Atividade prática - Reconhecendo gases do cotidiano Parte 2: gás extintor

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1 Atividade prática - Reconhecendo gases do cotidiano Parte 2: gás extintor 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 Como vimos na parte 1, o dióxido de carbono (CO2) é um gás com propriedades de refletir as ondas infravermelhas, acumulando e concentrando o calor no planeta. Além disso, ele é um dos produtos dos diversos tipos de queima, seja de combustíveis do petróleo, do carvão vegetal ou mineral, da madeira, do gás natural e até mesmo da respiração animal e vegetal. A respiração, se considerada nos aspectos químico e biológico, também pode ser entendida como a queima da glicose presente nas células do corpo. Como todos os materiais de origem orgânica são ricos em carbono (C), a queima desses materiais obrigatoriamente produz dióxido de carbono (CO2), quando a queima é completa; ou monóxido de carbono (CO), quando a queima é incompleta. Isso porque toda queima é uma reação do combustível com o comburente mais comum do nosso planeta, o gás oxigênio (O2). Algumas reações de queima podem ser representadas da seguinte forma: Respiração / queima completa da glicose: C6H12O6 + 6 O2 (g) 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) + energia Queima completa do metano: Queima incompleta do metano: Queima completa da gasolina: CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) + energia CH4 (g) + 3/2 O2 (g) CO (g) + 2H2O (l) + energia C8H18 (l) + 25/2 O2 (g) 8 CO2 (g) + 9 H2O (l) + energia Queima incompleta da gasolina (octano), formando monóxido de carbono (CO): C8H18 (l) + 17/2 O2 (g) 8 CO (g) + 9 H2O (l) + energia Queima completa do etanol (álcool comum): C2H6O (l) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) + energia Queima incompleta do etanol (álcool comum): C2H6O (l) + 2 O2 (g) 2 CO (g) + 3 H2O (l) + energia

2 Como vimos acima, a queima incompleta acontece por deficiência na oferta de gás oxigênio (O2), tornando impossível a formação de dióxido de carbono. Na verdade, sempre que há queima incompleta, há alguns átomos de carbono que são totalmente queimados, outros que se queimam parcialmente e outros que não sofrem queima alguma, dando origem apenas à fuligem, que é um sólido fino de carbono puro, que aparece como uma fumaça preta. É importante lembrar que a queima completa produz uma chama azulada, como vemos normalmente no fogão. Quando há falta de oxigênio, há a queima incompleta, produzindo uma chama amarelada, e também a produção de fuligem, que é uma fumaça preta de carbono puro, que se acumula no fundo das panelas, sujando-as. Isso é muito comum quando o gás de cozinha do botijão está acabando, diminuindo sua pressão de saída e interferindo na quantidade de ar que se mistura ao gás antes de sua chegada ao queimador (trempe). Ou seja, quando o gás está acabando, não há mistura eficiente do oxigênio do ar e o gás queima com menos oxigênio, formando monóxido de carbono e fuligem. Fuligem saindo de um escapamento de motor a diesel. É comum que os motores a diesel apresentem fumaça preta, indicando queima incompleta do combustível e baixo rendimento energético. A quantidade de energia produzida na queima incompleta é menor que na queima completa. A fumaça escura produzida em um incêndio também é formada de carbono puro ou fuligem, indicando que a entrada de oxigênio no interior da casa em chamas é insuficiente para a queima completa de todos os combustíveis no seu interior. A fuligem não é um gás, mas um sólido de finas partículas que se elevam várias dezenas de metros de altura, impulsionadas pelos gases aquecidos que sobem por serem menos densos que o ar. Mas, depois que esses gases esfriam, a fuligem torna a cair no chão a alguns quilômetros de distância. Incêndio em New Orleans, EUA. Demonstração de combate a incêndio, usando um extintor de gás carbônico. O jato deve ser posicionado um pouco acima da chama para abafar o fogo, expulsando o gás oxigênio para o lado. Sem oxigênio, o fogo apaga. _Stop_that_fire.jpg

