Atividade prática - Estudando a água Parte 9 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 Como foi visto na parte 8, a tensão superficial é uma das mais importantes propriedades da água. Mas, ao contrário do que se costuma pensar, essa não é uma propriedade exclusiva da água: outras substâncias também apresentam tensão superficial, em maior ou menor intensidade. Observe na tabela abaixo os valores de tensão superficial medidos para diferentes substâncias puras, algumas misturas e também para a água em diferentes temperaturas. Líquido Temperatura em C Tensão superficial em dyn/cm Ácido acético 20 27,6 Ácido acético (40,1%) + água 30 40,68 Ácido acético (10%) + água 30 54,56 Acetona 20 23,7 Éter etílico 20 17 Etanol 20 22,27 Etanol (40%) + água 25 29,63 Etanol (11,1%) + água 25 46,03 Glicerina 20 63 Hexano 20 18,4 Ácido clorídrico em solução aquosa 20 65,95 Isopropanol 20 21,7 Mercúrio 15 487 Álcool metílico 20 22,6 Octano (gasolina) 20 21,8 Solução aquosa de cloreto de sódio 20 82,55 Sacarose + água 20 76,45 Água 0 75,64 Água 25 71,97 Água 50 67,91 Água 100 58,85 Valores de tensão superficial para diferentes substâncias e misturas. A adição de sal comum (cloreto de sódio, NaCl) aumenta significativamente a tensão superficial da água pura. Quanto mais quente a água, menor sua tensão superficial: o aquecimento diminui a atração entre as partículas. A unidade dyn/cm (dina por centímetro) é uma das unidades de força; que, no sistema internacional (SI) é o newton (N). Ou seja, a tensão superficial é uma propriedade dos líquidos que surge a partir do conjunto de forças de atração entre as partículas (moléculas e/ou íons) presentes no líquido. Assim, há diversos fenômenos do cotidiano que podem nos surpreender, provocados por substâncias comuns - ou suas misturas que podem ou não conter água - envolvendo a propriedade da tensão superficial. Pode-se listar aqui alguns desses interessantes fenômenos:
Quando uma torneira aberta é fechada aos poucos, deixando um filete líquido cada vez mais fino, chega o momento em que o filete se transforma em uma sucessão de gotas. Isso acontece quando a tensão de superfície rompe o filete e há a formação de gotas esféricas. As gotas de água de orvalho ou de chuva sobre uma superfície cerosa, como, por exemplo, uma folha de uma árvore de cerrado, se apresentam quase esféricas. Isso acontece porque a folha cerosa é hidrofóbica, e as forças de adesão entre a folha e a água são muito mais fracas que as forças de coesão intermoleculares da água. A forte tensão superficial da água favorece a forma esférica, porque a esfera é a forma com a menor relação possível de área/volume, ou seja, que guarda mais volume (mais moléculas) dentro de uma menor superfície (área em torno da gota). Assim, a forte atração entre as moléculas de água favorece a forma com menor superfície, desde que a força de atração entre a água e a superfície onde a gota de água está apoiada seja fraca. Gotas de água sobre superfícies cerosas tendem a assumir forma esférica. Disponível (acesso: 20.03.2015): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:dew_on_a_equisetum_fluviatile_luc_viatour.jpg Objetos mais densos que a água podem flutuar quando eles têm superfície hidrofóbica (pouco molhável ) e se seu peso for menor que as forças resultantes da tensão superficial, como visto na parte 8, com o caso do clipe, da lâmina de barbear e da moeda. Há muitos insetos que também podem andar sobre a água, usando a tensão superficial que funciona como uma película. O limite entre a superfície de dois líquidos imiscíveis como o óleo e a água é formado pela tensão superficial dos dois líquidos, chamado de tensão de interface. As lágrimas de vinho acontecem quando bebidas alcoólicas sobem sobre o vidro, acumulam e descem em forma de gotas. Esse é o chamado efeito de Marangoni, que ocorre porque há uma graduação na tensão superficial nos cantos do copo. A bebida alcoólica é uma mistura de água e álcool, cuja tensão superficial é mais baixa que a da água pura; e, enquanto as gotas sobem pelo vidro, o álcool vai evaporando e a tensão superficial tende a aumentar novamente, descendo novamente as gotas pelo vidro já com menor teor de álcool. Lágrimas de vinho projetadas na sombra da taça. Disponível (acesso: 19.04.2015): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:wine_legs_shadow.jpg As bolhas de sabão são formadas por uma membrana d'água com ar dentro e fora. Esse tipo de bolha acontece por ação do sabão, que é tensoativo ou surfactante, ou seja, que quebra ou diminui a tensão superficial, deixando a bolha mais estável e com menor tendência a formar a esfera líquida (gota), sem ar no interior.
Obs.: Sabões, detergentes e outros surfactantes rompem a tensão superficial, por que essas moléculas possuem um lado com boa afinidade com a água (hidrofílico) e outro lado com boa afinidade com gorduras (hidrofóbico ou lipofílico). A capilaridade é um fenômeno interessante, que permite que o líquido suba por um tecido, papel, vidro ou outra superfície mais ou menos porosa. Isso acontece quando a afinidade do líquido pela superfície de um sólido é grande o suficiente para vencer o seu próprio peso. Quanto mais poroso é o sólido, maior a superfície de contato do líquido, permitindo uma maior subida do líquido pelo sólido. Mais um experimento sobre tensão superficial Mágica, truque ou Ciência? Material A) Frasco de boca larga, do tipo de maionese ou similar. B) Tela plástica ou metálica, que seja flexível para ser amarrada e fixada na boca do frasco, e que tenha orifícios bem pequenos. C) Folha de cartolina ou papel cartão. D) Água de torneira. E) Bacia plástica comum. F) Barbante. G) Sal de cozinha (se necessário). Obs.: Deve-se usar uma tela com os orifícios tanto menores quanto possível. Caso o procedimento 2 não dê certo, e não tenha disponível uma tela muito fina, pode-se usar sal de cozinha dissolvido na água para aumentar a tensão superficial do líquido. Procedimento Segurando água com papel 1. Adicione água no frasco vazio e destampado até que a água transborde. 2. Coloque o papel cartão sobre a boca do frasco, de forma a tampar toda a boca, sem deixar bolhas de ar. 3. Posicione o frasco com as mãos logo acima da bacia para realizar o restante do experimento. 4. Segurando o papel com uma das mãos, fazendo pressão sobre a boca do frasco, vire o conjunto com a boca para baixo. 5. Retire a mão que segura o papel, de forma a segurar apenas o frasco. O que acontece? Questões 1) Descreva o que aconteceu no item 5. O experimento apresentou um resultado inesperado para os componentes do grupo? Comente. 2) Qual é a influência da pressão atmosférica na primeira parte do experimento? Explique.
Procedimento Segurando água com tela 6. Estique a tela sobre a boca do frasco vazio e amarre-a firmemente com o pedaço de barbante, em torno do gargalo do frasco. 7. Adicione água dentro do frasco através da tela, até que a água transborde. 8. Coloque o papel cartão sobre a boca do frasco, de forma a tampar toda a boca, sem deixar bolhas de ar. 9. Posicione o frasco com as mãos logo acima da bacia para realizar o restante do experimento. 10. Segurando o papel com uma das mãos, fazendo pressão sobre a boca do frasco, vire o conjunto com a boca para baixo. 11. Retire a mão que segura o papel, segurando apenas o frasco. O que acontece? 12. Retire o papel. O que acontece? 13. Incline lentamente o frasco, retirando-o da posição vertical. O que acontece? Questões 3) Como a tela plástica ou metálica consegue segurar a água? Em que a tensão superficial da água se relaciona com o experimento? E a pressão atmosférica? Explique cuidadosamente as causas do fenômeno observado. 4) Quando o frasco foi sendo lentamente inclinado, por que chegou o momento em que a água saiu do frasco? Explique, usando o conceito de impenetrabilidade da matéria, segundo o qual dois corpos não ocupam o mesmo lugar no espaço ao mesmo tempo.
5) O fenômeno das lágrimas de vinho é mais comum nos vinhos de maior graduação alcoólica, como os licorosos e os fortificados, como é o caso do famoso vinho do Porto. Por que esse fenômeno é mais marcante para esses vinhos? Explique. 6) Se repetirmos os dois experimentos dessa aula, usando uma mistura de água e álcool, ou mesmo álcool comercial, haverá mais chances de o experimento dar certo ou de dar errado? Explique. Se houver dúvidas, realize o experimento nessas condições.