Atividade prática - Reconhecendo gases do cotidiano – Parte 4: Produzindo
gás hidrogênio
9º ano do Ensino Fundamental / 1º ano do Ensino Médio
Objetivo
Vivenciar alguns experimentos que envolvem as propriedades dos principais gases inorgânicos do cotidiano, que permitem identificá-los, bem como reconhecer a participação deles em importantes processos naturais como a combustão, a respiração, a corrosão ácida de metais etc.
O entendimento sobre os principais gases do cotidiano está diretamente envolvido com a vivência dos fenômenos dos quais eles participam, sejam nos aspectos ambientais, energéticos ou biológicos. A participação dos gases nesses fenômenos é bastante explorada nas avaliações de química, biologia, física, geografia, além de muito comuns nas provas do Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM).
Introdução
O gás hidrogênio (H2) não existe em quantidades expressivas na atmosfera terrestre. Mas, não é por isso que deixa de ser um gás muito importante! Esse excelente combustível é um dos mais usados nos foguetes, embora precise de grandes tanques para seu armazenamento no estado líquido. É por isso que os foguetes liberam “estágios” na medida em que sobem ao espaço, assim que os tanques de hidrogênio ficam vazios. Esses estágios de foguetes antigos costumam ficar à deriva no espaço, mas muitas vezes formam grande quantidade de lixo espacial que fica girando em torno da Terra, em órbita. Com o tempo, eles podem perder energia cinética, se chocar uns com os outros e até cair no planeta.
Escapamento de um foguete em ignição, liberando chamas da queima do gás hidrogênio (H2).
As chamas da queima desse gás possuem coloração levemente azulada, mas são quase invisíveis. O produto da queima é simplesmente vapor de água (H2O), já que
apenas os gases hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) estão
reagindo. Por esse aspecto, o hidrogênio é considerado um combustível limpo, não produzindo gases tóxicos ou de efeito estufa como o gás carbônico (CO2). Se
considerarmos sua produção pela eletrólise da água, o gás hidrogênio também pode ser considerado limpo, não obtido de combustíveis fósseis ou por outros métodos agressivos ao ambiente.
Disponível (acesso: 11.01.2015):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Shuttle_Main_Engine_Te st_Firing_cropped_edited_and_reduced.jpg
O gás hidrogênio pode ser produzido facilmente a partir da eletrólise da água, ou seja, utilizando uma corrente elétrica que “quebra” a molécula de água em gás hidrogênio (H2) e gás oxigênio (O2), na presença de um sal apropriado dissolvido na água. A eletrólise é um dos vários e importantes métodos da “eletroquímica”, que utiliza a eletricidade (elétrons) nas reações químicas,
ora sendo usada para produzir as reações (eletrólise), ora sendo produzida pelas reações (pilhas e baterias).
Outro método fácil de obtenção do gás hidrogênio (H2) é a reação de metais comuns com ácidos em solução aquosa. A maioria dos metais comuns como zinco (Zn), alumínio (Al) ou ferro (Fe) sofrem corrosão na presença de ácidos, dissolvendo-se em água na forma de sais e liberando gás hidrogênio (H2).
Muito mais leve que o ar, o gás hidrogênio já foi muito utilizado na década de 1930 para fazer flutuar os grandes balões dirigíveis, chamados zeppelins. A fabricação desses balões sofreu forte decréscimo nas décadas seguintes, principalmente devido aos avanços tecnológicos que os aviões passaram a apresentar, além de terem sido protagonistas de grandes tragédias como a do Craft
Zeppelin e o Hindenburg que, como vários outros, incendiou-se, vitimando centenas de pessoas.
Dirigível Hindenburg pousado (esquerda) e durante sua explosão (direita) em 6 de maio de 1937.
O Hidenburg foi construído na Alemanha, durante o regime nazista (observe as cruzes suásticas no leme); e é, até os dias de hoje, a maior aeronave já construída, com 245m de comprimento. O Hidenburg tinha autonomia de vôo de 14000 km e chegou a fazer algumas viagens ao Brasil, África e Estados Unidos, além dos países
europeus. O acidente com o Hidenburg encerrou a era dos zeppelins para transporte de passageiros.
Disponível (acesso: 11.01.2015): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hindenburg_at_lakehurst.jpg e
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hindenburg_burning.jpg
Depois da descoberta do gás nobre hélio (He) na Terra (esse elemento foi descoberto primeiro no Sol, pela análise das linhas do espectro da luz solar), foi possível a construção de zeppelins mais seguros, uma vez que os gases nobres são inertes, não reagindo com o oxigênio. Mas, por outro lado, como a velocidade alcançada pelos aviões possibilitava viagens longas muito mais rápidas, a fabricação dos zeppelins ficou obsoleta.
