Vídeos didácticos: escalas e distâncias no Universo e formação da Terra

Retomando a actualização do blogue do Clube de Ciências, após um interregno de 4 meses (onde se devenvolveram várias actividades com impacto positivo para o clube, as quais se darão a conhecer em posts futuros), deixam-se a seguir dois vídeos relacionados com matérias de Físico-Química dos 7.º e 9.º anos de escolaridade, com bastante sucesso entre alunos de várias turmas da Escola Básica Roque Gameiro, sobretudo do 7.º ano.

Construção de uma câmara de nevoeiro (visita de estudo à Esc. Secundária Braancamp Freire)

No âmbito do trabalho de projecto "Construção de uma Câmara de Nevoeiro", desenvolvido pelos alunos Jeenal Mangi, João Carlos Antunes, José Rafael Correia e Tiago Martins (da turma 9.º/6.ª), com vista à participação na VI Mostra Nacional de Ciência, realizou-se a 23 de Novembro uma visita de estudo ao clube de ciências da Escola Secundária Braancamp Freire (ESBF) para esclarecimento de dúvidas sobre aspectos práticos da montagem da câmara, nomeadamente: (i) a sua estrutura; (ii) o seu isolamento térmico e formas de aquecimento; (iii) contactos para o fornecimento do "gelo seco" necessário ao arrefecimento da base da câmara e fontes naturais de radiação alfa.

A visita decorreu dentro da normalidade (agradecendo-se desde já a disponibilidade dos prof. do clube de ciências da ESBF), possibilitando aos alunos obterem informações complementares às pesquisadas na internet (ver aqui o protocolo principal seguido, arquivado no website Science in School), dada a experiência prévia dos prof. do clube com o trabalho em causa.

Legenda: rastos de partículas alfa emitidas por rochas radioactivas numa câmara de nevoeiro [projecto "Detectar Raios Cósmicos e Radioactividade na Terra" do clube de ciências da ESBF (ano lectivo 2009-10)].

Não obstante as dicas dadas pelos prof., o ponto central da visita (o esclarecimento de detalhes práticos relacionados com a construção duma câmara de nevoeiro artesanal) acabou por não ter o sucesso desejado, uma vez que a câmara de nevoeiro do clube de ciências da ESBF era uma câmara construída pelo LIP (Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas) e não uma câmara artesanal (objectivo de participação dos alunos na Mostra Nacional de Ciência).                                                                                                                             

Ainda assim, após a visita de estudo, e com o auxílio do prof. coordenador do projecto (Orlando R. Gonçalves), os alunos encetaram a construção da câmara de nevoeiro a partir dum aquário de vidro (marca BOYU) e dum tabuleiro de madeira e duma base de apoio metálica construídos especificamente para o efeito, tendo a câmara ficado concluída em finais de Abril (as fotografias seguintes procuram ilustrar as várias fases desse processo: pesquisa, preparação, montagem e fase de testes).

                                                                                                                       

O tabuleiro de madeira e a base de apoio metálica foram mandados fazer (pelo prof. coordenador do projecto) a partir de desenhos esquemáticos elaborados pelo aluno José Rafael Correia (cf. imagens seguintes).

   

Além da parte prática (construção da câmara de nevoeiro e subsequente fase de testes), os alunos tiveram também de executar a parte escrita do projecto, sendo de realçar aí o esforço e empenho da aluna Jeenal Mangi (principal responsável pela execução do póster científico e relatório do trabalho de grupo, ambos avaliados com a menção qualiativa de Bom).

Reacções características dos metais alcalinos e alcalino-terrosos

Como trabalho de projecto no clube de ciências, durante o 1.º período, o aluno Pedro Reis (da turma 9.º/7.ª) estudou algumas das reacções químicas características dos grupos 1 e 2 da tabela periódica (TP): os metais alcalinos e alcalino-terrosos. 

Muito reactivos, estes metais ardem com facilidade através de reacções de combustão com o O2(g) do ar, libertando-se no processo grandes quantidades de energia (geralmente na forma de luz e calor). As equações químicas dessas reacções são:

• Grupo 1: 4M(s) + O2(g) --> 2M2O(s) + energia   (M = Li, Na, K, ...)
• Grupo 2: 2M(s) + O2(g) --> 2MO(s) + energia    (M = Be, Mg, Ca, ...)

sendo as combustões dos primeiros muito mais energéticas que as dos segundos (no caso do cálcio, Ca, o calor libertado por uma simples lamparina de álcool é insuficiente para desencadear a reacção).

Estas reacções já tinham sido efectuadas nas sessões do clube do ano passado, todavia, neste ano lectivo, foi possível estudá-las com mais pormenor, bem como proceder a novos registos gráficos, como demonstra o seguinte vídeo da combustão do magnésio, Mg(s).

Outras combustões realizadas foram as do lítio, Li(s), e do potássio, K(s), ambos metais do grupo 1 da TP.

 

As combustões destes metais foram também estudadas nas aulas de Físico-Química do 9.º ano, tendo-se utilizado nas aulas das turmas 9.º/2.ª, 5.ª e 6.ª o espectroscópio construído pelo aluno José Rafael Correia (ver aqui para mais detalhes), para observação das riscas espectrais emitidas pelos átomos desses elementos aquando das reacções de combustão.

As imagens abaixo correspondem aos espectros de emissão esperados para os metais estudados: lítio, sódio e magnésio [fonte: wikipédia em língua inglesa].

