Hidrogênio: Energia Alternativa do Futuro?

A possibilidade de uso do hidrogênio como combustível é promissora, mas ainda não resolve o problema de substituir o petróleo como fonte de energia. Você já deve ter ouvido algumas vezes, nos últimos anos, que o hidrogênio é tido como o "combustível do futuro", ou até o termo "economia do hidrogênio", isto é, uma cadeia energética baseada em H₂ e não em petróleo. Mas por que o hidrogênio?

A principal razão é que a queima de hidrogênio libera muita energia (242kJ/mol, ou 121kJ/g) e tem como subproduto a água:

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É difícil imaginar algo mais distante de um poluente do que a água. Nessa reação, o subproduto poderia, em princípio, ser descartado sem maiores preocupações!

Queima de hidrogênio

A queima de hidrogênio (H₂) pode ser feita de forma idêntica à de outros combustíveis, como GLP (gás liquefeito de petróleo) ou gás natural. A chama da queima do hidrogênio chega a 2.400^oC, um pouco mais do que se obtém na queima de gás natural ou gasolina. Ele também pode ser usado em pilhas de combustível. É abundante - na verdade, é o elemento mais abundante no universo, embora na Terra não chegue a 0,88% em peso.

Ainda assim, o hidrogênio representa o terceiro elemento em número de átomos, com 15,4%. Pode ser obtido da própria água, que é abundante, e um quilo de água seria capaz de fornecer 111g de hidrogênio gasoso, o que dá por combustão a mesma energia que 0,4 litro de gasolina ou 0,63 litro de álcool anidro. Tudo somado, esse parece ser um excelente negócio!

Fontes e vetores energéticos

Mas o hidrogênio seria obtido de onde? Repare que esse elemento praticamente não existe livre na natureza, de forma que o gás hidrogênio é antes um vetor energético do que uma fonte. O petróleo também é um vetor - isto é, um material no qual se acumulou outro tipo de energia, nesse caso a solar.

No petróleo, a energia foi armazenada, através da fotossíntese, em biomoléculas que resultaram, após milênios comprimidas sob pesadas camadas de rochas, em uma mistura de hidrocarbonetos. Aliás, se traçarmos a origem da energia da maioria das "fontes", incluindo carvão, gás natural e até a energia hidrelétrica, vamos encontrar o Sol.

Voltando ao hidrogênio, podemos então continuar a chamá-lo de fonte de energia, lembrando, porém, que permanece a pergunta: como obtê-lo? E, aliás, porque é que o hidrogênio da natureza não serve como fonte de energia?

H⁺ não serve...

Ocorre que o hidrogênio da natureza está virtualmente todo na forma H⁺, que tem o mesmo valor, como combustível, que ferrugem ou cinza de papel, isto é, nenhum...

Dizemos que o hidrogênio está na forma oxidada e, como a água, já é um produto da oxidação do hidrogênio. Reagentes que tenham H⁺¹ não servem. Você pode se perguntar: "Mas e os combustíveis como o álcool (C₂H₆O) e os hidrocarbonetos, não têm todos H⁺¹? Como assim, não servem?" Acontece que nesses combustíveis quem está na forma reduzida e pode liberar energia na oxidação é o carbono. O hidrogênio é só um acompanhante...

Portanto, na base de uma economia do hidrogênio está a obtenção desse elemento em formas reduzidas (0 ou até -1), essas sim capazes de fornecer energia através de reações como a combustão. E para obter esse H₂ é necessário "investir" energia de outro tipo, por exemplo, a elétrica.

Considerando perdas de energia no processo, a reação a seguir, a eletrólise, consome mais de 16MJ (megajoules) por quilograma de água:

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Para comparação da quantidade de energia armazenada, considere que um chuveiro elétrico de 5kW gastaria essa mesma energia em 8 horas!

O futuro do hidrogênio

Podemos concluir que o H₂ é promissor, mas não resolve o problema de uma fonte "real" de energia. E essa é só metade da história, porque ainda há a questão de como armazenar e transportar essa substância de forma segura. O H₂ é um gás que só pode ser liquefeito a temperaturas baixas e pressões relativamente altas, além de ser facilmente inflamável.

