01 Água, água em todo lugar. Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Corte a garrafa PET de 2 l perto do topo. Encha a garrafa até cerca de um quarto de sua altura com água filtrada. Para deixar a água mais parecida com a água do mar, dissolva uma colher de sopa de sal. Tampe a garrafa com o filme transparente de modo a vedar bem todo o topo, fixando-o com a fita adesiva. Coloque a garrafa no sol por algum tempo. O que você nota na superfície do filme transparente? Abra a garrafa cuidadosamente e experimente os líquidos no topo e no fundo da garrafa. Explicação A água do mar contém um número muito grande de compostos dissolvidos, principalmente o cloro (19,4 g/L) e o sódio (10,8 g/L). Juntos eles formam o sal que usamos na cozinha, o cloreto de sódio. Outros elementos encontrados na água do mar em menor proporção incluem o magnésio (1,3 g/L), o enxofre (0,9 g/L), o potássio (0,4 g/L), o cálcio (0,4 g/L) e o bromo (0,07 g/L), além de quantidades minúsculas de quase todos os outros elementos. Ao dissolvermos esta quantidade de sal em água preparamos uma “água do mar” caseira. Ao ficar exposta ao sol e ser aquecida, a água evapora, ou seja, passa lentamente para o estado de vapor. Quando chega no topo da garrafa o vapor de água condensa, voltando ao estado líquido e formando pequenas gotas. Estas gotas vão aumentando de tamanho até pingarem de volta para o fundo da garrafa. O sal dissolvido na água não passa para o estado gasoso quando a água evapora, e permanece dissolvido na água no fundo da garrafa. A água que se condensou no topo da garrafa recebe o nome de água destilada. Se você pudesse achar uma maneira de recolher esta água, você poderia matar sua sede no meio de um oceano de água salgada. 02 Preparando água destilada Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque cerca de um copo de água com algumas gotas de corante para ferver na chaleira. Quando a água estiver fervendo, aproxime do bico da chaleira uma pequena panela contendo gelo no seu interior. Observe o que ocorre do lado de fora da panela com gelo. Recolha a água destilada, inclinando a panela com gelo e colocando um frasco bem embaixo de onde as gotas começarem a pingar. Recolha cerca de meio copo de água destilada. Tome cuidado para interromper a destilação antes que toda a água da chaleira acabe. Guarde a água destilada para o próximo experimento. Explicação A água destilada recolhida após o vapor d’água se condensar na superfície fria da panela é incolor. O corante, como o sal no experimento anterior, não passa para o estado de vapor e permanece na chaleira. Mas será que a água que você recolheu é “pura”? Bom, aí depende do que você chama de água pura. A água de torneira ou mesmo a filtrada contém materiais dissolvidos como o cloro (ou hipoclorito de cálcio) usado para matar bactérias. E a água mineral? Se você acha que esta, sim, é que é pura, dê uma olhada no rótulo de uma garrafa de água mineral e confira a lista de substâncias dissolvidas. Compare esta lista com rótulos de águas minerais de outras marcas, provenientes de outras fontes e locais bem diferentes. À medida que a água percorre seu caminho até chegar nas fontes, ela irá dissolver uma pequena quantidade de um grande número de compostos. Na linguagem da ciência, um material puro é aquele que é constituído de apenas uma única substância. Água (ou qualquer outro material) 100% pura é algo que não existe, embora possamos, com muitos cuidados, chegar bem perto disso. 03 Aquecendo a água Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Aqueça a água destilada lentamente. Observe cuidadosamente, mas não deixe a água ferver. Discursão Do que são formadas as pequenas bolhas que aparecem muito antes da água começar a ferver? Como os peixes respiram dentro da água? Por que os aquários grandes têm borbulha dores de ar? Explicação Muito antes de a água ferver, nós podemos observar pequenas bolhas se formando, principalmente nas paredes da panela. A água destilada praticamente não tem mais sal, corante ou outros sólidos dissolvidos. No entanto, ao ficar exposta à atmosfera, ela lentamente vai dissolvendo os gases contidos no ar. Embora em quantidade pequena, os gases presentes na atmosfera irão se dissolver na água e os peixes respiram o oxigênio presente no ar dissolvido na água. Borbulhando ar na água, repomos o oxigênio consumido pelos peixes e bactérias aeróbicas presentes na água do aquário. Quando aquecemos a água, fazemos com que o ar dissolvido saia, formando as pequenas bolhas que você observou. 04 Fervendo a água Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais
Discursão O que aconteceria com o balão ou com o copo de papel se houvesse ar e não água no seu interior? Se você tem alguma dúvida, faça o experimento! O que acontece Explicação Ao se aquecer a água sua temperatura vai progressivamente aumentando. Ao entrar em ebulição, entretanto, a temperatura pára de aumentar, fica constante. Isto quer dizer que todo o calor fornecido à água pela chama está sendo gasto para que ela entre em ebulição e não para elevar sua temperatura. As moléculas de água têm fortes interações com suas vizinhas, interações que precisam ser rompidas para que a água entre em ebulição. A temperatura na qual a água entra em ebulição, ao nível do mar, é 100 °C. Desta forma, no experimento a temperatura do papel não ultrapassa 100 °C, enquanto houver água líquida no interior do copo. A temperatura necessária para que o papel queime é cerca de 230 °C. Quando aproximamos um fósforo aceso de um balão com ar ele estoura imediatamente. Quando ele contém água, o calor da chama é absorvido pela água, evitando que a borracha amoleça e o balão estoure. 05 Fervendo água na seringa Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque um pouco de água na panela e aqueça-a até cerca de 40-50 °C. Para saber se a temperatura está correta, basta observar atentamente a água e parar o aquecimento quando surgirem as primeiras bolhas de ar no fundo da panela. Puxe um pouco de água (cerca de um quinto do volume da seringa) para dentro da seringa, tomando o cuidado de não deixar entrar nenhuma bolha de ar. Caso você tenha algumas bolhas de ar dentro da seringa, coloque a seringa na vertical com o bico para cima, bata levemente nas suas paredes e aperte o embolo da seringa até que elas saiam completamente. Imediatamente tampe a ponta da seringa com um dedo e puxe o embolo para trás, com força mas sem retirá-lo completamente da seringa. O que você observa? Solte o embolo e observe. Repita o procedimento algumas vezes. Discursão É possível fazer com que a água ferva a uma temperatura menor do que 100 °C? O que você está fazendo ao puxar o embolo da seringa? Explicação A temperatura necessária para que a água entre em ebulição (ferva) ao nível do mar é 100 °C. Como é possível então que a água tenha entrado em ebulição a uma temperatura tão mais baixa? Ao puxarmos o embolo da seringa fechada estamos diminuindo a pressão no interior da seringa. Ao diminuirmos a pressão estamos tornando a ebulição da água mais fácil. Por ebulição nós entendemos o estado em que bolhas de vapor podem se formar em qualquer ponto do líquido. O vapor dentro destas bolhas exerce uma certa pressão na água à sua volta. Quando aquecemos a água a uma temperatura inferior à sua temperatura de ebulição, as bolhas de vapor não conseguem se formar, pois são esmagadas pela pressão atmosférica. Ao atingirmos a temperatura de ebulição, as bolhas de vapor d’água se tornam estáveis pois sua pressão interna (pressão de vapor) se torna igual à pressão externa (pressão da atmosfera) e as bolhas conseguem sair de qualquer parte do líquido. É por isso que a água entra em ebulição a uma temperatura menor do que 100 °C em locais elevados. Quanto maior a altitude, menor será a pressão atmosférica, e mais fácil será fazer a água entrar em ebulição. Será que isto quer dizer que você poderia cozinhar seu macarrão muito mais rapidamente colocando a água morna e o macarrão em uma grande seringa e puxando seu embolo? Ou talvez levando sua panela e fogareiro para o monte Everest? Infelizmente não é tão fácil. Apesar de a água ferver a uma temperatura mais baixa quando a pressão é menor, para cozinharmos o alimento o que nós queremos é uma temperatura mais alta. Com a temperatura mais alta, podemos acelerar os processos que ocorrem durante o cozimento. Desta forma, a maneira mais inteligente de acelerar o cozimento seria aumentar a pressão sobre a água. É isto que ocorre quando usamos uma panela de pressão. A panela de pressão foi inventada por Denis Papin, em 1679. Na panela de pressão, a pressão dentro da panela se torna maior que a atmosférica e, portanto, a temperatura necessária para a ebulição da água se torna maior que 100 °C. Por exemplo, se a pressão dentro da panela for o dobro da pressão atmosférica ao nível do mar (2 atmosferas), a água irá ferver a 120 °C. Quando a pressão se torna muito grande o pino no centro da tampa se levanta, deixando o vapor sair. Em resumo, na panela de pressão gastamos mais tempo para ferver a água que em uma panela aberta, porém o cozimento dos alimentos será mais rápido pois a temperatura que conseguimos atingir é maior. 06 Qual dos dois é água? Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Marque os dois tubos de ensaio, de forma a poder reconhecê-los. Coloque água em um dos tubos de ensaio até um terço de sua altura. Prepare uma solução concentrada de sal em água, dissolvendo 2 colheres de sopa de sal em meio copo de água. Coloque esta solução de sal no outro tubo até a mesma altura. Usando os dois pregadores, aqueça os dois tubos lentamente, movendo-os sobre a chama, de modo que os dois tubos recebam a mesma quantidade de calor. Tome cuidado para não apontar a boca do tubo na direção de ninguém. Inicie o aquecimento dos dois tubos ao mesmo tempo e continue até a ebulição da água. Tenha um suporte para tubos de ensaio ou um copo à mão para deixar os tubos esfriando após o experimento. Discursão Por que os líquidos nos dois tubos de ensaio ferveram em tempos diferentes? Você saberia dizer qual dos tubos tem sal e qual tem água sem provar o líquido? Explicação A temperatura de ebulição da água é aproximadamente 100 °C (como vimos anteriormente, ela depende da pressão atmosférica). A mesma quantidade de calor está sendo fornecida aos dois tubos de ensaio. O fato de que a água sem sal ferveu mais rapidamente indica que atingimos sua temperatura de ebulição mais rapidamente. Isto mostra que a presença do sal na água causou um aumento na sua temperatura de ebulição. Quando dizemos que a temperatura de ebulição da água é 100 °C nos referimos à água pura. Se temos outras substâncias dissolvidas na água, elas irão alterar as suas propriedades, incluindo a temperatura de ebulição. Será que a gente conseguiria cozinhar mais rápido os alimentos usando água salgada em vez de usar uma panela de pressão? Na verdade, a quantidade de sal necessária para elevar o ponto de ebulição da água uns poucos graus tornaria a comida salgada demais. Se fizermos a água usada para cozinhar um macarrão tão salgada quanto a água do mar (adicionando cerca de 3 colheres de sopa cheias de sal por litro de água), o ponto de ebulição só iria subir 0,6 °C. Este aumento iria economizar muito pouco tempo ao se cozinhar o macarrão. Ao colocar o sal na água quando ela está quase fervendo, temos a impressão de que ela começa a ferver mais rapidamente. O que ocorre é que os grãos de sal estão funcionando como pontos em que as bolhas de vapor se formam mais facilmente. Estes pontos que facilitam a formação de bolhas são chamados de sítios de nucleação, pois servem de núcleos, ou centros, ao redor dos quais as bolhas se formam. 07 Formula 1 da evaporação Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Vamos trabalhar com os líquidos aos pares. Tente trabalhar em um lugar sem correntes de ar. Molhe uma das bolinhas de algodão com água e uma outra com álcool. Não coloque líquido demais, os pedaços de algodão não devem ficar pingando. Tome o cuidado de testar se a superfície que você pretende usar não será afetada pelos líquidos. A acetona pode retirar a tinta ou estragar o acabamento de alguns plásticos. Segurando uma das bolinhas de algodão em cada mão trace duas linhas verticais no quadro negro usando os pedaços de algodão para molhar a superfície. Observe o que ocorre com o passar do tempo. Repita agora com outros dois líquidos, comparando o que ocorre com cada um deles. Se você quiser observar bem de perto você pode usar hastes flexíveis de algodão e traçar o seu “autódromo” em uma superfície plana na horizontal. Discursão Qual dos líquidos secou primeiro? Coloque os líquidos em ordem crescente do tempo que levou para eles secarem. Como foi que a água secou à temperatura ambiente se sabemos que sua temperatura de ebulição é 100 QC? Explicação Os líquidos secaram através de um processo chamado evaporação. Este processo é bem diferente da ebulição que vimos anteriormente. A roupa que penduramos em um varal para secar não precisa chegar a.100 °C para que a água evapore. Quando aumentamos a temperatura de um material, aumentamos a velocidade média com que suas moléculas se movimentam. Mas para qualquer temperatura nós temos uma distribuição de velocidades e, portanto, de energias, entre as moléculas. Algumas moléculas na superfície de um líquido têm energia suficiente para escapar e entrar na fase gasosa. É isto que chamamos de evaporação. No caso da ebulição, quase todas as moléculas, em qualquer parte do líquido, possuem a energia necessária para passar para a fase gasosa. Líquidos diferentes terão temperaturas de ebulição diferentes e terão uma maior ou menor tendência para evaporar de acordo com esta temperatura. As temperaturas de ebulição seguem a seguinte ordem crescente: acetona (56,2 °C) < álcool etílico (78,5 °C) < água (100 °C) < glicerina (se decompõe antes de ferver, a 290 °C) e esta é a ordem na qual eles evaporam. Quando um líquido evapora facilmente, dizemos que ele é volátil. 04 A nuvem na garrafa Materiais Utilizados
ou
Procedimento Experimentais Coloque água no frasco até um quinto de sua altura. Corte um balão de borracha de modo que você consiga fechar completamente o frasco, mantendo o balão bem esticado. Use o elástico para prender o balão esticado sobre a boca do frasco. Deixe o frasco fechado e parado com a água por uns quinze minutos. Abra o frasco e acenda um palito de fósforo no seu interior, de modo que a fumaça produzida permaneça lá dentro. Agora feche imediatamente o frasco com o balão e prenda-o com o elástico. Force o balão para dentro do frasco com sua mão e segure esta posição por alguns segundos. Rapidamente solte o balão e observe o que acontece no interior do frasco. Aperte o balão novamente. O que ocorre? Uma outra maneira de produzirmos uma nuvem na garrafa é usarmos uma garrafa PET de 2 L e uma bomba dessas de encher bolas de futebol. Coloque um pouco de água na garrafa PET, cerca de meio copo. Encaixe o bico da bomba em uma rolha de modo que a ponta atravesse completamente a rolha. Tome cuidado para que o encaixe fique bem vedado. Encaixe o bico na bomba e a rolha na garrafa PET. Agora bombeie ar para dentro da garrafa segurando firmemente na junção entre a garrafa e a rolha para que ela não se solte. Bombeie até sentir que a garrafa está bem dura e que está ficando mais difícil continuar a bombear. Rapidamente solte a rolha da boca da garrafa e observe o seu interior. Discursão Para que acendemos o fósforo dentro do frasco? Você observa alguma coisa se não houver fumaça no frasco? Tente! De onde veio o vapor que se condensou? Por que ao apertarmos o balão a névoa desaparece? Explicação Para que nuvens se formem na natureza, são necessários vários elementos. Um deles é a umidade do ar, a quantidade de vapor d’água que ele contém. Nós obtivemos um ar úmido fechando o frasco com a água por algum tempo, pois um pouco da água evapora e passa para o ar, ficando retido no frasco. Quando apertamos o balão, estamos aumentando a pressão dentro do frasco. Isto causa um pequeno aumento na temperatura no interior do frasco. Quando retiramos a mão, que está pressionando o balão, diminuímos a pressão e a temperatura cai. Quando isto ocorre a água se condensa, formando uma névoa de gotículas de água. Quando apertamos novamente o balão, a pressão e a temperatura aumentam novamente e a nuvem desaparece completamente. Note que isto nada tem a ver com quanta água o ar consegue manter na fase gasosa, uma explicação errônea que às vezes é apresentada em relação ao fenômeno da formação de nuvens. O ar é uma mistura de gases e a água condensa ou evapora sem nenhuma interferência dos outros gases presentes no ar. Quanta água permanece na fase gasosa e quanta irá se condensar depende da temperatura e de outros fatores, mas nunca de um certo limite que o ar teria para o vapor d ‘água. A fumaça do fósforo foi colocada para que as gotículas de água pudessem ter algum lugar para começarem a se condensar. Após algum tempo estas partículas irão para o fundo do frasco. Estes pontos que facilitam a condensação da água são chamados de sítios de nucleação, pois eles agem como núcleos ou centros para as gotas. Na natureza as gotículas de água em uma nuvem se formam em torno de partículas de poeira. À medida que mais e mais vapor d’água se condensa ao redor destas partículas a gota cresce, até o ponto em que ela fica pesada o suficiente para cair: lá vem chuva! Quando usamos a bomba aumentamos muito mais a pressão dentro da garrafa do que no caso do balão sobre a boca do frasco. O resultado é uma queda mais brusca na temperatura no interior da garrafa e podemos perceber a formação da nuvem mesmo sem usarmos a fumaça do palito de fósforo. 09 Reciclando uma lata Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque água na tigela até aproximadamente três quartos de sua altura. Adicione um pouco de água na lata, suficiente para cobrir o seu fundo. Usando a garra, segure a lata e aqueça-a diretamente na chama, até a ebulição da água. Observe o que ocorre quando a água entra em ebulição. O que é aquela névoa saindo da boca da lata? Quando uma grande quantidade desta névoa estiver saindo pela boca da lata, inverta esta na tigela contendo água, de forma que a boca da lata fique submersa. Uôa! Aposto que você não esperava por isto… Discursão Qual é a temperatura que a água chegou ao ferver? O que foi que amassou a lata? O que foi que você viu saindo da boca da lata? O que aconteceria se usássemos uma lata de paredes grossas e rígidas? Explicação O vapor d’água é absolutamente invisível. Aquilo que observamos como uma névoa ou neblina saindo da boca da lata ou de uma chaleira são gotículas de água formadas pela condensação do vapor d’água no ar. As nuvens no céu, a névoa observada ao se sair de um chuveiro quente ou ao se respirar em um dia bem frio não são formadas por água no estado de vapor, e sim no estado líquido, na forma de pequenas gotas que podemos enxergar. No início a lata contém água e ar. Quando a ebulição começa, o vapor d’água preenche a lata, expulsando parte do ar. Quando a lata é colocada na tigela, ela se resfria rapidamente e o vapor no interior da lata se condensa. O volume ocupado no estado líquido (após a condensação) é muito menor do que o volume ocupado no estado gasoso. Esta drástica diminuição no volume deixa um grande espaço vazio na lata, ou seja, faz com que a pressão interna da lata diminua. Como a pressão externa fica muito maior que a interna, a pressão atmosférica comprime as paredes, esmagando a lata rapidamente. Quando colocamos uma lata de alumínio para reciclar podemos amassá-la para que ela ocupe menos espaço. Desta forma irão caber mais latas no ponto de coleta. Caso se usasse uma lata de paredes rígidas, a diferença de pressão não seria suficiente para amassar a lata. Neste caso, a água da tigela iria entrar na lata ocupando o espaço anteriormente ocupado pelo vapor. 10 O gelo é transparente? Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Ferva uma pequena quantidade de água (medindo com o tubo, use duas a três vezes o volume do tubo). Mantenha a água fervendo por cinco minutos, pelo menos. Transfira a água fervida ainda quente para o tubo, enchendo-o até o topo e imediatamente cubra-o com um pedaço de filme plástico transparente. Não deixe ficar nenhuma bolha de ar entre o filme plástico e a água. Deixe a água esfriar tampada, até voltar à temperatura ambiente. Encha um outro tubo de filme com água da torneira. Mantenha este tubo aberto. Coloque os dois tubos no congelador até o dia seguinte. Retire os tubos do congelador e observe. Espere um pouco até parte do gelo derreter e retire os dois cilindros de gelo dos tubos. Discursão Qual é a diferença mais visível entre os dois pedaços de gelo? Por que o gelo normalmente é mais esbranquiçado no centro do que nas extremidades? Se você colocar dois pratos, um com água a 95 °C e outro com água a 50 °C no congelador, qual deles congelará primeiro? Explicação O gelo formado com água da torneira não fervida apresenta várias bolhas e uma aparência esbranquiçada. Estas bolhas contêm ar, que fica dissolvido na água. Ao resfriarmos a água, este ar fica preso no gelo, separando-se, entretanto, em pequenas bolhas. Como a água congela de fora para dentro, lentamente, o ar dissolvido permanece na parte líquida, se separando do gelo que vai se formando ao seu redor. Dessa forma, quando toda a água se congela, o ar fica preso no centro do cilindro de gelo. Ao contrário, o gelo formado com a água fervida fica completamente transparente. O aquecimento elimina completamente o ar dissolvido na água. Ao colocarmos o filme plástico transparente evitamos que o ar presente na atmosfera volte a se dissolver na água enquanto ela esfria. Por mais incrível que possa parecer, um prato contendo água a uma temperatura maior irá congelar primeiro que o contendo água mais fria. A resposta está na evaporação. A água quente perde calor para o ambiente de dois modos, pelo contato com o ar e as paredes do congelador, que estão a uma temperatura menor, e pela evaporação. São as moléculas com maior energia que conseguem escapar do líquido e evaporar, deixando para trás as que possuem menor energia. Além disso o prato com água perde massa à medida que a água evapora, e aquele que perde mais massa, mais rapidamente, leva menos tempo para congelar. O fato da água esfriar quando parte dela evapora é o que explica por que a sopa esfria quando sopramos. Ao soprar nós facilitamos a evaporação pois retiramos o vapor d’água logo acima do líquido. 11 Qual derrete primeiro? Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque a mesma quantidade de água em dois copos plásticos de 250 mL. Adicione algumas gotas de corante a cada copo e coloque-os no congelador por algumas horas. Coloque a mesma quantidade de água nas duas tigelas. Em uma das tigelas vá adicionando, aos poucos, sal de cozinha, mexendo com uma colher, até que você não consiga mais dissolver completamente o sal. Ao terminar você terá preparado uma solução saturada de sal em água. Coloque simultaneamente um bloco de gelo colorido em cada uma das tigelas. Arrisque uma previsão: em qual das tigelas o gelo irá derreter primeiro? Deixe o sistema parado por alguns minutos. O que ocorreu com o líquido em cada tigela? Retire os dois blocos de gelo da água, e compare os seus tamanhos. Discursão Qual dos blocos de gelo ficou menor? Como é que o gelo derrete? Explicação À medida que os blocos de gelo com corante fundem, o corante se espalha pela água líquida. No caso da tigela contendo apenas água, a água fria proveniente da fusão do gelo é mais densa que a água à temperatura ambiente, indo para o fundo da tigela e empurrando a água do fundo da tigela para cima. Este movimento vertical da água com densidades diferentes devido a uma diferença de temperatura é chamado uma corrente de convecção. Desta forma o corante se espalha por toda a água na tigela e o gelo funde mais rapidamente, pois existe uma troca de calor mais eficiente. Já no caso da solução saturada de sal, a água proveniente da fusão do gelo é menos densa, formando uma camada no topo da solução salina. O resultado é que o bloco de gelo fica cercado por água muito fria e demora mais para fundir, já que a corrente de convecção não pode funcionar neste caso. Portanto água contendo muito sal (alta salinidade) ou com baixa temperatura tende a ir para o fundo, pois nestes dois casos a densidade é maior. A água contendo menos sal ou mais aquecida tende a ficar nas camadas superiores. É assim que a água se organiza nos mares e oceanos, em camadas que estão em constante movimento. As correntes marinhas são causadas pela ação do vento, da rotação do planeta e do sol, que aquece as camadas superiores da água, causando correntes de convecção. Estas correntes são responsáveis pela dispersão de nutrientes entre as diversas camadas. 12 Gelo e sal Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Quebre o gelo em pequenos pedaços. Você pode usar um liquidificador ou enrolar os cubos de gelo em um pano velho e bater com um objeto pesado. Coloque um copo cheio de gelo moído no saco plástico grande. Encha o mesmo copo com sal e adicione-o aos poucos no saco grande, misturando bem ao gelo moído. Continue misturando até que todo o gelo tenha derretido. Coloque um pouco de água (um copinho descartável para café cheio) no saco plástico pequeno, feche-o e coloque-o dentro do saco maior contendo a mistura de gelo e sal assim que ela tiver derretido. Aguarde alguns minutos e observe o interior do saco menor Discursão Quando colocamos sal no gelo estamos facilitando ou dificultando a sua fusão? Por que a água congelou no saco pequeno se tudo que havia ao seu redor era água com sal? Explicação Ao colocarmos sal no gelo estamos abaixando a sua temperatura de fusão. Isto quer dizer que em vez de fundir (derreter) quando a temperatura externa é maior do que O °C ele pode fundir a uma temperatura mais baixa, por exemplo a -5 °C. Em termos práticos isto quer dizer que o gelo com sal derrete muito mais facilmente que o gelo puro. E por que então a temperatura ao redor do gelo cai tanto? Para que o gelo derreta é preciso que ele receba calor de algum lugar. Se você deixar um cubo de gelo em cima de uma mesa ao ar, ele irá derreter pois o ar e a mesa irão transferir calor para o gelo, que está a uma temperatura muito mais baixa. Como conseqüência a temperatura da mesa e do ar irá cair. Se você colocasse este mesmo cubo ao ar na Sibéria ou no Alasca no inverno ele iria “se sentir” perfeitamente em casa e permanecer bem sólido, pois a temperatura do ar lá permanece bem abaixo de O °C. Ao misturarmos o sal no gelo ele derrete mais rapidamente e “rouba” calor do ambiente e a temperatura cai mais que no caso do gelo puro. O saco pequeno com água está cercado por água a uma temperatura abaixo de O °C e congela após um tempo. Por isso nos países frios se joga sal nas rodovias e calçadas para derreter a neve. O sal permite que a neve derreta mais facilmente em contato com o ar frio. 13 Preparando sorvete Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Misture em um copo quantidades iguais do suco de frutas e do leite condensado. Coloque esta mistura em um saco plástico pequeno (você pode encontrar sacos plásticos compridos usados para se preparar sorvete no congelador). No saco plástico grande coloque um ou dois copos de gelo moído e meio copo de sal de cozinha e feche o saco plástico bem, retirando o ar de seu interior. Coloque as luvas de borracha para proteger suas mãos do frio. Misture bem a mistura de sal e gelo, amassando com as mãos o saco plástico. Coloque o saco pequeno contendo os ingredientes dentro do saco maior. Ajuste o saco pequeno de forma que ele esteja completamente mergulhado no gelo. Retire o excesso de ar do interior e feche o saco plástico grande. Amasse o saco plástico, misturando bem os ingredientes dentro do saco pequeno. Quando o material dentro do saco pequeno estiver com a consistência de sorvete, retire e lave por fora o saco pequeno. Corte um dos cantos do saco contendo o sorvete e experimente a sua criação. Discursão Por que precisamos misturar bem os ingredientes do sorvete enquanto ele esfria? Explicação Ao misturarmos o gelo e o sal, nós novamente abaixamos a temperatura da mistura até que ela ficasse abaixo de O °C. Isso faz com que a água dos ingredientes do sorvete congele. O segredo para um bom sorvete é conseguir que os cristais de gelo formados sejam os menores possíveis. Devemos misturar os ingredientes durante o congelamento para obtermos um sorvete cremoso, com cristais de gelo bem pequenos. Ao se congelar, a água se separa dos outros materiais da mistura. Você já deve ter observado isso ao chupar um picolé e notar que todo o corante se dissolve e só resta o gelo incolor. 14 Criando neblina Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Arrume duas latas sem tampa, uma maior que a outra. Ao se colocar uma dentro da outra ainda deve sobrar algum espaço ao redor da lata menor. Prepare uma mistura de quantidades iguais de sal e gelo. Coloque a mistura na lata maior ao redor da lata menor. Complete todo o interior da lata maior com a mistura de gelo e sal. Agora assopre próximo da abertura da lata menor. O que você observa? Discursão Por que conseguimos observar uma névoa quando respiramos em um dia bem frio? Explicação Ao misturarmos o gelo e o sal, nós novamente abaixamos a temperatura da mistura até que ela ficasse abaixo de O °C. Isso faz com que o ar no interior da lata menor fique bem frio. Quando o ar contendo vapor d ‘água encontra o ar frio, o vapor se condensa em pequenas gotículas, formando uma nuvem. Caso o ar esteja frio o suficiente, poderíamos congelar as gotículas de água. Neste caso os pequenos cristais de gelo formam belíssimos flocos de neve. Uma das características mais interessantes dos cristais de neve é que todos eles têm formas diferentes. A probabilidade de se encontrarem dois cristais de neve exatamente iguais é muito, muito baixa, praticamente zero. Isto se deve à maneira como os cristais se formam em diferentes temperaturas e condições atmosféricas. 15 Cortando gelo Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Apóie um pedaço de madeira em duas latas. Coloque o cubo de gelo sobre a madeira. Amarre os dois pesos nas pontas de um fio de cobre bem fino e coloque o fio sobre o gelo, de modo que os pesos fiquem soltos no ar. Observe o que ocorre após um certo tempo. Explicação Quando colocamos o fio com os pesos sobre o gelo ele atravessa o bloco de gelo, mas este permanece em um só pedaço. Ao derreter o gelo o fio vai descendo, porém a água sobre ele congela novamente, um processo chamado de regelo. Este é o processo que permite às geleiras se moverem lentamente, uma vez que as camadas inferiores vão derretendo sob o peso das camadas superiores. Talvez você já tenha ouvido falar que quando se patina sobre o gelo é a pressão do patinador sobre o gelo que faz o gelo derreter, permitindo que o patim deslize sobre a sua superfície com muito pouco atrito. A pressão aí seria o peso do patinador dividido pela pequena área da lâmina do patim. Uma vez que o gelo é menos denso que a água, um aumento na pressão leva a uma diminuição no volume, derretendo o gelo. Embora esta seja a explicação mais simples sobre a patinação no gelo, ela não está totalmente correta. É verdade que um aumento de pressão leva a uma redução no ponto de fusão do gelo, mas este efeito é muito pequeno e é preciso uma pressão de 120 atmosferas para reduzir o ponto de fusão da água em apenas 1 °C. Uma vez que se patina no gelo mesmo quando a temperatura está muito abaixo de zero, deve haver uma outra explicação para este fenômeno. A explicação mais aceita pelos cientistas hoje é a de que a superfície do gelo é diferente do seu interior. No interior do cubo de gelo as moléculas de água estão rodeadas de outras moléculas de água com as quais podem interagir. Já as moléculas de água da superfície do gelo só podem interagir com as moléculas de água da camada abaixo, pois não existem moléculas de água acima delas para formar interações. O resultado é que as moléculas de água na superfície do gelo se parecem mais com água no estado líquido, estando mais “soltas” e são capazes de se tornarem líquidas a uma temperatura menor do que a temperatura de fusão do gelo. Esta camada desordenada, com características de líquido, tem apenas algumas moléculas de espessura a baixas temperaturas e vai se tornando mais espessa à medida que a temperatura aumenta. O fenômeno é conhecido como “fusão superficial”. 