ph do Planeta Experimento Global para o Ano Internacional da Química

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1 Experimento Global para o Ano Internacional da Química ph do Planeta Este documento contém uma descrição da atividade ph do Planeta, que é parte do Experimento Global conduzido durante o Ano Internacional da Química - AIQ 2011 ( e integra uma série de eventos propostos pela Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO) e pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC). No Brasil, as atividades estão sendo realizadas pelos órgãos representativos da Química Brasileira. A Sociedade Brasileira de Química (SBQ) está apresentando um conjunto de ideias e ações destinadas à melhoria da Educação e da Pesquisa em Química no país. Este experimento faz parte deste conjunto de ações, e é uma maneira da SBQ contribuir ativamente para o desenvolvimento de nossa sociedade e a preservação do planeta Terra, tendo como lema: QUÍMICA PARA UM MUNDO MELHOR. Nesta atividade, os alunos irão coletar uma amostra de água proveniente de uma fonte natural local. Eles irão medir o ph da amostra, através da utilização de soluções indicadoras coloridas. Os valores médios provenientes dos resultados da turma deverão ser lançados no Banco de Dados Nacional do Experimento Global (Global Experiment Database), juntamente com informações sobre a amostra e a escola participante, através de um portal nacional de recebimento dos dados (portal QNInt da Sociedade Brasileira de Química - CONTEÚDOS Instruções para submeter os resultados para o Banco de Dados Global... 1 Instruções para a atividade... 2 Folha de resultados do aluno (em branco)... 3 Folha de resultados da classe (em branco)... 3 Anotações do professor... 4 Informações relevantes sobre acidez e ph... 7 Como interpretar os valores de ph... 9 Sugestões para apoiar atividades auxiliares Resultados da amostra INSTRUÇÕES PARA A ATIVIDADE ph DO PLANETA ESBOÇO DO EXPERIMENTO Os alunos devem trabalhar em pequenos grupos (geralmente pares), para medir o ph de uma fonte natural local de água. A atividade envolve três seções: Medição do ph da amostra a partir de uma fonte de água local (e outras amostras, caso apropriado). Análise dos dados e resultados do relatório a serem enviados para a Base de Dados do Experimento Global. 1

2 MÉTODO PARTE A COLETA DA AMOSTRA LOCAL DE ÁGUA A amostra deverá ser coletada de forma a garantir a não interferência de contaminantes e alteração de suas características. Para isto alguns cuidados especiais e muito simples deverão ser observados: Procure um recipiente limpo com tampa para coletar sua amostra (uma garrafa de água mineral vazia, por exemplo). Lave seu recipiente com 3 pequenas porções da água a ser coletada (cerca de 5-10% do volume), descartando o volume após cada lavagem. Após a lavagem do frasco, colete o volume de água, preenchendo todo o recipiente, e identifique (local, hora, data). Para os casos de coletas em córregos ou rios procure adaptar um frasco na ponta de uma haste (cabo de vassoura, por exemplo) a fim de evitar acidentes ou contaminações. Para coleta de água da chuva um funil invertido (uma garrafa PET cortada) é suficiente. PARTE B MEDIDA DO ph DA AMOSTRA LOCAL DE ÁGUA Rotule os recipientes, identificando- as com os números de 1 a 6 e faça uma marca em cada um deles na altura de 0,5 cm em cada recipiente. Preencha com a amostra de água escolhida 3 recipientes até a marca feita a 0,5 cm. Adicione três gotas do indicador de azul de bromotimol em cada recipiente e agite- os levemente, a fim de misturar bem a solução. Use a tabela de cores para estimar o ph de cada solução e registre o resultado na Tabela de Resultados do Aluno com uma casa decimal. Se o ph da amostra estiver no valor de 7,6 ou acima, repita o teste usando outros 3 recipientes preenchidos até a marca com a amostra de água escolhida, adicionando em cada um deles e três gotas do indicador de púrpura de metacresol. Registre os resultados Tabela de Resultados do Aluno com uma casa decimal. Após as análises o conteúdo poderá ser descartado na pia e os tubos de ensaio deverão ser lavados com água corrente. PARTE C ANALISE E SUBMISSÃO DOS RESULTADOS Calcule o valor médio do ph para sua amostra de água e registre os resultados na Tabela de Resultados do Aluno. Adicione seus resultados à Tabela de Resultados da Turma. Quando os resultados da turma estiverem completos, calcule o valor médio do ph da turma para cada amostra de água. Trabalhe com seu professor para submeter o valor médio de ph da turma para a amostra da fonte de água local ao Banco de Dados Nacional do Experimento Global. (OPCIONAL OUTRAS AMOSTRAS DE ÁGUA) Repita o método, Partes A, B e C, para as outras amostras de água que se encontrarem disponíveis. Acesse o portal QNint ( para complementar sua atividade. 2