Como se vê, ainda há muitos problemas interessantes a resolver. Alguém se habilita?

Fonte:  http://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/hidrogenio-energia-alternativa-do-futuro.htm

Tudo Se Transforma #12: Energia e Impacto Ambiental - Energia Nuclear (Parte 2)

Tudo Se Transforma #11: Energia e Impacto Ambiental - Energia Nuclear (Parte 1)

Experiência da Batata: Fonte de Energia Química

Batata, esse 'tubérculo comestível', como o define o velho Aurélio, não se presta apenas como ingrediente para suculentos pratos da arte culinária; há toda uma gama de usos específicos. Dentro dessa gama há uma especificidade que poucos conhecem: a batata como fonte de energia química para a produção de energia elétrica. Sim, as batatas podem funcionar como pilhas e baterias!

Nesse contexto, apresentar a batata como um componente eletrônico principal, preparamos este trabalho que mudará o seu modo de pensar sobre esse tubérculo tão comum. Para os leitores/alunos que gostam de projetos diferentes e que também costumam comer sua batatinha chips durante as montagens, tais aplicações da batata serão uma 'delícia' . É um projeto muito simples, que muito mais pela curiosidade, servem como excelentes sugestões para Feiras de Ciências ou trabalhos escolares. De qualquer forma, se o projeto não lhe agradar, nada impede que o componente principal seja cortado, frito e comido...

A polaridade dos terminais ou dos fios de uma fonte de alimentação de corrente contínua ou mesmo de uma bateria pode ser facilmente descoberta com a ajuda de uma... batata!

Como isso funciona?

Ora, a batata é condutora de corrente elétrica, é um condutor eletrolítico. Enfiando os dois fios de cobre provenientes da fonte, numa batata cortada ao meio, como indicado na Fig. 1, ocorrerá uma reação química cujo efeito é o de produzir substâncias diferentes nas pontas dos fios, conforme sua polaridade. Este efeito galvânico faz com que se forme um sal de cobre no pólo positivo, tornando esta região esverdeada. Por outro lado, no pólo negativo formam-se bolhas ou então nada ocorre, o que permite facilmente a identificação dos pólos.

A montagem:

Fig.1- Indicador de polaridade

O material: 

• meia batata (óbvio).
• 2 pedaços de fio de cobre rígido encapado de pelo menos 30 cm cada.
• 1 fonte de alimentação de 3V a 12V.
• 1 pilha comum ou bateria de 9v.
  

A experiência:

a) Descasque pelo menos 2 cm das pontas dos fios de cobre rígidos ligados à fonte ou a uma pilha.

b) Enfie estas pontas numa meia batata, conforme indicado na Fig. 1.

c) Observe a coloração da batata em torno do fio: onde ficar verde, o fio estará ligado ao pólo positivo.

Fonte:http://www.coladaweb.com/quimica/eletroquimica/experiencia-da-batata-fonte-de-energia-quimica

Reação de Fusão nas Estrelas

 

Normalmente essas reações ocorrem entre o hidrogênio e seus isótopos. Os isótopos do hidrogênio () são o deutério (D), que tem um próton e um nêutron em seu núcleo (), e o trítio (T) que possui um próton e dois nêutrons  ().

Esse tipo de reação libera muito mais energia que as reações químicas e mais até do que as reações nucleares de fissão. A bomba de hidrogênio, por exemplo, que é conseguida com a fusão de um deutério e um trítio, tem um poder de destruição cerca de 700 vezes maior que a bomba de Hiroshima, que foi uma bomba de fissão nuclear.

As reações nucleares estão presentes nos astros como as estrelas, incluindo o próprio Sol.

Visto que essas reações ocorrem com altas temperaturas, o núcleo das estrelas é o lugar ideal para elas acontecerem. Essas são reações em cadeia, ou seja, os produtos formados iniciam novas reações e podem continuar realizando fusões com outros núcleos, e assim sucessivamente.

No caso das estrelas, inicia-se na fusão de dois prótons, com formação de um núcleo de deutério (dêuteron), um nêutron (responsável pela liberação de energia) e um elétron. Posteriormente, esse dêuteron formado se funde com um próton, originando o hélio-3. Esse hélio-3 realiza uma fusão com outro átomo de hélio-3 e dá origem ao hélio-4 e a dois prótons. E assim sucessivamente, com a formação desses e de outros elementos. O Sol transforma, em seu núcleo, várias centenas de milhões de toneladas de hélio, a cada segundo. Por isso ele é muito mais rico em hidrogênio e hélio do que a Terra.

Com o tempo as estrelas acabam morrendo e, quando isso ocorre, algumas ejetam todos os elementos químicos conhecidos (a maioria deles, inclusive, foi formada dentro das próprias estrelas). Esses elementos se misturam ao material interestelar para formar novas estrelas e outros corpos celestes, incluindo planetas, como o nosso, com toda a sua variedade de elementos; assim como para entender como se processam essas reações e qual a composição desses astros fez com que o homem pudesse prever com maior exatidão o tempo de vida deles; além de formular teorias sobre o surgimento do universo e dos elementos que o compõem, entre outros dados de grande interesse humano.

Fonte:http://www.brasilescola.com/quimica/reacoes-fusao-nas-estrelas.htm

Bebidas Energéticas

 

Os ingredientes das bebidas energéticas já não serão mais segredo neste contexto, você vai conhecer agora a composição das chamadas “bombas enlatadas”.

Primeiro uma definição: os energéticos são bebidas que estimulam o metabolismo e têm como finalidade fornecer ao consumidor muita energia.

Abaixo uma relação dos principais componentes e sua ação estimulante no organismo:

Taurina: este aminoácido é sintetizado em laboratório. E se alguém te dissesse que a fonte natural deste componente vem do sêmen e testículo de Touro, dá para acreditar? A origem explica o nome Taurina, mas não se preocupe, como já foi dito, a substância usada nos energéticos é produzida artificialmente. Sabe onde mais podemos encontrar a Taurina? Como componente da ração para cães e gatos.

Cafeína: é ela que garante o potencial energético da bebida, proporciona mais concentração e energia ao consumidor. Esta substância também é encontrada no café, e em ambos os casos, causa um efeito estimulante.

Inusitol: componente adicionado aos energéticos para adocicar a bebida e proporcionar um sabor refrescante. Neste caso é usado na forma sintética, pode ser encontrado também em vísceras e músculos animal.

Estes dois últimos ingredientes estão relacionados com a degustação da bebida, eles conferem à mesma um sabor mais atraente:

Citrato de sódio: ingrediente químico sintético que proporciona à bebida um leve sabor cítrico. O citrato na forma natural é encontrado em frutas ácidas (acerola, limão, laranja).

Gás carbônico: diferencia o energético das outras bebidas, o torna gaseificado. 

Fonte:http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/bebidas-energeticas.htm

Termoquímica

Uma reação química é aquela em que uma ou mais substâncias reagem (sendo, portanto, chamadas de reagentes) para produzir uma ou mais novas substâncias (chamadas de produtos). Isto pode ocorrer com liberação ou absorção de energia térmica.

A Termoquímica estuda essas liberações ou absorções de energia que ocorrem nas reações químicas.







Fonte:http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/quimica/termoquimica-677397.shtml

As 13 Grandes Descobertas da Química #7

 

7. Transformar energia elétrica Chemicals (1807 - 1810) Humphry Davy acha que a eletricidade transforma produtos químicos. Ele usa uma pilha elétrica (uma bateria precoce) para separar sais em um processo hoje conhecido como eletrólise. Com muitas baterias ele é capaz de separar o potássio e o sódio em cálcio, estrôncio, bário e magnésio.

Fonte: http://quimicaensinada.blogspot.com.br/2011/07/confira-quais-foram-as-13-maiores.html

A Radioatividade Presente no Nosso Cotidiano

 

Quando falamos em energia nuclear, a primeira coisa que vem à nossa mente é algo como bombas atômicas ou armas nucleares. Muitas pessoas fazem a triste associação da radioatividade com apenas coisas negativas, mas a energia nuclear é mais do que isso. Conheça a seguir alguns pontos positivos da radioatividade em nossa vida:

Radiografia

O físico alemão Wilhelm C. Roentgen, no ano de 1895, descobriu uma nova forma de energia capaz de sensibilizar filmes fotográficos protegidos da ação da luz. Essa tecnologia foi batizada de Raios-X, e rapidamente transformou-se em ferramenta para diagnósticos na medicina.

O nome usual para essa tecnologia é radiografia. Quando uma pessoa é submetida à radiografia, é colocada entre o ponto de emissão da radiação e uma chapa fotográfica, ocorrendo uma exposição muito rápida à radiação.  A radiografia tem aplicações importantes na medicina, na indústria da construção mecânica e no estudo físico de metais e das ligas metálicas.

Radioterapia

A radioterapia é um método capaz de destruir células tumorais, empregando feixe de radiações ionizantes, tem capacidade de destruir células, por isso representa hoje uma importante arma no combate ao câncer. A radioterapia pode ser empregada com o objetivo de eliminar totalmente o câncer, visando à cura do paciente, ou para diminuir os sintomas da doença, evitando as possíveis complicações decorrentes da presença e crescimento do tumor.

Para alcançar esses objetivos, a radioterapia pode ser combinada à cirurgia e à quimioterapia, ou mesmo empregada como recurso isolado. Ela funciona do seguinte modo: uma dose pré-calculada de radiação é aplicada em um determinado tempo, a um volume de tecido que engloba o tumor. Essa técnica busca erradicar todas as células tumorais, com o menor dano possível às células normais circunvizinhas. A morte celular pode ocorrer então por variados mecanismos, desde a inativação de sistemas vitais para a célula até sua incapacidade de reprodução.

Esterilização de materiais

Tendo em vista que a radiação pode agredir microrganismos, são usadas também para esterilizar equipamentos médicos, alimentos e soros. O processo não deixa resíduos tóxicos, nem radioativos. Uma das vantagens da técnica é que a esterilização é feita sem aplicações de calor, que pode deteriorar os materiais.

Além dos tratamentos citados acima, há outras importantes utilizações da radioatividade.
 

Fonte:http://www.brasilescola.com/quimica/a-radioatividade-presente-nosso-cotidiano.htm

Como Atuam as Substâncias Catalisadoras?

 

Os catalisadores são substâncias capazes de acelerar uma reação sem sofrerem alteração, isto é, não são consumidas durante a reação.

Para entendermos como atuam os catalisadores, precisamos nos lembrar do que foi explicado no texto “Energia de ativação”. Conforme mostrado lá, para que uma reação química se inicie, é necessário que os reagentes tenham ou recebam certa quantidade de energia mínima, que é denominada de energia de ativação.

Com essa energia mínima, os reagentes conseguem atingir o complexo ativado, que é um estado intermediário (estado de transição) que se forma entre os reagentes e os produtos, em cuja estrutura existem as ligações anteriores enfraquecidas e a formação de novas ligações (presentes nos produtos).

Por exemplo, considere a reação genérica abaixo:

 Observe que a energia de ativação necessária para atingir o complexo ativado se torna uma espécie de obstáculo que precisa ser ultrapassado para que a reação ocorra. Isso significa que quanto maior for a energia de ativação de uma reação, maior será o obstáculo a ser vencido e menor será a velocidade da reação.

O contrário também é verdadeiro, se a energia de ativação for menor, a reação será mais rápida. É exatamente isso que os catalisadores fazem, eles criam um caminho alternativo, que exige menor energia de ativação, fazendo com que a reação se processe de forma mais rápida.

Para conseguir abaixar a energia de ativação, o catalisador age mudando o mecanismo da reação, por se combinar com os reagentes num sistema que pode ser monofásico (catálise homogênea) ou polifásico (catálise heterogênea).

Mas, de forma genérica, podemos dizer que essa combinação entre o reagente e o catalisador forma um composto intermediário que depois se transforma, originando o produto e o catalisador. Observe como isso pode ser representado:

Veja que o catalisador é regenerado ao final da reação, não sendo consumido por ela.

Um fato importante é que o catalisador acelera tanto a reação direta quanto a inversa, isso significa que ele diminui a energia de ativação de ambas.