Fig.1: Espectro de emissão dos átomos de lítio, Li [grupo 1 da TP].

Fig.2: Espectro de emissão dos átomos de sódio, Na [grupo 1 da TP].

Fig.3: Espectro de emissão dos átomos de magnésio, Mg [grupo 2 da TP].



Dos três espectros, apenas a risca verde do Mg foi visível com o espectroscópio construído, dada a intensidade da luz emitida durante a respectiva combustão. As riscas dos restantes espectros não puderam ser inequivocmente identificadas/visualizadas, pelo que, no próximo ano lectivo, um dos materiais a adquirir para o clube será um espectroscópio de bolso (não artesanal).

As riscas visíveis em cada um dos espectros resultam das transições dos electrões de valência dos átomos em causa (1 electrão no caso dos metais alcalinos e 2 electrões no caso dos alcalino-terrosos) quando "descem a escada energética" dos estados de maior energia (estados excitados) para o estado fundamental (estado de menor energia possível). 
As cores das radiações emitidas nestas transições (por metais destes grupos e de muitos outros) são a base dos famosos "fogos-de-artifício".

Outra reacção estudada pelo aluno Pedro Reis (e também nas aulas de Físico-Química) foi a reactividade com a água dos metais dos grupos 1 e 2 da TP, sendo disso exemplo a seguinte fotografia da reacção do potássio, K(s):

As equações químicas dessas reacções são traduzidas pelos esquemas

• Grupo 1: 2M(s) + 2H2O(l) --> 2MOH(aq) + H2(g) + energia  (M = Li, Na, K, Rb, ...)
• Grupo 2: M(s) + 2H2O(l) --> M(OH)2(aq) + H2(g) + energia (M = Mg, Ca, Ba, Sr, ...)

Tal como nas combustões, a reactividade dos metais do grupo 1 é muito maior que a dos metais do grupo 2, aumentando essa reactividade à medida que se desce em cada grupo (os electrões de valência vão ficando, em média, cada vez mais distantes dos núcleos dos respectivos átomos, sendo mais facilmente capturados pelas moléculas de água, H2O).

Este tipo de reacção é particularmente violenta com os metais do grupo 1, dada a extrema facilidade com que os átomos desses elementos perdem o seu único electrão de valência e rapidamente se forma H2(g), o combustível mais potente do Universo e um gás altamente inflamável, como demonstra o seguinte filme do desastre com o dirigível Hindenburg, ocorrido em 1937 aquando da sua aterragem em S. Francisco (EUA).

Mistérios do mundo quântico (II): Projecto Cassiopeia

Após uma longa interrupção (os últimos meses foram extremamente preenchidos para os dois professores do clube de ciências), com este post, reinicia-se o processo de reportar, de forma cronológica e o mais completa possível, as várias actividades levadas a cabo pelo clube no presente ano lectivo.

Na continuação do post anterior, relacionado com o "estranho" comportamento quântico das partículas subatómicas, e porque nunca é demais salientar a importância da visualização dos conceitos abordados, fica aqui a hiperligação ao chamado Projecto Cassiopeia, um website (em inglês) dedicado ao ensino das ciências e à promoção da literacia científica pela disponibilziação de vídeos em alta definição sobre tópicos de várias ciências (física, química, biologia, etc.).

Financiado por um físico aposentado e empenhado em combater a crescente iliteracia cintífica nos EUA, o Projecto Cassiopeia tem como lema "não deixar nenhum prof. de ciências (ou aluno) para trás", procurando ajudar à compreensão dos conceitos científicos pela sua visualização.

O símbolo do Projecto é a constelação de Cassiopeia, pois que, uma vez descoberta, é a constelação que permite localizar facilmente todas as restantes constelações do hemisfério norte, actuando como uma espécie de "farol do conhecimento", tal como pretende ser o referido projecto.

Não obstante algumas opções discutíveis (como, p.ex., o significado das orbitais atómicas como mapas da existência dos electrões em torno do núcleo), o leque de vídeos disponíveis é de muito boa qualidade, quer científica, quer didáctica.

Estrutura atómica da matéria e mistérios do mundo quântico

Relacionado com a matéria de química do 9.º ano, o projecto do Clube de Ciências desenvolvido pelo grupo de alunos "Pequenos Cientistas" (visando a construção duma câmara de nevoeiro para detecção de partículas alfa e/ou muões) permite abrir as portas ao estudo do mundo subatómico, governado pelas leis da mecânica quântica. De modo a despertar o interesse para essa área da física (e da química), ficam aqui disponíveis alguns vídeos e material de apoio ao estudo, utilizado nas aulas das turmas 9.º/2.ª, 9.º/5.ª e 9.º/6.ª.

Os vídeos apresentados dizem respeito à famosa experiência da dupla fenda, votada em 2002 pelos leitores da revista Physics World como a mais bela experiência de física de todos os tempos.

                                                                     

 

Nota: O 1.º vídeo é um fragmento do filme "What the Bleep Do We Know!?" (2004), muito criticado por físicos (e não só) pela abordagem pseudocientífica que faz da mecânica quântica, misturando-a com elementos de neurociência, metafísica e esoterismo. Não obstante as críticas (justas) apresentadas, o vídeo em causa ilustra de forma relativamente simples e acessível (sem erros científicos de monta) o essencial da experiência da dupla fenda com electrões.