3 FOLHA DE RESULTADOS DA CLASSE Registre o valor de ph em cada tubo para a fonte de água local e outras fontes de água, caso disponíveis. Teste Indicador 1 Azul de bromotimol Púrpura de metacresol 5 6 Média Fonte de água Amostragem Amostra: Amostra: Amostra: Amostra: TABELA DE RESULTADOS DA TURMA Registre o valor médio de ph dos grupos de alunos para as fontes de água utilizadas. Registre os dados auxiliares prontos para submissão para o Banco de Dados Nacional do Experimento Global no portal QNint ( Grupo Média Fonte de água local Amostragem Amostra: Amostra: Amostra: Amostra: Amostra: Fonte de água local: Natureza da água: (fresca, salgada, fluvial, marinha, etc.) Data da amostragem: / / Temperatura: (temperatura enquanto medindo o ph) Número de alunos envolvidos: Solicite ajuda do professor para decidir qual indicador apresenta o melhor resultado; Faça a média para os resultados do indicador que apresentou o melhor resultado para cada amostra de água; Adicione seus resultados na tabela da classe; Quando os resultados da classe estiverem completos, calcule a média da classe para cada amostra de água; Enviem os resultados para o banco de dados do experimento global: 3

4 ANOTAÇÕES DO PROFESSOR Explorar a química nos traz pensamentos e considerações profundas sobre nosso mundo, que geralmente surpreendem, e também são bastante úteis. Ácidos são um dos primeiros grupos de substâncias que reconhecemos devido a suas propriedades químicas, na cozinha e na lavanderia, assim como em fábricas e laboratórios. Esta atividade irá permitir que sua turma explore a idéia de acidez como ela se aplica às nossas fontes de água, utilizando-se a forma mais comum de medição para acidez, o ph. Os alunos irão aprender um método de medição do ph e como checar sua confiabilidade. Eles irão submeter os dados para o Banco de Dados do Experimento Global e serão capazes de comparar seus resultados com outros provenientes do mundo todo. CONDUÇÃO DO ph A ATIVIDADE DO PLANETA As seguintes anotações estão escritas para auxiliar os professores a utilizar a atividade ph do Planeta com suas turmas. As anotações cobrem os seguintes tópicos: Ajustes e Propósito para a Atividade Resultados do Aprendizado o Ensino Fundamental o Ensino Médio Materiais e Equipamentos necessários Segurança Preparação da Pré-atividade Informações Relevantes sobre ph e acidez Atividades auxiliares AJUSTES E PROPÓSITO Esta atividade foi escrita para ser incluída como parte de uma unidade de trabalho já existente relativa à água. Entretanto, os professores podem desejar utilizá-la apenas para dar aos seus alunos uma experiência que irá gerar uma contribuição para um experimento científico internacional. Algumas elaborações para a atividade são fornecidas para que os professores tenham opções a escolher sobre como se adequar melhor com relação ao tempo que suas turmas possuem disponível e a profundidade da compreensão sobre o tópico da acidez da água, na forma mais apropriada para suas turmas. RESULTADOS DO APRENDIZADO Processos científicos: Medição da acidez e avaliação da qualidade dos dados. Interpretação dos dados em termos de meio ambiente e natureza da água envolvida. Fazer perguntas científicas. Executar investigações científicas. Informações Relevantes sobre Química: Ácidos e bases. Reações químicas que envolvem ácidos e bases. A escolha do ph como medição da acidez. 4