16 Gelo na bebida Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Prepare uma forma de gelo com água contendo várias gotas de corante alimentício, até se obter uma cor intensa. Prepare dois copos enchendo-os até a metade, um com água e outro com álcool etílico. O álcool etílico é inflamável. Ao manipulá-lo, certifique-se de que não existem chamas nas proximidades. Coloque um cubo de gelo em cada copo e observe. Adicione um pouco de água ao copo contendo o gelo em álcool. Continue adicionando a água aos pouquinhos até observar alguma mudança. Discursão Quando colocamos um cubo de gelo na água a maior parte dele está dentro ou fora da água? Explicação A água é um líquido muito interessante, possuindo diversas propriedades que fogem ao senso comum. Uma destas propriedades é o fato de no estado sólido ser menos densa do que no seu estado líquido. A densidade da água líquida é 1,00 g/cm3 e a do gelo, 0,92 g/cm3. Apesar disso, estamos tão acostumados a ver cubos de gelo flutuando em bebidas que raramente pensamos nisso. Pela diferença de densidade entre o gelo e a água podemos calcular que são necessários apenas 92% do volume do gelo para igualar a massa de água que ele desloca. Desta forma 92% do volume do gelo ficam abaixo da superfície da água e 8%, acima da superfície. No caso de um pequeno cubo isto não faz tanta diferença, mas no caso de um iceberg, uma enorme montanha de gelo, saber que aquilo que vemos é apenas uma pequena porcentagem do seu tamanho pode ser muito importante (como o capitão do Titanic percebeu, tarde demais…). Ao colocar o cubo de gelo no álcool etílico percebemos que ele afunda. Isto ocorre porque o álcool é menos denso que o gelo, possuindo uma densidade de cerca de 0,79 g/cm3. O que ocorre com a densidade do álcool ao adicionarmos água? Uma vez que estamos adicionando um componente mais denso que o álcool, a densidade da mistura irá aumentar. Quando a densidade da mistura atingir 0,92 g/cm3 o gelo irá possuir a mesma densidade do líquido e poderá ficar flutuando no meio do líquido. Um pequeno aumento na densidade do líquido ao se colocar mais água fará com que ele flutue na superfície da mistura. 17 Normal ou Dietético Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Encha a jarra ou aquário com água. Faça uma previsão: o que irá acontecer quando colocarmos a lata de refrigerante normal na água? Irá afundar ou flutuar? E a lata de refrigerante dietético? Coloque a lata de refrigerante normal na água e observe o que ocorre. Em seguida, coloque a lata de refrigerante dietético no aquário e veja o que acontece. Você acertou suas previsões? Coloque a lata de refrigerante normal na água novamente, porém desta vez coloque-a lentamente, na posição vertical com a tampa para cima. O que você nota? Com a lata debaixo d’água, coloque um pouco de ar na parte curva embaixo da lata usando a seringa. O que ocorre agora ao se soltar a lata? Discursão Podemos descobrir se algo flutua apenas olhando para seu tamanho ou volume? O que será que uma lata contém e a outra não, que as faz se comportarem de maneira diferente? Explicação As latas de refrigerante apresentam um comportamento diferente quando colocadas na água. A lata de refrigerante normal afunda e a lata de refrigerante dietético flutua. As latas são idênticas, apresentando o mesmo volume. Como vimos anteriormente, objetos só irão flutuar se tiverem uma densidade menor que a da água. Podemos dizer que as latas têm densidades diferentes, uma maior e a outra menor que a da água. As latas devem ter então massas diferentes, com a lata de refrigerante normal tendo uma massa maior. O responsável pela maior massa na solução do refrigerante normal é o açúcar dissolvido. Nos refrigerantes dietéticos o açúcar é substituído por alguns miligramas de adoçante sintético (geralmente o aspartame, conforme indicado nos rótulos da lata). A massa de açúcar dissolvida no refrigerante normal pode ser estimada pela diferença das massas nas duas latas, uma vez que todos os outros componentes são praticamente os mesmos. Mesmo no caso do refrigerante dietético o valor da densidade do líquido é maior que o da água no aquário. Entretanto, a lata de refrigerante dietético flutua devido ao gás carbônico (dissolvido e presente acima do líquido na lata), que possui uma densidade muito menor que a da água. Quando colocamos uma bolha de ar na parte inferior da lata de refrigerante normal, ela flutua. Como a densidade do ar é muito menor que a da água, a densidade média do conjunto “ar mais lata” se torna menor que a densidade da água, e a lata flutua. É a presença de ar que explica a flutuação de imensos navios de aço. Embora eles pesem muitas toneladas, seu volume está quase que totalmente preenchido por ar, diminuindo a densidade do navio. 18 Sobe-e-desce Químico Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque água no copo até cerca de 2/3 do seu volume. Coloque uma uva-passa (ou um pedaço de macarrão cru ou uma bolinha de naftalina) na água e observe. Caso você use uma bolinha de naftalina, evite tocar a bolinha com as mãos. Adicione o comprimido antiácido e observe o que ocorre com o material que você colocou na água. Observe bem e tente descobrir como os pequenos objetos se movimentam. Você pode tentar repetir a experiência usando um refrigerante ou água com gás. Discursão Será que a uva-passa irá parar? E se ela parar, onde ela vai ficar, no fundo ou no topo do copo? Explicação A uva-passa, o pedaço de macarrão ou a bolinha de naftalina afundam no copo contendo água pois têm uma densidade maior que a da água. Ao adicionarmos o comprimido efervescente notamos a produção de um gás. O gás liberado pelo comprimido é o gás carbônico. Se você observou bem de perto a experiência, deve ter notado que pequenas bolhas deste gás ficam presas na superfície rugosa da uva-passa (ou dos outros materiais). Mas por que a uva-passa sobe e desce? A densidade do gás carbônico é muito menor que a da água. As bolhas de gás que se prendem à uva-passa fazem com que a densidade média do conjunto uva-passa + bolhas de gás fique menor que a da água. Ao chegar ao topo do copo as bolhas se desprendem da uva-passa que volta a ficar mais densa que a água e afunda. O processo se repete por um bom tempo, enquanto houver bolhas de gás que levem a uva-passa até o topo. No fim, a uva-passa retorna ao fundo do copo, pois o gás tende a se soltar da sua superfície. 19 1+1 e sempre 2? Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Faça uma marca próxima ao topo de um copo com a caneta de retro projetor. Encha o copo com água até a marca. Transfira cuidadosamente toda a água para o frasco ou garrafa, usando o funil. Marque no frasco o nível da água com uma linha horizontal. Coloque mais um copo de água no frasco e marque novamente o nível da água. Esvazie o frasco completamente. Agora coloque um copo de água seguido por um copo de álcool, sempre tomando cuidado para que as medidas sejam o mais parecidas possível com as anteriores. O álcool etílico é inflamável. Ao manipulá-lo, certifique-se de que não existem chamas nas proximidades. Tampe bem o frasco e inverta-o várias vezes para misturar os dois líquidos. O que aparece no interior do frasco? Repare agora se o nível do líquido da garrafa continua na marca de dois copos. Discursão De onde vêm as bolhas que aparecem quando misturamos a água e o álcool? Por que o líquido “encolheu”? Explicação A água e o álcool apresentam densidades diferentes. Uma mistura de água e álcool terá sempre uma densidade intermediária entre a da água e a do álcool (entre 0,8 e 1,0 g/cm3). Se temos uma mistura com volumes iguais de álcool e água nós podíamos esperar uma densidade igual a 0,9 g/cm3. Afinal, se temos 1 copo de álcool (que pesa 200 g) e 1 copo de água (que pesa 250 g) teríamos 450 g em 500 cm3, e portanto a densidade seria 0,9 g/cm3. Mas quando fazemos a medida verificamos que a densidade fica em torno de 0,94 g/cm3. Se a densidade da mistura fosse igual à média das densidades dos líquidos, os volumes seriam aditivos e teríamos dois copos da mistura. A densidade final é maior que a média das densidades. Como a massa não pode ter aumentado do nada, então o volume diminuiu, como nós observamos. As moléculas de água e álcool se rearranjaram e, na média, a distância entre elas diminuiu, daí a contração no volume. As bolhas que aparecem ao misturarmos a água e o álcool contêm ar no seu interior. Este é o ar que estava dissolvido na água e no álcool. A solubilidade do ar na mistura é menor do que nos líquidos separados. 20 Redemoinhos de água (vórtices): explorando os redemoinhos das pias Material Duas garrafas PET (Poli Tereftalato De Etileno) de 2 L com tampa1 caixinha plástica de filme fotográfico(encontrada aos montes nas lojas que revelam fotos; converse com o gerente de uma loja e peça algumas caixas) e canudinhos de refrigerantes. Passo a passo Faça um furo no centro das duas tampas, de 1,5 cm a 1,8 cm de diâmetro. Pique uns dois ou três canudinhos, coloque os pedaços dentro de uma das garrafas e encha-a de água. Rosqueie bem as tampas nas duas garrafas. Serre o fundo da caixa de filme e encaixe-a até a metade na tampa da garrafa com água. Encaixe a tampa da garrafa vazia na caixa de filme, até que as duas tampas se encostem. Inverta a posição das garrafas. Este experimento permite visualizar a ocupação do espaço por gases. Ao se criar o redemoinho a vazão da garrafa superior para a inferior aumenta, pois o ar pode agora passar de uma garrafa para a outra, cedendo espaço para a água. 21 Desviando filetes d’água: explorando o caráter polar das moléculas de água Material Balão de festas e filete d’água (torneira). Passo a passo Esfregue o balão nos cabelos (secos). Aproxime o balão do filete. As moléculas da água, devido ao seu caráter polar, serão atraídas pelo balão eletrizado. Além do balão podese usar uma régua esfregada em uma flanela, ou ainda um canudinho de refresco atritado. 22 Um passo além: o princípio das fibras ópticas – controle da luz com eletricidade Material Lanterna, embalagem de papelão, de leite ou suco, pedaço de canudinho (2cm), adesivo instantâneo universal(por exemplo, cola Superbonder® ou Araldite® super-rápida®). Passo a passo Faça um furo na caixa, a uns 2 cm do fundo, com um diâmetro um pouco menor que o do canudinho. Introduza 0,5 cm de canudinho no furo e use cola para vedação. Faça uma abertura na parte de cima da caixa, o suficiente para encaixar a lanterna. Tampe o canudinho com o dedo e encha a caixa com água. Em um ambiente escuro, encaixe a lanterna acesa na abertura superior da caixa e tire o dedo do canudinho. Deixe o filete de água bater na palma de sua mão. Você está demonstrando o princípio de uma fibra ótica (mangueira de luz), usada cada vez mais em telefonia, substituindo os fios de cobre. Repita a experiência misturando umas gotas de leite na água e veja o que acontece com a intensidade da luz (espalhamento Rayleigh de luz, produzido por partículas de dimensões bem menores que o comprimento de onda da luz incidente – no caso da atmosfera terrestre, as moléculas que a compõem são muito menores do que o comprimento de onda da luz do Sol na faixa do visível). No espalhamento Rayleigh, a intensidade da luz espalhada varia com o inverso da quarta potência do comprimento de onda da luz incidente (a luz espalhada tem o mesmo comprimento de onda e a mesma freqüência da luz incidente). A origem do céu azul pode ser atribuída ao espalhamento Rayleigh, que é mais intenso para comprimentos de onda menores, e à sensibilidade do olho humano, maior para o azul do que para o violeta, cujo comprimento de onda é ainda menor que o do azul. Esfregando o balão de festas nos cabelos secos (veja experimento anterior) você pode atrair o filete d’água com a luz confinada nele por reflexão total (o princípio da fibra óptica). 23 A melhor maneira de se conservar um alimento A eficiência de diferentes modos de conservação de alimentos é comparada nessa experiência. Materiais: – 5 copos de água plásticos – Amido de milho – Leite – Açúcar – Vinagre – Óleo de cozinha – Filme plástico Procedimentos: Primeiramente, deve-se preparar o mingau. Para isso deve-se colocar sob o fogo uma colher de sopa de açúcar, três colheres de sopa de amido de milho e um copo de leite. Feito o mingau, deve-se dividir a quantidade de mingau em 5 copos plásticos. Um dos copos, será o controle, ou seja, ela ficará em temperatura ambiente. Os outros 4 copos serão submetidos a diferentes condições: fechado com o filme plástico, com uma fina camada de óleo de cozinha, com uma fina camada de vinagre, e guardado na geladeira. Os três primeiros copos (filme plástico, óleo e vinagre), serão deixados em temperatura ambiente. Identifique os copos para não trocar as amostras. Os resultados devem ser observados aproximadamente uma semana após o início dos experimentos. O resultado esperado é que ocorra a proliferação de fungos em todos os copos, com exceção do que foi guardado na geladeira. Explicação: A temperatura alta, usada no cozimento do mingau, matou os microorganismos. Já o calor que ultrapassa os 30 graus Celsius deixa o ambiente propício para a proliferação de micróbios, que se depositam no mingau deixado ao ar livre. A temperatura mais fria da geladeira inibe o crescimento dos microrganismos. Controle Vinagre Filme plástico Óleo Geladeira 24 A ciência na massa de pão O processo metabólico envolvido no crescimento da massa de pão, a fermentação, é investigado nessa experiência. Materiais: – Farinha de trigo – Leite – Açúcar – Cuba de plástico – Colher – Lápis -Tablete de fermento biológico Procedimentos: Os procedimentos são simples e a experiência pode ser realizada rapidamente, durante o período de uma única aula. Para isso, deve-se seguir as etapas listadas a seguir. Colocar aproximadamente 100ml de farinha no copo rotulado “FARINHA”. Colocar 100ml de leite no copo rotulado “LEITE”. Observação: o leite não pode estar gelado, pois a baixa temperatura pode matar o fermento. Na cuba de plástico limpa e seca, esfarelar manualmente 1 tablete de fermento biológico. Acrescentar 1 colher de sopa rasa de açúcar. Com a colher, amassar e misturar o fermento com o açúcar até a produção de uma massa bem líquida, parecendo uma calda. Acrescentar os 100ml de leite e mexer suavemente com a colher. Acrescentar aos poucos a farinha e mexer de forma suave e contínua. Quando tiver acabado toda farinha, marcar com o lápis na cuba, o nível da massa. Deixar a massa repousar por 15 minutos. Após esse período, observar o que ocorreu com a massa. O resultado esperado é que a massa cresça e torne-se macia. Explicação: A fermentação é um processo metabólico responsável pela produção de inúmeros produtos que consumimos diariamente. Entre os mais conhecidos, podemos citar o pão, o iogurte, a cerveja, o vinho, o vinagre, o álcool e vários outros. Para que a fermentação biológica ocorra é indispensável a presença de um “fermento”, que pode ser bactéria, um mofo ou uma levedura. Para o pão, utilizamos o conhecido “fermento biológico”, o fungo unicelular Saccharomyces cerevisiae. Durante a fermentação, os fungos consomem açúcar e liberam álcool e gás carbônico. Esse gás é responsável pelo crescimento da massa. 25 OVO PELADO Materiais Utilizados 1 vidro com tampa 1 ovo cru 1 garrafa de vinagre branco 1. Coloque o ovo dentro do vidro, com cuidado para não trincar a casca. 2. Adicione o vinagre, devagar, até cobrir todo o ovo. 3. Tampe o vidro e observe que aparecem várias bolhas na superfície do ovo! Parece até que está efervescendo. 4. Depois de 2 horas, troque o vinagre do frasco. Para isso, retire o ovo com cuidado usando uma colher de sopa. Não tem problema de segurar o ovo com seu dedo quando for jogar o vinagre fora, mas lave a mão depois disso. Retorne o ovo ao frasco e coloque um novo vinagre, cobrindo o ovo. Aguarde alguns dias e você terá um ovo sem a casca, ou seja, um “ovo pelado”. Se colocar o frasco contra a luz, você poderá ver a gema que está dentro desse ovo. Explicação O que você viu acontecendo foi uma reação química em que houve liberação de um gás (as bolhas que saiam da casca). O vinagre contém ácido acético em sua composição e esse ácido reage com um composto chamado carbonato de cálcio que é responsável pela formação da casca do ovo. As bolhas que se formam durante a reação é do gás carbônico (ou dióxido de carbono) que, em química, é representado por CO2. Teste a Osmose com o Ovo Pelado Materiais utilizados Dois ovos pelados (prepare-os como descrito na experiência desse link). Vasilhas onde que seja possível colocar 1 ovo e algum líquido (pode ser uma caneca) Xarope de milho (pode ser encontrado como glicose de milho*) Água 1 colher de sopa Procedimento 1. Coloque um dos ovos pelados dentro de uma caneca e adicione glicose de milho suficiente para cobrir o ovo. Coloque o outro ovo em outra caneca e adicione água, cobrindo o ovo. Coloque os dois ovos na geladeira por 24 horas. 2. Depois de 24 horas, observe os dois ovos. O que aconteceu? Explicação O ovo que estava imerso na água está inchado e firme. O outro que estava no xarope de milho está murcho e flácido. Depois que você dissolveu sua casca, o ovo está envolvido por uma membrana. (Na verdade, existem duas membranas, mas elas estão bem juntinhas). Essa membrana tem uma permeabilidade seletiva – ou seja, ela permite que algumas moléculas passem através dela, mas bloqueia a passagem de outras moléculas. A água passa facilmente através dessa membrana do ovo. Moléculas maiores, como as moléculas de açúcar do xarope de milho, não passam através dessa membrana. Quando você coloca um “ovo pelado” no xarope de milho, você está criando uma situação em que a membrana do ovo está separando duas soluções com concentrações diferentes de água. A clara do ovo tem cerca de 90% de água na sua composição; o xarope de milho tem apenas 25% de água. Nessa situação, o movimento da água através da membrana faz com que as moléculas de água movam do lado onde ela está mais abundante para o outro onde ela está escassa (ou seja, onde tem menor quantidade de água). Dessa forma, a água migra de dentro para fora do ovo, deixando-o murcho e flácido. 26 O ovo que afunda e o ovo que flutua! Materiais utilizados 2 ovos crus 2 copos transparentes água sal Procedimento 1. Marque cada um dos copos, usando uma caneta para retroprojetor ou um pedaço de fita crepe, como já ensinamos nas nossas dicas de como fazer experiências. 2. Encha os dois copos com a mesma quantidade de água. Coloque uma quantidade de água suficiente para cobrir bem um ovo. Em um dos copos, adicione 2 colheres de sal e mecha bem até dissolver. 3. Coloque um ovo dentro de cada um dos copos. O que aconteceu? Explicação O ovo tem uma densidade maior que a água sem sal e afunda. Quando você adicionou sal à água, a densidade da água mudou. A água com sal é mais densa que a água sem sal! Densidade é uma relação entre massa e volume. Se usamos o mesmo volume de água nos dois copos e, depois de dissolver bem o sal em um deles o volume não variou, no copo que tem sal, temos mais massa (água + sal) que no copo sem sal (só água). Ou seja, a água com sal tem mais massa que a mesma quantidade de água sem sal e, por isso, é mais densa. 27 Leveduras: Sal ou Açúcar? Materiais utilizados 1 pacote de fermento biológico seco 1 copo Água Sal Açúcar Procedimento 1. Dissolva o pacote de fermento biológico em 1 copo de água. É melhor dissolver, primeiro, com pouca água e depois completar, mexendo bem. Se formar grumos, não se preocupe que mexendo bem eles se dissolvem. 2. Marque 3 saquinhos de plástico com caneta de retroprojetor ou usando fita crepe: “nada”, “açúcar”, “sal”. 3. Coloque a mesma quantidade de solução de fermento biológico em cada saquinho. Nós usamos 10 colheres de solução num saquinho comprido e fino que usam para fazer sorvete de suco de frutas em casa. 4. Adicione 1 colher de açúcar no saquinho marcado “açúcar” e 1 colher de sal no saquinho marcado “sal”. Mexa bem com seus dedos para dissolver bem o açúcar e o sal no fermento. 5. Amarre os saquinhos na mesma altura e observe. Deixe-os num balcão ou numa mesa e anote o que está acontecendo a cada 10 minutos. O que você está percebendo nas soluções de fermento? Anote se mudam de cor, se mudam de aparência ou se nada acontece. Explicação O fermento biológico é, na verdade, um fungo unicelular (um ser vivo de uma única célula), conhecido como LEVEDURA. A levedura que usamos aqui é da espécie Saccharomyces cerevisiae. Ela é usada há anos pela humanidade na produção de pão e cerveja. Enquanto ela consome o açúcar (seu alimento), ela “cresce”, ou seja, se multiplica formando outras células iguais. Ao mesmo tempo, ela libera o gás carbônico (CO2) e o etanol, um álcool. Esse processo é chamado de fermentação. Na antiguidade, o vinho era produzido pelas leveduras que ocorriam naturalmente no ambiente e que fermentavam o suco de uva. No pão, o CO2 é o responsável pelo crescimento da massa. 28 Leveduras: Quente ou Frio? Materiais utilizados 1 pacote de fermento biológico seco 1 copo Água Açúcar 2 ou 3 saquinhos de plástico Procedimento 1. Dissolva o pacote de fermento biológico em 1 copo de água. É melhor dissolver, primeiro, com pouca água e depois completar, mexendo bem. Se formar grumos, não se preocupe que mexendo bem eles se dissolvem. 2. Marque 2 saquinhos de plástico com caneta de retroprojetor ou usando fita crepe: “ambiente” e “geladeira”. 3. Coloque a mesma quantidade de solução de fermento biológico em cada saquinho. Nós usamos 10 colheres de solução num saquinho comprido e fino que usam para fazer sorvete de suco de frutas em casa. 4. Adicione 1 colher de açúcar em cada saquinho. Mexa bem com seus dedos para dissolver bem o açúcar na solução de fermento. 5. Amarre os saquinhos na mesma altura, deixe um deles num balcão ou numa mesa e o outro, leve à geladeira. Anote o que está acontecendo a cada 10 minutos. O que você está percebendo nas soluções de fermento? Anote se mudam de cor, se mudam de aparência ou se nada acontece. Explicação Aqui estamos mostrando que a temperatura afeta a velocidade de crescimento da levedura. Você pode tentar deixar o saquinho que estava na geladeira por mais algumas horas e ver o que acontece. Nesse caso, é melhor colocar o seu saquinho de experiência dentro de outro maior ou dentro de uma tigela porque, assim, se você esquecer de olhar sua experiência, ela pode causar uma sujeira danada! Imagina se isso arrebenta na geladeira e suja tudo? O cheiro, também, não vai ser nada bom. 29 Água Salgada Congela? Materiais utilizados Duas vasilhas pequenas e iguais – pode ser o fundo de uma garrafa cortada Água 1 colher de sopa de sal congelador 1. Coloque a mesma quantidade de água nas duas vasilhas. Você pode usar duas garrafas de água, de meio litro, cortadas a cerca de de 7 centímetros do fundo. Antes de colocar a água, não se esqueça de marcar cada uma das vasilhas. 2. Adicione 2 colher de sobremesa de sal em uma das vasilhas. mexendo bem para dissolver o sal. 3. Coloque no congelador e espere algum tempo. Se você não encher muito as vasilhas, o processo será mais rápido. Depois de mais ou menos meia hora, olhe como estão as duas amostras. As duas congelaram? Anote como está a aparência de cada uma dessas soluções. Jogue um pouco de sal na vasilha de água sem sal e veja o que acontece. Coloque um pouco de água num saquinho de plástico e mergulhe dentro da vasilha com água e sal. Aguarde alguns minutos e veja o que aconteceu. Explicação Você pode esperar até o dia seguinte e ver se a água com sal congelou. Você vai ver que não congela! Pelo menos, não no congelador de sua casa. Quando a água congela, ela forma uma estrutura bem organizada de um cristal, chamada de estrutura cristalina. O sal dissolvido na água não se encaixa bem nesse cristal, dificultando sua formação. Para a água com sal congelar, a temperatura precisa ser bem menor que a temperatura de fusão da água pura que é de zero graus Celsius (0 oC). Isso foi descoberto por Farenheit que fez uma escala de temperatura considerando a mais baixa a que encontrou num banho de água, gelo e sal. Ele viu que a temperatura necessária para congelar essa mistura era de -32 oC, bem menor que da água pura. Esse efeito do sal em diminuir a temperatura de congelamento da água é usado nos países onde costuma nevar. As pessoas jogam o sal nas ruas e calçadas para derreter o gelo e evitar acidentes. Quando você colocou o saquinho com água dentro do seu copinho com água e sal gelados, a água de dentro do saquinho congelou. Isso porque a água com sal está bem mais fria que a água pura. Se você conseguir gelo picado, pode tentar fazer essa experiência com um pouco de gelo puro e um pouco com sal. Só vai conseguir congelar a água do saquinho na mistura de gelo e água em que a temperatura está abaixo de zero graus Celsius. 30 O QUE DESCONGELA MELHOR – O AR OU A ÁGUA? Materiais utilizados alguns cubos de gelo 2 copos ou pequenas vasilhas (pode ser uma garrafa cortada) Água Relógio Procedimento: 1. Coloque água em um dos copos ou vasilhas. 2. Ao mesmo tempo, coloque um cubo de gelo em cada copo e marque a hora. Procure usar cubos de gelo do mesmo tamanho ou de tamanhos parecidos. 3. Marque o tempo que leva para que o cubo de gelo descongele totalmente. O que aconteceu? Onde foi mais rápido? Explicação É mais fácil descongelar “algo” na água do que “algo” exposto ao ar porque: a). A água tem calor específico maior que o ar, ou seja, por unidade de volume a água é capaz de trocar mais calor com o ” algo”. De um modo mais simples, a água pode absorver ou perder mais calor que o ar. b) a água também é mais densa, ou seja, tem mais molécula por unidade de volume que o ar. Como o calor é armazenado como energia vibracional das moléculas, quanto mais moléculas mais calor pode ser absorvido ou perdido pela água. 31 Modelo de Iceberg Materiais utilizados 1 copo descartável de plástico Metade de uma garrafa de plástico Água Corante de alimento (opcional) Congelador Procedimento Coloque um copo descartável de plástico com água até pouco mais que a metade no congelador e aguarde até que se forme o gelo. Isso pode levar algumas horas, depende de quanta água usar. Se quiser, pode colorir seu gelo colocando 2-3 gotas de corante de alimento na água, antes de levá-la ao congelador. Depois que se formou um bloco de gelo, coloque água na garrafa de plástico e teste seu iceberg. Para tirá-lo do copo, é simples: basta apertar o fundo que ele se solta do copo. Coloque seu mini-iceberg na água e observe bem, pela lateral da garrafa cortada, quanto dele está dentro da água e quanto está fora. Por que será que ele não afunda? Por que você acha que seu iceberg ficou com essa parte submersa? Explicação Você viu que a maior parte de seu mini-iceberg está dentro da água? Só uma pequena parte fica exposta acima do nível da água. O mesmo acontece com os icebergs de verdade: o que se vê acima do nível do mar é apenas uma pequena parte de um imenso bloco de gelo que está flutuando no mar. é a relação entre massa e volume. Como a água expande ao congelar mas sua massa é a mesma que antes de congelar, podemos concluir que o gelo tem menor densidade que a água líquida. Na verdade, se você fizer algumas contas, pode ver o quanto do iceberg está submerso. A densidade de um material pode ser dada em “gramas por centímetros cúbicos” (ou g/cm3), ou seja, uma unidade de massa (gramas) dividida por uma unidade de volume (centímetros cúbicos). No caso da água pura e do gelo, temos: Água: 1 g/cm3 Gelo: 0,9 g/cm3 O gelo “bóia” na água, não afunda, mas como suas densidades são parecidas, o gelo não fica acima da superfície da água. No mar, tudo vai ser bem parecido. A densidade da água do mar é maior que a densidade da água pura: Água do mar: 1,025 g/cm3 Se fizermos uma continha simples, dividindo a densidade do gelo pela densidade da água do mar, podemos chegar numa relação de 7/8. Ou seja, se o iceberg fosse dividido em 8 partes iguais, 7 partes estão submersas e 1 parte está do lado de fora. Para entender isso, fiz o modelinho de um iceberg que está mostrado abaixo. Ele não apresenta a forma de um iceberg real, mas mostra o quanto estaria para dentro e para fora da água se tivesse essa forma cilíndrica. 32 Onde está o amido? Materiais utilizados – água – tintura de iodo (comprada em farmácia) – copos descartáveis de café, pratinhos ou fundos de garrafas plásticas – conta-gotas – alimentos diversos: batata crua, arroz cru, arroz cozido, pedaço de pão, pedaços de frutas e de legumes, farinha de trigo, leite, sal, açúcar e amido de milho. Procedimento 1. Coloque um pedaço de cada alimento em um pratinho (ou fundo de garrafa de refrigerante ou copinho de café). 2. Dilua um pouco da tintura de iodo: em um copinho de café com água, coloque 5 gotas de tintura de iodo. Se você não tiver desse copinho, use um copo pequeno comum, complete até a metade com água e coloque cerca de 10 gotas de tintura de iodo. 3. Pingue algumas gotas da tintura de iodo diluída em cada alimento. Se não tiver conta-gotas, derrame com cuidado um pouco da sua solução sobre os alimentos. Observe a coloração dessa solução nos diferentes alimentos. Explicação O amido é uma molécula complexa formada pela ligação de várias moléculas de glicose, A glicose é um açúcar (ou carboidrato) simples e facilmente consumido pelas células, tanto animais como vegetais. O amido é muito complexo e não consegue entrar em uma célula. Ele serve como uma “substância de reserva” em muitas plantas. Ou seja, o amido serve como fonte de glicose para as plantas e para os animais que consumirem essas plantas. Não devemos encontrar o amido em alimentos de fontes animais como o leite, por exemplo. A reação que observamos aqui é da formação de um complexo de iodo e amido. O iodo se liga no amido, através de uma reação química, dando origem a um composto de coloração azul. Se a solução de iodo não for diluída, o azul é tão intenso que parece arroxeado. 33 Rompendo a Tensão superficial da Agua Materiais utilizados 1 prato fundo com água um pouco de talco OU corante de alimento OU pedacinhos de papel… detergente de cozinha palitos de dente Procedimento 1. Coloque um pouco de água em um prato fundo e espere até que fique bem parada no prato. 2. Jogue um pouco de talco na superfície da água e observe. Você pode ver que o talco não afunda na água. 3. Molhe a ponta de um palito de dente com detergente de cozinha. 