O hidrogênio destrói metais?

Na década de 1980, Michael Knight era uma das únicas pessoas viajando em um carro movido a hidrogênio (e isso estava na TV). Décadas depois, este ônibus de célula de combustível se prepara para sair para um passeio de demonstração como se não fosse grande coisa. Quer saber mais? Confira essas fotos de veículos com combustível alternativo! AP Photo / Bob Child

Muito antes de David Hasselhoff ondular seus peitorais nas praias de "Baywatch", ele estrelou um programa de TV chamado "Knight Rider", um sucesso de ação apresentando um supercarro chamado KITT. O automóvel chamativo era tão legal e poderoso (que adolescente que se preze não queria sentar ao volante?) Que nosso herói de cabelos encaracolados perseguiu bandidos por toda a cidade a uma velocidade impressionante de 483 quilômetros por hora. Droga, o carro até falava como um avô carinhoso.

O que deu ao KITT seu incrível poder? O carro veio equipado com um motor movido a hidrogênio que permitiu a Michael Knight (Hasselhoff) atormentar os vilões da TV mais covardes do início dos anos 80.

Mais de uma década depois que a série original caiu e queimou na classificação, políticos, jornalistas e outros começaram a proclamar o hidrogênio como a energia do futuro, uma alternativa aos combustíveis fósseis como o carvão. Eles disseram que o hidrogênio era o elixir mágico que abasteceria todas as nossas necessidades elétricas e de transporte. Afinal, o hidrogênio era abundante e limpo, o que teoricamente ajudaria a reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Na verdade, em 2003, ninguém menos que o presidente dos Estados Unidos, George W. Bush, que fez fortuna no negócio do petróleo, anunciou que destinava US $ 1,2 bilhão na tentativa de tornar o hidrogênio o combustível preferido dos americanos [fonte: CNN].

Quem poderia culpá-lo? O hidrogênio é uma excelente fonte de combustível. Caramba, ele alimenta o sol. Não só isso, nunca podemos ficar sem hidrogênio. Está no nosso ar e na nossa água. O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo (embora não na Terra).

Mas antes de investir em um veículo movido a hidrogênio, pense nisto: a ferrugem nunca dorme, e nem o hidrogênio. O elemento torna o metal frágil, reduz sua resistência e pode enfraquecer um carro como um cupim através da madeira [fonte: Science Daily]. Sim, não é bom.

Hidrogênio, em sua posição de destaque na tabela periódica. Quer ver uma versão maior? Clique aqui para ver uma versão maior e mais detalhada da tabela periódica. Ele será aberto em uma janela separada para que você possa alternar entre o artigo e a tabela. ©

Vamos voltar no tempo até o ano de 1520. Na Suíça, um alquimista chamado Philippus Aureolus Paracelsus colocou um pedaço de ferro em uma solução de ácido sulfúrico. O ácido começa a borbulhar em "um ar que irrompe como o vento". Embora Paracelso não soubesse disso na época, o vento criador de bolhas era o hidrogênio. O elemento nº 1 foi oficialmente nomeado no final do século 18 por Antoine-Laurent Lavoisier, um aristocrata francês que se envolveu com a ciência e acabou perdendo a cabeça durante a Revolução Francesa [fontes: ASME, Chemical Heritage].

Cientistas e inventores logo descobriram que o hidrogênio de Lavoisier era o elemento mais leve do universo. Embora isso pudesse ser maravilhoso para encher balões, não era tão incrível quando se tratava de interações entre hidrogênio e metal. Na verdade, os átomos de hidrogênio têm a incrível capacidade de infiltrar-se em vários metais, tornando-os quebradiços, eventualmente rachando, rompendo e quebrando [fonte: Science Daily].

Embora os cientistas venham estudando o fenômeno desde 1875, eles não entendem totalmente a física do problema. O que eles sabem é que os átomos de hidrogênio facilmente se difundem, ou se espalham, através dos metais, especialmente em altas temperaturas. Os átomos se recombinam entre si para formar moléculas de hidrogênio. Essas moléculas encontram um lar nos recantos microscópicos do metal, criando uma grande quantidade de pressão. Essa pressão reduz a resistência à tração do metal. Crack! O metal se quebra [fonte: McGill University].

Os pesquisadores não podem prever onde ocorrerá a fragilização por hidrogênio. Tudo o que eles sabem é que o minúsculo átomo de hidrogênio adora permear e engolir a maioria das ligas de alta resistência, incluindo aço e aquelas que são baseadas em níquel. Eles podem até mesmo ver isso acontecer durante simulações de computador [fonte: McGill University]. A gravidade da fragilização varia com o tipo de liga e com a temperatura [fonte: Gray].

