Por Projeto Academia de Ciência,

Fontes alternativas de energia

 

Conteúdos Abordados
– Oxidação
-pH
– Pressão atmosférica
– Reações químicas
– Separação de misturas
– Físico-química
– Eletrólise
– Funções químicas
– Combustão
– Combustíveis alternativos

Objetivos

 Relativos aos conteúdos:
– Compreender os elementos necessários para a combustão de materiais
– Verificar o funcionamento do hidrogênio como combustível
– Identificar as diferentes fontes de energia
– Refletir sobre a importância da busca por fontes alternativas de energia para a preservação ambiental

Habilidades científicas:
– Observação, descrição e registro de fenômenos
– Manipulação de reagentes
– Capacidade de observação, persistência e concentração

Comportamentos e atitudes:
– Habilidade de trabalhar em grupos
– Organização do espaço de trabalho

Atividade Experimental

Título: Foguete movido a hidrogênio
Disciplina: Física (EM)
Conteúdo: Oxidação, pH, pressão atmosférica, reações químicas, separação de misturas, físico-química, eletrólise, funções químicas, combustão e combustíveis alternativos.
Objetivo: Utilizar a combustão do gás hidrogênio para gerar a energia necessária para lançar um foguete.

Material:

– 1 copo graduado com eletrodos
– 2 coletores de gases ou pipetas plásticas recortadas
– 1 bateria de 9V
– 1 clipe para bateria
– 1 solução de sulfato de sódio com fenolftaleína
– 1 piezoelétrico
– 1 suporte de EVA com rolha
– 1 óculos de segurança por integrante do grupo
– Fita crepe

Montagem:

– Colocar o óculos de segurança

Copo graduado com eletrodos

– Fazer uma rolha de EVA com o diâmetro do fundo de um copo graduado. Após a terminar a rolha faça 4 furos próximos formando um quadrado adotando a medida de 2 cm de distância entre os furos

– Passar um fio preto por dois dos furos da rolha de EVA e um fio vermelho pelos furos restantes. Lembrar de manter um dos lados de cada fio 2 cm maior que o outro.


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– Colocar o a rolha de EVA de volta ao copo graduado deixando os fios voltados para cima.

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Lançador de foguetes

– Retirar a rolha do suporte de EVA e passar o fio do piezoelétrico por dentro do furo do suporte, de forma que fique 10 cm de fio através do suporte.

– Colocar a rolha de volta ao suporte e passe a fita crepe em volta dos fios para deixá-los bem próximos.

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Foguete

– Colocar cerca de 2mL da solução de sulfato de sódio com fenolftaleína em cada coletor de gases. Após colocar a solução em ambos os coletores de gases mantenham-os virados com o bucal virado para cima.

– Encaixar os suavemente cada coletor de gases em um eletrodo pequeno do copo graduado.

– Virar para a posição correta os coletores de gás com cuidado para evitar que a solução vaze e apoiar o copo graduado sobre a mesa.

– Conectar o clipe na bateria.

– Conectar cada garra jacaré do clipe a um dos eletrodos grandes do copo graduado.

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– Observar o que ocorre.

– Aguardar até que um dos coletores de gases esteja com metade da solução de sulfato de sódio com fenolftaleína em seu interior

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– Inverter os fios do clipe da bateria e manter desta forma até que ambos os coletores fique com a mesma quantidade de solução em seu interior.

– Retirar com muito cuidado, e sem apertar, um dos coletores de gases do copo graduado e coloque nos fios do piezoelétrico do lançador. A ponta dos fios deve ficar na parte com gás e não em contato com a solução.

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– Acionar o piezoelétrico e observar o que ocorre.

– Fazer o mesmo com o outro coletor de gás.

– Discutir com os resultados obtidos com seus colegas.  Caso não atinja o resultado esperado pense no que pode ter dado errado e refaça seu experimento.

Observações:
– Os óculos de segurança devem ser usados desde o início até o término do experimento evitando que a solução ou o foguete atinja os olhos de algum membro do grupo.

 – Não passe muita fita crepe entre os fios do piezoelétrico para não dificultar a passagem do coletor de gás.

– Muito cuidado ao acionar o piezoelétrico, pois os fios irão gerar uma faísca que pode causar choques. De forma alguma acione o piezoelétrico quando alguém estiver manipulando os fios ou terminando de colocar o colocar o coletor de gás sobre os fios. Acione-o apenas quando for necessário evitando assim gerar acidentes.

– Ao ligar a bateria aos eletrodos é normal é que um pouco da solução vaze dos coletores.

Resultados Esperados

Lançamento de um pequeno foguete impulsionado pela combustão do hidrogênio obtido pela hidrólise de uma solução salina.

Discussão dos Resultados

A partir do momento em que a bateria é conectada aos eletrodos, inicia-se um processo denominado eletrólise. Este processo consiste na decomposição das moléculas de água em seus elementos (oxigênio e hidrogênio) através da passagem de corrente elétrica produzindo como produto o gás hidrogênio e o gás oxigênio.

Quando conectamos a bateria aos eletrodos do copo graduado uma das soluções passa a receber carga positiva à medida que a outra recebe carga positiva. Na solução que recebe carga positiva é introduzido oxigênio à solução e este por sua vez reage com os íons H+ formando o elemento químico OH. A outra solução que recebe a carga negativa ocorre a decomposição da molécula da água formando íons H+.

O pH é o símbolo para a grandeza físico-química responsável por indicar acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma solução líquida. A escala do pH pode variar de 0 até 14. As soluções que tiverem pH menor que 7 são substâncias ácidas possuindo grande concentração de íons H+, pH 7 indica soluções neutras e as soluções que possuem pH maior que 7 são substâncias básicas possuindo uma maior concentração de íons OH.

A fenolftaleína que compõem a solução utilizada na composição do combustível de nosso foguete é um indicador de pH, quando em contato com essas soluções ácidas, apresenta a coloração rosa. Sendo assim a solução que recebeu carga negativa gera a formação de íons H+ e torna o pH da solução mais ácido deixando esta solução rosa e gerando o gás hidrogênio.

Por ser um gás inflamável, o hidrogênio em contato com a faísca do piezoelétrico entra em combustão e se expande fazendo pressão sobre a solução do coletor de gases que é expelida pelo bucal do coletor e gera o movimento do foguete.

Nesta etapa após discutir o que de fato ocorreu no experimento e relacionar com os princípios científicos envolvidos é interessante abrir espaço para um debate sobre formas alternativas de energia, energia renovável, equipamentos que funcionam movidos com fontes alternativas de energia, etc.

(Experimento adaptado de: Energia, sociedade e ambiente. Experimento: As energias do futuro. CTC! Ciência e Tecnologia com Criatividade. Sangari do Brasil.)

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