4. Com cuidado, encoste a ponta do palito com detergente no centro do prato onde está o talco e observe com bastante cuidado. O que aconteceu com o talco? 5. Faça a mesma experiência usando corante de alimento. O corante deve ser colocado com bastante cuidado na superfície da água. Agora, você vai colocar o detergente na lateral do prato e não no meio! Coloque uma gota de detergente na lateral do prato e deixe escorrer até a água. É bem legal ver o que acontece com o corante quando o detergente encontra a água! Explicação Quando você colocou o talco na água, ele não afundou, certo? Isso acontece porque as moléculas de água sofrem uma grande atração entre elas. No interior do líquido, todas as moléculas de água sofrem essas forças de atração em todas as direções. Mas, as moléculas de água que estão na superfície sofrem a atração apenas das moléculas na horizontal e das outras que estão abaixo, no líquido, já que em cima tem apenas ar. Como o número de moléculas se atraindo é menor, existe uma compensação e uma força maior de atração acontece na superfície que acaba formando quase uma “pele” de água. Essa “pele” é chamada de TENSÃO SUPERFICIAL DA ÁGUA. As partículas de talco se mantém na superfície porque a tensão superficial impede que elas afundem. O detergente consegue ROMPER a tensão superficial e o talco pode, então, afundar na água! Nossos pulmões têm uma substância parecida com o detergente que tem a propriedade de ser “tensoativa” – são os surfactantes pulmonares! Eles rompem a tensão superficial entre o líquido dos alvéolos pulmonares e o ar dos pulmões facilitando a inspiração. O corpo humano só produz os surfactantes nos estágios finais da gestação. As crianças prematuras (que nasceram antes de completar os 9 meses de gestação) não conseguem respirar direito e precisam ser tratadas surfactantes artificiais até que passem a produzir o seu. A tensão superficial também é importante para os insetos aquáticos. Eles podem caminhar na superfície da água! Também é a tensão superficial que permite a formação de bolhas. As ondas em lagos e mares são importante para manter a oxigenação da água. A tensão superficial é essencial para a formação de ondas. Essas ondas são formadas quando o vento sopra na superfície da água. A tensão superficial é, também, responsável pelo efeito de capilaridade que ocorre no sistema circulatório de plantas. Com isso, a água pode ir da raiz até as folhas através desses capilares. 34 Batata Chorona Materiais utilizados Duas batatas inglesas cruas Uma faca sem ponta (ou uma faca de plástico) Uma colher de café Sal Açúcar 5 pratos descartáveis Guardanapos de papel (ou Papel toalha) Caneta de retroprojeção ou fita crepe Procedimentos 1. Corte as batatas ao meio. 2. Faça um buraco, utilizando a colher, no centro de 3 metades de batata. 3. Seque bem as metades de batata com papel toalha ou guardanapo. 4. Marque 3 pratos, escrevendo com caneta de retroprojeção ou usando a fita crepe: “açúcar”, “sal” e “controle”. Os outros 2 pratos serão marcados com “açúcar” e “sal”. Os pratos devem estar limpos e secos antes de começar a experiência. 5. Coloque uma metade de batata em cada um dos pratos descartáveis, com o buraco voltado para cima. Se por acaso você não conseguir colocar as metades em pé, você pode fazer um corte plano no lado oposto ao buraco da batata para que ela fique equilibrada no prato. PEÇA AJUDA DE UM ADULTO! 6. Adicione uma medida de açúcar no buraco da batata marcada “açúcar” e uma medida de sal no buraco da batata marcada “sal”. Na batata marcada “controle”, não coloque nada. 7. Nos outros pratos sem batata, coloque uma medida de açúcar e uma de sal, 8. Aguarde alguns minutos observando para ver o que vai acontecer. Atenção!!! Tome muito cuidado ao usar a faca para cortar as batatas ou dê preferência ao uso de faca de plástico. Depois de alguns minutos você vai notar que tanto o açúcar quanto o sal que estão nas batatas ficaram molhados. Sem batata, nem o sal e nem o açúcar ficam molhados! O que será que aconteceu? De onde veio essa água? As batatas mudaram de cor? Mudaram de consistência? E a metade “controle”, o que aconteceu com ela? Tem água em volta das batatas, nos pratinhos, ou apenas no buraco? Explicação O que você acabou de observar é um fenômeno chamado de osmose e acontece todo o tempo em diferentes organismos. A osmose acontece quando moléculas de água atravessam as membranas celulares de um lado menos concentrado em soluto (neste caso os solutos usados foram o sal e o açúcar) para o lado mais concentrado. Note também que a consistência das batatas que passaram pelo fenômeno de osmose mudou, agora ela estão mais “mole”. A osmose aconteceu no sentido de tentar diluir o soluto adicionado. Porque não acontece a osmose no sentido inverso? Porque o sal e o açúcar não penetraram nas batatas? A batata inglesa utilizada nesta experiência não é um fruto mas, sim, um tipo de caule subterrâneo (tubérculo). Seu nome científico é Solanum tuberosum e ela pertence à família botânica Solanaceae. A batata, como todo ser vivo, é formada por um tecido que, por sua vez, é constituído de várias células que estão bem próximas umas das outras. Sabemos, também, que 70 a 80% dos organismos são constituídos de água. Nesta experiência, a água contida no interior das células da batata atravessa as membranas celulares por osmose: a água atravessa do lado menos concentrado em soluto (o interior da célula) para o lado mais concentrado em soluto (onde está o sal ou o açúcar). Note que a consistência da batata mudou, agora ela está mais “mole”. Compare com a batata controle! A batata controle está bem mais firme. Isto ocorre porque as células da batata perderam água e ficaram “murchas” este fenômeno se chama Plasmólise. Note também que as células da batata não absorveram os solutos! Podemos dizer que as membranas dessas células não são permeáveis a estas moléculas mas são permeáveis a água. Ou seja, nem o sal e nem o açúcar, nossos solutos, não conseguem passar através das membranas das células da batata. Esta propriedade da membrana conhecida como Permeabilidade Seletiva. 35 Transformar Leite Em Cola Materiais utlizados 1/4 de copo de água morna (ou use um forno de microondas como sugerido em “O que fazer”) 2 colheres (sopa) de leite em pó desnatado 1 colher (sopa) de vinagre 1/2 colher (sopa) de bicarbonato de sódio 1 coador de papel (para café) 1 copo ou xícara que possa ir ao microondas 1 funil feito de parte de uma garrafa descartável (veja desenho abaixo) Procedimentos 1. Peça ajuda de um adulto. 2. Dissolva o LEITE EM PÓ na água. 3. Adicione as duas colheres de VINAGRE e mexa bem. 4. Leve ao forno de MICROONDAS e aqueça por 10 SEGUNDOS. Tire do forno e mexa bem! Você vai ver que aparecem duas fases no copo – uma fase com um líquido amarelado e outra com uma massa branca. Caso não tenham formado as duas fase, aqueça por mais 10 SEGUNDOS – Cuidado: não são minutos, são segundos! Não aqueça demais para poder manipular sem se queimar. 5. Coe em um filtro de papel, usando uma garrafa reciclável de plástico cortada, como mostra a figura ao lado. Use a parte da boca da garrafa invertida para fazer um suporte para o filtro de papel e a parte de baixo, para recolher o líquido após coar a mistura. 6. Lave a massa que está no coador com um pouco de água. 7. RESERVE APENAS A MASSA QUE FICOU NO COADOR. O LÍQUIDO PODE SER JOGADO FORA. Passe uma água no copo que continha o leite e coloque essa massa branca dentro do copo. Se a massa ficou muito dura, coloque um pouquinho de água. 8. Junte o bicarbonato de sódio e misture bem. Pode ser que apareçam algumas bolinhas mas se continuar misturando, elas desaparecem. Essas bolhas indicam que ainda tinha um pouco de vinagre na massinha branca, que reage com o bicarbonato. Pronto! Sua cola já pode ser usada para colar papéis ou até madeiras. Tente colar algumas coisas e teste sua cola feita em casa. Explicação A caseína é a principal proteína do leite. É bastante solúvel em água por se apresentar na forma de um “sal de cálcio”. Mas, sua solubilidade é afetada pela adição de ácidos (vinagre) que altera sua estrutura e faz com que essa proteína precipite. Por isso, ela se separa da fase líquida do leite quando você adiciona o vinagre. Essa fase líquida é chamada de “soro”. Quando se adiciona o bicarbonato de sódio, forma-se um “sal de sódio” que tem propriedades adesivas, Além disso, como reage com ácidos, o bicarbonato elimina resíduos de vinagre da cola. A cola de caseína tem um grande poder de adesão e, como você viu, pode ser preparada com facilidade. 36 Extraino DNA do Morango Materiais utilizados 3 ou 4 Morangos Saco plástico tipo zip Copo de vidro alto e transparente (copo de requeijão) Filtro de papel Coador (use um funil feito de garrafa PET) Detergente incolor Sal Álcool gelado Palito de madeira (para churrasco) Água morna Procedimentos 1. Coloque os morangos, sem os cabinhos e as folhas, dentro do saco plástico e feche. Por fora, amasse-os bem. 2. Adicione uma colher rasa de de detergente, uma pitada de sal e um pouco de água morna. 3. Amasse um pouco mais os morangos para misturar tudo muito bem. 4. Coe essa mistura para dentro de um copo alto. 5. Pegue uma quantidade de álcool que seja mais ou menos igual ao volume de suco que está dentro do copo. Adicione o álcool aos poucos, deixando escorrer pela lateral do copo para formar uma camada acima da mistura com fruta. 6. Aguarde um pouco e veja o DNA se formando na parte que separa as duas camadas (ou fases). Com o palito, você pode “pescar” o DNA. Depois, misture tudo usando o palito e veja o DNA se formando. Explicação O DNA é um composto biológico muito importante. Tão importante que, até hoje, muitos cientistas permanecem encantados com o fato dele conter toda a informação necessária para controlar as funções que estão acontecendo no corpo de todo e qualquer ser-vivo. O DNA está presente nas células de todos os seres vivos, incluindo plantas, fungos e bactérias. Com exceção das bactérias, onde o DNA fica solto dentro da célula, em muitos outros seres vivos ele fica acomodado dentro de um compartimento existente, chamado de núcleo. O DNA forma os genes que, por sua vez, vão formar os cromossomos. É através dos genes, que o DNA vai determinar as características que serão passadas dos pais para os filhos como, por exemplo: a cor dos olhos nos seres humanos ou a textura de uma folha nas plantas. Em 1953, os cientistas James Watson e Francis Crick descobriram, com a ajuda de uma outra pesquisadora, Rosalind Franklin, como era a estrutura do DNA. Eles deduziram que o DNA era formado por duas longas fitas paralelas torcidas em forma de hélice e presas uma à outra por ligações chamadas de pontes de hidrogênio. Assim como os grandes pesquisadores fazem em seus experimentos, você vai descobrir que em algumas das etapas do experimento feito por você, os reagentes utilizados têm funções muito importantes. Por exemplo, o detergente vai ajudar a romper as células que formam o morango para que o DNA possa sair e ficar livre na solução. Quando nós colocamos o sal e depois o álcool, nós ajudamos as moléculas de DNA a ficarem mais próximas umas das outras. Quando as moléculas de DNA ficam bem próximas, nós começamos a observá-las como se fosse uma nuvenzinha branca boiando na solução. 37 Explosão de Cores Materiais uitlizados 1 prato fundo um pouco de leite corantes de alimento (pelo menos duas cores diferentes) 1 palito de dente detergente de cozinha Procedimento 1.Coloque um pouco de leite num prato fundo e deixe descansando alguns minutos para que o leite esteja sem se mover no prato. 2. Pingue algumas gotas de corantes de alimentos de cores diferentes. Em nossa experiência, colocamos uma gota de corante amarelo, um de corantes vermelho, uma de azul e uma de corante rosa. NÃO MISTURE OS CORANTES! 3. Pegue um palito de dente e molhe a pontinha com um pouco de detergente para louças. Não é necessário colocar muito detergente, só coloque um pouco na ponta do palito. Retire o excesso (se ficar como uma gota). 4. Rapidamente, coloque o palito no meio de alguma mancha de tinta. Aqui, nós fizemos assim: primeiro o palito foi colocado no meio da mancha amarela – e… PUFF!… o amarelo explodiu! Depois, colocamos o mesmo palito na mancha azul e ela explodiu!!! Com o mesmo palito, na mancha rosa… PUFF… de novo, explodiu!!!! 5. Você pode, agora, “passear” com o palito através das cores! Elas se misturam de uma forma divertida, formando manchas coloridas que se misturam em ondas. Fica bem legal! Explicação 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 palito de dente com um pouquinho de detergente dentro das manchas, elas pareciam explodir! Isso que vimos aqui foi 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! E depois se misturam formando padrões de cores incríveis quando você movimenta o palito… Nota: se você tentar misturar os corantes movimentando um palito sem detergente, também será possível ver padrões interessantes, mas não serão tão bem misturados como da forma que fizemos aqui. 38 O Passeio das Moléculas Materiais utilizados: 2 copos iguais água gelada água à temperatura ambiente ou morna corante de alimento Procedimentos 1.Coloque água à temperatura ambiente (ou morna) em um copo transparente. Coloque a mesma quantidade de água gelada em outro copo igual. Deixe-os lado a lado em uma superfície plana e firme (mesa, balcão ou o piso) até que a água pare de se mexer. 2. Pingue, com cuidado, uma gota de corante de alimento em cada copo. É importante que o tubo de corante não esteja muito distante da superfície da água para não causar movimentos bruscos quando a gota cair. Não mexa os copos ou a mesa onde se encontram! 3. Observe como o corante se espalha em cada copo. 4. O que podemos notar, na foto abaixo, é que depois de 40 minutos em temperatura ambiente, o corante se espalhou totalmente no copo à direita mas ainda não se espalhou bem no copo à esquerda, que tinha água gelada no início. E esse copo nem ficou na geladeira! Explicação Você percebeu que, mesmo sem mexer na água, o corante se espalhou por todo o copo. Esse movimento das partículas de corante na água é conhecido por “Movimento Brauniano” por ter sido descrito pelo botânico escocês Robert Brown em 1827. Ele observou, em seu microscópio, que grãos de pólen estavam continuamente se movimentando na água, mesmo se a lâmina de microscópio não estivesse sendo movida. Primeiro, ele pensou que o pólen se movia por estar “vivo” mas depois, ele percebeu o mesmo movimento com partículas inanimadas (pó, por exemplo). O “Movimento Brauniano” é o movimento constante e errático de pequenas partículas quando são colocadas em um líquido ou um gás. Quando se coloca o corante na água, percebemos que ele se espalhou, mesmo sem ter sido agitado, quando a água parecia estar “imóvel”. Enquanto observamos o corante, parece que está dançando dentro do copo, enquanto se mistura. Como o movimento das moléculas é mais rápido na água quente do que na água fria, o corante se dispersa mais facilmente na água à temperatura ambiente que na água gelada. 39 Gelatina Amolecida Materiais utilizados Pó para gelatina de qualquer sabor Pó para gelatina sem sabor 2 fatias de abacaxi maduro outra fruta que tiver em casa (maçã, banana…); só não use mamão ou kiwi 6 potes de plástico um pouco de paciência para a gelatina ficar pronta! Procedimento 1. Prepare as gelatinas de acordo com as instruções dos pacotes. Se não souber fazer direito, peça para algum adulto ajudar. Coloque o líquido em um recipiente quadrado ou retangular, de fundo chato pois será mais fácil cortar pedaços iguais. Se não tiver um recipiente assim, não importa, use outro recipiente que tiver, pode ser fundo de garrafa PET, por exemplo. 2. Peça para alguém descascar o abacaxi e fatiá-lo. Depois, pegue uma fatia e corte em pedaços não muito pequenos. Faça o mesmo com outra fruta. Cuidado! não misture as outras frutas que usar com os pedaços de abacaxi!!! 3. Separe a gelatina derretida em 3 pratos ou potes para cada sabor. Em um dos potes, coloque pedaços de abacaxi e em outro, pedaços de outra fruta. Deixe um dos potes sem fruta. Faça isso tanto para a gelatina sem sabor quanto para a gelatina com sabor que escolher. Leve todos os potes para a geladeira e aguarde cerca de 30 minutos. Retire os potes da geladeira e observe o que aconteceu: A gelatina sem sabor que usamos era vermelha. À esquerda, você pode ver como ficou a gelatina que tinha abacaxi – mesmo tendo ido à geladeira, não amoleceu. À direita, vemos o pote com a gelatina sem abacaxi e podemos ver que ela está endurecida, como o esperado! Explicação Você notou que a gelatina que tinha um pedaço de abacaxi em cima, não endureceu. Agelatina preprada sem fruta, amoleceu depois que você colocou um pedaço de abacaxi. Não foi na mesma hora mas cerca de 30 minutos depois (dependendo do tamanho do pedaço de gelatina), ela estava totalmente amolecida. Nada disso aconteceu com a gelatina que não tinha abacaxi. A gelatina, ou colágeno, é encontrada em tendões, ossos e até nos vasos sanguíneos. A gelatina é uma proteína, ou seja, suas moléculas de cadeias longas são formadas por aminoácidos conectados entre si. É importante para manter a estrutura de vários tecidos. Na nossa experiência, a gelatina amoleceu porque o abacaxi contém uma outra proteína mas que tem função diferente – ela consegue destruir outras proteínas. Veja abaixo como são as proteínas! O abacaxi é rico em bromelina, uma enzima capaz de quebrar a ligação que une os aminoácidos da gelatina fazendo com que ela perca a capacidade de formar esse gel estável que você conhece e que muita gente adora comer! Os aminoácidos são como os tijolos de uma parede. São unidos (ligados) um a um, até que ganhe sua forma e estabilidade. Se você quebra uma parede, pode separar os tijolos um do outro. O mesmo acontece nas proteínas, que usam seus blocos construtores até formar uma molécula grande que tem várias funções importantes em nosso organismo. Mas se você quebra a proteína, você fica com seus blocos separados, os aminoácidos! O interessante é que seu corpo consegue usar esses blocos para formar novas proteínas. A bromelina é usada na indústria alimentar para amaciar carne e na produção de cerveja e de vinho. É também usada para coalhar o leite na indústria de queijo. Nossa experiência foi feita com dois tipos de gelatina: sem sabor e com sabor. Sabe por que? Porque a gelatina sem sabor tem apenas essa proteína. A gelatina com sabor tem outros componentes, como os açúcares, por exemplo, que estão ausentes no pó para gelatina sem sabor. E como no abacaxi existem outras proteínas, você poderia ficar na dúvida se o efeito foi mesmo na gelatina ou em outro componente. Então, fizemos com as duas, para mostrar que o efeito é o mesmo, ou seja, o que dá a consistência na gelatina com sabor é a gelatina. Você pode usar mamão nesta experiência. Ou você usa os pedaços de mamão ou a casca, com a parte da polpa voltada para a gelatina. Observe o que aconteceu. O mamão tem outra enzima, chamada papaína, que também consegue hidrolisar (quebrar) as proteínas. Outra variação desta experiência é assim: Prepare a gelatina de acordo com as instruções do pacote. Leve à geladeira e espere endurecer. Corte pedaços da gelatina que já está pronta e coloque em pratinhos de plástico. Você vai precisar de 3 pedaços. Coloque um pedaço de abacaxi sobre um pedaço de gelatina. Em outro pote, coloque maçã ou a banana. Em outro pote, deixe um pedaço de gelatina sem fruta. Você já viu uma proteína? Aposto que não. São muito pequenas para serem vistas a olho nu. Afinal, nem conseguimos enxergar uma célula, que contém muitas proteínas! Existem 20 aminoácidos naturais e as proteínas são formadas por uma sequência específica de aminoácidos, e essa sequência podem ter ou não os 20 aminoácidos e muitos aminoácidos podem se repetir: Essa sequência pode formar uma estrutura toda enrolada, como se fosse um novelo de lã. Essa estrutura pode ser estudada por técnicas avançadas como a difração de Raios-X. A estrutura da bromelina ainda não foi determinada mas a da papaina, já foi. 40 A Batata Espumante Materiais utilizados 2 fatias de batata inglesa água filtrada água oxigenada pratinhos de plástico Procedimentos 1. Corte a batata em fatias e coloque em pratinhos de plástico. 2. Com cuidado, espalhe água filtrada na superfície de uma das rodelas de batata e observe. Aconteceu alguma coisa? 3. Agora, coloq um pouco da água oxigenada escorrer pela sua pele. Se não tiver qualquer ferida, nada vai acontecer. 4. Espalhe, com bastante cuidado, água oxigenada sobre a outra fatia de batata e observe. Rapidamente, se formará uma espuma! Explicação Você viu que nada acontece quando coloca a água oxigenada sobre a sua pele, não é mesmo? Mas é provável que você já tenha usado água oxigenada em um ferimento. Nesse dia, deve ter notado que a água oxigenada começou a espumar na sua ferida, da mesma forma que aconteceu com a batata. O que faz a água oxigenada espumar, tanto no ferimento quanto na batata, é a presença de uma proteína chamada catalase. Essa proteína é uma enzima pois acelera as reações química (reações que levariam dias para acontecer, ocorrem em alguns minutos ou segundos). A batata é rica em catalase e, portanto, é fácil de observar essa reação. No caso do ferimento, a catalase é proveniente das células vermelhas do seu sangue. Muitas outras células de seu corpo contêm essa enzima que serve de proteção para o seu organismo. Isso porque a água oxigenada é, na verdade, um peróxido de hidrogênio (H2O2), muito parecido com a água (H2O). O peróxido de hidrogênio é formado em nossas células mas é bastante tóxico para o nosso organismo. Ele contribui para as reações que estão associadas ao envelhecimento dos animais, inclusive o nosso. Mas quando a catalase atua, formam-se dois compostos bastante inofensivos para nosso organismo: a água e o oxigênio. 41 Vulcão de Levedura Materiais utilizados copos de plástico fermento biológico em pó água oxigenada um pouco de detergente corante de alimento (opcional) Procedimento 1. Primeiro, escolha o local onde irá fazer esta experiência. Dentro da pia da cozinha pode ser uma boa idéia! Ou então, coloque o copo sobre um prato fundo. Assim, fica mais fácil de limpar no final. 2. Dissolva o fermento biológico em um copo de água. Coloque um pouco dessa mistura (mais ou menos um dedo) em dois copos de plástico. 3. Pingue algumas gotas de detergente nos dois copos com a mistura de leveduras. 4. Coloque o copo com a mistura de fermento dentro de uma pia ou em uma superfície fácil de limpar. 5. Despeje um pouco de água oxigenada dentro do copo contendo um pouco da solução de fermento e veja o resultado. É MUITO RÁPIDO!!!! Parece um vulcão. Se você fizer dentro de uma pia, coloque mais água oxigenada que volta a espumar: 6. Se quiser, misture um pouco de corante de alimento para fazer uma espuma colorida. Explicação Nesta experiência, estamos vendo a ação da mesma enzima que atua na batata (veja a experiência “A Batata Espumante“). O que faz a água oxigenada espumar quando colocada na mistura de levedura é a presença de uma proteína chamada catalase. Essa proteína é uma enzima pois acelera as reações química (reações que levariam dias para acontecer, ocorrem em alguns minutos ou segundos). A levedura é rica em catalase e, portanto, é fácil de observar essa reação. Quando você usa a água oxigenada sobre um ferimento, vemos o mesmo efeito de “espumar”. Muita gente acredita que isso acontece porque o ferimento tem microrganismos mas, essa não é a realidade. Se você colocar a água oxigenada sobre sua pele sem ferimentos, nada acontece – e ela não está livre desses microrganismos, não é? No caso do ferimento, a catalase é proveniente das células vermelhas do seu sangue. Muitas outras células de seu corpo contêm essa enzima que serve de proteção para o seu organismo. Isso porque a água oxigenada é, na verdade, um peróxido de hidrogênio (H2O2), muito parecido com a água (H2O). O peróxido de hidrogênio é formado em nossas células mas é bastante tóxico para o nosso organismo. Ele contribui para as reações que estão associadas ao envelhecimento dos animais, inclusive o nosso. Mas quando a catalase atua, formam-se dois compostos bastante inofensivos para nosso organismo: a água e o oxigênio. 42 A mumia Materiais utilizados 1 Ovo Pelado (1 ovo cru e vinagre; veja a Experiência 1) 1 quilo de sal de cozinha 1 vasilha de vidro ou plástico onde caiba o ovo com folga se tiver, uma balança para pesar o ovo Procedimento 1. Para fazer o ovo pelado, você só precisa deixar 1 ovo cru mergulhado em vinagre durante 2 dias. Troque o vinagre no segundo dia, para acelerar o processo. Você pode manipular esse ovo pelado, mas não aperte com força! Veja mais detalhes na Experiência do “Ovo Pelado“. 2. Caso tenha uma balança, pese o ovo assim que tirar do vinagre. 3. Coloque uma certa quantidade de sal no fundo da vasilha; cerca de 2 dedos está bom. 4. Coloque o ovo pelado sobre o sal e, com a ajuda de uma colher, cubra totalmente o ovo com mais sal. Nesta fase, você vai usar metade do pacote de sal. 5. Observe o que aconteceu depois de 1 ou 2 dias. Você vai notar que o sal que está bem próximo ao ovo ficou úmido. Essa umidade é uma conseqüência da saída da água e um pouco de vinagre de dentro do ovo. É por isso que o ovo parece menor, pois já não está tão cheio de líquido. PROCURE DEIXAR A VASILHA EM LOCAL AREJADO PARA QUE O VINAGRE QUE ESTÁ SAINDO DO OVO POSSA EVAPORAR. 6. Depois de 1 ou 2 dias, troque o sal se estiver muito úmido. Não reutilize esse sal na cozinha depois de usá-lo na experiência. Se quiser economizar um pouco, o melhor a fazer é tirar o ovo com cuidado, tirar o sal que estava mais próximo ao ovo e colocar o ovo em contato com sal mais seco. 7. Aguarde cerca de 2 semanas ou um pouco mais, dependendo da temperatura do ambiente onde deixou o ovo, e você vai encontrar um ovo bastante seco, enrugado, e bem menor que o ovo que tirou do vinagre. Se tiver uma balança, pese novamente o ovo. Explicação Você vai perceber que o ovo que secou dentro do sal está meio duro, todo enrugado e bem menor que antes. Mas mesmo tendo ficado fora da geladeira por 2 semanas, não está com cheiro ruim, de ovo podre!!!! As mudanças que você observou são uma conseqüência da desidratação – a remoção da água – que o ovo sofreu pela ação do sal. Isso acontece porque o sal absorve a água, ao mesmo tempo que não consegue entrar dentro do ovo. Como tem muito sal em volta do ovo e a saída de água é lenta, não forma uma solução do lado de fora. Se o ovo cru, fora da casca, fosse deixado ao ar livre, em duas semanas (na verdade, bem antes!) o cheiro de podre ia estar muito forte. Isso ia acontecer porque a umidade permite que bactérias e fungos que só conseguem sobreviver num meio com água. Nossas células têm de 60 a 70% de água. O mesmo acontece com o ovo pelado, pois ele pode absorver água do meio quando perde a casca. O ovo pelado que tínhamos no início pesava 89 gramas. Após 2 semanas desidratando no sal, pesou 33 gramas. Isso corresponde a 37% do peso inicial. Ou seja, após duas semanas, perdeu 63% de água. 43 Lente de aumento Materiais utilizados Uma vasilha de boca larga Filme plástico para alimentos Um pouco de água Algo que queira ver “aumentado” Procedimento 1. Coloque algum objeto dentro da vasilha limpa e seca. 2. Cubra a boca da vasilha com um pedaço de filme plástico e prenda-o levemente nas bordas da vasilha. Coloque sua mão fechada no centro do filme e aperte devagar, afundando o filme, sem romper. Prenda-o bem na beirada da vasilha. 3. Observe bem o objeto dentro da vasilha, após colocar o filme plástico 4. Coloque um pouco de água na superfície do filme e observe novamente o objeto. Você vai notar que o objeto dentro da vasilha parece ter aumentado. Sua lente de aumento está pronta! Explicação formamos uma lente plano convexa, ou seja, uma das superfícies da lente é plana e a outra, é convexa: A superfície curva desvia os raios de luz que passam por ela como se fosse uma lente de aumento. Com isso, vemos uma imagem aumentada do objeto que está do outro lado. 44 Transborda ou não transborda? Eis A questão Materiais utilizados
Procedimento 1. Coloque água no copo, quase até a borda. Com cuidado e com a ajuda de uma garrafinha de plástico, derrame mais água no copo até que você perceba que o nível da água está maior que a borda do copo – veja a foto ao lado. 2. Pingue detergente de cozinha na ponta de um palito de dente e espete o palito na superfície da água. A água transborda rapidamente pela lateral do copo e a superfície da água fica no nível da borda do copo. Veja a água derramada no papel toalha debaixo do copo. 3. Você pode repetir a experiência enchendo o copo com água e colocando vários clipes de papel, um de cada vez, até a superfície da água subir acima da borda do copo. Explicação A molécula de água é constituída por dois átomos de hidrogênio (representado por H) e um átomo de oxigênio (representado por O), com fórmula H2O. Na molécula, forma-se um ângulo entre as ligações H-O-H, e ela tem uma estrutura como essa representada ao lado. Do lado do oxigênio, ela fica um pouco negativa e do lado dos hidrogênio, um pouco positiva. Os opostos se atraem, então as moléculas de água se atraem com interações entre os hidrogênios e os oxigênios. A figura ao lado, feita por Omololu Akin-Ojo and David Barczak da Universidade de Delaware nos Estados Unidos, mostra uma simulação feita em computador usando as leis da física quântica. 45 O cravo Colorido Materiais utilizados
Procedimento 1. Coloque um pouco de água em um copo com bastante corante de alimento. Não é necessário contar as gotas, apenas veja se o corante está bem forte. 2. Corte as hastes de alguns cravos brancos, deixando-as com cerca de 10 centímetros e mergulhe os cravos no copo de água com corante. É melhor cortar as hastes, assim o processo não é demorado. 3. Espere algum tempo… e veja que as cores começam a aparecer na beirada das pétalas brancas.O tempo de espera depende muito da temperatura do dia. Em dias quentes, será bem mais rápido que em dias frios. Os cravos ao lado já começaram a ficar azuis em cerca de 20 minutos. 4. Espere mais algum tempo e os cravos ficarão azuis! Na foto ao lado, tiramos um dos cravos azuis e colocamos outro branco no lugar, para você visualizar melhor a mudança de cor. Explicação A flor ficou colorida porque a água foi levada por pequenos capilares desde a ponta do caule que estava em contato com a água até as pétalas das flores. Esse fenômeno é conhecido por CAPILARIDADE. A capilaridade é a capacidade de um líquido ser conduzido por tubos muito finos. Quando você coloca um tubo bem fino na água, ela sobe pelas paredes do tubo até uma certa altura. A altura da coluna de água no tubo de vidro depende do diâmetro do tubo. Quanto mais fino o tubo, maior a altura da coluna de água que se forma – veja a figura ao lado. 46 A Maçã Escurecida Materiais utilizados
Procedimento Corte a maçã em 4 pedaços e coloque em pires ou pratos rasos devidamente marcados com a condição, para não se confundir depois: LIMÃO, VINAGRE, BICARBONATO ou SEM ADIÇÃO. Prepare uma tabela, para cada condição, para anotar seus dados. Anote a aparência da parte interna da maçã que agora está exposta, já que foi cortada. O tempo de experiência será “zero” ou “inicial” assim que você cortar a maçã e dividir os pratos. Veja se elas apresentam alguma mancha e se a aparência dos quatro pedaços é semelhante. Na coluna temperatura, não é necessário que seja exata, caso não tenha um termômetro, mas anote se o dia está quente ou frio.