5 Ensino Fundamental Em turmas de Ensino Fundamental, a atividade fornece uma excelente oportunidade para que os alunos coletem dados utilizando equipamento simples e desenvolvam uma capacidade útil de combinação de cores. Os alunos devem possuir algum conhecimento de números decimais e sobre o processo de cálculo de média, a fim de compreenderem a parte analítica da atividade. O tópico da acidez é uma das idéias químicas mais importantes, que está solidamente inserida nas experiências dos alunos, envolvendo alimentos e produtos químicos utilizados em nossas casas. Ela fornece um bom exemplo de quando distinguir entre processos físicos e químicos, e é uma das experiências primárias onde os alunos têm contato com a reatividade química. A escala de ph é melhor tratada como uma medida de acidez sem referência a sua base química. Entretanto, a natureza contra-intuitiva da escala ph mais baixo implica em maior acidez é inevitável. Ênfase pode ser empregada de forma bastante útil na exploração da escala, com relação aos termos neutro para um ph de 7 e ácido e básico para regiões da escala abaixo e acima de ph 7, respectivamente. Os alunos podem aprender de forma bastante consistente que substâncias com valores de ph bem acima ou abaixo de 7 são, em ambos os casos, perigosas, e o perigo pode aumentar com a distância da neutralidade. Ensino Médio 1º ANO EM as explicações incluem íons de hidrogênio (H + ) ou (H 3 O + ) e equações químicas simples, quando for apropriado. 2º e 3º ANOS EM as explicações incluem ácidos fortes e fracos e equilíbrio químico, quando for apropriado. Métodos alternativos de medição do ph, tais como medidores de ph, podem ser úteis se estiverem disponíveis. MATERIAIS E EQUIPAMENTO AMOSTRAS DE ÁGUA: as amostras de água podem ser coletadas em garrafas plásticas de bebidas (1,5L são suficientes). A amostra da fonte de água natural local a ser reportada para o Banco de Dados Local do Experimento Global pode vir do mar, de um rio, lago ou uma lagoa de grande tamanho. Tente encontrar uma fonte que seja reconhecível e que será identificável pelos alunos provenientes de outras escolas para propósitos comparativos. Colete a amostra de água, o mais próximo possível do tempo no qual a turma estará executando as medições. Se seus alunos estiverem testando uma variedade de outras amostras locais, você pode pedir a eles que coletem amostras e as tragam para a escola. Neste caso, uma explanação sobre a maneira correta de coletar uma amostra deve ser previamente realizada, ressaltando-se a importância das lavagens do frasco com a própria amostra para acondicionamento do recipiente de coleta. Você deve certificar-se, também, se possui alguns indicadores universais no caso dos alunos trazerem amostras que possuam valores de ph fora da média para a maior parte das águas naturais. INDICADORES: os indicadores empregados neste experimento (indicador de azul de bromotimol e púrpura de metacresol) são fornecidos no kit já na forma de solução hidroalcoólica 50% em concentração de 0,05% m/v, prontos para uso. A fim de complementar a atividade ou de repor os indicadores pode-se recorrer a kits para medida de ph de água de aquário. 5

6 No caso de disponibilidade dos reagentes químicos, reposição das soluções podem ser realizadas e servir de complementação à atividade de medida do ph. RECEITA DE SOLUÇÃO DE INDICADOR AZUL DE BROMOTIMOL: Dissolva 0,1 g (100 mg) de azul de bromotimol em 100 ml de etanol comercial (álcool de cozinha). Quando dissolvido, adicione vagarosamente 100 ml de água (destilada, se possível). Armazene em temperatura ambiente. RECEITA DE SOLUÇÃO DE INDICADOR PÚRPURA DE META-CRESOL: Dissolva 0,1 g (100mg) de púrpura de meta-cresol em 100 ml etanol comercial (álcool de cozinha). Quando dissolvido, adicione vagarosamente 100 ml de água (destilada, se possível). Armazene em temperatura ambiente. SEGURANÇA: Os materiais utilizados nesta atividade não são perigosos quando na forma de soluções diluídas, conforme sugeridas nos procedimentos. Entretanto, os indicadores em estado sólido podem causar irritações, particularmente se ingeridos. Uso de luvas e óculos protetores, no caso de preparação das soluções dos indicadores, é fortemente recomendado. Eles devem ser manuseados com bastante cuidado quando estiver preparando os indicadores. KIT DE TESTES: O kit de testes inclui: Solução dos dois indicadores (azul de bromotimol e púrpura de metacresol), na concentração de 0,05% m/v, prontos para uso. 6 recipientes plásticos. Escala colorimétrica para cada indicador. Folha de instruções. 6

7 INFORMAÇÕES RELEVANTES ACIDEZ E ph O primeiro grupo de substâncias sobre o qual as pessoas aprendem com base na reatividade química é geralmente os ácidos. Muitos ácidos são substâncias utilizadas em nossas casas, tais como vinagre, ácido clorídrico, ou ácido cítrico. Outros, tais como ácido sulfúrico e ácido fosfórico, são utilizados na forma industrial, e milhões de toneladas são fabricados todos os anos. Ácidos reagem com bases, que são um pouco menos conhecidas, porém trata-se de um grupo de substâncias de igual importância e que incluem amônia, bicarbonato de sódio e soda cáustica (hidróxido de sódio). Milhares de ácidos e milhares de bases já foram identificados, muitos deles ocorrendo de forma natural e importante nos processos da vida. A maioria das reações ácido-base ocorre na água. Uma das propriedades especiais, porém não única da água, é que ela pode reagir tanto com um ácido como com uma base. Devido a esta propriedade, e ao fato da água ser uma substância tão comum e importante, é geralmente conveniente utilizá-la como uma substância que divide ácidos de bases. Portanto, água reage como uma base para ácidos e como um ácido para bases. Amostras de água pura e soluções que possuem a mesma acidez, como água pura, são conhecidas como neutras e reações de ácido-base são geralmente chamadas de reações de neutralização. vinagre + bicarbonato de sódio água + acetato de sódio + dióxido de carbono (ácido) (base) Variações nestas reações de ácido-base ocorrem, por exemplo, quando cozinhamos, em todas as células em nossos corpos, e em muitos dos processos naturais. FORÇA DO ÁCIDO a extensão para qual os ácidos e bases reagem com água é uma indicação sobre quão forte o ácido ou base podem ser. Ácido clorídrico é o ácido forte mais comum, encontrado no estômago e vendido em lojas de ferramentas. Ele reage quase que completamente com água. Outros ácidos, tais como ácido acético (o ácido encontrado no vinagre), reagem somente em pequena extensão com água e são chamados de ácidos fracos. Bases podem ser classificadas de forma similar, como fracas ou fortes. A força de uma solução de ácido - sua acidez - é uma propriedade útil para se conhecer, visto tratar-se de um indicador importante de como ele pode reagir quimicamente falando. Por exemplo, ácido clorídrico concentrado é uma substância útil para limpeza de cimento em trabalhos de construção com uso de tijolos, porém o ácido acético concentrado é muito menos eficaz. Diluição do ácido também reduz a acidez da solução e, portanto, adicionar água é geralmente uma forma útil de reduzir o perigo do ácido ou base fortes. ESCALA DE ph a escala de ph é utilizada para medir a acidez das soluções. As soluções mais comuns geralmente apresentam valores de ph entre 0 e 14, porém uma compreensão das características aparentemente contra-intuitivas requer uma compreensão mais profundas da química envolvida. Ácidos fortes possuem o ph mais baixo e podem apresentar valores negativos para ácidos fortes concentrados, tais como ácido sulfúrico. Bases fortes possuem os valores mais altos e podem estar acima de 14. Por outro lado, água pura é neutra e possui um ph de 7. 7