3 Podemos fazer algumas deduções importantes sobre os gases envolvidos na combustão: A) O gás carbônico (CO2) é produto de uma queima completa, portanto não pode mais ser queimado; ao contrário, pode ser usado para extinguir ou apagar o fogo. B) O gás oxigênio (O2) é comburente ; e não um combustível, como muitos costumam pensar. Portanto, o oxigênio, por si só, não é capaz de pegar fogo, embora participe ativamente do fenômeno do fogo e das explosões, desde que um combustível também esteja presente. Experimento 2: Construindo e usando um extintor de gás carbônico com garrafa PET Material (por grupo de alunos) A) Garrafa PET de 2 ou de 3 litros com tampa. B) Arame grosso, chave de fenda ou ferro de solda. C) 30cm de mangueira transparente do tipo usado em obras para medidas de nível. D) Aquário ou recipiente grande e alto de vidro. E) Três velas comuns, podendo ser duas delas usadas, com diferentes alturas (uma deverá estar quase no fim e outra consumida até a metade). F) Uma caixa de fósforos ou isqueiro. G) Água de torneira. H) Bicarbonato de sódio. I) Vinagre comum ou suco de limão. J) Cola quente ou cola de silicone. K) Béquer de 250mL ou maior. Pode ser um copo comum. L) Funil comum de vidro ou plástico. Procedimento Montagem do extintor 1. Aqueça o arame grosso ou a chave de fenda com a chama de uma vela ou do bico de Bunsen para fazer um furo na tampa da garrafa PET, usando o calor para derreter o plástico. Um ferro de solda pode também ser usado para o mesmo fim. O furo deve ter a exata largura externa da mangueira. 2. Encaixe a ponta da mangueira transparente no furo da tampa e passe cola de silicone ou cola quente. Tente vedar todo o entorno da mangueira para não deixar vazamentos no encaixe. 3. Tampe a garrafa PET com o conjunto tampa com mangueira. Sopre a outra ponta da mangueira para conferir se não há vazamentos. A estrutura do extintor está pronta, só faltando o conteúdo químico para a produção de gás carbônico. Esse pequeno e prático extintor poderá ser usado em diversos experimentos que se queira produzir gás carbônico, para diversos fins, não somente extinguir chamas. Procedimento Apagando o fogo 4. Posicione e fixe com cera derretida três velas de alturas diferentes, na posição vertical, apagadas, dentro do aquário vazio. Obs.: As velas não devem ficar muito próximas umas das outras para evitar que as chamas das mais baixas derretam a cera das mais altas; e também não podem ficar próximas demais do vidro do aquário, para evitar choques térmicos que podem trincar o vidro. Se o aquário disponível for pequeno, é melhor usar apenas duas velas. 5. Dissolva uma colher de bicarbonato de sódio sólido em cerca de 200mL de água de torneira, em um béquer ou copo. 6. Abra a garrafa PET (extintor pronto) e transfira o bicarbonato dissolvido para seu interior, com auxílio de um funil. 7. Acenda todas as velas.

4 8. Transfira 100mL de vinagre para a garrafa PET, com o auxílio do funil. Tampe a garrafa com o conjunto da tampa com a mangueira. Haverá intensa produção de espuma e bolhas de gás carbônico. 9. Posicione a ponta da mangueira no fundo do aquário. Observe até que todas as velas se apaguem. Observações e questões 1) Qual foi a ordem em que as velas se apagaram? 2) Baseando-se nas suas observações, você diria que o gás carbônico é um gás mais leve ou mais pesado que o ar atmosférico? Justifique. Experimento 3: Despejando gás carbônico como se fosse um líquido Material (por grupo de alunos) A) Extintor feito com garrafa PET no experimento 2. B) Um béquer de 1000mL ou jarro de vidro. C) Bicarbonato de sódio. D) Vinagre. E) Uma vela. F) Água de torneira. G) Béquer de 250mL ou maior. Pode ser um copo comum. L) Funil comum de vidro ou plástico. Procedimento 1. Dissolva uma colher de bicarbonato de sódio sólido em cerca de 200mL de água de torneira, em um béquer de 250mL ou copo. 2. Abra a garrafa PET (extintor pronto) e transfira o bicarbonato dissolvido para seu interior, com auxílio de um funil. 3. Fixe a vela sobre a bancada de experimentos ou sobre um prato, usando a cera derretida. Acenda a vela. 4. Transfira 100mL de vinagre para a garrafa PET, com o auxílio do funil. Tampe a garrafa com o conjunto da tampa com a mangueira. Haverá intensa produção de espuma e bolhas de gás carbônico. 5. Posicione a ponta da mangueira no fundo do béquer grande ou jarro, distante da vela. Espere uns 30 segundos. 6. Pegue o jarro, imagine que há um líquido no seu interior e incline o jarro sobre a vela, como se estivesse despejando água sobre a vela. O que acontece?

5 7. Acenda a vela novamente e incline o frasco sobre ela, mas a uma altura 10cm maior na distância do frasco até a vela. O que acontece? (Se necessário, coloque a mangueira novamente no jarro para recolher mais gás carbônico). Observações e questões 3) É possível afirmar que o gás carbônico é mais pesado ou mais leve que o ar atmosférico? Justifique. 4) Esse experimento entra em contradição com o observado no experimento com as três velas e o aquário? Compare e explique. 5) Um balão de festa cheio de gás carbônico tende a flutuar no ar? Justifique. 6) Considere que, para produzir o gás carbônico, tenha sido usado bicarbonato de sódio e ácido clorídrico. Qual é a equação dessa reação química, sabendo que um sal e água também são produzidos?