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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSA DE INICIAÇÃO À DOCÊNCIA – PIBID

“SÓLIDOS BRANCOS E LÍQUIDOS INCOLORES: Uma simples experimentação gerando várias discussões”

Campinas, 10 de Maio de 2011 https://sites.google.com/site/pibidquimicaunicamp/


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S

UMÁRIO

Apresentação ....................................................................... Página 5

Transformações Químicas.................................................... Página 7

Procedimento Experimental................................................. Página 9

Analisando os Resultados..................................................... Página 23

Discussão com o Professor.................................................. Página 25

Contatos............................................................................... Página 28

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A

PRESENTAÇÃO

Esta publicação visa servir de instrumento de orientação na condução de experimentos químicos coerentes com a Proposta Pedagógica do Estado de São Paulo, a serem realizados nas escolas da rede pública de Educação Básica incluídas nas atividades descritas no Edital Nº02/2009 da CAPES – DEB, referente ao Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID) do Instituto de Química da UNICAMP.

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T

RANSFORMAÇÕES DA

M

ATÉRIA

Alguma vez você já se perguntou por que o bolo cresce no forno? E por que o prego enferruja? As frutas também se alteram: mudam suas cores e seus cheiros. A matéria que nos rodeia está em constante mudança, sofrendo inúmeras transformações. Um copo que parte, uma floresta que arde, o gelo das calotas polares que funde, tudo isto são exemplos de transformações que ocorrem todos os dias. Podemos distinguir dois tipos de transformações: as Físicas e as Químicas . Transformações Físicas As transformações físicas da matéria ocorrem, por exemplo, quando há mudança de estado físico de um determinado material, ou uma dissolução de um soluto num solvente. Neste tipo de transformação, não há formação de novas substâncias, as propriedades específicas da matéria são mantidas, portanto existe a possibilidade de usar processos físicos de separação das mesmas. São exemplos de transformações físicas: a mudança de estado físico de um corpo, como por exemplo: a água, que entra em ebulição aos 100 ºC; um soluto que dissolve um solvente; um vidro que se parte. Transformações Químicas As transformações químicas ocorrem sempre que há formação de novos materiais, as propriedades específicas da matéria são alteradas, portanto não existe a possibilidade de usar processos físicos de separação das mesmas. Ou seja, https://sites.google.com/site/pibidquimicaunicamp/


a partir dos diferentes.

materiais

iniciais

formam-se

outros

materiais

Há indícios de que houve uma transformação química (reação química) quando: se forma um sólido de cor diferente; há mudança de cor da solução; se forma um gás que se desprende da solução em estudo; há variação de temperatura; produção de luz; as substâncias iniciais desaparecem; se origina um cheiro característico. São exemplos de transformações ou reações químicas: a respiração celular que ocorre nos seres vivos; a fotossíntese realizada pelas plantas; o cozimento dos alimentos; a queima dos fogos de artifício. Outro exemplo comum de reação química em nosso dia a dia é a formação da ferrugem em objetos metálicos. O ferro presente nesses objetos reage quimicamente com o oxigênio e a água da atmosfera e aparece a ferrugem. Esta ferrugem é uma substância nova que é o óxido de ferro III (óxido férrico). Numa reação química chamam-se “reagentes” as substâncias iniciais. Neste exemplo, são reagentes o ferro e o oxigênio. E são chamadas de “produtos”, as novas substâncias formadas; neste caso o produto da reação é o óxido férrico. Nem sempre ocorre uma reação química quando duas ou mais substâncias são misturadas. Como podemos saber, então, se ocorreu uma reação química entre dois compostos? Como vimos anteriormente, alguns sinais podem indicar se ocorreu a reação química. Mas algumas reações se processam sem a ocorrência dessas evidências. Nesse caso, é necessário analisar as substâncias em dois momentos distintos: antes e depois da transformação e verificar se ho uve realmente a formação de novas substâncias.