Fonte:http://www.brasilescola.com/quimica/como-atuam-as-substancias-catalisadoras.htm

Cinética Química e Equilíbrios Químicos

Cinética química 
1. Velocidade média da reação - toda reação que esteja ocorrendo continuará enquanto houver reagentes suficientes. Essa velocidade é medida em mols por unidade de tempo. Por exemplo: mol/min.

- Condições para a ocorrência das reações - vários fatores interferem para que as reações ocorram, como por exemplo, a colisão entre as partículas dos reagentes. Entre essas colisões, algumas são efetivas, resultando em quebra de ligações.

- Energia de ativação - é a energia mínima para a ativação da reação.

2. Fatores que influenciam a velocidade da reação - alguns fatores podem influir na velocidade de uma reação:

- Área de contato - quanto maior a área de contato entre os reagentes maior a velocidade da reação.

- Temperatura - o aumento da temperatura dos reagentes aumenta a velocidade da reação.

- Regra de Van’t - a elevação de 10°C faz a velocidade da reação dobrar.

- Catalisadores - são substâncias capazes de acelerar uma reação sem integrá-la, não sendo portanto consumidas durante a reação.

- Concentração dos reagentes - a velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração dos reagentes.

→ Lei da velocidade de Guldberg e Waage.


Obs.: como a pressão de um gás influi na sua concentração, também influencia a velocidade da reação.


Equilíbrios químicos


1. Constante de equilíbrio em termos de concentração

2. Quociente de equilíbrio


3. Constante de equilíbrio em termos de pressão (gases)



Deslocamento do equilíbrio
- Princípio de Le Chatelier - Ao se aplicar uma nova componente num sistema em equilíbrio, ele tende a reagir de modo a se reajustar no sentido contrário a essa componente.

- se houver aumento da concentração de um dos produtos, o equilíbrio se deslocará para o lado dos reagentes; se houver aumento de concentração dos reagentes, ocorrerá um deslocamento no sentido dos produtos.

- se houver aumento da pressão de um dos produtos, o equilíbrio se deslocará para o lado dos reagentes; se houver aumento de pressão dos reagentes, ocorrerá um deslocamento no sentido dos produtos.

- se houver aumento da temperatura de um dos produtos, o equilíbrio se deslocará para o lado dos reagentes; se houver aumento de temperatura dos reagentes, ocorrerá um deslocamento no sentido dos produtos.
Obs.: catalisadores não interferem no equilíbrio do sistema.


Exercícios:
1. Realizou-se a reação de decomposição do ácido carbônico:
 

Mediu-se a concentração em quantidade de matéria de gás carbônico nos tempos 10s e 20s, obtendo-se o seguinte resultado em mol/L:
10s : 0,2 M
20s : 0,8 M
Qual a velocidade média dessa reação no intervalo de 10s a 20s?

2. (PUC-PR) A revelação de uma imagem fotográfica em um filme é um processo controlado pela cinética química da redução do halogeneto de prata por um revelador. A tabela abaixo mostra o tempo de revelação de determinado filme usando um revelador D-76.

Quantidade existente do revelador (mol) Tempo de revelação (min)


A velocidade média de revelação no intervalo de tempo de 7 min a 10 min é, em mol/min:

a. 3,14
b. 2,62
c. 1,80
d. 1,33
e. 0,70



3. (FATEC) Nas condições ambientes, é exemplo de sistema em estado de equilíbrio uma:

a. xícara de café bem quente;
b. garrafa de água mineral gasosa fechada;
c. chama uniforme de bico de Bunsen;
d. porção de água fervendo em temperatura constante;
e. tigela contendo feijão cozido.



4. (UFU - MG) Misturam-se 2 mols de ácido acético com 3 mols de álcool etílico, a 25°C, e espera-se atingir o equilíbrio. Sendo o valor de Kc, a 25°C, igual a 4, as quantidades aproximadas, em mols, de ácido acético e acetato de etila são, respectivamente:

a. 2 e 5
b. 2 e 3
c. 0,43 e 1,57
d. 3,57 e 1,57
e. 3,57 e 4,57


Resposta:
1. 0,06M
2. 1,33
3. garrafa de água mineral gasosa fechada;
4. 0,43 e 1,57

Fonte: http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/quimica/cinetica-quimica-equilibrios-quimicos-677148.shtml