Experimento 1: Produzindo gás hidrogênio por reação de metais com ácidos Material (por grupo de alunos)
A) Várias amostras de metais comuns, ou seja, de metais “não nobres”, que caibam dentro de um tubo de ensaio.
Obs.1: Os metais mais fáceis de se obter são zinco (Zn), alumínio (Al), ferro (Fe). No caso do alumínio, é aconselhável passar uma palha de aço dura na superfície, instantes antes do experimento, para a retirada da película natural de óxido de alumínio (Al2O3) que impede sua corrosão. Se o alumínio for obtido de latinhas de refrigerante, a tinta também deve ser removida.
Obs.2: As palhas de aço também podem ser usadas, pois são feitas de ferro (Fe), com a vantagem de reagirem rápido devido à maior superfície de contato. Ferro em pó (limalha de ferro) reagirá também mais rápido, pelo mesmo motivo.
Obs.3: O metal magnésio (Mg) em fitas ou em raspas, como comprados em lojas de reagentes químicos, também reage bem.
Obs.4: Objetos de cobre (Cu), prata (Ag) ou ouro (Au) não devem ser usados, pois são metais nobres e não serão corroídos facilmente pelos ácidos.
B) Solução 0,1 mol/L de ácido clorídrico (HCl), preparada pelo professor.
Obs.: Pode ser utilizado o “ácido muriático”, comercializado em lojas de material de limpeza, que nada mais é que uma solução aquosa de ácido clorídrico (HCl).
C) Mangueira transparente fina do tipo usada para “tirar nível” em construção civil. D) Suporte para tubos de ensaio.
E) Nove tubos de ensaio. F) Cronômetro.
G) Proveta.
H) Câmera fotográfica ou aparelho celular com câmera. I) Caneta pincel para identificar os tubos de ensaio.
Procedimento 1 – Determinando os melhores reagentes disponíveis para produzir gás hidrogênio
1. Identifique os tubos de ensaio com os números de 1 a 9.
2. Coloque cada uma das diferentes amostras de metais em tubos de ensaio diferentes, para a adição de ácidos variados, como na tabela de sugestão abaixo:
Tubo de ensaio
Reagentes Observações / anotações de velocidade e de odor* (*cuidado, não cheire os tubos de perto)
1 Fe (prego) + HCl
2 Fe (palha de aço) + CH3COOH
3 Fe (palha de aço) + HCl 4 Al (latinha) + HCl 5 Al (latinha) + CH3COOH 6 Zn + HCl 7 Zn + CH3COOH 8 Mg + HCl 9 Mg + CH3COOH
3. Fotografe os tubos antes da adição dos ácidos.
4. Adicione os ácidos até encobrir as amostras de metal, ligue o cronômetro e observe as reações. 5. Fotografe a evolução da reação, tomando cuidado para não respingar ácidos nas mãos, pele e olhos.
Questões e observações
1) Quais tubos de ensaio apresentaram reações com maior produção de bolhas ou espuma por tempo, ou seja, reagiram mais rapidamente? Comente.
______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
2) Pesquise o conceito de “eletropositividade” ou de “potencial de oxidação” dos metais e compare os diferentes metais em reação com um mesmo ácido. Esses conceitos são suficientes para explicar a velocidade de produção do gás hidrogênio? Comente.
______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
3) Pesquise o conceito de “força dos ácidos”, sabendo que o ácido clorídrico (HCl) é um ácido forte e que o ácido acético (CH3COOH) é um ácido fraco. O conceito de força dos ácidos explica algumas diferenças de velocidade observadas no experimento? Comente.
______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
4) Monte as equações balanceadas das reações dos metais com os ácidos utilizados. Lembre-se que o gás produzido em todas essas reações é o gás hidrogênio (H2) e que um sal é produzido também, ficando solubilizado em água. Forneça o nome dos sais formados.
Tubo 1 → Nome do sal: Tubo 2 → Nome do sal:
Tubo 3 → Nome do sal: Tubo 4 → Nome do sal: Tubo 5 → Nome do sal: Tubo 6 → Nome do sal: Tubo 7 → Nome do sal: Tubo 8 → Nome do sal: Tubo 9 → Nome do sal:
5) Qual material testado é o melhor para recolher mais rapidamente uma maior quantidade de gás hidrogênio? Justifique.
______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
6) Sem cheirar os tubos de ensaio de perto, tente perceber se há algum cheiro proveniente dos tubos de ensaio? O gás hidrogênio tem cheiro? Comente.
______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