Anote a aparência dos pedaços de maçã assim que fizer as adições – alguma coisa mudou? Provavelmente nada mudou. Aguarde algum tempo e dê uma olhada nos pedaços de maçã – se notou alguma modificação, anote em sua tabela. Após algum tempo, você vai notar um escurecimento na superfície de alguns pedaços de maçã. Veja como ficaram nossas amostras após tempos diferentes de exposição da maçã ao ar. No dia que a experiência foi feita, a temperatura estava 27 °C. Em dias mais quentes, o escurecimento será mais rápido e em dias mais frios, será mais lento. Explicação Você já deve ter visto que, quando cortamos uma fruta, como banana, pêra ou maçã, logo começam a escurecer. Nas saladas de frutas, é comum colocarmos suco de laranja exatamente para evitar esse escurecimento das frutas. Esse escurecimento acontece porque a polpa da fruta está em contato com o ar. O oxigênio do ar (O2) reage com compostos presentes na fruta chamados de POLIFENÓIS, que são incolores. Quando reagem com o O2 do ar, formam dois compostos também incolores (benzoquinona e água) mas que reagem entre si formando melanina, um pigmento marrom escuro. Quanto mais melanina forma na superfície da fruta, mais intensa é a cor que se observa. A reação dos polifenóis com o O2 do ar é catalisada por uma enzima, a POLIFENOLOXIDASE. Nós já vimos que as enzimas são proteínas que aceleram as reações químicas. Para recordar, veja as explicações na experiência Gelatina Amolecida, desta página. Na experiência da maçã, a reação catalisada pela POLIFENOLOXIDASE é rápida e forma um composto incolor (BENZOQUINONA) e água, que reagem entre si lentamente formando a melanina. Essa última reação á mais lenta e não é catalisada por uma enzima. Os polifenóis são poderosos antioxidantes! Todos os organismos que usam oxigênio para converter alimento em energia, correm o risco de formar RADICAIS LIVRES que são bastante danosos às células. Nosso organismo tem antioxidantes, mas sua produção diminui com a idade. Por isso, precisamos buscar os antioxidantes na alimentação. As PLANTAS produzem uma grande variedade de antioxidantes, alguns deles, pigmentos como as antocianinas que vimos na experiência do repolho roxo. MAS, ATENÇÃO, NEM TODOS OS ANTIOXIDANTES SÃO PIGMENTOS E NEM TODOS OS PIGMENTOS SÃO ANTIOXIDANTES. 47 O tubo em U misterioso Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Prepare uma solução contendo uma certa quantidade de um corante (por exemplo, azul de metilenol em água, de forma a obter uma cor intensa. Prepare em outro recipiente uma solução contendo a mesma quantidade de corante em álcool, de forma que esta apresente a mesma intensidade de cor que a solução aquosa. Coloque a água colorida no tubo em U. Você pode preparar um tubo em U usando uma mangueira transparente flexível e prendendo as pontas na posição com um barbante ou arame. Note que a altura dos líquidos nos dois lados do tubo é igual. Adicione em um dos braços do tubo a mesma quantidade de álcool colorido, tomando muito cuidado para não agitar o conteúdo do tubo. O que você observa? Você pode refazer a experiência preparando um segundo tubo da mesma forma, porém adicionando um corante azul à água e um corante vermelho ao álcool. Coloque a água colorida de azul no tubo em U e acrescente o álcool colorido de vermelho, cuidadosamente, ern um dos lados do tubo. Agora fica bem mais fácil entender o que está acontecendo. Mostre a seus amigos o primeiro tubo e veja se eles adivinham o que está acontecendo. Depois mostre o segundo tubo com cores diferentes e explique o mistério do tubo em U. Explicação Ao adicionar o álcool, você deve ter notado que os níveis dos dois lados do tubo em U ficaram diferentes. Isto é devido às diferentes densidades da água (d = l ,0 g/ml) e do etanol (d = 0,79 g/mL). É muito difícil perceber a separação entre os dois líquidos, pois estes se encontram coloridos com a mesma intensidade. Quando usamos corantes diferentes percebemos que os líquidos não se misturam imediatamente. Na verdade, se você deixar o tubo parado, irá levar vários dias para que o álcool e a água se misturem completamente. A altura de utn líquido em um tubo em U aberto ã pressão atmosférica deve ser igual em ambos os lados. Neste caso, temos dois líquidos de densidades diferentes. O tubo em U funciona como uma balança, onde a massa do líquido no lado esquerdo é igual à massa do líquido no lado direito. Se nós traçarmos uma linha passando pelas duas colunas verticais do tubo em U, poderemos enxergar melhor isto (veja a figura). As massas do álcool e da água que estão sobre a linha são iguais. Já os volumes são diferentes, pois temos cilindros de mesma base e alturas diferentes. Note que a interface entre os dois líquidos não está no centro do tubo em U. Gotas Flutuantes Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Pegue um frasco transparente que seja bem estreito e comprido. Um frasco plástico de xampu pode servir bem para isso. Coloque água até a metade do frasco. Cuidadosamente, como no experimento anterior, coloque o álcool sobre a água, evitando ao máximo que eles se misturem. Usando um conta-gotas ou uma colher de chá, deixe cair algumas gotas de óleo vegetal no frasco. O que acontece? Coloque no mesmo frasco urnas gotas de azeite de oliva, que apresenta uma coloração diferente do óleo vegetal. Explicação Ao colocarmos o álcool cuidadosamente sobre a água evitamos que eles se misturem. Como ambos são incolores fica muito difícil dizer onde está a separação entre a camada de álcool e a de água. Ao adicionarmos o óleo de cozinha ou o azeite observamos que ele irá se posicionar exatamente na fronteira entre estas duas camadas, formando gotas perfeitamente esféricas. Isto ocorre porque a densidade do óleo é menor que a da água, porém maior que a do álcool. As gotas formadas são esféricas pois devido à tensão superficial do óleo esta forma geométrica é aquela na qual temos a menor área superficial em relação ao volume. Ou seja, as gotas de óleo mantêm o menor número possível de moléculas de óleo expostas à água. Um ponto deve ser esclarecido, entretanto, sobre a interação entre o óleo e a água. Normalmente se usa o termo hidrofóbico para se denominarem substâncias que, como o óleo, são imiscíveis com a água. Isto pode dar a impressão aos mais incautos de que as moléculas de óleo e de água se repelem umas às outras, o que é completamente falso l Na verdade uma molécula de água atrai uma molécula de óleo muito mais fortemente do que duas moléculas de óleo se atraem. Para perceber melhor isto, pense em uma gota de óleo caindo em um copo com água. Não fique aí só pensando, faça o experimento! Enquanto ela está caindo através do ar a gota é esférica, pois as moléculas de óleo se atraem e novamente o óleo minimiza o número de moléculas que não estão rodeadas por outras moléculas de óleo. Ao tocar na superfície da água, no entanto, o óleo se espalha. Você acha que o óleo faria isso se ele repelisse a água de alguma forma? O óleo se espalha e maximiza suas interações com a água. E por que então o óleo não se dissolve de uma vez na água? Para que isto aconteça o óleo teria de ficar entre moléculas vizinhas de água. As moléculas de água têm interações muito maís fortes entre elas do que com moléculas de óleo. Desta forma o óleo não consegue se dissolver na água. Às vezes se chega até a atribuir emoções às moléculas de água e óleo, como por exemplo: “a água não gosta do óleo” ou “a água prefere ficar com a água”. Muito embora o mundo seria um lugar super interessante se a água, o óleo ou qualquer outra substância tivessem preferências; até onde nós sabemos, isto não é o que acontece. Como estamos vendo, não existe necessidade de dar vida às moléculas para explicar o que ocorre, ou para tornar o nosso mundo um lugar fascinante. 49 À lâmpada de lava Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Prepare a “lava” colocando o óleo vegetal na garrafa até cerca de um quinto de sua altura. Adicione o álcool etílico sobre o óleo vegetal. Vá adicionando água ao álcool etílico aos poucos, misturando bem estes dois líquidos. Quando você notar que o óleo está prestes a subir, pare de adicionar água. Você pode perceber que o ponto foi alcançado olhando a curvatura da interface entre o álcool e o óleo. Quando houver uma grande curvatura na interface (voltada para baixo) você alcançou o ponto ideal. Se o óleo flutuar, é porque você passou do ponto. Coloque mais álcool aos poucos para que o óleo volte para o fundo. Coloque a lâmpada de 60 W no soquete e ligue todos os fios. Tome o cuidado de usar uma fita isolante nas conexões. Para evitar choques, só ligue o fio na tomada após todas as conexões estarem feitas e isoladas. Não use uma lâmpada com uma potência maior, pois um aquecimento muito intenso pode quebrar a garrafa de vidro. Prepare um suporte para a garrafa usando a lata de refrigerante. Para isto, corte o topo e o fundo da lata e coloque-a sobre a lâmpada. Ajuste a garrafa e a lâmpada de forma que o fundo da garrafa fique próximo do topo da lâmpada, sem encostar nesta. Ligue a lâmpada e aguarde até que o fundo da garrafa se aqueça. O que ocorre com o líquido dentro da garrafa? Explicação As lâmpadas de lava são objetos que fazem parte da cultura pop dos anos de 1970 e são associadas aos hippies e ao psicodelismo da época. Embora os componentes da lâmpada de lava comercial sejam patenteados, podemos obter um efeito muito semelhante com materiais bem simples, como descrito neste experimento. Embora seja menos denso que a água (densidade =1,0 g/cm3), o óleo vegetal (por exemplo, o óleo de soja, densidade = 0,91 g/cm3) é mais denso que o álcool etílico puro (densidade = 0,79 g/cm3). Ao misturarmos o álcool com a água, podemos ajustar a densidade desta mistura para que ela fique muito próxima da do óleo de soja. Ao aquecermos a parte inferior da garrafa, fazemos com que o óleo vegetal fique menos denso que a mistura água-álcool e, deste modo, ele sobe formando grandes esferas de óleo. Ao chegar na parte superior da garrafa o óleo esfria, tornando-se novamente mais denso que a mistura e desce ao fundo da garrafa. O ciclo se repete por um longo tempo. Isto nos mostra que a densidade de um líquido depende de sua temperatura. 50 Camada de líquidos Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque no frasco o xarope de milho ou mel. Adicione, cuidadosamente, uma quantidade semelhante de água contendo algumas gotas de corante, escorrendo-a pelas paredes do frasco. Adicione a mesma quantidade de óleo vegetal por cima da água com corante e, cuidadosamente, adicione o álcool contendo algumas gotas de corante por cima do óleo. Coloque pequenos objetos, como bolas de godê, pedaços de plástico, rolhas de cortiça, velas, etc. no cilindro e observe. Em que camada cada objeto flutuou? Discursão Por que os objetos param em camadas diferentes? Os líquidos irão eventualmente se misturar? Poderíamos ter usado uma outra ordem para a adição dos líquidos? Tente! Explicação Duas propriedades das substâncias estão envolvidas aqui: a solubilidade e a densidade. Líquidos que não se misturam entre si são chamados de imiscíveis. Neste caso apenas o óleo vegetal é imiscível com a água, e assim a ordem de adição dos líquidos é importante para que estes não se misturem. Eventualmente, o xarope irá se dissolver na água, porém o processo é muito lento. Já o álcool não se mistura com a água, pois a camada de óleo separa os dois líquidos. O que aconteceria se o cilindro fosse invertido? Tampe-o e tente! Ao inverter o cilindro você irá perceber que o álcool e a água se misturam, formando uma única fase. Os líquidos foram colocados na ordem decrescente de suas densidades, com o xarope de milho tendo a maior e o álcool a menor densidade de todos os líquidos. Os objetos sólidos irão flutuar apenas em um líquido que apresente uma densidade maior que a sua. 60 O submarino Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Encha a garrafa de plástico com água até o topo. O submarino pode ser construído a partir de um conta-gotas. No caso de se usar um conta-gotas de vidro, este deve ser preparado colocando-se água no seu interior e ajustando-se a quantidade de água até que ele flutue no meio ou na parte superior da garrafa cheia d’água. Você pode construir um submarino muito simples usando um canudinho de plástico e alguns clipes de metal. Dobre o canudinho no meio e prenda as duas pontas com os clipes. Coloque o canudinho na garrafa. O submarino deve estar quase completamente submerso. Corte as pontas do canudinho e prenda-o novamente com os clipes até que ele esteja na posição correta. Você pode também adicionar mais clipes nas pontas do canudinho. Coloque seu submarino na garrafa e feche bem a tampa. Agora aperte os lados da garrafa com sua mão. O que ocorre? Solte a garrafa e observe o que ocorre com o submarino. Discursão Você pode dizer aos seus amigos que após muito tempo você conseguiu treinar o seu submarino muito bem, e ele é capaz de obedecer a todos os seus comandos. Toda vez que você pede ao conta-gotas que ele afunde, ele afunda (com uma pequena ajuda da sua mão em volta da garrafa). Da mesma maneira toda vez que você pede a ele que flutue, ele flutua (após você parar de apertar a garrafa). Repita a brincadeira com seus amigos até que eles percebam o truque e então explique a eles o que está ocorrendo. Explicação Se você observar bem de perto o que está acontecendo ao submarino quando você aperta a garrafa, irá notar que um pouco de água entra no submarino e ele afunda. Quando soltamos a garrafa esta água sai e ele flutua. Ao se apertar a garrafa aumentamos a pressão sobre o gás presente no interior do submarino, diminuindo o seu volume e fazendo com que a água entre no submarino. Desta forma a densidade do objeto aumenta, fazendo com que ele afunde. Ao se diminuir a pressão na garrafa o processo se reverte e o submarino volta a flutuar. O principio envolvido é semelhante ao que ocorre em um submarino de verdade. No caso do submarino real, a densidade (e portanto a flutuação da embarcação) é controlada por bombas que admitem ou expelem água (“lastro”). 61 Sempre cabe mais um? Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Parte A – Lave bem uma moeda de um centavo e seque-a com uma toalha de papel. Coloque a moeda sobre uma mesa. Coloque uma gota de água sobre a moeda. Tente adivinhar quantas gotas d’água você conseguiria colocar sobre a moeda sem que elas se derramem. Coloque uma gota de detergente sobre a moeda seca e esfregue nela com os dedos de modo a espalhar bem. Retire o excesso de detergente com um papel toalha seco. Coloque novamente gotas de água sobre a moeda e conte quantas você consegue colocar agora. Parte B – Coloque o pote plástico dentro da bacia. Coloque água no pote plástico até enchê-lo completamente e o nível de água coincidir com o topo do pote. Tente prever quantas moedas seria possível colocar no pote sem que a água transborde. Coloque as moedas uma a uma na água, cuidadosamente, soltando-as abaixo da superfície. Continue colocando as moedas e contando até que a água transborde. Repita o experimento mas coloque uma moeda a menos do que o necessário para a água transbordar. Observe o nível da água no pote. Toque a superfície da água com uma agulha ou tampa de caneta. Molhe a agulha no detergente e toque novamente a superfície da água. O que ocorre agora? Explicação Quando colocamos uma gota de água sobre a moeda notamos que ela possui urn formato arredondado. Ao adicionarmos mais gotas elas se juntam e formam uma gota maior. Você deve conseguir colocar um número muito maior de gotas do que você esperava sobre a moeda antes que a água derrame. No segundo experimento conseguimos colocar um grande número de moedas no pote sem derramar a água, que fica acima do nível das paredes do pote. Por falar em gotas, qual das duas, na última figura, você acha que representa uma pequena gota de chuva enquanto ela está caindo? Se você escolheu a da esquerda, não fique triste. A maior parte das pessoas imagina as gotas como sendo esticadas, em urna forma mais “aerodinâmica”. Na verdade as menores gotas de chuva, com cerca de 1 mm de raio, são completamente esféricas. Gotas maiores irão ficar mais achatadas, e não alongadas. Se você deixar uma gota pendurada em um conta-gotas, ela terá o formato da figura à esquerda. Ao se soltar, no entanto, a gota toma a forma esférica. O formato de uma gota de água é resultado da grande atração entre as moléculas de água. As moléculas de água interagem fortemente umas com as outras. O seu arranjo mais estável ocorre quando elas estão rodeadas por outras moléculas de água, o que acontece no interior da gota. Na superfície isso não é possível, já que algumas moléculas têm de ficar em contato com o ar. O resultado é que água tende a oferecer a menor superfície possível ao ar, de modo que o maior número possível de moléculas possa estar no interior. Chamamos esta propriedade dos líquidos de tensão superficial. é a tensão superficial que mantém a água coesa, como se houvesse uma película elástica na sua superfície. O detergente diminui a tensão superficial da água, fazendo com que a água derrame tanto no caso da moeda quanto no do pote de água. Vamos ver como o detergente funciona na próxima experiência. 62 Corrida de barcos Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Encha a tigela com água. Corte pequenos pedaços de cartolina ou papel alumínio (cerca de 2 x l cm). Estes serão os seus barcos. Experimente com as formas dos barcos, cortando-os na forma de retângulos, triângulos, setas, etc. Coloque os barcos lado a lado na tigela, flutuando na água. Para dar a largada, coloque uma gota de detergente na água, na região imediatamente atrás do barco [marcada na figura com um ponto vermelho). O que acontece? Explicação Os “barcos” de cartolina ou papel alumínio flutuam na água devido à tensão superficial. Se colocarmos os barcos abaixo da superfície da água, veremos que eles afundam. Ao colocarmos o detergente na água ele tende a se espalhar por sua superfície, criando uma “onda” que empurra os barcos rapidamente. Isto acontece porque a tensão superficial diminui na parte de trás dos barcos, mas permanece como antes na parte da frente. O detergente é composto de moléculas bem compridas e que possuem duas partes distintas. A “cauda” do detergente se parece com um óleo e portanto serve muito bem para interagir com gorduras. Já a “cabeça” do detergente interage muito bem com a água, permitindo que o detergente se dissolva na água. E assirn então que conseguimos lavar as mãos sujas de óleo com a ajuda de um detergente. Você já reparou que é muito difícil retirar o óleo das mãos usando apenas água? Isto ocorre porque o óleo não se dissolve na água. O detergente consegue remover o óleo envolvendo-o com a sua “cauda”. Como o detergente se dissolve na água através de sua “cabeça”, ele leva o óleo embora consigo. Quando nós colocamos o detergente na superfície da água a sua “cabeça” interagiu com a água mais fortemente que a sua “cauda”. As longas cadeias de carbono das “caudas” ficam então na superfície apontando para fora da água. O resultado final disto é um número menor de moléculas de água na superfície, o que diminui a tensão superficial. 63 Cores que se movem Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque o leite em leite se assente e pare na superfície do leite, gotas de corantes de uma das outras junto no detergente. Toque Observe o que ocorre, pires. Toque o centro previamente molhado um pires. Aguarde um minuto até que o de se mover. Coloque uma gota de corante próxima à borda do pires. Coloque outras cores diferentes sobre o leite, afastadas à borda do pires. Molhe o palito de dente o centro do pires com o palito de dente. Coloque uma gota de corante no centro do da gota de corante com o palito de dente no detergente Discursão Por quanto tempo você acha que a agitação no pires vai continuar? O que faz urn líquido que estava parado mostrar tanta atividade? Será que o mesmo aconteceria se você tivesse água e não leite? Experimente! Explicação O leite é uma mistura que contém diversos componentes. Você já deve ter ouvido falar que o leite contém uma certa quantidade de gordura. Como esta gordura se dissolve na água? Na verdade, ela não se dissolve na água. A gordura está presente no leite como pequenos glóbulos, que têm a tendência de se juntarem. Para que os glóbulos de gordura fiquem separados por mais tempo, o leite é homogeneizado, passando por um furo muito pequeno que quebra os glóbulos, tornando-os minúsculos e fazendo com que eles permaneçam em suspensão. São estes glóbulos de gordura que espalham a luz e dão ao leite a sua cor branca. A maneira como um sabão ou detergente permite a remoção de gordura é muito interessante. Os sabões ou detergentes são substâncias que têm moléculas bem compridas, nas quais uma ponta — a “cabeça” — interage fortemente com a água. O restante da molécula, a “cauda”, interage bem com moléculas de gordura ou com as “caudas” de outras moléculas de sabão ou detergente. A partir de uma certa concentração as moléculas de detergente começam a se associar formando micelas. Em algumas micelas existem tantas moléculas de detergente juntas que o resultado é uma esfera com as longas moléculas de detergente lado a lado. Nestas micelas as longas “caudas” do detergente apontam para o centro da micela e as cabeças apontam para fora. Dessa forma são maximizadas as interações entre as caudas e as interações entre as cabeças e a água. A gordura penetra nas micelas, que são cercadas por moléculas de água por todos os lados, e esta é removida da solução. Deste modo a gordura pode ser retirada do material que estava sujo e levada ralo abaixo pela água. 64 O frasco mágico Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Remova um círculo da parte interna da tampa, próximo da sua beirada, cortando cuidadosamente com um estilete. Corte um círculo da tela no tamanho da parte interna da tampa. Encaixe este pedaço de tela na parte inferior da tampa e feche bem o frasco com ela. Encha o aquário com água até três quartos de sua capacidade. Coloque o frasco no aquário em uma posição vertical, enchendo-o de água. Com a boca do frasco abaixo do nível da água, vire o frasco de cabeça para baixo e mantenha-o em uma posição vertical. Retire a boca do frasco da água e segure-o acima do aquário, sempre na vertical. O que acontece com a água no interior do frasco? Agora incline o frasco levemente e observe. Retorne o frasco à posição vertical. O que ocorre agora? Discursão Por que a tela deixa passar o ar e não a água? Explicação Ao colocarmos o frasco no aquário ele se enche de água e podemos ver o ar saindo do frasco. Quando o frasco esta de cabeça para baixo a água não saí, a não ser que o frasco seja inclinado. O que segura a água dentro do frasco é a tensão superficial. Para que a água saia do frasco pela tela ela precisa se separar em muitas gotas, o que envolve vencer esta barreira que mantém a água unida, como uma única superfície. Como poderíamos verificar qual será a separação máxima entre os fios da tela? Pense no procedimento e mãos à obra! 65 Bolhas de sabão gigantes Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Para preparar a solução especial para fazer bolhas de sabão gigantes, misture para cada copo de detergente um copo de água e acrescente meio copo de xarope de milho. Embora você possa usar esta solução imediatamente, ela fica melhor quando se espera um ou dois dias. Você pode usar um grande número de apetrechos para soprar bolhas de sabão. Você pode entortar um cabide de metal até que ele forme um circulo, ou usar um pedaço de barbante que se passou por dois canudinhos de plástico e se amarrou as pontas. Para bolhas realmente gigantes, nós usaremos um aro feito com urna mangueira de gás (você pode aproveitar um bambo lê de plástico também). O tamanho do aro para formar as bolhas dependerá do tamanho da bacia onde você colocará a solução. Usando a bacia corno medida, corte um pedaço de mangueira de gás de forma que ao formar um aro ele caiba com alguma folga dentro da bacia. Para prender as duas pontas do aro você pode usar um pequeno pedaço de madeira ou vários palitos de sorvete, de modo que cada ponta da mangueira encaixe bem firme. Coloque na bacia a solução que você preparou. Deite o aro na solução e molhe bem os dois lados. Certifique-se de que você tem solução suficiente para que o aro fique completamente mergulhado. Segure o aro pela sua parte exterior e lentamente levante uma das pontas até retirá-lo completamente da solução, formando um filme de sabão no interior do aro. Caso você não tenha conseguido formar o filme ou ele tenha estourado, continue tentando até pegar bem o jeito. Evite colocar seus dedos na parte interior do aro. Quando o filme estiver formado, balance o aro para cima e para baixo. Com um impulso firme, porém sem muita pressa, puxe o aro para cima e ao mesmo tempo ande para trás, formando um longo tubo com o filme de sabão. Pratique bastante esta etapa. Para formar bolhas gigantes você deve girar o aro após formar o tubo, de modo a fechar a bolha. Pratique sem pressa e, de preferência, em um lugar aberto e que possa ser molhado. Discursão Por que as bolhas de sabão são esféricas? Por que colocamos o xarope na solução? Explicação Bolhas de sabão feitas com uma mistura, como a sugerida aqui, levam-nos a pensar que o sabão aumenta as interações entre as moléculas de água. Afinal, o filme de sabão se comporta como um fino e delicado balão de borracha, com elasticidade e resistência muito maior do que a esperada. Na verdade o que ocorre é justamente o oposto. As interações entre moléculas de água são tão fortes que nunca conseguiríamos separá-las para formar uma bolha sem a ajuda do sabão. Quando a água está no interior de uma gota, por exemplo, ela está conforta vê l m ente cercada de outras moléculas. Já quando ela está na superfície da gota, só existem moléculas de água abaixo dela, e não acima, onde se encontra o ar. Quando está em uma bolha, a água está exposta em uma superfície muito maior do que ela estaria em uma gota. Para diminuir esta superfície para um mínimo, a bolha assume uma forma esférica, na qual temos a menor área superficial possível em relação ao volume da bolha. O sabão diminui as interações entre as moléculas de água, pois se coloca entre elas. A elasticidade do filme de água e sabão é devida às interações entre as moléculas de água que ainda restaram mesmo com a adição do sabão. Colocamos o xarope de milho na nossa mistura para aumentar a resistência das bolhas. A bolha de sabão apresenta uma grande área superficial em um filme muito fino. Esta grande superfície facilita a evaporação da água, e o filme fica cada vez mais fino até que… POP! a bolha estoura. O xarope de milho (ou outras substâncias pouco voláteis como açúcar ou glicerina) forma fortes interações com a água, dificultando a sua evaporação. As bolhas de sabão vêm encantando crianças e adultos há muito tempo. Desde o século 19 já se sopravam bolhas usando simples cachimbos e sabão. Nos anos de 1940 a solução para se soprarem bolhas de sabão começou a ser engarrafada e comercializada e hoje estas soluções são um dos brinquedos mais vendidos no mundo. Mas será que as bolhas ajudam na limpeza das roupas, pratos, etc.? Na verdade as bolhas têm um papel muito pequeno na remoção da sujeira. Quando a única alternativa era se usar o sabão comum, um problema aparecia em regiões onde a água utilizada continha muitos sais de cálcio e magnésio dissolvidos, a chamada água “dura”. Estes sais formam compostos insolúveis com o sabão comum. Desta forma ao lavar um prato se a pessoa observava a presença de bolhas, ela sabia que estava usando sabão suficiente para dar conta de todo o cálcio e magnésio e ainda remover a gordura. Os detergentes sintéticos não formam compostos insolúveis com o cálcio ou o magnésio, mas foram rejeitados pelos consumidores, que associam um bom detergente com a quantidade de espuma produzida. Hoje se colocam outros aditivos que ajudam na formação de bolhas, muito embora um detergente que não forme espuma saía muito mais facilmente na água. 66 De onde vêm as cores? Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Usando um CD comum, observe a luz refletida pela superfície metálica, no lado onde a música é tocada. Mude o ângulo de incidência da luz no CD e observe. O que você percebe? Usando a fita adesiva, fixe o CD na parte interna de uma caixa de papelão, inclinado e próximo a uma das pontas. Cubra a parte interna da tampa da caixa de papelão com a folha de papel branca. Faça um corte na tampa com uma abertura de cerca de 2 mrn de largura e 4 cm de comprimento, na parte próxima ao lado onde você colocou o CD. Este será o ponto de entrada de luz. Faça um outro corte na caixa do lado oposto ao que o CD foi colocado, de cerca de 1 a 2 cm de altura e 3 a 4 crn de largura. Este será o seu visor para observar o que se passa dentro da caixa. Feche bem a caixa. Em um dia ensolarado, coloque a abertura de entrada de luz em uma área iluminada pelo sol, por exemplo próximo a uma janela. Olhe pelo visor tomando o cuidado de evitar que a reflexão da luz do sol incida diretamente nos seus olhos. Incline a caixa de modo que a luz refletida incida na folha branca colocada na tampa. Observe o que ocorre com a luz do sol. Você pode preferir colocar uma lanterna bem potente diretamente na entrada de luz. Explicação A luz branca pode ser decomposta nas cores do arco-íris ao atravessar um prisma ou uma rede de difração. Uma rede de difração é composta de um grande número de linhas muito próximas. O CD contém linhas concêntricas que armazenam a informação para leitura pelo laser no aparelho, onde a música ou dados são reproduzidos. Estas linhas funcionam como uma rede de difraçáo e decompõem a luz branca nas suas cores constituintes. Isto ocorre porque a luz pode ser vista como uma onda, e como toda onda possui uma amplitude e um comprimento de onda. Uma fonte de luz emitindo luz branca, como o sol ou uma lâmpada incandescente, está emitindo ondas com todos os comprimentos de onda possíveis dentro de uma faixa conhecida corno a da luz visível. A luz visível, ou seja, aquela que conseguimos enxergar, é apenas uma pequena faixa dentro de todas as possibilidades que os comprimentos de onda da luz podem assumir. A luz branca que chegou à superfície do CD não continha apenas um tipo de onda, mas sim ondas com todos os possíveis comprimentos da faixa visível. Cada uma destas ondas saiu do CD em um ângulo um pouco diferente, dependendo do seu comprimento de onda. Ondas com menor comprimento, de cor violeta, irão sair em um ângulo diferente das de comprimento sucessivamente maior, de cores azul, ciano, verde, amarela, laranja e vermelha. 67 De onde vêm as cores? 2 Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Trabalhe em uma sala que possa ficar escura. Cubra a plataforma do retro projetor com a cartolina preta, na qual um pequeno furo quadrado (2×2 cm) foi feito. Prenda o CD de forma que ele receba a luz do topo do retro projetor e que a luz refletida seja projetada em uma parede branca. Acenda o retro projetor. Ajeite o CD para que o arco-íris projetado seja bem visível. Coloque o copo transparente sobre o furo na cartolina e adicione água e algumas gotas de corante. Não faça a solução de corante muito escura, pois isso dificultará enxergar o arco-íris. Compare a projeção do arco-íris com e sem o copo contendo o corante no caminho da luz. Que diferenças você observa? Que cores desapareceram do arco-íris ao se colocar, por exemplo, um corante vermelho? Que cores podem ainda ser vistas? Repita o experimento com outros corantes. Você pode fazer este experimento com a caixa preparada anteriormente. Basta colocar a solução colorida (ou pedaços de papel celofane ou plástico colorido) sobre a abertura de entrada de luz e ligar a lanterna, olhando pelo visor da caixa. Tente usar materiais de várias cores e comparar o que acontece. Explicação Quando usamos uma fonte de luz forte o suficiente, conseguimos projetar um arco-íris na parede. Este arco-íris mostra todas as cores presentes na luz branca proveniente do retro projetor. Ao se colocar o corante no caminho da luz observamos que certas cores esaparecem do arco-íris. No caso de se usar um corante vermelho, por exemplo, as cores verde, azul e violeta desaparecem e podemos enxergar os tons de vermelho, e dependendo do corante usado, tons de laranja e amarelo. Quando usamos um corante azul, como azul de metileno por exemplo, observamos as cores azul e verde, mas nada de amarelo, laranja e vermelho. O que aconteceu com as cores que desapareceram? Ao interagir com o corante, a luz contendo certos comprimentos de onda é absorvida, enquanto que a luz com outros comprimentos de onda passa direto, sem alteração. é isto o que ocorre com todos os objetos à nossa volta. Se uma camiseta é vermelha é porque ela contém substâncias que absorvem todas as cores, mas refletem a luz vermelha. Se uma camiseta é branca, é porque ela reflete todas as cores, e se é preta, ela absorve todas as cores. Qual delas você escolheria para sair debaixo de um sol escaldante? 68 Luzes coloridas Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Observe a tela de um aparelho de televisão ou um monitor de computador ligado bem de perto, com uma lente de aumento. O que você observa? Explicação Existem apenas três cores na luz que é emitida pela tela, vermelho, verde e azul. Os pequenos pontos coloridos são ligados e desligados muito rapidamente, à medida que a tela é redesenhada (muitas vezes por segundo). O nosso cérebro interpreta este rápido pisca-pisca como sendo uma imagem contínua. A combinação destas três cores primárias pode gerar milhões de outras cores em monitores de alta resolução, mais cores até que as que o olho humano consegue distinguir. Cada ponto da tela pode ir de apagado até completamente aceso. Quando os três pontos estão apagados, temos o preto. Quando os três estão acesos, temos branco. Variações intermediárias criam as cores neste sistema, chamado de RGB (do inglês Red, Green e Blue — vermelho, verde e azul). Mas de onde vem a luz de cada ponto na tela? Para termos uma idéia vamos fazer mais alguns experimentos. 69 Teste de chama Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Corte um pedaço do arame de cerca de 10 cm. Faça uma pequena volta na sua ponta e fixe a outra ponta em um cabo de madeira ou prenda-a no pregador. Molhe o arame com um pouco de água e coloque a sua ponta na chama para limpá-lo. Deixe o arame esfriar e coloque agora a sua ponta em uma solução aquosa de sal de cozinha. Leve a ponta do arame novamente à chama e observe. O que aconteceu? Limpe novamente a ponta do arame até que a chama permaneça inalterada ao se levar o arame ao fogo. Mergulhe agora a ponta em soluções aquosas contendo sulfato de cobre e depois na de cal, limpando bem o arame entre sua imersão em uma e outra solução. Observe o que ocorre ao se levar cada uma destas soluções à chama. Explicação Ao se colocar o sal de cozinha, cloreto de sódio, na chama, observamos uma intensa luz amarela sendo emitida. Emitida? Sim, para você perceber melhor que a luz amarela não está sendo refletida pela chama você pode apagar as luzes da sala onde você está fazendo o experimento. Você irá notar melhor que a chama não está sendo colorida, mas sim emitindo uma luz com uma certa cor característica. Os outros materiais que foram levados à chama emitiram uma luz de coloração diferente. A cal fornece uma luz de cor vermelha e o sulfato de cobre uma luz de cor esverdeada. A luz produzida ao se levarem os compostos de sódio, cálcio e cobre à chama provém da interação destes materiais com a energia proveniente da chama. Os elétrons presentes nos átomos destes compostos recebem energia da chama e devolvem esta energia na forma de luz, urna luz com um comprimento de onda bem característico para cada material, Agora que vimos que certos materiais podem emitir luz visível quando recebem energia, vamos voltar ao caso da tela de televisão. No caso da tela de tevê ou computador um processo um pouco diferente gera a luz, mas novamente são os elétrons os responsáveis por sua produção. A teia de televisão ou computador é coberta de pequenos pontos. Estes pontos contém materiais chamados de fósforos e um monitor colorido contém fósforos que emitem luz vermelha, azul e verde. Esta luz só é emitida quando o fósforo é atingido por um elétron proveniente do tubo da televisão, Estes materiais recebem energia do tubo, onde elétrons são arremessados de encontro à tela. Ao chegar lá eles transferem sua energia aos fósforos, que depois liberam esta energia na forma de luz, num processo chamado de fluorescência. O sistema usado nas telas não é o mesmo usado para se imprimir uma foto ou uma revista. Neste caso não existe emissão de luz. Você rfão pode ler a revista no escuro! Ao olharmos para a revista estamos vendo a luz ambiente que refletiu na página e está chegando aos nossos olhos. Neste caso, são as tintas usadas na impressão que irão modificar esta luz e formar a imagem. Ao contrário da tela, onde a ausência de luz deixa a tela preta, na revista a ausência de tinta nos deixa ver o papel: branco. Você alguma vez se perguntou como uma impressora colorida cria todas as cores a partir de apenas três cartuchos de tinta? O sistema usado na impressora é o CMYK (do inglês Cyan Magenta, Yellow Black, ciano, magenta, amarelo e preto} e são essas as cores das tintas presentes nos cartuchos. Como na tela, a imagem é feita de pontos, mas neste caso de outras cores. Nas impressoras a jato de tinta a imagem é formada por pontos coloridos das três tintas contidas nos cartuchos. Elas são borrifadas como minúsculas gotas na superfície do papel, formando as cores em um processo aditivo. Você já reparou o que acontece se você deixa cair um pouco de água em uma folha de papel impressa por urna impressora de jato de tinta? Vamos ver como o processo de formação de cores por mistura funciona. 70 Desmisturando Tintas Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Corte o filtro de café em várias tiras. Você pode usar outros tipos de papel, desde que ele seja absorvente e resistente quando molhado. Em cada uma das tiras marque um ponto com uma caneta diferente, aproximadamente a l cm de uma das pontas da ira. Coloque mais ou menos 0,5 cm de água no copo ou frasco. Mergulhe a ponta da tira de papel de filtro que você marcou com a caneta na água, de modo que o nível da água não alcance a tinta. Prenda a outra ponta da tira de papel a um lápis ou pregador, para que ela permaneça na vertical e não encoste nas paredes do copo. O que acontece com a água no copo quando se coloca o papel de filtro? E quando esta água alcança a tinta no papel? Quando a água atingir o topo do papel de filtro, retire o papel do copo e deixe-o secando. Coloque outra tira de papel marcada com uma caneta diferente. Não esqueça de tentar canetas pretas e verdes. Se você tem canetas com as cores verde, azul e amarela, tente o seguinte: na mesma tira de papel de filtro coloque lado a lado um ponto feito com a caneta verde, um com a azul e outro com a amarela. Coloque este papel no copo com água como anteriormente e observe. Repita o experimento usando álcool no copo em vez de água. Você obteve um resultado melhor? Explicação A água sobe no papel de filtro por um processo conhecido como capilaridade. As fibras de celulose que compõem o papel interagem com a água que vai progressivamente subindo pela tira de papel poroso. Ao atingir o ponto de tinta depositado sobre o papel notamos que a tinta se dissolve na água e é arrastada por ela. À medida que a água sobe, a tinta vai se espalhando pelo papel. Podemos notar, no entanto, que certas cores avançam mais rapidamente, enquanto que outras ficam para trás. A maioria das canetas hidrocores de cor preta são formadas de misturas de tintas de várias cores como amarelo, azul e vermelho. Da mesma forma, muitas canetas de cor verde contêm misturas de corantes amarelos e azuis. Podemos ver se os corantes usados em canetas diferentes são os mesmos comparando a distância percorrida no papel em condições semelhantes. Quando colocamos pontos de tinta de canetas de cor verde, azul e amarela numa mesma tira de papel de filtro podemos perceber, na maioria das vezes, que a tinta verde fornece duas manchas, em posições bem semelhantes às das canetas azul e amarela. A distância percorrida pelos corantes é diferente, pois cada corante apresenta uma composição e uma estrutura química diversa. As interações entre o corante e o papel de filtro e entre o corante e a água irão determinar a distância percorrida após um certo tempo. Quanto mais fortes as interações entre o corante e o papel, mais lento será o seu progresso. Solventes diferentes como o álcool etílico, podem resultar em mudanças muito grandes no comportamento desses corantes, até mesmo invertendo a ordem em que cada um deles aparece. Chamamos este processo de “separação de cromatografia e ele é usado de diversas formas para se separar e identificar substâncias químicas, mesmo em misturas complexas contendo centenas de compostos”. 71 Arte cromatográfica Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque a parte da camiseta que você quer decorar sobre a boca do frasco. Use um elástico para prender esta parte da camiseta à boca do frasco, esticando bem o tecido. Faça algumas marcas na camiseta junto ao centro do círculo usando as canetas de ponta porosa. Varie as cores de pontos adjacentes para um efeito mais interessante. Agora pingue no centro do círculo urna gota de álcool etílico. Observe. Continue pingando álcool no centro, lentamente, sem deixar o tecido encharcar demais. Quando o desenho estiver no tamanho desejado é só deixar a camiseta secando e pronto. Você pode fazer vários desenhos na mesma camiseta desta forma. Explicação Da mesma forma que no papel do filtro de café, os corantes usados nas canetas interagem com as fibras do tecido da camiseta. Quando colocamos o solvente, no caso o álcool etílico, as cores começam a se espalhar e podemos notar quando existe mais de um corante na composição da tinta da caneta. Isto ocorre porque alguns corantes interagem mais fortemente com a camiseta {que está parada) e outros interagem melhor com o solvente (que está se espalhando pela camiseta). Experimente com outras combinações de cores, outros tipos de canetas e outros arranjos para os pontos de tinta. 72 De olho no repolho Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque uma folha do repolho roxo e um litro de água no liquidificador. Bata bem até que o suco tenha uma cor uniforme. De que cor é o suco do repolho roxo em água? Coe este suco, distribuindo-o igualmente entre os cinco copos. Não acrescente nada no primeiro, assim você vai poder comparar caso algo aconteça nos outros. Coloque algumas gotas de suco de limão no segundo copo, até notar alguma mudança. Misture com uma colher. De que cor o suco de repolho roxo ficou após a adição do suco de limão? Acrescente agora sabão em pó no copo seguinte. Qual é a cor do suco de repolho roxo agora? Acrescente ao quarto copo o vinagre e no último copo o bicarbonato de sódio, sempre mexendo e notando a cor do suco de repolho após a adição. Discursão Agrupe os materiais que produziram uma coloração parecida quando misturados ao suco de repolho roxo. O que eles têm em comum? Você já reparou o que acontece quando colocamos limão no chá preto? E o que isto tudo tem a ver com a mudança da cor das folhas das árvores no outono nos países frios? Explicação Muitas plantas possuem substâncias coloridas na sua seiva, chamadas antocianinas. Estas substâncias apresentam a propriedade de mudar de cor na presença de ácidos ou bases. Mas o que são ácidos e bases? A idéia de ácido ou base surge quando tentamos agrupar substâncias que têm propriedades químicas parecidas. Esta tendência a se colecionar e classificar as substâncias pode ser muito útil, mas tem suas limitações. Para se dizer o que é que seria um ácido, precisamos todos concordar em quais são as propriedades químicas que eles têm e com o passar do tempo a idéia de ácido foi mudando e as coleções e classificações também. Nós ficaremos com uma idéia bem simples e direta e que vem das nossas observações neste experimento. Ácidos serão, no nosso caso, aquelas substâncias que se comportarem como o suco de limão quando adicionadas ao suco de repolho roxo. O suco de repolho roxo apresenta uma coloração rosada quando adicionamos o suco de limão e o vinagre. O suco de limão contém o ácido cítrico e o ácido ascórbico (vitamina C} e o vinagre contém ácido acético. Comidas são em geral ácidas. E as bases? Elas têm um caráter oposto aos ácidos e vamos classificar uma substância como básica quando elas tornarem o suco de repolho roxo esverdeado, como o sabão em pó ou o bicarbonato de sódio. Os produtos de limpeza são em geral básicos, pois as bases ajudam a dissolver a gordura e remover a sujeira. Substâncias que mudam de cor com ácidos e bases são chamadas de indicadores ácido-base. E você achou que estava fazendo só um suquinho de repolho roxo… Em muitos países de clima temperado as folhas das árvores mudam de cor no outono. Com a proximidade do inverno e os dias mais curtos as árvores não precisam da clorofila, o pigmento verde que auxilia na fotossíntese. Quando a clorofila se degrada, a cor que sobra nas folhas é devida às antocianinas (geralmente de cor vermelha, amarela, azul ou laranja) e a outros pigmentos chamados de carotenóides (alaranjados ou amarelos) e as folhas ficam com tons avermelhados ou alaranjados. 73 Outro indicadores naturais Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Prepare o extrato da planta da mesma maneira que o suco de repolho roxo. Use pétalas de flores coloridas, frutas como amoras, jabuticabas, folhas vermelhas, etc. Teste cada extrato coando a solução para copos transparentes e adicionando suco de limão ou vinagre (soluções ácidas) em um copo e bicarbonato de sódio ou sabão em pó (substâncias básicas) no outro copo. Observe as cores em cada caso. Guarde os extratos que você preparar, pois eles serão usados em diversas atividades a seguir. Discursão Todas os extratos coloridos que você preparou mostraram cores diferentes em soluções ácidas e básicas? As cores observadas foram as mesmas que no caso do repolho roxo? Explicação Há mais de 300 anos pesquisadores vêm estudando o que ocorre quando se adicionam ácidos e bases a extratos de plantas coloridas. Robert Boyle escreveu em 1664 que o extrato de plantas corno rosas vermelhas ou pau-brasil mudava de cor quando misturado com ácidos e bases. Existem muitas substâncias coloridas nas plantas, como a clorofila presente nas folhas (cor verde) ou o caroteno presente na cenoura (cor laranja}. Nem todas estas substâncias podem ser extraídas em água, ou irão mudar de cor na presença de ácidos e bases. Já as diversas antocianinas presentes nas plantas coloridas irão em geral ser solúveis em água e assumir cores variadas em soluções ácidas e básicas. A acidez do solo pode afetar a cor das pétalas de algumas flores, que terão tons diferentes em solos mais ácidos. 74 Papel indicador Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Prepare o suco de repolho roxo novamente, porém agora use bem menos água para a mesma quantidade de repolho. O resultado disto é que teremos um extrato mais concentrado, de coloração mais intensa. Coloque o extrato em uma bandeja plástica e mergulhe o papel de filtro completamente na solução. Retire o papel e deixe secando sobre alguns jornais velhos. Quando o papel estiver seco ele está pronto para o uso. Corte o papel indicador em tiras. Mergulhe a ponta do papel na solução a ser testada ou adicione uma gota da solução ao papel indicador. Experimente com vários produtos encontrados em casa: sucos de frutas (laranja, abacaxi), produtos de limpeza (detergente líquido, sabão ou sabonete dissolvido em um pouco de água, etc.), refrigerante incolor de limão. Explicação As substâncias coloridas presentes no repolho roxo são solúveis em água. Quando o papel seca, estas substâncias ficam presas nas fibras de celulose do papel, mas conservam as suas propriedades de indicadores ácido-base. Desta forma podemos testar se a solução contém ácidos ou bases simplesmente mergulhando o papel na solução ou pingando uma gota da solução sobre o papel. 75 Origami com papel indicador Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Dobre o papel fazendo uma sanfona como mostrado na figura 1. Apertando bem a sanfona você irá dobrar no outro sentido, fazendo triângulos, Você pode experimentar com dois padrões de dobradura, uma usando triângulos retângulos (figura 2a} ou usando triângulos eqüiláteros [figura 2b). Você irá terminar com um triângulo constituído de diversos triângulos sobrepostos. Coloque um pouco de suco de limão em um pires. Dissolva um pouco de bicarbonato de sódio em água usando um outro pires. Segure o triângulo de papel bem firmemente, apertando uma das pontas. Encoste esta ponta no suco de limão, apenas por um momento. O que acontece? Agora encoste uma outra ponta na solução de bicarbonato de sódio. Abra o papel e observe a estampa criada. Você pode mudar a estampa variando a ponta que é mergulhada em cada líquido, a quantidade de líquido colocada, o que é feito com a terceira ponta e finalmente variando o padrão da dobradura (o tipo de triângulo usado). Você pode também usar outros indicadores para fazer o seu papel. Experimente e crie! Esta experiência é uma modificação de uma tradicional técnica japonesa chamada orízomeshi, na qual o papel branco é mergulhado em soluções de corantes no lugar de indicadores ácido-base. 76 Tintas invisíveis Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Escreva ou desenhe em uma folha de papel branco com uma solução incolor como suco de limão ou vinagre e também com uma solução incolor de bicarbonato de sódio. Deixe o papel com sua mensagem secar bem. Borrife o papel com o suco de repolho roxo. O que você observa? Prepare uma solução de Fenolftaleína dissolvendo um comprimido de laxante em álcool etílico. Use esta solução para escrever no papel e deixe secar novamente. Borrife agora com uma solução de uma base, como bicarbonato de sódio ou uma solução de amônia (presente em alguns produtos de limpeza, com forte odor}. Evite respirar as soluções borrifadas. Observe. Explicação Até agora nós temos trabalhado apenas com indicadores ácido-base naturais, extraídos de plantas. Um grande número de substâncias preparadas em indústrias químicas é utilizado como indicador ácido-base. Um exemplo destas substâncias é a Fenolftaleína. A Fenolftaleína é um indicador ácido-base que é incolor em meio ácido e apresenta uma intensa cor rosa em meio básico. A fenolftaleína não é solúvel em água, por isso preparamos s solução em álcool etílico. Estamos usando um papel indicador de uma outra maneira, agora para enviar mensagens secretas. É verdade que nestes tempos de correio eletrônico você pode não precisar de tintas invisíveis para garantir sua privacidade. Mas é a idéia que importa, e já se cogitou a colocação de mensagens secretas em moléculas de DNA, que podem ser lidas através de uma série de análises da seqüência das partes constituintes (as “letras”) do DNA. É para James Bond nenhum botar defeito. Para mostrar Você pode demonstrar a tinta invisível de uma maneira espetacular. Para isto você irá precisar de uma caixa de papelão e um copo contendo um pouco de solução de amônia. Faça um corte na tampa da caixa de papelão de forma que você consiga passar um pedaço de papel facilmente. Coloque o copo dentro da caixa e tampe bem. Decore a sua caixa para que ela fique mais misteriosa. Tome cuidado para não derrubar o copo dentro da caixa. Prepare sua mensagem em uma folha de cartolina com uma altura maior que a da caixa e com uma largura menor que a do corte na tampa. Escreva usando a solução de fenolftaleína em álcool e deixe secar. Na apresentação para seus amigos mostre a sua caixa fantástica e a folha de papel preparada, totalmente em branco. Após criar um suspense, coloque a folha na caixa pelo corte na tampa e deixe-a lá por pelo menos 2 a 3 minutos. A sua mensagem ou desenho irá aparecer como por mágica quando a folha for retirada da caixa. 77 Borbulhando no indicador Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque água em três copos até a metade. Acrescente algumas gotas da solução de Fenolftaleína em cada um. Coloque algumas gotas de uma solução de amônia nos três copos até que haja uma mudança de cor. Não coloque muita solução de amônia, apenas o suficiente para que haja uma mudança de cor nos três copos. Sopre com o canudinho no primeiro copo, de forma a borbulhar dentro da solução. Tome cuidado para não beber a mistura! Continue soprando até notar urna mudança na coloração. Adicione um pouco de água mineral com gás à solução, no segundo copo, e observe se ocorre alguma mudança de cor. Faça um furo na tampa de uma garrafa PET com um tamanho bem próximo ao do tubo plástico. Passe o tubo pelo furo e vede bem com super cola. Coloque uma colher de sopa de bicarbonato de sódio na garrafa. Adicione meio copinho descartável para café de vinagre na garrafa e rapidamente feche com a tampa. Mergulhe a outra ponta do tubo plástico no terceiro copo. Observe o que ocorre na garrafa e no copo. Você pode repetir o experimento usando um comprimido antiácido efervescente e água no lugar do vinagre e bicarbonato de sódio. Discursão A cor observada é a mesma obtida com a adição de um ácido ou de uma base? O que você adicionou à solução de fenolftaleína e bicarbonato ao soprar na solução? Qual é o gás dissolvido na água mineral com gás? É esse o mesmo gás que é colocado nos refrigerantes? Como você faria para descobrir? O que ocorreu ao se adicionar vinagre ao bicarbonato de sódio? Explicação Quando respiramos usamos parte do oxigênio do ar que enche nossos pulmões e liberamos gás carbônico ao expirarmos. O gás carbônico se dissolve na água e torna o meio mais ácido. Isto faz com que a fenolftaleína que estava rósea na presença de uma base (a solução de amônia) retorne à sua forma incolor. O gás carbônico é o gás presente em águas minerais, sendo que algumas dessas águas são naturalmente gasosas enquanto que outras são gaseificadas artificialmente. Quando colocamos o vinagre em contato com o bicarbonato de sódio vemos a liberação de bolhas de um gás. O gás liberado nesta reação química é o gás carbônico. Quando borbulhamos o gás carbônico proveniente da garrafa estamos fazendo o mesmo processo que quando sopramos no primeiro copo. O gás carbônico torna a solução mais ácida e faz com que a fenolftaleína fique incolor. 78 A chuva acida e o indicador Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque água no pote de vidro até um quinto de sua altura. Acrescente algumas gotas de uma solução de fenolftaleína em álcool. Coloque algumas gotas de uma solução de amônia no pote até que haja uma mudança de cor, Não coloque muita solução de amônia, apenas o suficiente para que haja uma mudança de cor. Acenda um palito de fósforo dentro do frasco. Assim que a cabeça do fósforo acabar de queimar, apague o fósforo e tampe o frasco rapidamente. Agite o frasco para dissolver os gases na água. O que você observa? Explicação Os palitos de fósforo produzidos antigamente podiam ser acesos bastando riscar o fósforo em qualquer superfície áspera. Os palitos de fósforo modernos só acendem quando riscados contra a parte da caixa que contém uma lixa. Nesta lixa encontra-se o elemento fósforo. Já o palito contém em sua cabeça enxofre, um agente oxidante e cola. Quando atritamos o palito na caixa o aquecimento produzido inicia a ignição do fósforo que, por sua vez, faz com que o agente oxidante inicie a queima do enxofre. É a queima do enxofre que faz com que a madeira do palito queime. O enxofre, ao ser queimado, se combina com o oxigênio do ar, produzindo um gás, o dióxido de enxofre. O dióxido de enxofre se dissolve na água, tornando o meio ácido. Desta forma, a fenolftaleína fica incolor. Existem várias maneiras pelas quais o dióxido de enxofre pode ser produzido. Combustíveis fósseis, como o petróleo, podem conter enxofre, que, ao ser queimado, produz o dióxido de enxofre. Vários minérios metálicos são sulfetos compostos de enxofre, que ao serem aquecidos na presença de ar formam o dióxido de enxofre e liberam o metal. Ao chegar na atmosfera o dióxido de enxofre pode ser transportado por longas distâncias. Neste caminho o dióxido de enxofre pode reagir com o oxigênio do ar e se transformar no tri óxido de enxofre, o qual pode se dissolver na água da chuva e chegar ao solo, lagos e rios como ácido sulfúrico. Esta é uma das maneiras como a chuva ácida pode se formar. A chuva ácida é responsável por consideráveis estragos na vegetação, na vida aquática de rios e lagos e em monumentos, especialmente os feitos de mármore. 