Exposição e demonstrações de Química no espaço polivalente (13 e 20 de Março)

De 12 a 23 de Março, esteve patente no espaço polivalente da escola uma exposição sobre Química, originalmente apresentada na Festa do Avante, em Setembro de 2011, a propósito da celebração do Ano Internacional da Química (ver aqui e aqui para mais detalhes).
A par da exposição, nos dias 13 e 20 de Março, os alunos do Clube de Ciências inscritos no horário da prof.ª Laura Pinto, foram responsáveis por várias actividades experimentais de demonstração de conceitos de Química direccionadas a alunos dos 1.º e 2.º ciclos do agrupamento escolar. As referidas actividades incluíram:

• experiências de cromatografia em papel;
• reacções ácido-base de bicarbonato de sódio com vinagre (ver aqui para mais detalhes sobre esta reacção química);
• experiência do 'leite mágico' (ver aqui para mais detalhes sobre a expeiência);
• reacções envolvendo o uso de indicador(es) ácido-base com vista à escrita de "mensagens secretas", tornadas visíveis pela mudança de cor do(s) indicador(es).

A 13 de Março, as actividades experimentais foram realizadas para alunos do 5.º ano da EB 2, 3 Roque Gameiro. Já no dia 20 de Março as demonstrações foram realizadas para quatro turmas: uma da EB1/JI Vasco Martins Rebolo (3.º ano); outra da EB1 Gago Coutinho (4.º ano) e duas da EB1/JI Terra dos Arcos (4.º ano).

As actividades realizadas nos dois dias decorreram bastante bem, sendo disso ilustração as fotografias abaixo.

 

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).

Sangue falso (uma reacção química para "vampiros")

Uma experiência visualmente interessante de fazer, e que pode ser utilizada no Carnaval ou no Halloween, é a produção do tiocianeto férrico, [FeSCN]2+, um ião complexo com uma cor vermelho sangue característica.

O [FeSCN]2+ pode obter-se por reacção entre uma solução aquosa de FeCl3 (cor castanha) e uma solução aquosa de KSCN (incolor). Estas soluções são fáceis de preparar, todavia, devem ser sempre diluídas, porquanto o FeCl3 e o KSCN são ambos nocivos, especialmente se ingeridos.

Esta reacção é utilizada, p. ex., no cinema para simular cortes ou estigmas. Para isso passa-se na zona da pele em que se quer fazer aparecer o "sangue" (que não pode ter feridas abertas) algodão embebido na solução de KSCN, enquanto que o objecto que vai simular o corte (uma faca de Carnaval, p. ex.) foi passado na solução de FeCl3. Ao entrarem em contacto, as duas soluções reagem automaticamente originando a cor característica do sangue (devida ao ião [FeSCN]2+), dando assim a ilusão perfeita de um corte verdadeiro.

Esta experiência foi realizada no clube de ciências pelos alunos do horário de 6.ª-feira, dando conta disso as fotografias que se apresentam a seguir:

NOTA IMPORTANTE: Depois de feita a reacção, a zona da pele em que se fez aparecer o sangue deve ser bem lavada, de modo a não subsistirem restos das soluções de KSCN(aq) e FeCl3(aq).

Reacções ácido-base (vinagre + fermento)

Explorada no clube de ciências pelos alunos que frequentam o horário de 4.ª-feira, a reacção química entre o vinagre e o fermento é uma reacção ácido-base muito simples de fazer, com materiais fáceis de arranjar. Os materiais necessários são:

• vinagre;
• fermento em pó (bicarbonato de sódio, NaHCO3);
• um balão de borracha normal;
• uma garrafa de plástico (no clube de ciências usou-se um balão de Erlenmeyer).

Ao juntar-se o vinagre com o fermento, a reacção ocorre de imediato, com a produção de dióxido de carbono (CO2) gasoso, o que origina uma efervescência característica.

A reacção é dita de ácido-base, porquanto o vinagre é uma solução ácida (devido ao ácido acético, CH3COOH, que contém) e o fermento é uma substância básica. A reacção química entre os dois produz água (H2O), um sal (NaCH3COO) e dióxido de carbono, de acordo com a equação química:

CH3COOH(aq) + NaHCO3(s) --> H2O(l) + NaCH3COO(aq) + CO2(g).

O seguinte vídeo documenta a reacção acima descrita, tal como foi realizada no clube de ciências.

A mesma reacção foi realizada em casa pelo aluno José Rafael (da turma 8.º/6.ª) como ilustram as fotografias abaixo.

Além do efeito engraçado do balão a encher com dióxido de carbono, a reacção entre o vinagre e o fermento pode ser facilmente adaptada para simular a erupção dum vulcão: basta substituir a garrafa por um modelo de vulcão (feito com plasticina, p. ex.) e adicionar corante alimentar vermelho para dar a aparência de lava à efervescência que resulta da reacção química.

Combustões com metais

Outra experiência realizada no clube de ciências com os alunos inscritos no horário de 6.ª-feira, foram as combustões de metais, nomeadamente as do magnésio, lítio e sódio.  O material utilizado nessas combustões pode ser visto nas imagens abaixo apresentadas.

De entre as combustões efectuadas, a do sódio pode ser visualizada no vídeo seguinte (autora do vídeo: Jéssica Nunes, 8.º/6.ª).