Atividade prática - Estudando a água Parte 16

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1 Atividade prática - Estudando a água Parte 16 9º ano do Ensino Fundamental e 1º ano do Ensino Médio Objetivo Diversos experimentos, usando principalmente água e materiais de fácil obtenção, são possíveis e importantes para vivenciar as principais propriedades físicas e químicas da água, bem como de sua interação com outras substâncias. É desnecessário falar da importância de se conhecer as propriedades da água, principalmente em tempos que anunciam a escassez desse recurso. Além disso, o estudo da água também permite introduzir a compreensão das propriedades de outras substâncias, ampliando os horizontes do entendimento científico de diversos fenômenos do cotidiano; que, por sua vez, são inerentes às questões ambientais, industriais, culinárias, medicinais e muitas outras. Introdução Experimento certo, explicação errada Se fizermos uma pesquisa sobre experimentos científicos à disposição na internet, veremos que há muitos deles em diferentes tipos de publicações, que apresentam explicações equivocadas, às vezes até absurdas. Pode-se citar como exemplos o conhecido experimento do ovo cozido que entra sozinho na garrafa, ou do não menos conhecido experimento da vela que faz a água subir. São vários os fenômenos do cotidiano que, apesar de parecerem simples, envolvem vários conceitos científicos, cujos fatores ocorrem de forma simultânea, interagindo e interferindo uns nos outros; muitos desses conceitos não são de fácil compreensão. Por isso, são frequentes os casos em que os estudantes se confundem, misturando causas e efeitos de fatos diferentes, se atrapalhando nas explicações. E isso não se limita ao meio estudantil. Há até reportagens, feitas por emissoras conceituadas e em linguagem jornalística tradicional, que pecam pela superficialidade das informações científicas, na pressa comum dos meios televisivos, e acabam por confundir mais os espectadores, desinformando-os, ao invés de informar. São comuns, também, os equívocos no uso de termos científicos, como átomos ao invés de moléculas e vice-versa, misturar ao invés de reagir ou o contrário, além de vários outros enganos. Nos fenômenos que envolvem gases, esses enganos parecem ser ainda mais comuns, pela dificuldade de se mensurar visualmente a quantidade, a pressão e principalmente a massa dos gases envolvidos. Não se pode, por exemplo, visualizar as moléculas de um gás agitando-se mais e afastando-se mais umas das outras, no momento em que o gás é aquecido; ou do contrário, agitando-se menos e aproximando-se, na medida em que o gás sofre resfriamento. Se o fenômeno for de queima, a complexidade do fenômeno é muito maior, pois, além do aquecimento do ar no entorno da chama, há a transformação do combustível e do oxigênio do ar em novos gases como o dióxido de carbono (CO2) e vapor d água (H2O), se o combustível for de origem orgânica (rico em carbono e hidrogênio). Por isso, se alguns estudantes apresentam experimentos em sala de aula e fornecem explicações erradas sobre o fenômeno observado, isso não deve surpreender a ninguém e muito menos ser motivo de zombaria. Grandes cientistas também já erraram explicações de vários fenômenos, e só depois de muitos anos seus erros foram esclarecidos. Aliás, a Ciência progride, muitas vezes, na medida em que explicações são dadas, na forma de hipóteses, depois confirmadas na forma de teorias, e essas por sua vez são desmentidas por novas hipóteses e novas teorias com o passar de décadas e até de séculos.

2 Teoria do flogístico Uma dessas antigas teorias foi desenvolvida entre 1703 e 1731 pelo químico e médico alemão Georg Ernst Stahl, na tentativa de explicar o fenômeno da combustão, através da alegada existência de um elemento químico denominado flogisto ou flogístico. Segundo a teoria, esse elemento estaria presente em todos os combustíveis; e, com o decorrer do processo, não existindo mais esse elemento, a combustão cessaria naturalmente. Uma das provas materiais para sustentar essa teoria, seria o fato de a queima não acontecer sem ar, porque o ar seria necessário para absorver o flogístico. Outra prova, seria a menor massa apresentada pelos produtos de uma queima, comparada à massa do combustível, antes da queima. Durante muito tempo, essa teoria, aparentemente, não apresentava falhas; parecia verdadeira. Um pedaço de madeira, por exemplo, pesa muito mais do que suas cinzas; e a diferença de massa deveria mesmo ser devida à saída do elemento flogístico. Essa aparente diferença de massa entre reagentes e produtos parece nos convencer bem, à primeira vista. Mas, só nos convencemos disso porque não contabilizamos a massa de vários gases que não vemos, mas que hoje sabemos que participam do processo, como o gás oxigênio (O2) e os produtos formados como o dióxido de carbono (CO2) formado na queima completa, o monóxido de carbono (CO) formado na queima incompleta e o vapor de água (H2O). Como muitos dos produtos formados na queima dos combustíveis mais comuns são gases, e não sentimos e nem enxergamos o peso deles, a nossa sensação é que há realmente perdas significativas de massa no processo de combustão. Literalmente, não sentimos o peso dos gases de maneira tão óbvia quanto sentimos o peso dos sólidos. No entanto, a teoria do flogístico não resistiu às evidências obtidas a partir da queima de um combustível um pouquinho diferente: o ferro na forma de palha de aço, assim como outros metais finamente divididos, pode sofrer combustão. E, incrível, a massa das cinzas produzidas é maior que a massa do metal! Isso mesmo! Ora, como as cinzas podem ser mais pesadas, se o flogístico saiu? Stahl e Lavoisier: duas explicações para a combustão. Disponíveis (acesso: ): e Stahl não acreditava que o flogítico precisaria ter massa, sendo uma espécie de essência presente nos combustíveis. Mas a descoberta do gás oxigênio pelo físico Priestley entre 1775 e

3 1780 e os experimentos de Antoine Laurent de Lavoisier (1743 a 1794) que confirmaram que esse gás um dos componentes da atmosfera - era a causa da combustão e da respiração animal, que possui massa e interage com os combustíveis. Lavoisier percebeu que a massa de ferro queimado é maior que a do ferro metálico, porque há o incremento da massa do oxigênio (O2) que antes estava no ar atmosférico, passando a compor o produto sólido. Na nomenclatura atual, as cinzas da queima do ferro são uma mistura de óxido férrico (Fe2O3) e óxido ferroso (FeO), portanto, contendo o elemento oxigênio na forma sólida. Lavosier descobriu que, considerando qualquer reação como um todo, pesando todas as substâncias envolvidas, inclusive pesando os gases antes e depois das reações, não há perda nem aumento de massa de reagentes e de produtos. Essa seria a essência da sua famosa Lei da Conservação das Massas. Em outras palavras, no caso da combustão da palha de aço, a massa parece aumentar porque não sentimos e não pesamos o gás oxigênio antes da reação; e só o percebemos depois da reação, na forma de óxido, incorporado como elemento oxigênio na ligação com o elemento ferro. Da mesma forma que o oxigênio, para estudar a água não basta estudar o seu estado líquido; pois há constantes transições entre os estados físicos, assim como interações com outras substâncias, seja reagindo quimicamente ou simplesmente se misturando. Experimento: O ovo que entra na garrafa Material A) Dois ovos bem cozidos e descascados. B) Uma garrafa de vidro grosso, de boca larga, sendo apenas um pouco mais estreita que a largura do ovo. C) Algodão. D) Álcool comercial líquido. E) Fósforos. F) Pinça metálica de laboratório para segurar objetos quentes. G) Água de torneira. H) Panela que caiba a garrafa de vidro. I) Ebulidor ou outro sistema de aquecimento que mantenha a água da panela fervendo. J) Luva térmica. K) Tela de amianto ou um pano seco, para evitar contato da garrafa de vidro quente com a bancada fria. Procedimento Variação 1 1. Molhe um pequeno chumaço de algodão com um pouco de álcool, feche a garrafa de álcool e posicione-a bem longe do local do experimento para evitar acidentes. 2. Coloque a tela de amianto sobre a bancada e a garrafa sobre a tela de amianto, para evitar choques térmicos. 3. Posicione todos os demais materiais próximos da garrafa. 4. Segure o chumaço de algodão com a pinça e risque um fósforo, colocando fogo no chumaço de algodão molhado com álcool. 5. Jogue imediatamente o algodão em chamas dentro da garrafa, e verifique se a chama não apagou. 6. Cuidadosamente, coloque o ovo cozido na boca da garrafa, na posição vertical, com a parte mais estreita para baixo, de forma a vedar a entrada de ar da garrafa, como se fosse uma tampa. Observe.

4 Procedimento Variação 2 1. Coloque a garrafa de vidro na panela, cobrindo-a totalmente com água. 2. Coloque o conjunto sob aquecimento, até que a água ferva. 3. Com uma luva térmica, retire e esvazie totalmente a garrafa quente, colocando-a rapidamente sobre a tela de amianto, sobre a bancada. 4. Imediatamente, posicione o ovo cozido na boca da garrafa, na posição vertical, com a parte mais estreita para baixo, de forma a vedar a entrada de ar da garrafa, como se fosse uma tampa. Observe. Observações e questões 1) O que aconteceu com o ovo? Comente. 2) Qual dos dois experimentos foi mais eficiente para fazer o ovo entrar na garrafa? Comente. 3) A que fatores você atribui as diferenças observadas? Pense: qual é a temperatura média do ar em volta do fogo e a temperatura da água fervente? Comente e explique. 4) Você acha que o fenômeno observado depende obrigatoriamente da existência de uma chama dentro da garrafa? Comente. 5) A pressão interna varia durante o experimento? Comente. 6) A pressão atmosférica tem alguma participação no experimento? Comente. 7) Uma antiga explicação para esse experimento, era de que a queima dentro da garrafa consome o oxigênio presente no ar interno, reduzindo o volume desse ar. Com a redução do volume interno, a pressão interna diminui, prevalecendo a pressão externa atmosférica, o que força a entrada do

5 ovo na garrafa. A partir do confronto das condições em que os dois experimentos foram realizados, com utilização de queima na variação 1 e sem queima na variação 2, comente sobre essa antiga explicação. Você concorda ou discorda dessa explicação? Comente. 8) A queima do algodão consome oxigênio, mas produz gás carbônico e água no estado de vapor. As equações de queima do álcool (em rosa) e do algodão (em azul) estão disponíveis abaixo, nas versões de combustão completa e incompleta. 1 C2H6O (l) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (v) 1 C2H6O (l) + 2 O2 (g) 2 CO (g) + 3 H2O (v) 1 [C6H12O6]n (s) + 6n O2 (g) 6n CO2 (g) + 6n H2O (v) 1 [C6H12O6]n (s) + 3n O2 (g) 6n CO (g) + 6n H2O (v) Contabilize o número de moléculas no estado gasoso antes (oxigênio) e depois da reação (gás carbônico e água) e comente se apenas o consumo do oxigênio justifica a contração do volume de ar dentro da garrafa.