The History and Uses of Hydrogen

Hidrogênio é o mais simples e mais comum dos elementos químicos, que são os blocos de construção de toda a matéria. Outros átomos são compostos por prótons, nêutrons e elétrons. Mas o hidrogênio tem apenas um elétron e um próton. É também o elemento mais abundante. Na verdade, o hidrogénio constitui cerca de três quartos de toda a matéria do universo.

Você sabe?

Os Estados Unidos produzem cerca de 85 milhões de metros cúbicos de hidrogénio todos os anos. Isso equivale a mais de 50 vezes o volume do Centro Rogers em Toronto!

Hidrogénio é um não metálico incolor e inodoro. Na sua forma mais comum, é extremamente inflamável. Em outras palavras, ele tem tendência a irromper em chamas. Esta tendência faz do hidrogênio um recurso muito perigoso e muito útil.

Quando foi descoberto hidrogênio?

Hidrogênio foi descoberto pela primeira vez em 1671 pelo cientista britânico Robert Boyle. Ele tinha feito experiências com diferentes metais, mergulhando-os em ácido. Quando um metal puro é colocado em ácido, ocorre um tipo de reação chamada reação de deslocamento único. Por exemplo, a adição de um pedaço de potássio (K) a uma solução de ácido clorídrico (HCl) provoca a seguinte reacção:

2K + 2HCl → 2KCl + H2

O metal sólido de potássio reage com o ácido para formar um sal chamado cloreto de potássio. Entretanto, os átomos de hidrogênio remanescentes combinam-se para formar o gás hidrogênio.

Num artigo de 1776, um cientista britânico chamado Henry Cavendish confirmou que o hidrogénio é um elemento distinto. Tanto Boyle como Cavendish notaram que o gás hidrogênio é muito inflamável. Especificamente, ele sofre rápida e violentamente uma reacção de combustão com oxigénio.

2H2 + O2 → 2H2O (+ Calor)

A reacção toma moléculas de hidrogénio e oxigénio e combina-as para formar H2O (água). Esta reacção é exotérmica. Isso significa que ela gera energia térmica – em outras palavras, fogo. Outros cientistas descobririam mais tarde que o hidrogénio fornece o combustível para as reacções de fusão nuclear que ocorrem dentro das estrelas. Essas reacções de fusão geram toda a luz e calor que o Sol e outras estrelas produzem.

Como sabe?

Hidrogénio funde a 14° acima do zero absoluto (14° Kelvin ou -259 C

Para que é que o hidrogénio foi utilizado no passado?

Durante a sua inflamabilidade, Boyle e Cavendish observaram também que o hidrogénio é menos denso (mais leve) do que o ar. O hidrogênio é ótimo para levantar coisas como balões. Desta forma, é semelhante ao segundo elemento mais simples, o hélio. Na verdade, o hidrogênio é ainda melhor para levantar coisas do que o hélio. Portanto, era apenas uma questão de tempo até que as pessoas começassem a projetar balões cheios de hidrogênio para o transporte. No início dos anos 1900, grandes dirigíveis que usavam hidrogênio como gás de elevação tinham se tornado uma forma popular de viagem aérea.

No entanto, a loucura dos dirigíveis cheios de hidrogênio não durou muito tempo. Em 1937, a tragédia ocorreu nos Estados Unidos. O dirigível alemão Hindenburg pegou fogo e explodiu em Lakehurst, Nova Jersey, matando 36 pessoas.

Airship designers sabiam que o hidrogénio é inflamável e que o hélio era uma escolha mais segura. No entanto, o hélio era raro e caro. Então eles optaram pela opção mais barata mas menos segura. Após o desastre de Hindenburg, o hidrogênio foi rapidamente abandonado como gás de elevação. Ao mesmo tempo, os aviões estavam se tornando mais comuns.

Para que o hidrogênio tem sido usado mais recentemente?

Você provavelmente já viu vídeos do lançamento de um ônibus espacial do Centro Espacial Kennedy ou da acoplagem na Estação Espacial Internacional. Esse programa foi cancelado em 2011. Mas até então, o Vaivém era a principal forma dos astronautas da NASA chegarem ao espaço. Já se perguntou o que alimentava aqueles motores impossivelmente enormes? Era hidrogénio!

O motor principal do Vaivém Espacial era alimentado pela queima de hidrogénio líquido e oxigénio líquido. Quanta potência é que a queima de hidrogénio fornece? Tanta que é difícil de imaginar! Três motores do Vaivém Espacial a trabalharem em conjunto, fornecem aproximadamente a mesma quantidade de energia que 120 locomotivas ferroviárias.
Os engenheiros da NASA também compreenderam o quão perigoso o hidrogénio pode ser. Contudo, eles decidiram que podiam tirar partido de toda essa energia bruta desde que fossem muito cuidadosos.

Lately, as pessoas têm estado cada vez mais interessadas em reduzir seu impacto sobre o meio ambiente. Uma maneira de fazer isso é parar de queimar combustível para alimentar os carros. Há muito interesse em desenvolver carros movidos a células de combustível a hidrogênio. O bom de usar hidrogénio para alimentar os automóveis é que, ao contrário da gasolina, o produto residual não é um gás de estufa – é água!

Até você sabe?

A partir de 2018, há três automóveis movidos a hidrogénio em produção. Honda, Hyundai e Toyota estão cada um produzindo um carro movido a hidrogênio.

Não como os Hindenburg, carros movidos a hidrogênio não precisam ser super leves como balões para que o combustível seja comprimido e armazenado em tanques muito resistentes para evitar vazamentos. A melhor solução seria armazenar o combustível como um sólido e não como um gás. O material ainda pode queimar como resultado de um acidente. No entanto, seria pouco provável que explodisse. O risco de incêndio em acidentes é mais ou menos igual ao de um carro movido a gasolina.

Mas um dos principais problemas com o uso do hidrogênio como fonte de combustível para carros é o armazenamento. O hidrogênio tem mais energia que a gasolina em peso, mas tem menos energia em volume. Isso significa que você precisa de um tanque bem grande de gás hidrogênio para dirigir seu carro a uma distância razoável antes de reabastecer. Os depósitos de gasolina da maioria dos carros são demasiado pequenos para armazenar hidrogénio suficiente para se deslocar pela cidade!

Os cientistas têm estado a procurar converter o hidrogénio de um gás para um sólido. A razão para isto é a baixa densidade de energia. Quando o hidrogénio é absorvido por um produto químico sólido, pode ganhar uma maior densidade de energia. Pesquisadores acadêmicos, da indústria e do governo estão todos estudando esta forma inovadora de trazer o hidrogênio para a vanguarda da economia de energia.