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P

ROCEDIMENTO

E

XPERIMENTAL

Nesta atividade, vamos trabalhar com sólidos brancos e líquidos incolores comuns, buscando observar seu comportamento para determinar que transformações sofrem estes materiais. Você precisará de:  3 béqueres (ou 3 recipientes);  1 bagueta de vidro, um instrumento próprio para misturar a solução, como uma colher;  1 espátula;  1 vidro de relógio para condicionar os reagentes sólidos. A imagem abaixo ilustra as vidrarias que utilizaremos:

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Vamos precisar também dos seguintes reagentes:    

Refrigerante de Limão gaseificado; Água; Um pouco de açúcar; Alguns sachês de sal de frutas em pó.

As imagens aqui contêm os reagentes de marcas meramente ilustrativas, você pode utilizar quaisquer marcas semelhantes.

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Agora sim vamos ao experimento propriamente dito!

1) Inicialmente, coloque água em um béquer e adicione açúcar:

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2) Observe o efeito visual do açúcar ao entrar em contato com o líquido. Você consegue perceber alguma diferença no aspecto dele antes e depois de misturarmos as duas substâncias?

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3) É importante agora que você misture adequadamente a solução preparada:

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4) Após homogeneização, a sua solução deve tomar o aspecto da solução abaixo, vista de lado e vista de cima:

Molécula da Glicose, um carboidrato formador do Açúcar https://sites.google.com/site/pibidquimicaunicamp/


5) Analise visualmente a sua solução final e anote suas características no seu caderno de laboratório. Você acredita que algo se transformou nesta mistura? O quê? Reserve este béquer e vamos preparar uma segunda solução.

Para a segunda solução, você precisará de água e sal-de-fruta. Perceba que o solvente se mantém, mas o soluto será mudado... Aliás, você consegue dizer o que os solutos açúcar e sal-de-fruta têm em comum? 6) Coloque água em um béquer e adicione sal-de-fruta:

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7) Observe. O efeito visual do sal-de-fruta ao entrar em contato com a água é imediato? Por quê? O que acontece com a solução?

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Representação da fórmula do Hidrogeno Carbonato de Sódio, ou Bicarbonato de sódio, o componente principal do Sal-de-Fruta

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8) Como para a solução anterior, analise visualmente a sua solução final e anote suas características no seu caderno de laboratório. Compare a primeira solução com a segunda. O efeito é diferente? Como você explica que dois pós tão parecidos, como o açúcar o sal-de-fruta, possam apresentar comportamentos tão distintos em contato com a água? Reserve este béquer.

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Nossa terceira solução será feita de refrigerante e açúcar. É importante que o refrigerante que vamos usar seja aberto apenas no momento da experiência. Uma vez que você deixe o refrigerante aberto por muito tempo antes do uso, provavelmente não iremos observar nenhum efeito ocorrendo... Alguma idéia de por que isso acontece?

9) Abra o refrigerante e despeje no béquer, em seguida adicione açúcar:

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10) Observe o efeito visual do açúcar ao entrar em contato com o líquido:

11)

Nossa solução vai apresentar um comportamento efervescente, conforme podemos acompanhar pelas fotos abaixo:

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12) Vamos observar um pouco mais de perto a solução de refrigerante e açúcar. Qual o aspecto macroscópico (que pode ser visto a olho nu) de nossa mistura? O que você consegue perceber de diferente entre essa solução e a segunda solução que preparamos, de água e sal-de-fruta?

Agora, após terem sido realizadas todos estes procedimentos, vamos reunir aquilo que pudemos observar e combinar nossas observações com o que já havíamos aprendido sobre transformações físicas e químicas na parte teórica. Isso será feito através da apresentação de RESULTADOS.

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A

NALISANDO OS

R

ESULTADOS

Após a realização de experimentos, faz-se necessário reunir as observações colhidas na forma de um relatório cientifico. Uma das partes mais importantes de um relatório é a parte de Resultados. È na apresentação dos resultados que todos os dados colhidos no laboratório (ou calculados em decorrência da obtenção destes) passam a fazer sentido para o químico. Aqui, buscamos relacionar o que observamos no decorrer da experiência com aquilo que aprendemos anteriormente, objetivando encontrar a relação causa-efeito dos fenômenos de nosso interesse. Tabelas, figuras e gráfico podem ser apresentados, desde que entrem no texto de maneira lógica, facilitando a comunicação dos dados. Comecemos organizando nossas observações acerca do experimento que realizamos. Para tal, reproduza em seu caderno e preencha a tabela abaixo: 1. Identificação 2. Reagentes do Béquer Misturados

