O combustível do foguete
Intro
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Introdução
Construa você mesmo um kit para fazer a eletrólise da água e colete
os gases formados. Você verá que um deles é o hidrogênio, o mesmo
utilizado como combustível nos foguetes.
Cadastrada por
Leandro Fantini
Material - onde encontrar
em laboratórios e lojas
especializadas
Material - quanto custa
entre 10 e 25 reais
Tempo de apresentação
até 30 minutos
Dificuldade
intermediário
Materiais Necessários
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Uma tampa do “tubo” de DVD transparente;
Cola instantânea (bonder);
Três tampas de garrafa de PET;
Um elástico (gominha);
Um pedaço de magueira de aquário;
Dois parafusos de aço com porcas;
Duas seringas de 20mL;
Um eliminador de pilha ou carregador de celular adaptado;
Um isqueiro;
Quatro bolas de gude;
Um pistola de cola quente;
Um alicate e uma tesoura;
Um ferro de solda;
Um palito de churrasco;
Sulfato de magnésio (encontrado em farmácia).
Segurança
requer cuidados básicos
O combustível do foguete
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Passo 1
Mãos à obra
Pegue a tampa do pino de DVD e faça dois furos com o ferro de solda ou broca, como mostrado na foto.
Ainda com o ferro de solda, faça vários furos na base da seringa. Isso permitirá que a água entre dentro
da seringa. Esquente a ponta da mangueira de aquário com o isqueiro e aperte a ponta com o alicate de
modo que fique bem vedado a ponta e corte um pedaço de 2cm.
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Passo 2
Mãos à obra
Corte as pontas do elástico para que fique um pouco menor que o diâmetro do parafuso que está usando.
Cole as pontas do elástico formando um anel. Introduza o anel de borracha no parafuso e encaixe-o
dentro da tampa e prenda-o com uma porca. Caso tenha ficado alguma rebarba no furo que fez na
tampa, será necessário tirar a rebarba para que o furo fique liso e não vaze.
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Passo 3
Mãos à obra
Cole duas bolas de gude na base da seringa com cola quente. Isso servirá de peso e evitará que a seringa
flutue quando ficar cheia de gás. Feito isso, basta conectar os jacarés do carregador nos parafusos,
colocar as seringas sobre os parafusos. Deve ficar como mostrado na foto.
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Passo 4
O que acontece
Uma das primeiras coisas que se aprende em química é a fórmula da água, H2O, ou seja a molécula de
água possui uma proporção de dois hidrogênios para um oxigênio. Sendo assim deve ser verdade que
se pegarmos dois hidrogênios e um oxigênio e fizermos a reação entre eles obteremos água. Mas como
fazer para termos o hidrogênio e o oxigênio separados? É aí que entra a eletrólise. A passagem de corrente elétrica causa a quebra da molécula de água, transformando-a em hidrogênio e oxigênio. Quando
ligamos o carregador de celular (ou outro eliminador) na tomada, transformamos a corrente da tomada
em uma espécie de pilha, com pólos positivo e negativo definidos. O ânodo, pólo positivo, cede elétrons
para o cátodo, pólo negativo. No ânodo ocorre oxidação do oxigênio, ou seja o oxigênio “descarrega”
os elétrons no ânodo fazendo com que seja formado oxigênio gasoso de acordo com a seguinte semireação:
H2O(l) --> ½ O2
(g)
+ 2H+(aq) + 2e-
No cátodo ocorre a redução do hidrogênio, ou seja, o hidrogênio recebe elétrons e é convertido em hidrogênio gasoso de acordo com a semi-reação:
2H2O(l) + 2e- --> H2
(g)
+ 2OH-(aq)
Somando-se as duas semi-reações anteriores, obtém-se:
1)
2)
H2O(l) --> ½ O2 (g) + 2H+(aq) + 2e2H2O(l) + 2 e- --> H2 (g) + 2OH-(aq)
3H2O(l) --> ½ O2
(g)
+ H2
(g)
+ 2H2O(l)
Entenda que a água está em equilíbrio com seus íons.
H2O --> H+ + OHDesta forma, os dois mols de água que sobraram nos produtos se cancelam com os do reagente, originando a equação abaixo.
H2O(l) --> H2
(g)
+ ½ O2
(g)
Quando o sistema é eficiente, é possível observar que a quantidade de gás hidrogênio produzido é o dobro da quantidade de gás oxigênio, conforme mostrada na equação balanceada anterior.
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Passo 4
O oxigênio liberado pode ser testado com um palito de fósforo em brasa. A brasa se intensificará ao
aproximarmos o palito da saída do tubo, podendo chegar a reacender a chama.
Aproximando-se um palito aceso da saída do tubo em que foi coletado gás hidrogênio, observa-se a rápida combustão desse gás, com uma chama quase invisível e um “estalo”.
Usamos aqui sulfato de magnésio como eletrólito. Isso permite uma maior velocidade na produção dos
gases, sem que haja a formação de outros produtos indesejados.
Ainda colocamos um pouco de azul de bromotimol na solução para dar um contraste e facilitar a visualização da eletrólise. O azul de bromotimol atua como um indicador de pH. Quando a solução torna-se
ácida a cor muda para amarelo e quando básica fica azul.
Observe novamente estas semi-reações.
1)
2)
H2O(l) --> ½ O2 (g)+ 2H+(aq) + 2e2H2O(l) + 2e- --> H2 (g) + 2OH-(aq)
Na reação 1 em que é formado o oxigênio, há a presença de H+, o que torna a solução ácida naquele tubo
deixando sua cor amarela. Na reação 2, há a formação de hidrogênio gasoso e OH-, deixando a solução
básica naquela região. Por isso o tubo que contém H2 fica azul e o de O2 fica amarelo.
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Passo 5
Para saber mais
A combustão do hidrogênio pode ser utilizada como fonte alternativa para produção de energia. O
principal motivo de essa reação ser alvo de investigação e desenvolvimento é a liberação de uma grande
quantidade de energia e a produção de água. Devido a essa liberação expressiva de energia o hidrogênio
é usado como combustível nos foguetes espaciais. O cilindro vermelho da nave (na foto) é carregado com
hidrogênio e oxigênio sob alta pressão. Além de ser o combustível da nave ele é usado como fonte de
produção de energia elétrica que alimenta os sistemas da nave. Uma grande vantagem é que, o produto
da combustão do hidrogênio, é água. É difícil pensar em alguma substância menos poluente que a água.
2H2
(g)
+ O2
(g)
--> 2H2O(l) + 572 kJ
O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo, embora na Terra não represente 1% em massa.
É obtido por eletrólise ou por síntese a partir da biomassa. Mesmo com tantas vantagens para a sua
utilização como fonte de energia, ainda é necessária uma solução para os problemas de armazenamento
e transporte desse gás que só pode ser liquefeito em baixas temperaturas e altas pressões, além de ser
altamente inflamável.