A fragilização do hidrogênio se tornou a maldição de porta-aviões, navios de guerra, aviões, espaçonaves e reatores nucleares. Ocasionalmente, as consequências são mortais. Em 1985, um soldado morreu na Grã-Bretanha quando os parafusos de um canhão automotor de 155 mm de fabricação americana falharam. Os parafusos seguravam o coletor que levantava e baixava a arma. Os parafusos estalaram, prendendo o soldado sob o coletor. Os investigadores culparam a fragilização por hidrogênio. O gás tornava os parafusos tão frágeis que eles não podiam suportar os fortes solavancos produzidos pela arma de fogo. Em 1984, os parafusos (também para os suportes da arma) em um tanque M1 Abrams também quebraram [fonte: Anderson].

Os cientistas estão trabalhando febrilmente tentando prever como, quando e onde ocorrerá a fragilização por hidrogênio. A indústria automobilística, entre outras, está preocupada com isso. Como você provavelmente sabe, veículos movidos a hidrogênio obtêm sua energia de um dispositivo chamado célula de combustível. As células de combustível permitem que o hidrogênio se combine com o oxigênio para produzir calor e eletricidade. Os únicos subprodutos são calor e água [fonte: Laboratório Nacional de Energia Renovável].

Os átomos de hidrogênio podem perfurar o metal durante o processo de fabricação, como quando as peças de carros de placas de cromo dos trabalhadores soldam as peças ou quando o metal é moído ou prensado. A infiltração de hidrogênio também pode ocorrer quando o carro está circulando. Os átomos saturam o metal, infiltrando-se nos tanques de combustível e outros componentes. Como resultado, as peças do carro, como tanques de combustível, células de combustível e rolamentos de esferas podem falhar sem aviso. O resultado? Contas caras de reparos - e pior [fonte: Science Daily].

Não jogue fora a ideia do carro a hidrogênio ainda. Pesquisadores na Alemanha têm estudado como os átomos de hidrogênio se movem através do metal. Traçando a rota dos átomos, eles esperam desenvolver materiais resistentes à fragilização que possam ser usados ​​em carros a hidrogênio. Os cientistas também estão pesquisando maneiras de interromper o processo de fragilização, aquecendo constantemente os átomos de hidrogênio que estão sempre em movimento [fonte: Science Daily].

Ao compreender melhor como os átomos de hidrogênio realizam seus negócios destrutivos, os cientistas e engenheiros estão confiantes de que serão capazes de fazer tanques de combustível a bordo e outras peças que não se degradam com o tempo [fonte: Azom.com]. Antes que você perceba, estaremos todos dirigindo carros a hidrogênio.

Nota do autor: O hidrogênio destrói metal?

Até começar a pesquisar este artigo, eu não tinha ideia de que o hidrogênio, o elemento mais abundante no universo, era tão destrutivo. Claro, eu sabia o básico do motivo pelo qual meu amado Ford Ranger 1993 começou a enferrujar - oxigênio combinado com ferro para formar óxido de ferro, e antes que eu percebesse, eu estava raspando, preparando e pintando. Acho que não deveria ter ficado surpreso em saber que o hidrogênio corrói o metal com a mesma facilidade. A fragilização do hidrogênio é um assunto sério, especialmente quando o hidrogênio é um componente-chave para resolver nossas necessidades de combustível e ajudar o planeta. Esperançosamente, os cientistas serão capazes de descobrir uma solução econômica para o problema.

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Fontes

• The American Society of Mechanical Engineers (ASME). "Motor de foguete RL10." (14 de janeiro de 2013) http://files.asme.org/asmeorg/communities/history/landmarks/5636.pdf
• Anderson, Jack. "Soldado morre quando armas defeituosas quebram." Ocala Star-Banner. 16 de fevereiro de 1987. (5 de janeiro de 2013) http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=en
• Azom.com. "A economia do hidrogênio do futuro estimula a pesquisa de fragilização do hidrogênio. 28 de maio de 2008. (5 de janeiro de 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
• The Chemical Heritage Foundation. "Antoine-Laurent Lavoisier." (4 de janeiro de 2013) http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/early-chemistry-and-gases/lavoisier.aspx
• CNN.com. "Bush apregoa os benefícios do combustível hidrogênio." 6 de fevereiro de 2003. (3 de janeiro de 2013) http://articles.cnn.com/2003-02-06/politics/bush-energy_1_hydrogen-power-fuel-cells-dependence-on-foreign-oil?_s = PM: ALLPOLITICS
• Gray, Hugh. R. "Embrittlement de Ambiente de Hidrogênio." NASA. 26 de junho de 1972. (5 de janeiro de 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
• Fazendo-Hydrogen.com. "História do Hidrogênio." (4 de janeiro de 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
• Universidade McGill. "O estudo revela pistas para a causa da fragilização por hidrogênio." 19 de novembro de 2012. (7 de janeiro de 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
• Laboratório Nacional de Energia Renovável. "Fundamentos do hidrogênio." 18 de maio de 2012. (4 de janeiro de 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
• Science Daily. "Pistas para a causa da fragilização por hidrogênio em metais: as descobertas poderiam guiar o projeto de novos materiais resistentes a fragilização." 19 de novembro de 2012. (4 de janeiro de 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
• Science Daily. "Hidrogênio faz o metal quebrar." 21 de agosto de 2010. (3 de janeiro de 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm