Projeto Tema Livre

O "Projeto Tema Livre" surgiu na disciplina de Química Geral e Experimental do curso de Licenciaturas (Química, Física e Matemática).

As aulas de Química Geral e Experimental divide-se em teoria e prática. No laboratório, um cronograma é estabelecido para todo o semestre, sendo previsto 4 ha para que os alunos proponham, planejem, escrevam e executem um experimento de qualquer natureza química.

O vídeo abaixo, a síntese dos experimentos apresentados pelo segundo ano de licenciaturas. Após o vídeo, deixo os roteiros e explicações dos experimentos executados.

Experimento 1: A água que muda de cor

Objetivo: Neste experimento é demonstrado a variação de cor de um indicador natural, no caso o extrato de repolho roxo, em meios de diferentes pHs. 

Introdução: 

Inúmeros processos químicos, dependem diretamente do controle da concentração de íons H+ (pH) no meio reativo, este controle pode ser feito por potenciômetros.

Para processos onde esta medida não seja adequada (uma reação com reagentes tóxicos, por exemplo) substâncias químicas que forneçam indicação visual são de extrema utilidade, substâncias estas chamadas indicadores.

A primeira teoria sobre os indicadores, dita teoria iônica dos indicadores, é creditada a W. Ostwald (1894), tendo como base a teoria da dissociação eletrolítica iônica dos indicadores. Segundo esta, os indicadores são bases ou ácidos fracos cuja cor das moléculas não-dissociadas difere da cor dos respectivos íons.

O extrato ou chá de repolho roxo contém um indicador de pH natural que muda de cor de acordo com a acidez da solução. Indicador de repolho roxo é fácil de fazer, apresenta uma grande variedade de cores, e pode ser usado para fazer suas próprias fitas indicadoras de pH.


O repolho roxo contém uma molécula de pigmento chamado flavina (antocianina). Este pigmento solúvel em água também é encontrada em pele de maçã, ameixas e uvas. Em soluções muito ácidas a antocianina apresenta uma coloração vermelha. Em soluções neutras resultam em uma cor púrpura. Para soluções básicas aparecem em amarelo-esverdeado. Portanto, é possível determinar o pH de uma solução com base na variação de coloração do extrato do repolho roxo.

Abaixo, observa-se a faixa de pH e a coloração deste pigmento:

Materiais: 4 béqueres de 250 mL, bastão de vidro, 1 repolho roxo, 1 faca,  1 liquidificador ou mixer, sistema de filtração simples (funil + papel de filtro + haste + aro).

Procedimento: 

• Em um liquidificador, bata uma pequena quantidade de repolho roxo com água;
• Utilizando um sistema de filtração simples, filtre a mistura e extraia o extrato (chá) do repolho roxo;
• Utilizando 3 béqueres, adicione no primeiro e no segundo 100 mL de água. No terceiro béquer, adicione 100 mL de vinagre de álcool;
• No primeiro béquer, adicione uma espátula de hidróxido de sódio (NaOH) e agite até dissolver;
• No segundo béquer, adicione  uma espátula de bicarbonato de sódio (NaHCO3) e agite até a total dissolução;
• Adicione em cada béquer, a mesma quantidade do extrato de repolho roxo;
• Observe e anote as cores.

Experimento 2: O líquido do mal

Objetivo: Observar a reação química do permanganato de potássio, ácido sulfúrico e acetona (ou etanol)

Introdução: 

Em muitas reações químicas observa-se uma elevação de temperatura ou até mesmo uma combustão. Tais reações são chamadas de reações exotérmicas, pois uma quantidade de calor é liberada quando os reagentes se transformam em produtos. 

  

Uma reação exotérmica comum nos meios "químicos" é a reação de oxirredução envolvendo o etanol com permanganato de potássio em meio ácido: 

2KMnO₄ + 3H₂SO₄ + 5CH₃CH₂OH  ® K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5CH₃CHO (aldeído acético) + 8H₂O + calor

Esta reação pode ser usada para exemplificar toda magia a cerca das histórias dos alquimistas. Geralmente, as pessoas acreditam que a produção de fogo vem apenas de fósforo, isqueiros, e etc. A produção de uma chama produzida por uma reação química mostra o poder da química.

Materiais: Chumaço de algodão, Conta-gotas (pipeta de Pasteur), Bastão de vidro, Vidro de relógio, Capsula de porcelana, Álcool etílico líquido (95%) ou acetona, comprimidos de Permanganato de potássio (KMnO4), Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4), pinça metálica ou tesoura metálica.

Procedimento: 

• Triture os comprimidos de permanganato de potássio utilizando o almofariz e pistilo;
• Coloque-os em um vidro de relógio;
• Adicione algumas gotas de ácido sulfúrico;
• Umedeça o chumaço de algodão na acetona, retirando o excesso;
• Coloque o algodão, com o auxílio da tesoura metálica, na mistura do vidro de relógio;
• Observe a reação de combustão do algodão.

Experimento 3: O sangue do diabo

Objetivo: Ao se borrifar uma solução rósea, observar o desaparecimento de cor após algum tempo.

Introdução:

Baseado no princípio dos indicadores ácido-base, a fenolftaleína é uma substância que apresenta coloração rosa em meio básico e incolor no meio ácido.

O a amônia (NH3) é uma substância básica, pois forma hidróxido de amônio (NH4OH) quando dissolvida em água.

Sendo assim, uma solução de amônia apresenta uma coloração rosa quando adicionado fenolftaleína. Sendo a amônia volátil (evapora-se com facilidade), esta solução quando presente em um tecido evapora-se ficando apenas a coloração do indicador, que no caso é incolor.

Materiais: Amônia ou amoníaco PA, fenolfateína 1%, etanol hidratado; água destilada, béquer de 100 mL, bastão de vidro, frasco borrifador, pano branco.

Procedimento:

• Em um béquer de 100 mL, adicione 50 mL de etanol hidratado e 50 mL de água;
• Adicione algumas gotas de fenolfateína;
• Adicione uma tampa (10 mL) de amônia;
• Misture a solução e coloque em um frasco borrifador;
• Borrife algumas vezes em um pano branco e espere secar.

Experimento 4:  A garrafa azul

Para este experimento, vide o post  Reação "Traffic Light" o Semáforo

Referências: 

1. Amsei Junior, N. L. Apostila de Química Geral e Experimental, UNIFEB, 2010.
2. http://www.clube-ciencias.blogspot.com.br. "Extrato de repolho roxo como indicador ácido-base de pH. acesso em 29/04/2014;
3. http://chemistry.about.com/od/acidsbase1/a/red-cabbage-ph-indicator.htm. "Red Cabbage pH Indicator. Acesso em 29/04/2014.
4. http://www.clubedaquimica.com/index.php?option=com_content&view=article&id=142:varinha-magica&catid=34:experimentos&Itemid=53. "Varinha Mágica". Acesso em 29/04/2014.

Nitrocelulose

Neste post, descrevemos e mostramos como fazer o que chamamos de algodão-pólvora. É válido lembrar, que este tipo de experimento deve ser realizado com todo cuidado.

A nitrocelulose pode ser preparada fazendo a imersão de pedaços de algodão em uma mistura de 30 mL de ácido nítrico (HNO3) com 70 mL de ácido sulfúrico (H2SO4). A mistura deve ser feita em um béquer de 250 mL, em banho de gelo, adicionando primeiramente o ácido sulfúrico e em seguida, com cuidado, o ácido nítrico. Os pedaços de algodão (aproximadamente 0,7 g) são imersos nesta mistura. Foram realizados testes de tempo de reação e acreditamos que um tempo mínimo de 10 minutos é suficiente para ocorrer a nitração. Após decorrido o tempo, retira-se os pedaços de algodão e coloca-se em um béquer contendo água, para retirar o excesso de ácido. Em seguida, adiciona-se em uma solução de NaHCO3 1 mol/L para neutralizar o excesso de ácido. Por fim, lava-se em água corrente os pedaços de algodão e espera-se secar completamente.

Todo o procedimento e o resultado do processo pode ser visualizado neste vídeo:

Aviso: Ácido nítrico e ácido sulfúrico são ácidos fortes e poderosos agentes oxidantes, que podem causar sérias queimaduras. Além disso, o ácido sulfúrico é um poderoso agente desidratante. Uma vez que a mistura de ácido nítrico e sulfúrico causa um considerável aquecimento, este procedimento deve ser realizado em banho de gelo. Esta mistura é extremamente perigosa.

A nitrocelulose, também chamada de trinitrocelulose, é formada por meio da reação orgânica de nitração da celulose ((C6H10O5)n). O algodão é quase 100% celulose. Esse tipo de reação ocorre por meio do ácido nítrico (HNO3), em que há a substituição de um átomo de hidrogênio por um grupo NO2, originando um nitrocomposto e água. O ácido sulfúrico atua como um catalisador da reação. A reação pode ser representada por:

No caso mencionado, ocorre uma trinitração da celulose. A celulose é um polissacarídeo, pois cada molécula sua é formada por 10 000 ou mais moléculas de β-glicose que se uniram por condensação, ou seja, é um polímero natural. Sua fórmula básica é (C6H10O5)n e suas longas cadeias atingem massas moleculares de ordem de 400.000 u.

