Um módulo lunar usa Aerozina 50 como combustível e tetróxido de nitrogênio (N2 O4,) como oxidante. Aerozina 50 consiste de 50 % massa de hidrazina (N2 H4) e 50 % em massa de dimetil hidrazina assimétrica ((CH3) 22 N2 H2). Um dos principais produtos de exaustão é a água, sendo que as reações que levam a sua produção são as seguintes:
2 N2 H4+N2 O4 3 N2+4 H2 O
(CH3)2 N2 H2+2 N2 O4 2 CO2+3 N2+4 H2 O
Se nós assumirmos que estas reações são as únicas onde a água foi formada, quanto de água foi produzida na subida do módulo lunar se 2200 kg de Aerozina 50 foi consumida neste processo?
(R=2,5 times 10^3 kg de água)

Passo 1

Vamos começar resumindo o que a questão nos pede. Temos um combustível chamado Aerozina 50, que é metade hidrazina (N₂H₄) e metade dimetil hidrazina assimétrica ((CH₃)₂N₂H₂) em termos de massa. Esse combustível reage com tetróxido de nitrogênio (N₂O₄) e forma água (H₂O) como um dos principais produtos de exaustão. A gente precisa descobrir quanto de água foi produzido quando 2200 kg de Aerozina 50 foram consumidos. Para resolver isso, vamos usar conceitos de química, especificamente estequiometria, que nos ajuda a relacionar as quantidades de reagentes e produtos nas reações químicas.

Passo 2

Primeiro, vamos determinar a massa de hidrazina e de dimetil hidrazina assimétrica presente nos 2200 kg de Aerozina 50. Como Aerozina 50 é 50% de cada componente:
Massa de N2H4 = 0,5 times 2200, kg = 1100, kg
Massa de (CH3)2N2H2 = 0,5 times 2200, kg = 1100, kg

Passo 3

Agora, precisamos calcular quantos mols de cada combustível temos. Para isso, vamos usar a massa molar de cada composto.
  • Massa molar da N₂H₄:
    N2H4: (2 times 14) + (4 times 1) = 28 + 4 = 32, g/mol
  • Massa molar da (CH₃)₂N₂H₂:
    (CH3)2N2H2: (2 times (12 + 3 times 1)) + (2 times 14) + (2 times 1) = 2 times 15 + 28 + 2 = 30 + 28 + 2 = 60, g/mol
Convertendo as massas de kg para g:
1100, kg = 1.100.000, g
Calculando os mols:
Mols de N2H4 = 1.100.000, g32, g/mol = 34.375, mol
Mols de (CH3)2N2H2 = 1.100.000, g60, g/mol = 18.333,33, mol

Passo 4

Vamos analisar as reações químicas fornecidas para ver quantos mols de água são produzidos por mol de cada combustível:
  1. Para a N₂H₄:
    2, N2H4 + N2O4 3, N2 + 4, H2O
    Isso quer dizer que para cada 2 mols de N₂H₄ consumidos, são produzidos 4 mols de H₂O. Logo, para cada 1 mol de N₂H₄, produzimos 2 mols de H₂O.
  2. Para a (CH₃)₂N₂H₂:
    (CH3)2N2H2 + 2, N2O4 2, CO2 + 3, N2 + 4, H2O
    Aqui, 1 mol de (CH₃)₂N₂H₂ produz 4 mols de H₂O.

Passo 5

Agora, vamos calcular a quantidade de água produzida por cada tipo de combustível:
  • A partir da N₂H₄:
    34.375, mol times 2, mol H2O/mol N2H4 = 68.75, mol H2O
  • A partir da (CH₃)₂N₂H₂:
    18.333,33, mol times 4, mol H2O/mol (CH3)2N2H2 = 73.333,32, mol H2O
Total de mols de H₂O produzidos:
68.75 + 73.333,32 = 142,083,32, mol H2O

Passo 6

Finalmente, vamos converter os mols de água para massa. A massa molar da água (H₂O) é:
H2O: (2 times 1) + 16 = 2 + 16 = 18, g/mol
Calculando a massa total de água:
142.083,32, mol times 18, g/mol = 2.557.499,76, g
Convertendo para kg:
2.557.499,76, g = 2.557,5, kg

Resposta

A produção de água na subida do módulo lunar foi de aproximadamente 2,56 times 10^3 kg.

Exercícios relacionados