3. O que aconteceu?

4. Houve reação química?

5. Tipo de transformação

Tabela 1. Dados colhidos no laboratório. Note que é importante identificar a tabela por meio de uma legenda; assim alguém que não esteve presente durante o nosso experimento pode entender nosso trabalho adequadamente. No campo 1 (Identificação do Béquer), você deve anotar o número do béquer em questão. Pode facilitar o trabalho, marcar com caneta para vidro os materiais antes do início das experiências. No campo 2, anote que reagentes você usou na mistura daquele béquer. https://sites.google.com/site/pibidquimicaunicamp/


No campo 3 (O que aconteceu?), relate tudo o que você conseguiu observar em relação àquela mistura. Houve mudança de cor da solução? E o estado físico, mudou? Houve variação de temperatura durante a experiência? E surgiu algum novo cheiro? E desprendimento de gás? Algum composto dissolveu outro? Procure responder essas perguntas e anote o que julgar relevante, além de quaisquer outras informações que você tenha feito. O campo 4 (Houve reação química?) é determinante para nos ajudar a preencher o campo 5 (Tipo de transformação). Você deve se deter aos conhecimentos que você adquiriu na parte teórica para classificar o tipo de transformação que aconteceu naquele béquer. Finalmente, após montar sua tabela, elabora um parágrafo curto, que reúna a que conclusões você pôde chegar sobre os resultados de nosso experimento e que fenômenos envolveram a mistura dos sólidos brancos e líquidos incolores que trabalhamos nesta aula.

Bom Proveito!

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D

ISCUSSÃO COM O

P

ROFESSOR

Muitas reações químicas ocorrem sem que percebamos a primeira vista. Porém, em alguns casos, há indícios bastante evidentes de que houve um processo de transformação da estrutura interna da matéria, e estes podem ser utilizados didaticamente no ensino de Química. Tais evidências podem ser uma mudança de coloração, liberação de calor, formação de odor, liberação de gás, etc. Porém esta não é uma regra aplicável a todas as situações, e é este o estudo deste experimento. De modo a tornarmos uma atividade prática de Química de fácil realização em sala de aula, optamos aqui pelo uso de materiais de fácil acesso: açúcar, refrigerante (de limão), água, sal de frutas e um recipiente. Como introdução ao experimento, os alunos podem ser aguçados quanto ao comportamento químico de sólidos aparentemente idênticos – sal de frutas e açúcar – pós de cor branca; e de dois líquidos incolores – água e refrigerante de limão. Apesar de aparência semelhante, sabemos que estes materiais têm estruturas completamente diferentes, veja por exemplo o sabor do açúcar comparado com o sal de frutas; e o da água, ao refrigerante de limão. Isto já nos indica que as moléculas que compõe tais materiais são suficientemente diferentes para estimular de modo distinto as terminações nervosas presentes em nossa boca e em nossas narinas, de modo a levar informações ao cérebro que nos dizem: ‘ah, este é um sabor adocicado!’ ou ‘este é insípido e inodoro’. Cientes destas condições, podemos propor duas situações: uma mistura de água com açúcar e uma mistura de água com sal de frutas; sem que nos espantemos com diferentes conseqüências. Na primeira, observarmos que o açúcar se dissolve em água, mas a partir de um certo ponto, começa a se depositar no fundo do recipiente. Na segunda, percebemos que o sal de frutas provoca uma efervescência ao entrar em contato com o líquido.