79 Das cinzas ao repolho Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque um pouco das cinzas em um copo com água. Caso você não tenha cinzas, você pode preparar um pouco, queimando um pedaço (pequeno) de papei em urna lata. Após deixar a lata esfriar retire as cinzas e coloque-as na água. Misture e deixe em repouso por alguns minutos. Filtre, usando o filtro de café e o funil, e recolha a solução em um copo descartável. Adicione o suco de repolho roxo ou teste a solução usando o papel indicador. As cinzas formaram um ácido ou uma base? Explicação É, no mínimo, estranho pensar que as cinzas possam ser usadas para limpeza. Isso mesmo, as cinzas que parecem um grande exemplo de sujeira já foram muito utilizadas para se limparem outros materiais. Quando adicionamos água às cinzas, conseguimos dissolver algumas das substâncias presentes. Estas substâncias tornam o repolho roxo verde, uma indicação de que uma solução básica foi produzida. Se você se recorda das experiências anteriores, muitos produtos de limpeza são básicos. Mas que materiais são estes, solúveis em água e de caráter básico? Com certeza eles vêm de substâncias presentes na planta que foi queimada. Quando a matéria orgânica é queimada os sais minerais usados pela planta ficam para trás como cinzas. Durante o processo de queima eles se transformam em carbonatos devido à presença de gás carbônico (C0;}. Os carbonatos solúveis em água formados na queima são o de sódio e o de potássio. Tanto o carbonato de sódio como o de potássio tornam as suas soluções em água básicas (ou alcalinas, um sinônimo muito utilizado e que vem justamente da palavra árabe para cinzas, al-kali). O sódio e o potássio são chamados de metais alcalinos por estarem presentes nas soluções básicas produzidas pelas cinzas. Alguns séculos atrás as cinzas eram aproveitadas para a produção dos carbonatos de sódio e de potássio. O carbonato de sódio por sua vez era utilizado na produção de hidróxido de sódio. E o hidróxido de sódio, ou soda cáustica, era fervido com gorduras animais para se fazer sabão. E o sabão, você acha que era usado para se tomar banho? Embora se pudesse usar o sabão para a higiene pessoal (naquela época um banho anual parecia uma boa idéia) ele tinha um fim mais nobre: retirar a gordura que cobria a lã de carneiros. Se a lã não for lavada com sabão não conseguiremos tingi-la, e os tecidos coloridos eram muito importantes e valiosos. Você consegue imaginar de quanta madeira se precisa para obter um pouco de cinzas, que contém um pouco de carbonatos, etc. Até se conseguir finalmente o seu sabão? Quando a necessidade destes materiais passou dos quilos para as toneladas, outros processos precisaram ser inventados para obtive. A história da química e de toda a ciência é repleta de conexões: uma descoberta leva a uma mudança na vida das pessoas e afeta muitas outras áreas, aparentemente não relacionadas. 80 O caminho das formigas Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Localize um formigueiro. Coloque pedaços do papel indicador próximos da entrada do formigueiro. Deixe as formigas andarem sobre o papel por urn tempo e observe. Tome cuidado para não ser picado pelas formigas. Explicação Um grande número de espécies de formigas liberam um ácido, conhecido como ácido fórmico, para se defenderem. O ácido fórmico tem este nome justamente porque um antigo método de preparação incluía a destilação de formigas. Felizmente para as formigas do mundo, hoje ele é preparado de outras maneiras em indústrias químicas (uma produção de centenas de milhares de toneladas por ano!!!!). É este ácido que faz com que picadas de formiga irritem a pele e doam tanto. As formigas liberam o ácido de seus abdomens na forma de um spray, que combinado com suas fortes mandíbulas ajudam-nas a defenderem o formigueiro de invasores e na caça de outros insetos para sua alimentação. Em algumas espécies, o jato de ácido pode alcançar mais de 10 cm. Alguns pássaros deixam que formigas borrifem ácido fórmico em suas penas para que ele mate parasitas. As formigas andando sobre o papel indicador fazem com que o papel mude de cor, assumindo a tonalidade vermelha característica da presença de ácidos. 81 Tingindo Fibras Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Vamos dar o procedimento para alguns vegetais, os outros você mesmo pode adaptar e experimentar. Use roupas velhas e luvas, pois estes materiais podem causar manchas difíceis de sair. Hibisco O hibisco é um arbusto que apresenta flores coloridas. Recolha algumas destas flores e separe as pétalas da haste interna. Corte as pétalas de pelo menos duas flores em pedaços pequenos e adicione a uma pequena quantidade de água (20 ml) Aqueça a água até a ebulição por um minuto (um forno de microondas pode ser usado para isto). Corte dois pequenos quadrados (5×5 cm) de um tecido de algodão branco (uma camiseta velha, por exemplo). Separe também dois pequenos pedaços de iode lã branca. Molhe um dos quadrados de tecido de algodão e um dos pedaços de fio de lã com água e mergulhe-os no banho de corante que você preparou. Leve o banho novamente à ebulição por cerca de um minuto. Retire os dois pedaços de tecido do banho, escorrendo bem o excesso de líquido de volta à solução. Coloque os tecidos para secar em um papel toalha. Prepare uma solução de alúmen em água dissolvendo meio copinho para café em um copo de água. Coloque o segundo pedaço de tecido de algodão e o pedaço de fio de lã restante na solução de alúmen por 3 minutos. Após este tempo, escorra bem o excesso de líquido e coloque os tecidos no banho de corante. Lave as mãos após trabalhar com o alúmen. Leve o banho à ebulição por um minuto e novamente retire o excesso de corante e deixe o material tingido secar ao ar, ao abrigo do sol. Cascas de cebola Retire a casca de uma cebola média (parte colorida que parece com papel) e quebre-a em pedaços pequenos. Coloque os pedaços em um pouco de água (cerca de 20 mL) e aqueça até a ebulição. Repita os passos do procedimento anterior para dois quadrados de pano. Um dos quadrados é tingido diretamente e o outro é primeiro mergulhado na solução de alúmen. Chá preto Prepare um chá bem forte (um saquinho em dois copos de água). Molhe o tecido em água e coloque-o no chá por alguns minutos. Repita os passos do procedimento anterior para dois quadrados de pano. Um dos quadrados é tingido diretamente e o outro é primeiro mergulhado na solução de alúmen. Discursão Por que mergulhamos o tecido na solução de alúmen? Explicação Quando preparamos os extratos das plantas/estamos dissolvendo os corantes na água quente. Quando colocamos estes corantes em contato com as fibras do tecido, os corantes irão se associar às fibras muito fracamente. Após algumas lavagens a maior parte do corante terá sido removida. Para manter os corantes permanentemente ligados às fibras, usamos os mordentes. Os mordentes são substâncias que se ligam às fibras e também aos corantes, servindo como uma âncora para que a cor não seja retirada da fibra. Os corantes naturais eram os únicos disponíveis até o século 19, quando os primeiros corantes foram preparados em laboratório e depois em indústrias. Hoje em dia nem pensamos a respeito quando escolhemos uma roupa colorida, mas há 150 anos atrás a moda era limitada a apenas algumas cores, obtidas de plantas, animais ou minerais. Algumas cores eram tão difíceis de serem obtidas que apenas a realeza podia usar roupas destas cores. Na América Latina os espanhóis descobriram a cochonilha, pequeno inseto do qual se extrai um corante vermelho extremamente procurado na época. A extração deste corante virou um segredo de estado e a cochonilha se transformou em um dos produtos mais valiosos a saírem da América, só perdendo para o ouro e a prata. No Brasil, a extração do pau-brasil, do qual se obtinha um corante vermelho usado para se tingirem roupas, foi tão extensa e rápida a ponto de quase extinguir a árvore completamente. O índigo é um corante que pode ser extraído de uma planta, e que foi usado extensivamente para corar tecidos. A grande vantagem do índigo é que ele não é solúvel em água, e portanto resiste por mais tempo nas roupas. Então como é que podemos tingir a roupa com o índigo? Neste caso a mistura contendo o índigo é colocada em um banho onde se exclui completamente o oxigênio pela adição de alguns reagentes. Nestas condições o índigo se reduz e se transforma em um composto amarelo e solúvel em água. Neste ponto o tecido é introduzido no banho. Ao se retirar o tecido do banho e se expor ao oxigênio do ar observamos a oxidação do índigo que retoma a cor azul e se torna insolúvel, aderindo às fibras do tecido. O mais interessante é que, após tanto trabalho para se colocar e fixar o índigo em um jeans, o jeans desbotado se tornou moda, e agora o tecido é pré-lavado até que a cor fique mais clara. A demanda por corantes foi crescendo de maneira muito rápida e os corantes naturais eram trazidos de longe, sendo muito caros e escassos para suprir esta demanda. Em 1856 William Perkin sintetizou o primeiro corante artificial e mudou todo o panorama das cores no mundo. A partir da descoberta acidental de um corante púrpura, Perkin, com apenas 18 anos, inaugurou a era da indústria química, o que teve implicações não apenas na moda da época, mas também em todas as áreas de desenvolvimento tecnológico. 82 “Tie-dye”, tingindo nos anos 70. Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Encontre um local apropriado para trabalhar, onde você possa utilizar os extratos de corantes sem risco de manchas. Você pode trabalhar do lado de fora de casa, forrando a área com um plástico. Use roupas velhas ou um avental para esta atividade. O uso de luvas também é recomendado para não se manchar a mão, embora os corantes naturais saiam após algum tempo ao se lavarem as mãos. Pratique seu tingimento em camisetas velhas antes de se aventurar com tecidos novos. A camiseta deve preferencialmente ter sido lavada antes de se tingir. Prepare uma solução de alúmen dissolvendo 2 copinhos descartáveis para café de alúmen em um litro de água. Coloque esta solução em um balde ou tigela plástica grande o suficiente para se mergulhar a camiseta. Deixe a camiseta totalmente imersa na solução de alúmen por 10 minutos. Retire a camiseta da solução torcendo bem o tecido para eliminar o excesso de água. A camiseta deve continuar bem úmida mas não pingando. Lave as mãos após trabalhar com o alúmen. Agora você está pronto para começar o tingimento. Vamos mostrar algumas maneiras de se fazer o “tie-dye”, você pode criar muitas outras. O nó simples Torça o tecido formando uma longa corda. Dê um ou mais nós, apertando o máximo possível. Você pode colocar tiras elásticas sobre os nós para apertar mais ainda. As áreas sob os elásticos aparecem como linhas sem cor após o tingimento. Coloque os extratos de corantes nos frascos plásticos com uma boca estreita. Aplique diferentes cores sobre os nós, tomando cuidado para que o excesso de líquido não escorra para outras áreas. Você pode usar um outro pano para remover o excesso de corante. A espiral Um dos padrões mais interessantes é o da espiral. O tecido é retirado do banho de alúmen e é colocado em uma mesa ainda molhado. Segura-se o ponto que será o centro da espiral com os dedos indicador e polegar e, usando um movimento de torção se gira a mão, tomando cuidado para não levantar as dobras. Segurando bem a parte torcida, arranje as pontas de forma a acabar com um círculo que pareça com uma panqueca. Pegue 3 tiras elásticas e prenda-as em volta do círculo de pano formando divisões triangulares. Aplique as soluções de corantes em cada um dos triângulos, alternando as cores. Existem muitos outros padrões que podem ser utilizados. Corno você faria para obter listras verticais ou círculos coloridos? Experimente com corantes artificiais também, como os encontrados em sucos em pó ou gelatinas. Deixe o tecido com o corante por algumas horas, de preferência de um dia para o outro. Lave o tecido com água fria e pendure para secar. Você pode tingir aventais de laboratório (guarda-pós) desta forma, tornando o seu ambiente de trabalho muito mais colorido (e ninguém irá notar se você derrubar algo nele e manchar…). 83 Tingindo às avessas Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Prepare sua área de trabalho forrando com um plástico. Use roupas velhas ou um avental. Separe um pedaço de tecido colorido como uma roupa velha ou uma das amostras que você preparou na atividade 2.15. Molhe o pano e torça bem para retirar o excesso de água. Estique o pano em uma mesa ou no chão previamente forrado com um plástico de modo que não haja rugas ou dobras. Cubra o tecido usando folhas ou outros objetos pequenos. Prepare a solução de água sanitária, diluindo o alvejante com água (1 parte de alvejante para 1 parte de água). Coloque a solução na garrafa e borrife o tecido levemente com uma névoa fina em torno da área coberta pelos objetos. Evite respirar a névoa e lave bem as mãos após manipular a água sanitária. Observe o que ocorre com a cor no tecido. Retire os objetos de cima do tecido e veja o efeito obtido. Mergulhe o tecido em uma tigela com água e vinagre por alguns minutos. Antes de vestir uma roupa preparada por este método é aconselhável lavá-la bem para remover todo o alvejante. Discursão O que aconteceu com o corante nas áreas atingidas pela água sanitária? Todos os corantes que você testou foram afetados da mesma maneira? Explicação Uma consulta ao rótulo de um frasco de água sanitária nos revela que ela contém entre outros compostos o hipoclorito de sódio. O hipoclorito de sódio é o ingrediente ativo no alvejante. Ele irá reagir com um grande número de corantes e transformá-los em substâncias incolores. É interessante notar que substâncias com propriedades alvejantes também são utilizadas para matar germes e bactérias. É o caso da água oxigenada usada em machucados e do ozônio. A substância a que normalmente nos referimos como “cloro” e que é utilizada em piscinas na forma de pastilhas de um pó branco é o hipoclorito de cálcio. O cloro mesmo, Cl;, é um gás levemente esverdeado que é utilizado na produção do hipoclorito de sódio ou de cálcio. Usamos alvejantes para branquear ou clarear a polpa de papel, tecidos ou manchas em tecidos, cabelos e dentes. Nós vimos que para que uma substância seja colorida ela deve absorver algumas das cores que compõem a luz branca e deixar outras passarem. Mas o que faz com que algumas substâncias absorvam luz visível e outras não? Nas moléculas orgânicas a cor aparece quando a molécula apresenta um grupo de átomos chamado de cromóforo. Exemplos de cromóforos incluem conjuntos de ligações duplas entre átomos de carbono (C=C) ou entre carbono e oxigênio (C=O). Representamos uma ligação dupla com dois traços entre os símbolos dos átomos. Os alvejantes quebram estas ligações e destroem a capacidade de absorver luz visível do corante. As novas substâncias formadas serão incolores. 84 Tintas Flutuantes Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque água na bacia até cerca de sua metade. Deixe a bacia com água em total repouso por alguns minutos de modo que não haja ondas na sua superfície. Dilua as tintas acrílicas para tecido com água (aproximadamente 1 parte de tinta para urna parte de água). Usando um conta-gotas coloque uma gota da tinta cuidadosamente sobre a superfície da água. O que acontece? Coloque uma outra gota de tinta de outra cor no centro do círculo formado pela cor anterior. Observe o que ocorre. O objetivo é fazer com que a tinta flutue na superfície, portanto coloque as gotas com cuidado. Ajuste a concentração da tinta para que ela tenha uma cor intensa na superfície da água. Parte da tinta pode afundar rnas uma quantidade suficiente deve se espalhar na superfície se a tinta estiver diluída corretamente. Continue alternando cores em diversas partes da bacia corn água. Quando você tiver uma quantidade suficiente de tintas coloridas na superfície da água, você pode modificar o seu design, usando um palito de dente, soprando com urn canudinho ou com urn leque, ou de qualquer outra maneira que quiser. Quando você estiver satisfeito com sua criação você pode capturá-la em uma folha de papel. Coloque um canto da folha na superfície da água mais próxima do seu lado na bacia e vá baixando na direção diagonal, tomando cuidado para que não fique nenhuma bolha de ar sob a folha. Para retirar a folha da água sem que ela se suje com o resto da tinta ainda na água, basta puxar diretamente na sua direção. Você pode tentar com outras tintas, corno por exemplo nanquim, tintas a óleo, tintas de caneta, etc. Para deixar uma parte do desenho sem tinta, experimente colocar uma gota de terebintina na superfície da água. O que acontece? O que aconteceria se você encostasse um palito de dente com óleo ou com detergente no centro de uma das gotas de tinta? Explicação A arte de se decorarem papéis e tecidos através de tintas flutuando em um meio é muito antiga. Estas técnicas são conhecidas corno marmorização, muito embora os resultados nem sempre se apareçam com as veias coloridas do mármore. Os japoneses já a utilizavam, com o nome de suminagashi, no século 12. Nesta técnica, os corantes flutua m na superfície da água e o desenho final é transferido para urna folha de papel. Não existiam tintas acrílicas naquela época, e os artistas usavam um tipo de nanquim, uma tinta usada para caligrafia. A técnica ocidental usa tintas à base de óleo e um espessaste (algo como gelatina) proveniente de algas. Esta técnica é proveniente da Turquia e era conhecida como ebru. Devido ao espessaste na água as tintas não se espalham tão facilmente e o artista tem mais controle sobre o resultado final, que é obtido se passando pentes e outras ferramentas sobre as tintas. O segredo da técnica japonesa é o controle da tensão superficial da água. Cada gota de tinta se espalha pela superfície da água. A tinta acrílica é uma emulsão, ou seja, uma mistura estável de água e um material que não se dissolve (o polímero acrílico) nela. A parte que não é miscível na água se espalha, formando uma finíssima camada na superfície. Ao colocarmos um material que não se dissolve na água, como a terebintina, iremos espalhar a terebintina na superfície da água, o que desloca as tintas na direção oposta. Se você quiser que as tintas permaneçam no centro da bacia, coloque a terebintina nas pontas. Se você quiser que elas se espalhem, coloque-a no centro. 85 Pigmentos Inorgânicos Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Vamos preparar diversos pigmentos de maneira semelhante, porém usando diferentes materiais de partida e diferentes quantidades. Siga o exemplo dado para o pigmento branco, substituindo os reagentes e quantidades nos outros casos. Pigmento BRANCO Coloque uma ponta de palito de sorvete de cloreto de cálcio em um copinho descartável para café. Acrescente meio copinho descartável para café de água. Misture com um palito de sorvete até que tudo tenha se dissolvido. Esta é a solução A. Em outro desses copos dissolva uma ponta de palito de sorvete de carbonato de sódio na mesma quantidade de água. Esta é a solução B. Misture as duas soluções e observe o que ocorre. Filtre o produto da reação, descartando o líquido que passou pelo papel de filtro [filtrado) e guardando o pigmento que ficou no papel de filtro. Deixe o papel de filtro secar bem ao ar. Pigmento AZUL – azul da Prússia Solução A – uma ponta de palito de sorvete de sulfato de ferro (III) e amônio em meio copinho descartável para café de água. Solução B – uma ponta de palito de sorvete de ferrocianeto de potássio em meio copinho descartável para café de água. Pigmento MARROM Solução A – uma ponta de palito de sorvete de sulfato de ferro (íll) e amônio em meio copinho descartável para café de água. Solução B – uma ponta de palito de sorvete de carbonato de sódio em meio copinho descartável para café de água. Pigmenta PRETO Use carvão moído até se obter um pó bem fino. VERDE AZULADO Solução A – duas pontas de palito de sorvete de sulfato de cobre em meio copo de água. Adicione bicarbonato de sódio sólido aos poucos até que o borbulha mento pare. Explicação Em cada caso estamos realizando reações químicas que produzem novas substâncias. Como podemos saber disto? Em todos os experimentos tínhamos substancias que eram solúveis em água a princípio. Após a mistura obtivemos novas substâncias que não eram solúveis em água. Chamamos estas novas substâncias de precipitados. O aparecimento destas substâncias de aspecto e solubilidade diferentes das iniciais é uma evidência muito forte de que ocorreram reações químicas. A observação destas evidências não é uma garantia de que houve reações químicas, pois em certos casos nossos sentidos nos enganam. Por exemplo, podíamos misturar uma solução de um corante azul com uma solução de um corante amarelo e obter uma solução final verde. Será que obtivemos uma nova substância de cor verde ou houve apenas a mistura das cores? Podemos encontrar exemplos para cada uma das evidências (mudança de cor, liberação de um gás ou formação de um precipitado) nos quais não ocorre uma reação química, embora nossos sentidos digam o contrário. Os precipitados obtidos serão usados como pigmentos. A diferença entre um corante e um pigmento está na solubilidade. O corante é solúvel no meio em que é usado. Já o pigmento é insolúvel e deve ser disperso de alguma forma para poder colorir o material onde será aplicado. Estas foram as substâncias preparadas em cada reação: Pigmento BRANCO – Carbonato de cálcio Pigmento AZUL (azul da Prússia) – Ferrocianeto de ferro Pigmento MARROM – Hidróxido de ferro (III) Pigmento PRETO – Carbono, já é insolúvel Pigmento VERDE AZULADO (malaquita sintética) – Carbonato básico de cobre 86 Preparando Tintas Materiais Utilizados
Aquarela
Tempera de ovo
Tempera de leite
Tinta a óleo
Tinta acrílica
Procedimento Experimentais Vamos usar os pigmentos que você preparou para confeccionar diversos tipos de tintas e observar como são diferentes. Mãos à obra Preparando o veículo Chamamos de veículo o meio no qual o pigmento será disperso. O veículo terá uma grande importância no resultado final de uma pintura. Aquarela Dilua a goma arábica com água (uma parte de goma arábica com duas partes de água). Tempera de ovo Separe a gema da clara do ovo cuidadosamente. Você pode fazer isso simplesmente transferindo a gema de uma metade da casca do ovo para outra, removendo a clara aos poucos. Coloque então a gema do ovo em sua palma e transfira a gema de uma mão para a outra, cuidadosamente, até que a película em volta da gema esteja seca. Fure então esta película e transfira apenas o líquido para um copo. Coloque um volume igual de água em relação ao volume de gema que você separou e misture bem. Tinta a óleo Misture um volume de óleo de linhaça com 2 volumes de terebintina em um copinho descartável para café. Misture bem. Tinta acrílica O meio acrílico comercial está pronto para uso Preparando as tintas Em um copinho descartável para café adicione um pouco do pigmento e de 5 a 10 gotas de um dos veículos. Mexa bem até obter uma mistura de aparência homogênea. Quanto mais você mexer e misturar o pigmento e o veículo, melhor ficará a sua tinta. Você pode colocar o pigmento e o veículo entre duas placas de vidro e, apertando e girando uma placa sobre a outra, triturar a mistura. Os pigmentos devem estar bem secos e na forma de um pó fino para se obter uma boa mistura com o óleo ou o meio acrílico. Comparando as tintas Aplique uma pincelada de cada tinta que você preparou em uma folha de papel, anotando qual foi o pigmento e o veículo que você usou. Não esqueça de lavar bem o pincel entre uma tinta e outra (para a tinta a óleo e acrílica, use um solvente como removedor para limpar o pincel). Compare como cada tinta flui, como cobre o papel, como a cor fica após o papel secar, etc. Use suas tintas para fazer uma pintura. Explicação O material usado para dispersar os pigmentos é muito importante no resultado final de uma pintura. Imagine que você fosse aplicar o pigrnento seco ou apenas misturado com água. Naturalmente o pigmento não iria aderir à superfície da pintura, não importa se fosse em papel, em uma tela ou em uma parede. É preciso algo que dê esta aderência para garantir a durabilidade das pinturas. Estes materiais funcionam rnuito bem, como podemos ver em pinturas com centenas de anos. Cada um dos vários tipos de veículos que você preparou forma um filme ao secar. Este filme adere fortemente à superfície a ser pintada. Cada veículo usa materiais diferentes: carboidratos (goma arábica), proteínas (tempera de leite ou ovo), lípídios (óleo de linhaça) ou polímeros sintéticos (meio acrílico). O óleo de linhaça não seca por evaporação. Na verdade ele endurece ao ligar várias moléculas do óleo, formando um filme polímérico muito resistente. A goma arábica é um adesivo muito usado para papel e tem origem vegetal, O meio acrílico é uma emulsão. Uma emulsão é uma suspensão de dois líquidos imiscíveis (água e o polímero acrílico neste caso) que permanece estável, não se separa. Ao secar ele forma um filme flexível e resistente. A gema de ovo é constituída de proteínas (15%), água (51%) e lipídios (34%). Os lipídios não são solúveis em água e a gema também é uma emulsão. Ao secar, é a proteína que forma o filme. A ciência e a arte da preparação de tintas não param de evoluir e hoje o artista conta em sua paleta com uma enorme variedade de materiais para trabalha 87 Todo plástico é igual? Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Colecione o maior número possível de objetos de plástico que tenham um código de reciclagem no fundo. O que é um código de reciclagem? E um triângulo de setas, representando a reciclagem, com um número de 1 a 7 no centro. Agrupe os objetos que apresentem o mesmo número. Observe suas propriedades. Exemplos de objetos contendo códigos de reciclagem incluem garrafas de refrigerante ou égua mineral, cartuchos de filme, frascos de produtos de limpeza, alimentos, encanamentos, mangueiras para gás, copos descartáveis, etc. Discursão Os plásticos são transparentes, translúcidos ou opacos? São flexíveis ou rígidos? Você consegue dizer qual é o tipo de plástico usado em cada objeto apenas olhando para ele? Você consegue relacionar as propriedades do plástico com os seus usos? O que acontece com estes objetos quando eles são descartados? Explicação Plásticos são materiais que podem ser moldados e, inclusive, “remoldados” em um processo de reaproveítamento. O grande número de tipos de plásticos é algo que dificulta muito este reaproveitamento, pois eles apresentam propriedades químicas e físicas muito diferentes, apropriadas para o seu uso particular. Imagine que você fosse reciclar 20 garrafas de refrigerante, a maioria delas incolor e algumas verdes. O resultado final desta mistura apresentaria um plástico que não seria totalmente incolor e nem teria uma cor verde intensa. O mais interessante seria separar os dois tipos de garrafa antes de reciclar o material. Separar as garrafas pela cor é bem fácil, mas como fazer para separar plásticos de composição diferente? Caso estes plásticos fossem misturados o resultado seria um produto de qualidade inferior ou completamente inapropriado. Entram em cena os códigos de reciclagem, criados para auxiliar na separação de plásticos que podem ser reaproveitados. Cada número nos diz que tipo de plástico foi usado na fabricação daquele objeto, A composição de cada grupo é a seguinte: 1 PET ou poli(tereftalato de etileno) 2 PEAD ou HDPE ou polietileno de alta densidade 3 PCV ou PVC ou poli cloreto de vinila 4 PEBD ou LDPE ou polietileno de baixa densidade 5 PP ou polipropileno 6 PS ou poliestireno 7 Outros tipos de plástico Você pode ter encontrado alguns objetos contendo mais de um número no centro. Estes objetos contêm misturas de plásticos (por exemplo, polietileno de alta e baixa densidade) na sua composição. Existem várias vantagens associadas ao uso dos plásticos e que levaram à substituição de outros materiais como vidros e metais. Os plásticos são pouco densos, muito resistentes, não enferrujam e, portanto, são ideais como embalagens. Ao mesmo tempo, esta grande durabilidade faz com que eles permaneçam muito tempo no ambiente após serem descartados. Você pode colaborar muito para diminuir o acúmulo de plásticos nos aterros sanitários e lixões. Basta separar os plásticos do resto do lixo e descartá-los nos postos de coleta seletiva de sua cidade. Mas além de descartá-los adequadamente, é importante pensar em maneiras de reduzir o consumo e de se reutilizarem estes materiais. Os diversos plásticos apresentam faixas de densidades diferentes, como podemos ver na tabela abaixo: Código de reciclagem Plástico (1| PET (2) HDPE (3) PVC (4) LDPE (5) PP (6) PS (7) Outros Densidade (g/mL) 1.38-1.39 0.95 – 0.97 1.19-1.35 0.92 – 0.94 0.90 – 0.91 1.05- 1.07 Varia com o plástico Estas diferenças de densidade vêm de diferenças nas maneiras com que os átomos se organizam nos diferentes polímeros. Mas o que são polímeros? São materiais formados pela repetição de um grande número de unidades ligadas entre si. Ao mudarmos o tipo de unidade ou a maneira como estas unidades se arranjam no polímero, obtemos um material com propriedades bem diferentes, como podemos ver pela tabela de densidades. Um exemplo disto é o políetileno. O polietileno é o mais simples dos polímeros da nossa lista e é formado de unidades repetidas provenientes do etileno. O etileno é bem simples e podemos imaginar várias maneiras para ele se arranjar. Todas elas envolvem a quebra parcial da ligação dupla entre os átomos de carbono (representada por dois traços entre os símbolos do carbono}. Embora os traços sejam iguais, estas duas ligações são diferentes uma da outra. Uma das ligações é quebrada mais facilmente e ao se quebrar permite que novas ligações sejam formadas com outras moléculas de etileno. Cada átomo de carbono faz apenas quatro ligações e então precisamos quebrar uma para podermos fazer outra. Quando colocamos vários destes etilenos ligados uns aos outros formamos o que se chama uma cadeia polimérica. O etileno é um monõmero, uma substância que pode ser transformada nestas cadeias poliméricas. Quando temos longas cadeias lineares de etileno, elas tendem a se alinhar e se empacotar muito bem. Neste caso temos o polietileno de alta densidade. Quando a cadeia do polietileno está ramificada, com outras cadeias saindo para os lados, as cadeias já não conseguem empacotar tão bem assim. É como se você quisesse empilhar troncos de árvores, você iria retirar os galhos das árvores para que elas empilhassem melhor. Quando temos estas cadeias ramificadas, o material que é produzido é o polietileno de baixa densidade. 