8 Escala de ph Ácido Forte diluir diluir Base Forte Concentrado Concentrada Ácido fraco Concentrado Neutro Base Fraca Concentrada A utilidade da escala de ph vem a partir de como ela é realmente medida. A medição é a extensão da reação do ácido com água. Por exemplo, com ácido clorídrico: IONS DE HIDRÔNIO os produtos da reação de ácidos e bases com água são íons (partículas carregadas) e o íon H 3 O + (íon hidrônio), que é responsável pelas propriedades ácidas. Uma das razões porque ácidos formam uma categoria tão útil de substâncias é devido aos íons H 3 O +, que são formados por todos os ácidos comuns, e que possuem uma gama de propriedades comuns. No caso do ácido clorídrico, a ionização é essencialmente completa na água e HCI é chamado de um ácido forte. Para o ácido acético, muito menos H 3 O + é formado, e a maioria das moléculas de ácido acético é geralmente encontrada no formato molecular, ou seja, sem reagir com a água ou se dissociar. A medição de ph envolve determinar a concentração de H 3 O +. Há grande variação nos valores de concentração dos íons e, portanto, uma escala logarítmica é utilizada: ph = -log [H 3 O + ] Isto significa que a concentração de H 3 O + em um ph 8,5 é um milésimo da concentração em ph 5,5 (uma variação comum de concentração para amostras de água natural). MEDIÇÃO DE ph as duas medições mais comuns de ph envolvem o uso de indicadores ou medidores de ph. INDICADORES são ácidos fracos que são coloridos ou que mudam de cor quando sofrem uma reação ácido-base, ganhando ou perdendo o íon H +. As reações são geralmente reversíveis para que o indicador possua, em cada mudança de cor, duas formas moleculares: a ácida (ou protonada) e a básica (ou desprotonada). A mudança de cor nos indicadores geralmente ocorre em uma mudança de 10 vezes na concentração de H 3 O + e, portanto, cobre uma mudança na escale de ph em uma unidade. Soluções do indicador que cobrem faixas de ph mais extensivas, tais como um indicador universal, são misturas de um número de indicadores. 8

9 MEDIÇÕES DE ph são feitas através da medição da voltagem, por uma membrana sensível à concentração de íons H 3 O +. As membranas são sensíveis: precisam ser armazenadas e manuseadas cuidadosamente, para atingirem um ciclo de vida de 2 anos ou talvez mais. As membranas mudam com a idade e então o medidor de ph precisa ser calibrado regularmente. Isto é feito utilizando-se soluções tampão de ph conhecido. Soluções tampão são soluções de uma mistura de formas de ácido e base de um ácido fraco. Geralmente feitos a partir de receitas, ou comprados como tabletes ou no formato líquido. INTERPRETAÇÃO DE VALORES DE ph Valores de ph obtidos na atividade precisam ser interpretados cuidadosamente, devido ao fato de haver uma variabilidade natural devido aos diferentes níveis de luz e temperaturas e artefatos provenientes das diferentes técnicas de medição. No caso de fontes de água fresca, a variabilidade natural é muito grande, geralmente entre 6,5 e 8,0. Águas marinhas geralmente possuem um faixa menor de variação de ph, entre 8,1 e 8,4. Mudanças de temperatura causam mudanças no ph das soluções de amostra e dos instrumentos que são utilizados na medição do ph. Apesar de estas mudanças permanecerem pequenas se a temperatura permanecer próxima de o C, uma variação maior deve ser esperada com temperaturas mais extremas. Para águas naturais, o ph também muda durante o dia, devido ao material vivo contido na água. Respiração de organismos produz dióxido de carbono, que abaixa o ph da amostra. Durante a luz do dia, o ph aumenta devido aos organismos que praticam fotossíntese, o que reduz os níveis de dióxido de carbono. A geologia da área também pode afetar o ph da água local. A presença de calcário pode aumentar o ph consideravelmente. No caso dos oceanos, calcário e outras fontes de carbonato de cálcio contribuem para o ph normal do oceano de 8,3. Porém, há a presença de dióxido de carbono adicional na atmosfera (devido a mudança de clima proveniente da atividade humana e suas emissões), e este se encontra particularmente dissolvido no oceano, reduzindo o ph (em quantidades bastante pequenas). 9

10 ATIVIDADES AUXILIARES Atividades que fornecem oportunidades aos alunos para ganhar uma compreensão mais profunda do conceito da acidez e ph. Mudança do ph experimentos que estabelecem a estabilidade variável do ph em diferentes ajustes. Por exemplo, soprar em amostras de água. ph na vida cotidiana medição do ph em líquidos de nossa rotina diária provenientes do lar e de materiais tais como solos. Indicadores naturais explorando indicadores feitos em casa, tais como suco de repolho vermelho. Variação no ph medição da variação natural no ph na água durante eventos regulares (24 horas) e após chuva, etc. Outras atividades, etc. 10

11 ANEXOS Escala colorimétrica de variação do ph para o indicador azul de bromotimol: Escala colorimétrica de variação do ph para o indicador púrpura de metacresol: 11