grandes quantidades de energia à medida que combinam átomos de hidrogênio para formar hélio, de acordo com Los Alamos.

O gás hidrogênio puro é escasso na atmosfera da Terra e qualquer hidrogênio que realmente entre na atmosfera escapa rapidamente da gravidade da Terra, de acordo com a Royal Society. Em nosso planeta, o hidrogênio ocorre principalmente em combinação com oxigênio e água, bem como em matéria orgânica, como plantas vivas, petróleo e carvão, relata Los Alamos.

Apenas os fatos

• Número atômico (número de prótons no núcleo): 1
• Símbolo atômico (na Tabela Periódica dos Elementos): H
• Peso atômico (massa média do átomo): 1,00794
• Densidade: 0,00008988 gramas por centímetro cúbico
• Fase à temperatura ambiente: Gás
• Ponto de fusão: 434,7 graus Fahrenheit negativos (259,34 graus Celsius negativos)
• Ponto de ebulição: menos 423,2 F (menos 252,87 C)
• Número de isótopos (átomos do mesmo elemento com um número diferente de nêutrons): 3 isótopos comuns, incluindo 2 estáveis
• Isótopo mais comum: 1H, abundância natural 99,9885 por cento

Descoberta do hidrogênio

Robert Boyle produziu gás de hidrogênio em 1671 enquanto fazia experiências com ferro e ácidos, mas foi somente em 1766 que Henry Cavendish o reconheceu como um elemento distinto, de acordo com o laboratório de Jefferson. O elemento foi batizado de hidrogênio pelo químico francês Antoine Lavoisier.

O hidrogênio tem três isótopos comuns: prótio, que é apenas hidrogênio comum; deutério, um isótopo estável descoberto em 1932 por Harold C. Urey; e trítio, um isótopo instável descoberto em 1934, de acordo com Jefferson Lab. A diferença entre os três isótopos está no número de nêutrons que cada um deles possui. O hidrogênio não possui nêutrons; o deutério tem um, enquanto o trítio tem dois nêutrons, de acordo com o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley. Deutério e trítio são usados como combustível em reatores de fusão nuclear, de acordo com Los Alamos.

O hidrogênio se combina com outros elementos, formando uma série de compostos, incluindo os comuns, como água (H₂O), amônia (NH₃), metano (CH₄), açúcar de mesa (C₁₂H₂₂O₁₁), peróxido de hidrogênio (H₂O₂) e ácido clorídrico (HCl), de acordo com Jefferson Lab.

O hidrogênio é normalmente produzido pelo aquecimento de gás natural com vapor para formar uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono chamada gás de síntese, que é então separada para produzir hidrogênio, de acordo com a Royal Society.

O hidrogênio é usado para fazer amônia para fertilizante, em um processo chamado de processo Haber, no qual ele reage com o nitrogênio. O elemento também é adicionado a gorduras e óleos, como o óleo de amendoim, por meio de um processo chamado hidrogenação, segundo o laboratório Jefferson. Outros exemplos de uso de hidrogênio incluem combustível de foguete, soldagem, produção de ácido clorídrico, redução de minérios metálicos e enchimento de balões, de acordo com Los Alamos. Os pesquisadores têm trabalhado no desenvolvimento da tecnologia de célula de combustível de hidrogênio que permite que quantidades significativas de energia elétrica sejam obtidas usando gás hidrogênio como uma fonte de energia livre de poluição que pode ser usada como combustível para carros e outros veículos.

O hidrogênio também é usado na indústria do vidro como uma atmosfera protetora para a fabricação de placas de vidros planos, enquanto na indústria eletrônica, é usado como gás de descarga no processo de fabricação de chips de silício, de acordo com a Royal Society.

Esta imagem simulada em cores reais de Júpiter é composta de 4 imagens obtidas pela espaçonave Cassini da NASA em 7 de dezembro de 2000. A resolução é de cerca de 89 milhas (144 quilômetros) por pixel. Crédito: NASA/JPL/Universidade do Arizona

Você sabia?