A nitrocelulose obtida tem o aspecto semelhante ao próprio algodão, porém meio amarelada e áspera. A fórmula dessa macromolécula, que também é um polímero, é mostrada abaixo:

O algodão-pólvora é uma nitrocelulose o qual contém de 12,5-13,5% de nitrogênio. A equação da decomposição (queima) da nitrocelulose pode ser representada como:

O composto contém oxigênios suficientes para conversão completa dos produtos gasosos. Nesta demostração, a decomposição da nitrocelulose não é explosiva devido as condições abertas e o método de ignição.

Referências:
- Bassam Z. Shakhashiri, Chemical Demonstration, vol. 1`
- Brasil Escola: http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/nitrocelulose-algodao-polvora.htm

Experimento na Pedagogia

No ano passado, fui agraciado com as aulas de "Metodologia do Ensino de Ciências" para o último ano da Pedagogia no Unifeb.

Conseguimos realizar vários trabalhos, como projetos de ciências, vídeos de experimentos, dentre outras coisas.

Apresento um vídeo, bem curto, de uma proposta de experimentos utilizando materiais de fácil acesso. Neste há dois experimentos, a Cromatografia e um sobre Tensão Superficial. A idéia deste vídeo foi exemplifica para a turma como se proceder para elaborar um vídeo de experimento.

Achei que o vídeo ficou legal e resolvi postar aqui para vocês. Este experimento pode ser realizado em sala de aula, supervisionado pelo professor e não utiliza materiais de alto custo nem de difícil acesso.

Procedimento:

Em um béquer ou um copo de 250 mL adicione uma pequena quantidade de etanol. No papel de filtro (pode ser o papel de filtro para café) faça um ponto com as cores de canetinha que desejar. Fixe em uma tampa de caneta de modo que o papel encoste no etanol mas não alcance a mancha de canetinha. É só esperar o resultado. Pode-se testar outros solventes (fase móvel) como solução de acetona, acetona:etanol, etanol:água.

Confiram o vídeo:

A cromatografia é um método físico-químico de separação. Ela está fundamentada na migração diferencial dos componentes de uma mistura, que ocorre devido a diferentes interações, entre duas fases imiscíveis, a fase móvel e a fase estacionária. A cromatografia em papel é uma técnica simples, utiliza pequena quantidade de amostra, tem boa resolução e aplica-se, de preferência, na separação e identificação de compostos polares como: antibióticos, ácidos orgânicos e íons metálicos.

A separação ou distribuição dos componentes de uma mistura, na cromatografia líquido-líquido em papel, relaciona-se com diferentes solubilidades relativas destes componentes, na fase móvel e fase estacionária. Os componentes menos solúveis na fase estacionária têm uma movimentação mais rápida ao longo do papel, enquanto que os mais solúveis na fase estacionária serão seletivamente retidos, tendo uma movimentação mais lenta A cromatografia em papel é muito útil para a separação e realização da análise qualitativa em função dos R_f , fatores de retenção, onde temos que:

Uma variação bastante interessante é usar pigmentos vegetais, como as diferentes cores de pimentões. Dá um resultado muito legal.

Com as canetinhas hidro color o resultado também é bem legal.

Resultado da cromatografia de tinta de caneta hidro color em papel
de filtro, usando etanol 96% como fase móvel

No caso do experimento da Explosão de Cores com o leite e os corantes de alimentos a história é outra!!

O que está acontecendo? Quando colocamos o corante na superfície do leite, eles não se misturara - cada corante formou uma mancha separada da outra. 

No momento que colocamos o detergente dentro das manchas, elas pareciam explodir! Este é um exemplo de como a tensão superficial age num líquido e como ela pode ser rompida pelo detergente.

A tensão superficial acontece porque as moléculas de leite na superfície sofrem uma grande atração entre elas. No interior do líquido, todas as moléculas do leite sofrem essas mesmas forças de atração, mas em todas as direções. As moléculas de leite na superfície sofrem a atração apenas das moléculas na horizontal e das outras que estão abaixo, já que em cima tem apenas ar. 

Como o número de moléculas se atraindo é menor, existe uma "compensação": uma força maior de atração acontece na superfície, formando quase uma "pele" acima do leite. É a chamada Tensão Superficial. O detergente consegue romper a tensão superficial e as cores explodem!

Referências:

- Amsei Junior, N.L., et al. Apostila de Química Geral e Experimental, UNIFEB, 2010

- http://www2.bioqmed.ufrj.br/ciencia/ExplosaoCores.htm, acesso em 04/04/2014