88 Identificando alguns plásticos Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Separe pequenos pedaços de cada tipo de plástico. Você pode cortar embalagens usadas como garrafas de refrigerante, frascos de detergente, cartuchos de filme, etc. Tente obter um pedaço de cada tipo de plástico que você identificou na atividade anterior. Coloque estes pedaços em um copo com água. Separe os plásticos em dois grupos: aqueles que flutuaram e aqueles que afundaram na água. Coloque os que flutuaram na água em um copo contendo álcool etílico até a sua metade. O álcool etílico é inflamável, verifique se não existem chamas nas proximidades de sua área de trabalho. Os plásticos são mais ou menos densos que o álcool? Agora coloque água aos poucos no copo com álcool, agitando, até que um dos pedaços de plástico flutue. Retire este plástico do copo e continue adicionando água, em quantidades pequenas e agitando sempre, até que todos os pedaços tenham flutuado, um a um. Arranje os plásticos na ordem em que eles flutuaram. Agora vamos trabalhar com aqueles que afundaram na água. Coloque estes plásticos em um copo com água até a metade. Adicione uma colher de chá de sal na água e agite. Continue colocando sal na água e agitando até que um dos plásticos flutue. Alguns deles não irão flutuar mesmo em uma solução na qual você não consiga mais dissolver sal. Arranje agora os plásticos na ordem em que eles flutuaram, que é a ordem de suas densidades. Iremos deixar os plásticos que não flutuaram para serem identificados nas próximas atividades. Discursão Por que alguns plásticos afundam e outros flutuam na água? O que estamos fazendo ao adicionar água ao álcool ou sal à água? Explicação Estas diferenças de densidade vêm de diferenças nas maneiras com que os átomos se organizam nos diferentes polímeros. Mas o que são polímeros? São materiais formados pela repetição de um grande número de unidades ligadas entre si. Ao mudarmos o tipo de unidade ou a maneira como estas unidades se arranjam no polímero, obtemos um material com propriedades bem diferentes, como podemos ver pela tabela de densidades. Um exemplo disto é o polietileno. O polietileno é o mais simples dos polímeros da nossa lista e é formado de unidades repetidas provenientes do etileno. O etileno é bem simples e podemos imaginar várias maneiras para ele se arranjar. Todas elas envolvem a quebra parcial da ligação dupla entre os átomos de carbono (representada por dois traços entre os símbolos do carbono}. Embora os traços sejam iguais, estas duas ligações são diferentes uma da outra. Uma das ligações é quebrada mais facilmente e ao se quebrar permite que novas ligações sejam formadas com outras moléculas de etileno. Cada átomo de carbono faz apenas quatro ligações e então precisamos quebrar uma para podermos fazer outra. Quando colocamos vários destes etilenos ligados uns aos outros formamos o que se chama uma cadeia polimérica. O etileno é um monômero, uma substância que pode ser transformada nestas cadeias poliméricas. Quando temos longas cadeias lineares de etileno, elas tendem a se alinhar e se empacotar muito bem. Neste caso temos o polietileno de alta densidade. Quando a cadeia do polietileno está ramificada, com outras cadeias saindo para os lados, as cadeias já não conseguem empacotar tão bem assim. É como se você quisesse empilhar troncos de árvores, você iria retirar os galhos das árvores para que elas empilhassem melhor. Quando temos estas cadeias ramificadas, o material que é produzido é o polietileno de baixa densidade. A ordem crescente das densidades dos polímeros na nossa lista é: PP < LDPE < HDPE < PS < PVC < PET. Três destes plásticos irão flutuar na água (PP, LDPE e HDPE) e três irão afundar (PS, PVC e PET). Os seis plásticos mais comuns são mais densos que o álcool etílico (densidade 0,8 g/mL). À medida que adicionamos água ao álcool, vamos aumentando a densidade da mistura e, quando esta se torna maior que a densidade do plástico, ele flutua. Da mesma forma, quando adicionamos sal à água, estamos aumentando a densidade da mistura. O plástico que nós conseguimos fazer flutuar ao adicionar sal à água é o poliestireno. O PET e o PVC não irão flutuar mesmo em uma solução saturada de sal em água (densidade aproximadamente 1,20 g/mL). Teremos que usar um outro método para identificar estes plásticos. 89 PVC onde está você? Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Prepare o fio de cobre, desencapando e retirando o esmalte de sua superfície com uma lixa ou palha de aço. Prenda o fio de cobre em um pregador ou outro cabo de madeira de modo a deixar uma ponta livre de uns 5 cm. Aqueça-o na chama até que ele fique vermelho. Encoste o fio quente no cano de PVC de modo que um pouco do plástico derretido grude no fio. Leve o fio de cobre novamente à chama. O que você observa? Mergulhe o fio quente em um copo com água para esfriá-lo. Experimente com outros tipos de plástico. Você observa o mesmo com eles? Use sempre uma quantidade mínima de plástico para evitar a liberação de produtos da queima venenosos ou com cheiro desagradável. Discursão De onde vem a coloração dada à chama? O que o PVC tem de especial que os outros plásticos não têm? Será que ocorreria o mesmo com um arame de aço? Experimente! Você poderia usar o teste do fio de cobre para diferenciar os três tipos de polímeros que afundaram na água? Explicação O PVC, poli cloreto de vinila, é também conhecido como vinil, o plástico usado para se fazerem discos de músicas, nos “pré-históricos” tempos antes do advento do CD (que usa um outro plástico, o policarbonato, mas isso já é outra história…). O PVC é o segundo plástico mais produzido no mundo hoje em dia, só perdendo para o polietileno, e mais da metade da sua produção é usada em construções, principalmente em encanamentos. O PVC também é usado em embalagens e brinquedos, entre muitos outros usos. O PVC é o único plástico da nossa lista que contém o elemento cloro. Dê uma olhada na cadeia do PVC: Como você pode notar, ela é muito parecida com a do polietileno, mas com um átomo de cloro (Cl) pendurado a cada dois átomos de carbono (C}. O poli cloreto de vinila é formado pela repetição do cloreto de vinila! Parece óbvio, não é mesmo? E depois dizem que química é algo difícil. Podemos notar que o fio de cobre não muda a cor da chama antes de colocarmos um pouco do PVC no fio. Ao se decompor na chama, o PVC libera ácido clorídrico e outros produtos clorados. Estes produtos oxidam o cobre do fio, formando íons de cobre de carga 2+. Como vimos na atividade 2.3, o sulfato de cobre (onde o cobre tem carga 2+} emite uma luz verde, quando colocado em uma chama. Esta luz aparece porque os átomos de cobre absorvem energia da chama e devolvem esta energia na forma de luz. Corno apenas o PVC contém cloro, ele é o único que apresenta este resultado ao ser colocado na chama com um fio de cobre. O poliestireno e o PET queimam com uma chama laranja brilhante e liberam uma fumaça preta contendo fuligem, resultado de uma combustão incompleta do material. A queima de plásticos para a obtenção de energia é uma alternativa ao seu descarte no lixo, mas deve ser realizada com muitos cuidados. No caso do PVC e alguns outros polímeros, são necessários incineradores especiais, trabalhando a altas temperaturas para que se evite a formação de compostos muito tóxicos. Por outro lado, grande parte dos plásticos libera uma energia correspondente à mesma quantidade de óleo ou carvão e o aproveitamento desta energia já é feito em alguns casos. 90 Encolhendo Isopor Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque alguns mililitros de acetona no frasco. A acetona é vendida em farmácias como removedor de esmalte, normalmente misturada com outros solventes (álcool e água). Verifique no rótulo do produto se ele contém acetona. Se você conseguir encontrar um pouco de acetona pura, poderá ver que ela funciona muito melhor. A acetona é inflamável, portanto verifique se não existem chamas nas proximidades da sua área de trabalho. Coloque um pequeno pedaço de isopor no frasco e observe. Coloque outros pedaços de isopor na acetona. O que acontece? O que sobrou no fundo do frasco? Coloque um pedaço de um copo descartável ou uma embalagem de poliestireno na acetona e observe o que ocorre após algum tempo. Discursão O que aconteceu com o isopor? A sua densidade é a mesma antes e depois do tratamento com acetona? O que é que saí na forma de bolhas? Você acha que o material formado após você colocar acetona serviria para manter seu café quente ou seu refrigerante gelado como o isopor? Você acha que este método ajudaria a identificar o poliestireno no meio dos outros plásticos que afundaram na água? Como? Que outros experimentos você teria que fazer? Explicação O isopor é formado por um polímero conhecido como poliestireno, aquele de código de reciclagem número 6. Quer dizer que dá pra reciclar o poliestireno? Sem dúvida. Se o isopor aparece entre os plásticos de vida útil curta, pois após ser usado para embalagens ele é normalmente descartado, ele vem mudando esta imagem e já é reciclado em muitos lugares, se transformando em produtos como caixas de fitas cassetes e vasos para plantas. Ao se fabricar o isopor, o polímero é formado na presença de um solvente com um baixo ponto de ebulição que, ao evaporar, expande o plástico, deixando o ar entrar na sua estrutura. O isopor contém cerca de 95% de ar em sua composição. É este ar no interior do isopor que o torna um excelente isolante térmico. O solvente usado inicialmente para expandir o isopor eram os clorofluorcarbonos (CFCs). Se você já ouviu falar nos problemas causados pelos CFCs em relação à camada de ozônio na estratosfera, você pode imaginar que o isopor estava na mira dos ecologistas. Atualmente os CFCs foram substituídos por solventes que não agridem o meio ambiente, como o pentano. E o que acontece quando colocamos a acetona? Embora alguns solventes consigam dissolver materiais poliméricos, este não é o caso com a acetona e o isopor. A acetona enfraquece as interações entre as cadeias de poliestireno, amolecendo o isopor e permitindo que o ar preso escape. Estas são as bolhas que podem ser observadas quando colocamos o isopor na acetona. Podemos recuperar o poliestireno como uma massa pegajosa no copo. Ao secar, essa massa irá se tornar rígida e quebradiça. Você pode colocar este material em um molde, como por exemplo, um tubo plástico de filme fotográfico, antes dele secar e observar o material após a acetona evaporar. Os outros plásticos que afundaram na água foram o PVC e o PET. Já vimos um método seguro para identificar o PVC. O PET não é afetado pela acetona e, portanto, podemos diferenciar os dois com este teste. 91 Contorcionismo com o PET Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Corte a garrafa PET em tiras de 3 a 4 centímetros de largura. Coloque água na panela até cerca da metade de sua capacidade e aqueça a água até a ebulição. Segure a tira de PET corn o pregador de madeira e mergulhe a ponta da tira na água fervendo. O que acontece? Mergulhe a tira mais fundo, aos poucos, tomando cuidado para não encostar a mão na panela quente. Retire a tira e deixe-a esfriar. Compare o material obtido após o aquecimento com o que você tinha antes. Discursão Por que a tira se enrolou toda? Será que outros plásticos se comportam do mesmo jeito? Explicação O PET é um tipo de plástico conhecido como um poliéster. Embora já tenha virado sinônimo de tipo de embalagem de refrigerante, especialmente as de dois litros, o PET é usado em um grande número de outros produtos. Você pode encontrar o PET em embalagens de alimentos, garrafas de água mineral e óleo de cozinha, em balões de aniversário do tipo aluminizados, fitas de áudio e vídeo (a própria fita coberta com material magnética e não a caixa) e na forma de fibras em uma variedade de usos, como carpetes, velas para barcos e em roupas. Mas o grande sucesso do uso do PET é realmente nas embalagens de refrigerantes. E não são poucas: em 1998foram consumidos mais de 8 bilhões de litros de refrigerante em embalagens de PET, só no Brasil! Mas se as garrafas de PET são tão boas para o transporte de bebidas, por que não podemos usá-las várias vezes? A razão disto tem muito a ver com a experiência que você fez. Para ser reaproveitada novamente como embalagem de refrigerante ou outro produto alimentício, a garrafa deve ser esterilizada. O que você acha que aconteceria com uma garrafa de PET se ela fosse aquecida às altas temperaturas necessárias para esterilizar as garrafas? Antes de vermos por que o PET enrola deste jeito, vamos dar uma olhada em como o PET está organizado. O PET tem um nome de encher a boca: poliftereftalato de etileno). Vamos dar uma olhada na estrutura dos blocos que se juntam para formar o PET: Podemos ver que o tereftalato e o nosso velho conhecido, o etileno, vão se intercalando nas longas cadeias poliméricas. O que torna o PET um poliester é justamente a ligação entre o tereftalato e o etileno, formando um grupo éster: Mas o que acontece quando aquecemos o PET? Enquanto sólidos mais simples apresentam apenas urna mudança quando aquecidos, indo de sólidos para líquidos, polímeros irão apresentar duas. O PET irá derreter apenas a uma temperatura de 250-270 “C, mas irá se tornar flexível e moldável a uma temperatura muito inferior, como nós vimos nesta atividade. Quando aquecemos o PET até cerca de 100 “C ele se transforma de um material mais rígido para um mais flexível, pois nesta temperatura muitas das cadeias poliméricas conseguem se movimentar mais, umas em relação às outras. Se o plástico é moldado e esticado acima desta temperatura e depois esfriado, as cadeias ficam fixas na nova posição. Este é o caso da garrafa de PET. A garrafa é feita a partir de uma pré-forma que é colocada no molde, aquecida e soprada até se transformar em uma garrafa que pode chegar até 2 litros de capacidade. Uma única máquina soprador pode produzir mais de 10 mil garrafas de PET por hora! Quando aquecemos a tira da garrafa PET, o plástico que havia sido esticado pode “relaxar”, aliviando a tensão no material. 92 Querida encolhi o plástico! Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Encontre uma embalagem plástica transparente feita de poliestireno (código de reciclagem 6). Faça um desenho usando a caneta para retroprojetor em uma área lisa da embalagem, como por exemplo a tampa ou o fundo. Para colorir você pode usar outras canetas para retroprojetor ou lixar o outro lado do plástico e colorir com lápis de cor. Recorte o contorno do desenho. Coloque uma folha de papel alumínio em uma assadeira e coloque o seu desenho sobre o papel alumínio. Pré-aqueça o forno até 180 °C. Leve a assadeira com o desenho ao forno e observe. Quando toda a movimentação no interior do forno cessar, retire a assadeira com cuidado. Aguarde até que o material esfrie antes de manipulá-lo. Você pode criar vários objetos com este tipo de plástico, como chaveiros, brincos, etc., desde que você faça um furo antes de aquecer o plástico. Explicação Quando aquecemos o plástico, ele encolhe, se contorce e entorta várias vezes, até finalmente voltar a ser uma folha plana, porém muito menor e mais espessa. O pedaço de plástico encolhe até cerca de um terço do seu tamanho original e ao mesmo tempo se torna cerca de 9 vezes mais espesso. A palavra plástico se refere a um material que seja moldável. Os primeiros plásticos serviram para substituir materiais caros como o marfim, que eram entalhados a mão. Com um material que podia ser colocado em um molde e endurecia a seguir, barateava-se muito o custo e conseguia-se produzir um número muito maior de peças com muito menos trabalho. Muitos objetos feitos de plástico, como embalagens, garrafas e copos, são moldados a quente, ou seja, o plástico é aquecido ao mesmo tempo em que é esticado de encontro ao molde. Uma vez que o plástico esteja na forma e na espessura correta o molde é resfriado e as moléculas do plástico ficam presas naquela forma. Ao aquecermos um plástico que foi esticado desta forma ele retoma a sua estrutura e forma original. No caso do nosso poliestireno, a temperatura em que ele se torna fluido e moldável é bem mais alta que a temperatura ambiente (cerca de 180 °C). 93 O Balão e a agulha Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Encha os balões de borracha e solte um pouco do a que eles não fiquem no seu tamanho máximo. Amarre-os com um nó ou com um barbante. Observe bem o balão. Existem áreas diferentes nele? Lubrifique a agulha passando um pouco de óleo de cozinha. Segure o primeiro balão e espete com a agulha na sua lateral. O que acontece? Segure o segundo balão e agora espete na região mais escura, diretamente oposta ã boca do balão. O que aconteceu? Experimente fazer o mesmo na região próxima à boca do balão. Se você conseguir uma agulha fina e bem comprida você pode fazer com que ela entre próxima à boca do balão e que saia do lado oposto, sem estourar o balão. Explicação A borracha é um tipo de polímero especial. Uma das propriedades mais importantes da borracha é o fato de ela ser elástica, ou seja, de tender a voltar a sua forma original quando aplicamos uma força sobre ela. Para entendermos isto, precisamos olhar como a borracha está organizada. Ou melhor, como está desorganizada! As cadeias poliméricas ficam como espaguete, entrelaçadas e retorcidas. Se você esticar a borracha em uma direção, ela irá ficar mais ou menos assim: As cadeias tendem a se alinhar em uma certa direção. Ao soltarmos a borracha, ela irá retornar à sua forma origina!, a não ser que a força aplicada seja suficiente para romper as cadeias, e aí o polímero se rompe. Podemos tornar a borracha mais resistente ligando as diversas cadeias poliméricas. O processo que liga as diferentes cadeias da borracha é conhecido como vulcanização e foi descoberto por acidente por Charles Goodyear em 1839. Goodyear, um inventor americano, após experimentar com diversas combinações, estava trabalhando com misturas de borracha natural e enxofre quando, acidentalmente, derrubou a mistura em um fogão muito quente. Ao invés de jogar tudo fora e começar de novo, ele resolveu olhar as propriedades deste novo material, que agora não se tornava mais quebradiço no frio ou amolecia no calor. O enxofre havia formado pontes entre as cadeias poliméricas da borracha, ligando grande parte delas entre si, como uma gigantesca molécula. Agora estamos começando a poder entender por que a borracha é elástica. As cadeias poliméricas da borracha não tendem a manter as suas posições originais, e retornam ao estado anterior quando retiramos a força. Ao vulcanizarmos a borracha, estaremos fazendo com que, ao movermos as cadeias, tendam a retornar à posição que ocupavam, já que agora estão grudadas umas às outras. Quando inserimos a agulha na parte mais esticada do balão ele estoura, pois as cadeias não estão relaxadas e não há espaço para que ela penetre entre as cadeias. Na região próxima à boca do balão e na região oposta a esta a borracha está relaxada e pode acomodar facilmente a agulha, selando o ar no interior no balão. A borracha assume preferencialmente esta forma mais relaxada, na qual as cadeias estão completamente desorganizadas. Um dos usos mais populares de borrachas, também chamadas de “elastômeros”, é na preparação de gomas de mascar. As primeiras gomas de mascar foram preparadas a partir de seivas de árvores como o sapotizeiro, árvore originária da América Central, cuja goma era chamada de “chicle”. Esta seiva é recolhida da árvore da mesma maneira que os seringueiros recolhem o látex, a partir de cortes no caule e colocando-se um recipiente para recolher o liquido que escorre. Os chicletes modernos têm várias composições, mas no gera! se usa uma goma, normalmente sintética, como base (20%), açúcar (63%), xarope de milho (16%) e 1% de óleos que dão o sabor, como hortelã, menta ou canela. Você pode determinar qual a percentagem de polímero no seu chiclete favorito. Para isto basta você pesar o chiclete antes e depois de mascar. O polímero é o material insolúvel que resta quando todo o açúcar, xarope de milho e outros aditivos se dissolvem na boca. 94 Fraudas super absorventes Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Para recolher os flocos do gel absorvente, corte a fralda em tiras de 2 a 3 cm de largura. Coloque as tiras em um saco plástico com fecho. Evite respirar as fibras de algodão presentes no interior da fralda. Agite o saco plástico até que os flocos de gel (pó branco) acumulem no fundo, separados do algodão e outros materiais da fralda. Coloque cerca de uma colher de café do gel coletado em um copo. Acrescente um quarto de copo de água e observe. Coloque o copo de cabeça para baixo. Olhe bem o que ocorre. Toque o material no copo. O que você percebe? Separe um pouco do gel com água em outro copo. Coloque um pouco de sal sobre ele. O que ocorre? O gel pode ser um irritante da pele, portanto lave as mãos após manusear o material. Discursão O que ocorreu com a água? Qual o efeito do sal sobre o gel? Você acha que a fralda consegue absorver a mesma quantidade de água pura ou de urina (que contém sais dissolvidos}? Como você faria para descobrir a quantidade máxima de água absorvida por uma certa quantidade de gel? Explicação As fraldas descartáveis superabsorventes contêm um pó branco espalhado por entre as fibras de algodão. Este material pode absorver mais de 800 vezes seu peso em água destilada. A água fica presa dentro deste material e, desde que se tome cuidado, podemos inverter o copo sem que efa caia. Para entendermos o processo de absorção precisamos conhecer a estrutura do polímero que constitui os flocos de gel superabsorvente. O polímero usado é o poliacrilato de sódio. Ele não é tão diferente dos outros polímeros que nós já virnos. Dê uma olhada na cara dele: Ele incorpora em suas longas cadeias grupos carregados negativamente que são contrabalançados por íons sódio, de carga positiva. Os íons sódio podem ser hidratados, ou seja, cercados de moléculas de água. Quando is!o acontece o polímero “incha”, aumentando de volume devido à água que tenta solubilizar todos os íons sódio presentes no polímero. Esta diferença na concentração de íons no interior e no exterior do polímero dá origem ao fenômeno da osmose, no qual a água no exterior vai penetrando no polímero para tentar igualar esta diferença de concentração. É por isso que quando o polímero tem de absorver água que já contém uma certa concentração de sais (como na água de torneira ou mais ainda na urina) ele absorve muito menos água por massa de polímero. Neste caso a diferença de concentração se torna rnuito menor. Ao colocarmos grãos de sal sobre o gel a tendência se inverte e o gel perde água, se desidratando. Tente determinar a quantidade máxima de água que pode ser absorvida por uma certa quantidade de gel. Pedaços coloridos deste polímero são usados em brinquedos nos quais pequenos animais crescem ao serem colocados em água. 95 Cristais invisíveis Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Observe os cristais d’água ainda secos. Usando a linha ou barbante, dê um nó frouxo em torno do crista!. Meca com uma régua o comprimento aproximado do cristal. Coloque o cristal amarrado em um copo com água. Observe o que ocorre após cerca de meia hora. Você ainda consegue ver o cristal dentro da água? Retire o cristal da água e meça novamente o seu comprimento. Coloque o cristal na água e continue observando o que ocorre nas próximas horas. Qual é o tamanho máximo que você observou? Espete um alfinete ou palito de dente no meio do cristal invisível expandido e coloque-o dentro d ‘água. O alfinete parece que está misteriosamente flutuando no meio da linha pendurada na água. Explicação Os cristais usados para se reter água em vasos para plantas são constituídos de um polímero superabsorvente, a poliacrilamida. Podemos observar aumentos significativos no tamanho dos pedaços do polímero, que são capazes de absorver centenas de vezes o seu próprio peso em água, aumentando muito em volume. Mas como eles funcionam? A maneira com que eles absorvem a água é diferente do que ocorre no gel das fraldas. Neste caso temos um grupo diferente pendurado na nossa cadeia, um grupo amida. Este grupo é capaz de formar fortes interações com a água. Estas interações são conhecidas como ligações de hidrogênio. À medida que mais água entra na rede do polímero, as cadeias se afastam e as interações entre as cadeias diminuem, permitindo que mais água penetre entre as cadeias e fazendo com que o volume do material aumente. Os “cristais” se tornam praticamente invisíveis quando mergulhados na água. O índice de retração do polímero expandido é bem próximo ao da água. 96 Preparando um polímero de meleca Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Prepare uma solução do bórax em água que seja aproximadamente 4% em peso. Para isso coloque 4 g de bórax em dois copinhos descartáveis para café {100 rnL) de água. Dilua a cola branca com um mesmo volume de água (para um copinho de cola, acrescente um copinho de água}. Adicione o corante alimentício em uma das duas soluções se você desejar. Coloque volumes iguais das duas soluções em um terceiro copo e misture bem com um palito de madeira. O que você observa? Retire a meleca do copo e manuseie-a com as mãos. Quanto mais você manusear a meleca, menos grudenta ela irá ficar. Não se esqueça de lavar bem as mãos após mexer com a meleca. Você pode guardar a meleca por mais tempo se colocá-la em um saco plástico com fecho ou em um pote com tampa. Experimente outros tipos de cola. Se você conseguir arrumar um pouco de álcool polivinilico você pode preparar uma outra meleca, só que mais transparente que a feita com cola branca. Para isso dissolva o álcool polivinilico em água quente {coloque 10 g de álcool polivinilico em 100 mL de água) e acrescente o mesmo volume da solução de bórax 4%. Agite bem e manuseie como no procedimento anterior. Guarde a meleca em um frasco ou saco plástico fechado para que ela não seque. Caso você perceba o aparecimento de bolor na meleca, descarte-a no lixo (e não na pia!!!). Explicação A cola branca é uma solução de polífacetato de vinila) em água. Novamente temos longas cadeias onde uma certa unidade se repete. Neste caso o polímero se parece com o polietileno novamente, mas com um grupo acetato pendurado a cada dois carbonos: Estas cadeias estão dissolvidas na água e podem se mover livremente. Ao colocarmos o bórax, alteramos a consistência do material, que começa a se comportar de maneira muito diferente. Isto ocorre porque o bórax une as diversas cadeias poliméricas fazendo com que elas não possam mais se mover independentemente das vizinhas. Estas ligações cruzadas entre uma cadeia polimérica e suas vizinhas deixam muito espaço para que a água fique presa entre as cadeias. Um polímero que contém este tipo de ligação cruzada é chamado de reticulado, pois as cadeias estão ligadas como em uma rede. Podemos ver o que acontece olhando a estrutura do álcool polivinílico: Quando colocamos o bórax na água ele irá juntar as diferentes cadeias em uma rede, formando ligações cruzadas entre as cadeias. A água fica presa entre as cadeias na rede. 96 Investigando a Meleca Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Faça uma bolinha com a meleca. Coloque a bolinha em um copo e observe por um tempo. A meleca permanece na forma de bolinha? Coloque a meleca sobre uma superfície plana. Aperte a meleca com um dedo, lentamente. Agora, com a palma aberta, dê um tapa sobre a superfície da meleca. O que acontece? Estique a meleca vagarosamente. Segure um pedaço da meleca e deixe a parte de baixo escorrer lentamente. Compare com o que acontece se você puxar o material rapidamente. Molde urna boünha com a meleca e deixe-a cair de várias alturas. Coloque um pouco da meleca no funil feito corn a boca de uma garrafa PET. Deixe o material escorrer pelo funil. O que você observa quando a meleca escorre pela boca do funil? Este é o mesmo comportamento de um líquido como a água por exemplo? Coloque um pouco da meleca em um canudinho e sopre com cuidado, tentando formar uma bolha. Escreva ern um papel com a caneta hidrocor. Coloque um pedaço da meleca sobre o escrito e aperte. Levante o material e observe. Tente transferir figuras ou texto de jornais com a meleca. Explicação Bem-vindo ao fascinante mundo dos fluidos não-newtonianos. Fluidos o quê? Vamos com calma. Os líquidos e gases comuns se comportam de uma maneira parecida. Pegue por exemplo o mel. Ele escorre lentamente para fora do frasco, mas irá escorrer mais rápido se aumentarmos a temperatura ou se o forçarmos para fora. Mas nem todos os fluidos são assim bem comportados. A meleca que você preparou, por exemplo, tem propriedades bem diferentes do normal. Ela tem propriedades características de líquidos (toma a forma do recipiente, flui, pinga, etc.) e algumas de sólidos (a bolinha pula, o material se quebra quando esticado rapidamente). Ao colocarmos a meleca no funil podemos ver que ela flui lentamente e, ao sair do funil, se expande, se tornando maior do que a boca do funil. Tintas solúveis em água irão se transferir para a meleca. Isto acontece porque a meleca retém muita água em sua estrutura, entre as cadeias poliméricas. Investigações como estas podem parecer apenas para brincadeiras, mas estudar o comportamento de melecas poliméricas como as que nós preparamos é muito importante para definir como um determinado plástico irá se comportar em um molde ou ao ser esticado em um filme, por exemplo. 