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Isto se explica, é claro, pela diferente composição química dos sólidos que adicionamos ao mesmo líquido. Enquanto o açúcar é uma molécula orgânica que apenas é solvatada por moléculas de água, o bicarbonato de sódio presente no sal de frutas participa de uma reação química, gerando como produto o gás carbônico – e então o desprendimento de bolhas. NaHCO3 + H2O = Na+ + OH- + H2CO3 = H2O + CO2 A reação pode ser representada pela equação acima, e podemos constatar sua ocorrência de outra maneira simples, por meio de medição qualitativa do pH, com papel indicador. Na mistura de água com açúcar, o meio permaneceu neutro, enquanto na mistura de água com sal de frutas, o meio mudou de neutro para levemente básico – o papel indicador mudou de cor – o que é explicado pela equação devido à formação de íons hidróxido (OH-). Isto pode ser completamente aceitável pelos alunos uma vez que o sal de frutas é comumente conhecido pela sua ação anti-ácida em casos de azia. Cabe ao professor envolver a explicação deste fenômeno dentro do conhecimento prévio do aluno, mas a abordagem de que a liberação de gás – efervescência – é uma evidência de reação química é valida. Para tornarmos a demonstração ainda mais ilustrativa e atrativa aos alunos, podemos utilizar uma bexiga presa à boca do recipiente de modo que a liberação de gás torna-se mais visível, a medida que bexiga enche-se ‘sozinha’. Façamos agora as misturas usando desta vez o refrigerante de limão como solvente – independente do refrigerante utilizado teremos as mesmas situações, apenas escolhemos o refrigerante de limão pelo fato deste também ser um líquido incolor. Na mistura do refrigerante com sal de frutas, temos novamente desprendimento de gás, evidenciando a ocorrência de reação química. Podemos observar experimentalmente que a efervescência é bem mais acentuada que a observada anteriormente, pois o meio é ácido e à medida que o gás é liberado, o equilíbrio é deslocado no sentido de sua formação. NaHCO3 + H+ = Na+ + H2CO3 = H+ + HCO3- = H2O + CO2 Novamente, o professor pode ou não comentar todas as explicações utilizadas aqui e mais a seguir, de acordo com o embasamento teórico da classe. Por fim, temos a adição de açúcar ao refrigerante, onde novamente percebemos efervescência. Este é o ponto em que queremos chegar desde https://sites.google.com/site/pibidquimicaunicamp/


o início. Apesar de ao longo do roteiro classificarmos a liberação de gás como uma evidência de uma reação química, temos uma situação em que não conseguimos escrever uma equação. Há a liberação de gás carbônico, mas como este se forma a partir da sacarose (açúcar) em meio ácido? Na realidade, o que está ocorrendo não é uma reação química... Observamos a liberação de gás, mas isto é devido exclusivamente a um fenômeno físico, o desprendimento do gás carbônico já presente nos refrigerantes! Durante o processo de produção, o gás carbônico é injetado sob pressão nas garrafas de refrigerantes com o intuito de aumentar a solubilidade deste gás no líquido e conservar a bebida gaseificada, uma vez que a ausência de oxigênio não permite a proliferação de bactérias aeróbicas. Temos, portanto uma situação de supersaturação, onde o equilíbrio líquido-gás pode ser facilmente abalado. Ao adicionarmos um soluto, a solubilidade do gás no líquido diminui, é como se outras partículas deixassem menos espaço para o gás ocupar entre as moléculas do líquido. Com isso, parte do gás dissolvido se desprende com facilidade, provocando tal efervescência. Podemos provar facilmente que o gás desprendido não é decorrente de uma reação química com alguma molécula do refrigerante: degaseificando-o. Agitando suficientemente o refrigerante – ou mesmo aquecendo-o – podemos retirar boa parte do gás dissolvido no refrigerante. Se adicionarmos o açúcar neste líquido, claramente vemos que não há desprendimento significativo de gás. Ou seja, o gás desprendido é apenas a liberação do gás que já estava dissolvido! Não havendo reação química como nos casos anteriores, podemos até mesmo verificar que não houve variação significativa do pH do meio – o papel indicador não muda de cor.

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C

ONTATOS

Amanda Negreiros Pinheiro Bolsista PIBID/Unicamp amanda.pinheiro.quimica@gmail.com

Vicente Gomes Oliveira Bolsista PIBID/Unicamp vicentegomes.quim@gmail.com

Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência – PIBID – Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas sob a coordenação geral da Profa. Dra. Adriana Vitorino Rossi https://sites.google.com/site/pibidquimicaunicamp/

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