• O hidrogênio é o principal componente de Júpiter e de outros planetas gigantes gasosos, de acordo com Los Alamos.
• O primeiro voo de balão a gás foi lançado em Paris em 1783 e o gás usado no balão era o hidrogênio, de acordo com o Museu Nacional de Balões. Seu uso no enchimento de dirigíveis terminou quando o Hindenburg pegou fogo, de acordo com a Royal Society.
• A NASA usa hidrogênio como combustível de foguete para levar a tripulação ao espaço.
• O hidrogênio liquefeito é extremamente frio e pode causar queimaduras graves quando entra em contato com a pele.
• O hidrogênio é cerca de 14 vezes mais leve que o ar, de acordo com "The Principles of Chemistry".
• Lavoisier, o químico francês que deu o nome ao hidrogênio, serviu como financista e administrador público antes da Revolução Francesa e foi executado durante a revolução, de acordo com a Enciclopédia Britânica.
• Cerca de 3 bilhões de pés cúbicos de hidrogênio são produzidos nos Estados Unidos por ano, de acordo com Los Alamos.
• O hidrogênio tem a densidade mais baixa de todos os gases, de acordo com a Royal Society.
• O hidrogênio é o único elemento cujos três isótopos comuns - prótio, deutério e trítio - receberam nomes diferentes, relata Los Alamos.

Pesquisa atual

Os pesquisadores vêm estudando o hidrogênio com grande interesse há anos devido ao seu potencial como combustível livre de poluição. "O hidrogênio é um transportador de energia sem carbono, então quando você o queima, você apenas produz água", o que o torna um combustível limpo, sem nenhuma emissão, disse Richard Chahine, diretor do Instituto de Pesquisa de Hidrogênio da Universidade de Québec em Trois-Rivières no Canadá. No entanto, há um grande problema com o combustível de hidrogênio: é mais caro do que o gás. Na verdade, o vice-presidente sênior da Toyota Bob Carter anunciou que, de acordo com as estimativas do Departamento de Energia, um tanque cheio de hidrogênio comprimido custaria inicialmente cerca de US $ 50, relatado em Ecomento.com. Em geral, os custos associados à tecnologia de combustível de hidrogênio são "uma barreira muito desafiadora porque, a partir de agora, as pessoas prefeririam ter tecnologias melhores pelo preço atual", disse Chahine. 

Outro problema com o combustível de hidrogênio é que o próprio processo de produção de hidrogênio não é tão "limpo" ou não polui. “A partir de hoje, a maior parte do hidrogênio produzido vem do gás natural”, processo que gera dióxido de carbono (CO₂), disse Chahine. 

Os pesquisadores, portanto, têm procurado maneiras alternativas e mais ecológicas de produzir hidrogênio que, idealmente, eliminariam as emissões de CO₂ do processo. No ano passado, por exemplo, cientistas do Laboratório Nacional de Argonne, do Departamento de Energia dos Estados Unidos, desenvolveram um "gerador de hidrogênio em nanodimensionamento" em pequena escala, um dispositivo que produz hidrogênio puro usando luz e grafeno e sem queimar combustíveis fósseis. A versão atual do gerador é muito pequena, mas se for descoberto que pode ser expandido, pode permitir que os cientistas produzam hidrogênio suficiente para fornecer combustível para carros e geradores.

Outra forma de produzir hidrogênio, chamada de "divisão biológica da água", envolveria o uso de certos micróbios fotossintéticos que usam a energia da luz para produzir hidrogênio a partir da água como parte de seus processos metabólicos, de acordo com o Laboratório Nacional de Energia Renovável, onde os pesquisadores estão atualmente investigando esse processo. Outro método potencial para produzir hidrogênio envolve a fermentação de materiais de biomassa renováveis, relata o NREL. Pesquisadores do NREL também têm trabalhado na conversão de resíduos agrícolas (como cascas de amendoim) e de consumo (como plásticos e graxa) em um produto líquido chamado bio-óleo, cujos componentes podem ser separados em combustíveis, incluindo hidrogênio. A maneira mais limpa de produzir hidrogênio, no entanto, é dividir a água em hidrogênio e oxigênio usando a luz solar, relata o NREL. 

Recursos adicionais

• Veja aqui mais informações sobre hidrogênio do Laboratório Nacional de Los Alamos.
• Veja aqui o que o Laboratório Jefferson diz sobre o hidrogênio.
• A Royal Society of Chemistry também discorre acerca de hidrogênio.

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Referência:

BOXE, Agata Blaszczak. Facts About Hydrogen. Live Scene, 23, jan. 2015. Disponível em: <https://www.livescience.com/28466-hydrogen.html>. Acesso em: 22, ago. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.