97 Areia movediça Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque meio copo de amido de milho ou fécula de batata na tigela. Adicione água aos poucos, misturando com as mãos. A partir de uma certa quantidade de água você irá perceber que a mistura se comporta de uma maneira estranha. Pare de adicionar água. Experimente com a mistura. Aperte a mistura com o dedo lentamente. O que acontece? Agora tente enfiar o seu dedo rapidamente na mistura. Por que o comportamento se modificou? Tente formar uma bola com o material moldando a massa rapidamente e continuamente. O que acontece assim que você pára de manusear a massa? Explicação O amido é um exemplo de polímero natural. A unidade que se repete no amido é a molécula de glicose. Dê urna olhada nas estruturas da molécula de glicose ao lado. A figura 1 mostra a glicose como se todos os átomos estivessem no mesmo plano. Na figura 2 mostramos a glicose em três dimensões e omitimos os símbolos para os átomos de carbono (C). Quando comemos algo que contém amido, como uma batata, arroz ou milho iremos digerir o amido, quebrando a sua estrutura para liberar a glicose usada pelas células para converter energia. Dê uma olhada em como as moléculas de glicose se arranjam no amido: Quando misturamos o amido de milho com a água obtemos um material com propriedades muito diferentes do comum. Ele irá fluir de maneira distinta conforme a pressão em que é submetido. Novamente temos um fluido não-newtoniano! Este material apresenta o comportamento oposto a outras suspensões como por exemplo o ketchup. No caso do ketchup, ele irá fluir mais facilmente ao receber umas pancadas no fundo do frasco e irá permanecer mais viscoso quando em repouso. Este tipo de fenômeno ocorre em suspensões coloidais que podem passar de um tipo de colóide para outro. Um gel, uma dispersão de um líquido em um sólido, pode se transformar em um sol, que é uma dispersão de um sólido em líquido. O resultado desta mudança é que o material se torna mais fluido (mais parecido com um líquido) como no caso da agitação do ketchup. O que ocorre no caso do amido de milho é o processo inverso. A areia movediça foi popularizada em dezenas de filmes baratos de aventuras, onde algum personagem sempre dava um jeito de cair e afundar rapidamente como se a areia estivesse “sugando” a vítima para baixo. Algumas vezes o herói salvava a vítima com um longo galho, e em outras a vítima (normalmente o vilão) afundava e soltava algumas bolhinhas, enquanto seu braço estendido ia desaparecendo. Na areia movediça real, o que temos são grãos finos de areia suspensos em água, de uma maneira parecida com o que fizemos com o amido de milho. A água consegue fluir ao redor das partículas de areia quando se aplica uma força lentamente ou quando se deixa o material escorrer. Neste caso a mistura se torna fluida. Ao se aplicar uma força brusca, as partículas não têm como sair do seu lugar e “travam”, parecendo um sólido. Você talvez já tenha reparado em algo semelhante ao andar em uma praia, próximo da água. Ao andar rapidamente a areia parece muito dura. Se ficamos parados no lugar a areia parece mole e flui facilmente. Se a camada de areia movediça for-funda o suficiente ela pode se tornar realmente perigosa, especialmente se a pessoa entrar em pânico. Se não houver longos galhos e um herói por perto, basta se deitar de costas, flutuar e lentamente se mover em direção ao solo firme. 98 Fibras na sua dieta Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque o conteúdo do pacote de laxante (cerca de 6 g) no pote plástico. Adicione cerca de um quarto de copo de água (60 mL), agitando bem até formar uma pasta. Adicione algumas gotas do corante e misture bem, caso queira uma meleca de outra cor. Leve esta pasta no microondas e aqueça por alguns segundos. Vigie a mistura com cuidado, pois ao ferver ela tende a se expandir e sair do recipiente. Caso a mistura comece a ferver, pare o aquecimento, retire o pote do forno e misture bem com uma colher. Continue aquecendo por curtos intervalos de tempo e misturando bem, até que a meleca se desgrude bem das paredes do pote. A mistura estará muito quente ao sair do forno. Deixe a meleca esfriar até a temperatura ambiente antes de manipulá-la. Quais são as diferenças entre esta meleca e a feita a partir de cola branca e bórax? Você pode modificar as características da meleca modificando a quantidade de água adicionada. Explicação É comum pensarmos em polímeros e nos lembrarmos de materiais sintéticos, o perfeito exemplo de algo artificial. Na verdade os polímeros sintéticos são muitas vezes tentativas dos químicos de substituir, modificar e até melhorar os polímeros encontrados na natureza. A história dos plásticos começou assim com materiais derivados da celulose como o rayon e o celulóide. Todavia, polímeros sintéticos têm propriedades sem similares em nenhum produto natural, como por exemplo o poli(tetrafluoretileno), o plástico usado para recobrir panelas e frigideiras para que a comida não grude. Algodão, seda, papel, madeira, lã e couro são alguns exemplos de materiais que contêm polímeros sintetizados por plantas e animais. Mas ainda não conseguimos sintetizar um polímero com a eficiência das plantas, em cujos microscópicos laboratórios celulares se produz a celulose. A celulose é formada a partir da reunião de moléculas de glicose, que por sua vez vêm do gás carbônico, água e luz solar usados na fotossíntese. As moléculas de glicose podem se juntar de maneiras diferentes: em um caso, o polímero pode ser facilmente quebrado e as unidades de glicose podem ser aproveitadas como alimento; em outro, o polímero é extremamente resistente, podendo durar centenas ou até milhares de anos. No primeiro caso, a glicose está formando o amido, a reserva de alimento da planta. O segundo caso é o da celulose, polímero usado pelas plantas para construir suas estruturas: raízes folhas e caule. O arranjo diferente entre as moléculas de glicose confere ao amido e à celulose propriedades distintas, a ponto de nossas enzimas digestivas conseguirem digerir o amido, mas não a celulose. Compare a estrutura da celulose com a do amido, mostrada na atividade anterior (3.12): Note que na celulose cada molécula de glicose está invertida em relação à anterior e que no amido elas estão todas orientadas do mesmo jeito. Uma vez que nós não digerimos a celulose, os alimentos ricos em fibras contêm em geral poucas calorias. Mas se nós não aproveitamos nada da celulose, por que especialistas em nutrição e saúde recomendam tanto que se aumente a quantidade de fibras na nossa dieta? As fibras insolúveis em água, como a celulose, facilitam a movimentação dos alimentos pelo intestino. Embora nós humanos não consigamos digerir a celulose, outros animais conseguem aproveitar esta fonte de energia. É o caso dos ruminantes. A palavra ruminante vem do latim ruminare, que também quer dizer pensar. Enquanto uma vaca vai pensando na vida, ela mastiga e re-mastiga seu alimento e consegue extrair seu sustento de fontes muito pobres nutricionalmente. O segredo dos ruminantes está na presença de um número enorme de microorganismos, principalmente na primeira divisão do seu estômago, o rúmen. Estes microorganismos produzem as enzimas digestivas necessárias para se quebrar a celulose, as celulases. As fibras de celulose têm uma grande afinidade com a água. Ao serem colocadas em água, elas “incham” e permitem que a água penetre entre as suas cadeias poliméricas. Neste ponto nós já vimos a presença de polímeros na forma de um gel em várias situações. Eles estão nas fraldas descartáveis, nos cristais invisíveis, no polímero meleca, na “areia movediça” de amido e finalmente na meleca produzida com as fibras de celulose. Um gel é uma dispersão coloidal, ou seja, de partículas com um tamanho muito maior que no caso de uma solução verdadeira. Em certos casos, esta dispersão coagula em uma massa, na qual cadeias interligadas envolvem todo o solvente de modo a formar um “pseudo-sólido”. Dependendo da quantidade de solvente podemos ter desde um material mais rígido como a gelatina, até algo mais fluido como um xampu. No caso das fraldas e dos cristais invisíveis, nós temos polímeros que têm afinidade pela água, seja pela presença de íons de sódio (nas fraldas), seja pela formação de ligações de hidrogênio (nos cristais invisíveis). Os dois polímeros provenientes da glicose, o amido (“areia movediça”) e a celulose também possuem uma forte tendência a interagirem com a água devido à formação de ligações de hidrogênio. Já na meleca preparada com cola e bórax houve a formação de redes do polímero ao redor da água, que ficou presa. Note que se as cadeias do polímero fossem separadas umas das outras, não seria possível se prender a água na estrutura. Portanto, para que se forme um gel, devemos ter as cadeias ligadas umas às outras, formando redes tridimensionais que seguram o solvente no seu interior. 99 Reciclando papel Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Preparando o molde A sua tela com moldura deve ter um tamanho que caiba confortável mente na tigela onde iremos colocar a polpa de papel. Prepare a moldura de madeira prendendo quatro pedaços de madeira cujas pontas foram cortadas em um ângulo de 45°. Alternativamente você pode usar um porta-retratos como moldura, ou adquirir uma pronta em uma loja de materiais para silk screen. Até mesmo uma peneira plana para alimentos serve. Prenda a tela na moldura usando um grampeador (figura 1). Prepare uma segunda moldura do mesmo tamanho, sem a tela. Preparando o papel Corte as folhas de papel usado em pequenos pedaços (figura 2). Você pode deixar os pedaços de papel de molho por algumas horas para ajudar a amolecer o material. Coloque os pedaços aos poucos no liqüidificador contendo pelo menos dois terços de sua capacidade de água. Bata a mistura até que todo o papel tenha se desmanchado e você tenha uma polpa uniforme. A polpa está agora pronta para se formar o papel. Existem duas maneiras de se formar a folha de papel. Nesta atividade iremos mostrar a mais simples e na próxima a mais avançada. Coloque a moldura, com a tela voltada para cima, sobre a tigela, apoiando-a na borda. Coloque a segunda moldura sobre a primeira. Despeje a polpa de papel sobre o molde (figura 3). Espalhe bem a polpa de forma a obter uma espessura uniforme. Deixe a água escorrer livremente. Remova a moldura superior e deixe a polpa secar completamente sobre a tela. O papel está pronto para ser retirado [figura 4). Decorando e personalizando o papel Para decorar o seu papel você pode adicionar um grande número de outros materiais na sua bacia com polpa e água. Pétalas, pequenos pedaços de papel, linhas coloridas, casca de cebola são exemplos de algumas coisas que você pode adicionar e que irão criar uma textura no papel. Você pode colorir o papel adicionando um corante na bacia com polpa ou acrescentando um pouco de papel colorido ao papel que irá se transformar em polpa. Use a sua criatividade para preparar um papel completamente personalizado. Explicação O papel é composto de fibras de celulose. A celulose é um polímero natural presente em todas as plantas. Ao batermos as fibras com água estamos separando estas fibras. Quando “peneiramos” o material, deixamos as fibras de celulose se aproximarem umas das outras e, à medida que a água vai secando, o papel vai se formando. As interações que se formam entre as fibras de celulose são chamadas de ligações de hidrogênio. A água também apresenta este tipo de interação entre suas moléculas e forma estas interações com a celulose. Enquanto temos água presente, as cadeias de celulose não conseguem se juntar firmemente, pois a água compete pelos mesmos pontos onde elas se ligam. Quando o material está seco, temos uma folha de papel muito mais resistente. A reciclagem de papel é um processo muito importante para diminuir a quantidade de lixo que irá acabar nos aterros. Algumas dificuldades do processo são a grande variedade de tipos de papel, a presença de tintas que devem ser removidas e a contaminação do material. 100 Propriedades do Papel Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Parte A Pegue uma folha de jornal. Segurando a folha na posição vertical, rasgue-a no meio usando as duas mãos. Repita a operação rasgando a folha no sentido horizontal. Você sente uma diferença na facilidade de rasgar a folha? Isto ocorre em outros tipos de papel? Quando é mais fácil rasgar uma f olha de papel, quando ela está seca ou molhada? Por quê? Experimente com outros tipos de folhas de papel. Por que alguns tipos de papel são mais porosos que outros? Você pode comparar a porosidade de um papel colocando uma gota de corante alimentício e examinando o quanto ela se espalha em um determinado tempo. Parte B Escreva sua mensagem ou desenhe uma figura no papel usando o suco de limão e a haste de algodão. Deixe o papel secar completamente. Para ver a mensagem, simplesmente passe o ferro quente sobre o papel ou aproxime o papel de uma chama (sem tocar). Explicação O nosso papel artesanal não apresenta uma direção preferencial para as fibras se alinharem. Já alguns papéis preparados industrialmente em máquinas apresentam fibras alinhadas em uma certa direção. Fica então mais fácil rasgar o papel na mesma direção em que as fibras estão alinhadas do que no outro sentido. As fibras de celulose interagem umas com as outras através de ligações de hidrogênio (representado por um traço pontilhado nas figuras a seguir). Quando o papel está molhado a água se coloca entre as cadeias de celulose e compete pelas interações com a cadeia vizinha, enfraquecendo a ligação. Por isso é mais fácil rasgar uma folha de papel que está molhada. Na indústria a mistura de polpa e água é espalhada em uma tela de metal que roda entre diversos cilindros. A água vai drenando pela tela e a folha vai se formando rapidamente. Ao entrar na esteira de drenagem a mistura contém mais de 99% de água. Ao sair desta parte do processo ela possui cerca de 80% de água. As seções seguintes da máquina irão secar cada vez mais a folha, até que, no final do processo, o papel possua apenas de 2 a 5% de água. Se o papel estiver completamente sem água ele se torna quebradiço e inútil para a maioria das aplicações. Alguns aditivos são colocados no papel conforme a sua finalidade. Para papel que será usado em impressão um tipo de cola é adicionado à superfície do papel. Para tornar a superfície do papel lisa e macia se adiciona um tipo de argila ao papel. Outros aditivos podem tornar o papel mais ou menos impermeável, conforme a aplicação desejada. O papel pronto é então armazenado em grandes rolos que são posteriormente cortados para os seus diversos usos. Com todas as diferenças provenientes do tipo de matéria-prima, do processo utilizado e dos aditivos, não é à toa que se conheçam milhares de tipos de papel! Você pode perceber que várias das etapas de produção de papel usam uma grande quantidade de água, e que em algumas destas etapas a água inevitavelmente se torna contaminada com material extraído das plantas e com produtos e subprodutos do uso dos reagentes para tratamento e branqueamento da polpa. Este grande uso de água é o motivo pelo qual normalmente indústrias de papel são localizadas próximas de rios. Toda a água usada por estas indústrias deve ser tratada antes de ser devolvida ao rio. Existem várias diferenças entre o processo artesanal descrito na atividade 3.14 e o usado nas indústrias, principalmente porque a principal matéria-prima utilizada na indústria é a madeira proveniente de árvores. Muito embora estas árvores venham de áreas continuamente reflorestadas, o seu rápido crescimento também envolve questões sobre o uso racional da água nestas regiões. De qualquer forma, espero que agora você saiba melhor o que está por trás de cada folha branca de caderno que você usa todos os dias. Certos tipos de papel “amarelam” quando velhos, especialmente papel de jornal. O papel usado em jornais é preparado de uma maneira que não retira todo o material que vem junto com a celulose na madeira. Este processo torna a produção do papel mais barata, mas faz com que a durabilidade do papel diminua, pois estas impurezas aceleram a decomposição da celulose. O principal componente da madeira, além da celulose, é uma macromolécula chamada lignina. Macromoléculas são moléculas muito grandes como os polímeros, mas nem todas as macromoléculas são polímeros, ou seja, nem todas apresentam unidades estruturais que se repetem. A lignina presente no papel também sofre decomposição produzindo compostos coloridos. Ao escrevermos no papel com o suco de limão nós aceleramos a decomposição da celulose e da lignina e assim podemos ver a mensagem nestas áreas e não nas outras. A preservação de documentos antigos é algo de grande preocupação em arquivos e museus. Papéis de baixa qualidade irão rapidamente se tornar amarelos, especialmente se expostos à luz do sol. Os papéis mais antigos eram produzidos a partir de retalhos de roupas velhas e não de madeira, e portanto não continham lignina. Por isso muitos documentos antigos acabaram melhor preservados que jornais ou revistas muito mais modernos. 101 Fazendo cola com leite Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Aqueça um copo do leite desnatado, mantendo-o a cerca de 40 °C. Acrescente cerca de 10 mL de vinagre aos poucos. O que acontece? Continue adicionando o vinagre até que não apareça mais nenhum material sólido e o líquido esteja claro. Decante o líquido sobrenadante (soro) e recolha o sólido. Você pode usar um coador para separar o material sólido. Seque o material sólido usando algumas folhas de papel toalha. Este material sólido é a caseína. Para preparar a cola, trate uma parte do sólido ainda úmido com bicarbonato de sódio. Agite com o palito de sorvete. O que você observa? O material obtido no fim da reação pode ser usado como cola. Passe a pasta entre duas folhas de papel ou entre dois palitos de sorvete e deixe secar bem. Explicação O leite de vaca é composto de 87,1 % de água, 3,4% de proteínas, 3,9% de gordura, 4,9% de carboidratos (açúcares) e 0,7% de sais minerais, além de várias vitaminas. É interessante notar que o leite, apesar de líquido, apresenta uma quantidade menor de água em sua composição que muitos vegetais como o chuchu (91,5%), a melancia (93,9%) e o pepino (95,4%) que são sólidos. Esta composição torna o leite um dos alimentos mais ricos nutricionalmente, tanto que os mamíferos dependem dele por várias semanas corno única fonte de sustento. A gordura está presente como uma ernulsão de pequenos glóbulos, a maior parte das proteínas estão na forma de uma suspensão coloidal e o resto dos componentes estão realmente dissolvidos formando uma solução. As caseínas são um grupo de proteínas que compõem cerca de 80% de todas as proteínas do leite. Mas o que são proteínas? Proteínas são moléculas formadas pela reunião de centenas de aminoácidos. O leite contém todos os vinte e poucos aminoácidos que o nosso corpo usa para formar proteínas. Uma característica da caseína é a sua baixa solubilidade quando o meio se torna ácido (pH <4,6). A caseína está organizada em miceías, que são agregados de muitas moléculas de proteína, mantidas juntas devido à presença de fosfato de cálcio. Ao se tornar o meio mais ácido, o fosfato de cálcio vai se dissolvendo e as miceías de caseína não se tornam mais estáveis. Em outras palavras, ao adicionarmos um ácido, as miceías começam a se juntar e formam o sólido branco que você separou do soro do leite. Quando o leite azeda pela ação de bactérias, é o ácido láctico que causa a separação da caseína. Se a caseina se tornou insolúvel em água ao adicionarmos o vinagre, precisamos dissolvê-la para podermos usá-la como cola. Para tornarmos a caseína solúvel novamente (pelo menos o suficiente para obtermos uma pasta), nós devemos neutralizar o ácido adicionado. Quando colocamos o bicarbonato de sódio na caseína contendo ainda um pouco de vinagre, observamos a liberação de bolhas. Estas bolhas são o resultado da reação entre o ácido acético contido no vinagre e o bicarbonato de sódio, que é uma base. O gás que é liberado é o gás carbônico. 102 Será que dissolve? Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque água no copo até cerca da sua metade (mais ou menos 100 mL). Use o copinho descartável para café como medida para o açúcar. Adicione um copinho cheio de açúcar na água e mexa até que o açúcar dissolva completamente. Quando todo o açúcar estiver dissolvido, coloque mais açúcar, um copinho de cada vez, mexendo sempre até a completa dissolução. Anote qual é o número máximo de copinhos cheios de açúcar que você consegue dissolver completamente. Discursão Para onde foi o açúcar? Você chegou a urn limite para a dissolução do açúcar? Você acha que esse número máximo de copinhos seria o mesmo se usássemos sal em vez de açúcar? Tente! Explicação O açúcar comum, que usamos em doces, é constituído basicamente de sacarose e é obtido da cana-de-açúcar há milhares de anos. Ao colocarmos o primeiro copinho de açúcar na água, o açúcar se dissolve completamente. Isto quer dizer que ele consegue se misturar à água, mesmo no nível microscópico. Desta forma o açúcar e a água formam uma solução, uma mistura absolutamente homogênea. Se você experimentasse qualquer gota da solução você veria que ela é igualmente doce. Quando continuamos a colocar açúcar na água ele continua a se dissolver, porém eventualmente atingimos um limite. Qualquer quantidade de açúcar além deste limite não se dissolve e fica no fundo do copo. Este limite, esta quantidade máxima de açúcar que se consegue dissolver em uma certa quantidade de água é chamada de a solubilidade do açúcar em água. Normalmente se fala na massa em gramas de um soluto que se dissolve em 100 g de água ou outro solvente. Para você ter uma idéia da massa, cada copinho descartável para café contém cerca de 30 g de açúcar. A solubilidade tem um valor específico para cada soluto se dissolvendo em cada solvente. No caso do açúcar a solubilidade é 211,3 g em 100 g de água a 25 °C e a do sal de cozinha, o cloreto de sódio, é 36,1 g em 100 g de água, nesta temperatura. Cada substância apresenta um valor característico para a sua solubilidade ern um determinado solvente. Quando atingimos o limite de solubilidade dizemos que a solução está saturada. 103 Solubilidade e Temperatura Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque meio copo (cerca de 100 ml) de água em uma panela pequena e aqueça esta água até cerca de 50 °C. Para saber se a água está nesta temperatura observe-a com cuidado durante o aquecimento e pare quando as primeiras bolhas de ar começarem a surgir. Conte quantos copinhos descartáveis para café de açúcar você consegue dissolver na água quente, mexendo sempre até a dissolução antes de adicionar mais um copinho de açúcar. Discursão Onde você conseguiu dissolver mais açúcar, na água fria ou na água quente? Explicação A solubilidade do açúcar comum em água a 25 °C é 211,3 g em 100 g de água. Parece muito, mas ao aumentarmos a temperatura para 50 °C a solubilidade vai para 260,5 g em 100 g de água e a 70 “C chega a 320,4 g em 100 g de água. Se você aquecer a solução até 100 °C você conseguirá dissolver uma grande quantidade de açúcar em 100 g de água: 487,2 g!N Podemos perceber que a solubilidade do açúcar em água aumenta marcadamente com a temperatura. Nem todas as substâncias apresentam este aumento pronunciado da solubilidade com a temperatura e em alguns casos a solubilidade irá até diminuir com o aumento de temperatura. O cloreto de sódio, por exemplo, tem sua solubilidade modificada de 35,7 g para 37,0 g em 100 g de água quando a temperatura sobe de O °C para 50 “C, um aumento muito pequeno, quando comparado com o do açúcar. Este aumento de solubilidade ocorre porque existe um balanço entre as forças que mantêm as partículas juntas no cristal e as que existem entre o soluto e o solvente e entre duas partículas do solvente. O aumento de temperatura, em geral, facilita a dissolução pois fica mais fácil quebrarmos as interações entre as partículas no cristal e assim espalhá-las pelo solvente. 104 Solubilidade e solvente Materiais Utilizados
Procedimento Experimentais Coloque aguarrás até um terço do volume do copo e acrescente alguns cristais de permanganato de potássio. A aguarrás é inf(amável. Verifique se não existem chamas perto de sua área de trabalho. Observe o que ocorre. Em outro copo coloque a mesma quantidade de água e acrescente alguns cristais de permanganato de potássio. Observe o que acontece. Discursão O que aconteceu com o permanganato de potássio na aguarrás? O que aconteceria se você colocasse água no copo contendo aguarrás e permanganato de potássio? Tente! O que você pode dizer em relação às densidades do permanganato, da aguarrás e da água? Explicação Ao colocarmos o permanganato de potássio na aguarrás, percebemos que ele se deposita no fundo do copo, não se dissolvendo. Este comportamento é muito diferente do que ocorre em água, na qual o permanganato se dissolve formando uma solução de cor violeta. A aguarrás e a água também não se dissolvem uma na outra. Quando dois líquidos não se misturam, dizemos que eles são imiscíveis. Ao colocarmos a aguarrás e a água no mesmo copo vemos que elas se ajeitam de acordo com a sua densidade. A água, sendo mais densa, fica na camada inferior, no fundo do copo. O permanganato então se dissolve na água colorindo apenas esta camada. Existem materiais que se dissolvem na aguarrás mas não na água, como as tintas que usam a aguarrás como solvente. Podemos ver com estes experimentos que a solubilidade depende do solvente utilizado. Para que um determinado material se dissolva, é necessário que ele forme interações com o solvente, o que ocorreu no caso do permanganato de potássio com a água, mas não entre o permanganato e a aguarrás. Por que apareceram gotículas de água na parte interna do saco plástico?É notória a presença de gotículas de água na superfície interna do saco plástico, decorrente ao fenômeno de transpiração foliar, eliminando vapor pelos estômatos, retido no invólucro experimental.
O que acontece se colocar uma planta dentro de um saco plástico?Quando se cobre uma planta com um saco plástico, você está fazendo com que a temperatura dentro do saco aumente, devido a luz do sol. Isso faz com que os estômatos, que ficam na superfície da folha, se abram e libere a água em forma de vapor, este vapor chega nas folhas através do xilema, um vaso condutor.
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Porque aparecem gotículas de água na parte interna do saco plástico que cobria as folhas
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