Uma abordagem didática para a pressão interna de foguetes de garrafa PET propulsionados pela reação química entre vinagre e bicarbonato de sódio

Abstract

Resumo O objetivo deste artigo é apresentar a busca de uma relação matemática entre a quantidade de reagentes e a pressão interna em foguetes de garrafa PET adequados ao nível IV da Mostra Brasileira de Foguetes. Inicialmente, foi descrito o dióxido de carbono produzido na reação entre o vinagre e o bicarbonato de sódio, através da equação de Clausius-Clapeyron. Os resultados previstos por esta abordagem não concordaram com os valores experimentalmente obtidos. Posteriormente, adotou-se a equação dos gases de van der Waals para descrever o comportamento do gás. Deste amplo estudo, observou-se que a última abordagem é capaz de descrever o comportamento da pressão no regime entre 0 -- 60PSI. Acima de 60PSI nenhuma das abordagens descreveu a pressão de forma satisfatória. Consequentemente, entendeu-se que o aumento na pressão interna desloca o equilíbrio químico para o lado dos reagentes (Princípio de Le Chatelier) e concluiu-se que é possível obter uma equação empírica, que vincula a quantidade de reagentes e a pressão interna se for adotado um fator de atenuação dependente da pressão no número de mols de gás produzidos. Este estudo pode ser implementado como recurso de integração dos conteúdos abordados no ensino médio nas disciplinas de Física e Química.Abstract The aim of this article is to present the search of a mathematical relation between the amount of reagents and the internal pressure on PET bottle rockets suitable to the level IV of the Brazilian Rocket Exhibition. Initially, it was described the dioxide carbon produced by the chemical reaction between the vinegar and the sodium bicarbonate through Clausius-Clapeyron equation. The predicted results from this approach didn't match from those obtained experimentally. Subsequently, it was adopted the van der Waals gas equation to describe the gas behavior. According to this wide study, it was observed that the last approach is able to describe the pressure behavior in the regime between 0 – 60PSI. Above 60PSI none of the theoretical purposes were able to describe the internal pressure behavior. Consequently, it was understood that the increasing of internal pressure moves the chemical equilibrium to the side of reagents (Le Chatelier's Principle) and it was concluded that is possible to obtain an empirical relation between the pressure and amount of reagents, if it is assumed an attenuation pressure dependent factor in the mols number produced by the chemical reaction. This study can be implemented as an integration resource of the contents approached in high school mainly Physics and Chemistry.