MATERIAL DE APOIO EDUCATIVO E PEDAGÓGICO PARA OS EXPERIMENTOS QUE COMPOEM A EXPOSIÇÃO. A História Química da Humanidade No Espaço Ciência Olinda-Pe.

MATERIAL DE APOIO EDUCATIVO E PEDAGÓGICO PARA OS EXPERIMENTOS QUE COMPOEM A EXPOSIÇÃO

“A História Química da Humanidade” No Espaço Ciência Olinda-Pe.

“A História Química da Humanidade” Aborda fatos históricos importantes,

mostrando que o conhecimento

químico foi fundamental.

É composta por doze painéis, dentre eles, dez dos painéis trazem além do fato histórico, experimentos interativos para serem praticados pelos visitantes.

A exposição foi concebida pelo Professor Doutor Antônio Carlos Pavão, diretor do Museu Científico Espaço Ciência- Olinda/Pe.

Foi idealisada e concebida em comemoração ao centenário do premio nobel de Marie Currie, figura de extrema importância para o avanço da ciência.

A exposição conta ainda com uma equipe de monitores licenciados em Química para atuar como mediadores e com uma coordenadora da exposição HQH permanente e HQH intinerante, Química Licenciada pela Universidade Federal Rural de Pernambuco Roberta Cristina da Silva.

A História Química da Humanidade

1- O Brasil foi descoberto pela química

O painel retrata o papel essencial que

as

especiarias

tiveram

na

descoberta do Brasil, e a importância química deste fato, uma vez que foi em busca de especiarias que os europeus saíram a desbravar os mares. Usa-se uma experiência que ilustra as cores da bandeira brasileira: por meio de indicador de ácidobase.

Experimento – Indicadores Ácido-Base -Teoria Os indicadores ácido-base são substâncias que mudam sua coloração de acordo com o nível de acidez do meio onde estão. A medida de acidez é dada pelo pH do meio de acordo com a escala a seguir:

Quanto mais ácido é o meio, maior a quantidade de íons H+, quanto mais alcalino (ou básico), maior a concentração de íons OH-. O meio possuirá um pH neutro quando a concentração de H+ íons for igual à de íons OH-. Para o indicador que iremos utilizar, o azul de bromotimol, teremos três faixas de colorações, indicadas na escala:

Ou seja, amarelo para ácidos, verde para neutros e azul para básicos.

Experimento – Indicadores Ácido-Base – Prática Na bancada teremos quatro tubos de ensaio de cores diferentes contendo o indicador citado. Com a adição de ácido, também presente na bancada e indicado como H2SO4, a solução ficará amarela. Com a adição de base, NaOH, a solução ficará azul. Para obtermos o verde, basta deixar um tubo de ensaio com água destilada e indicador, pois a água destilada é neutra e o tubo com água simboliza o branco.

2- A independência dos EUA se deve à pólvora francesa

No séc. XVIII iniciam-se a revoltas das colônias inglesas nos EUA contra a Coroa Britânica, uma vez que esta havia diminuído a liberdade comercial e a autonomia dos colonos após a Guerra dos Sete Anos contra a França. A este tempo, os conflitos e manifestações também culminam

coloniais tomaram

caráter na

ideológico proclamação

e da

independência das Treze Colônias, em 1776 no II Congresso da Filadélfia.

Não concordando com a posição dos colonos, os ingleses iniciam o conflito que seria chamado de Guerra de Independência das Treze Colônias, mas, por ironia do destino, foram derrotados pelos colonos, que contavam com o apoio da França, derrotada na Guerra dos Sete Anos e, agora, fundamental para a vitória colonial pela introdução de sua pólvora nos armamentos das Colônias. Experimento – Traque de massa– Teoria O “traque” é constituído de uma mistura contendo pólvora e areia, onde a primeira é a responsável pela explosão, enquanto a última atua frenando o poder explosivo da pólvora pura. A pólvora é uma mistura entre salitre (NaNO3), enxofre (S) e carvão vegetal (C) e uma das reações que acontecem na explosão e pode descrever bem o processo é:

2 NaNO3 + S + 3 C

Na2S + N2 + 3 CO2 + Energia

A energia presente nos produtos da reação é evidenciada pelo calor e luz liberados na explosão do traque de massa. Experimento– Prática Jogar traques de massa ao chão para que o visitante observe a reação química que está acontecendo em cada explosão.

3- Com a síntese da amônia começou a I Guerra Mundial

No início do século passado, iniciou-se a chamada “corrida pelo nitrogênio” nos laboratórios em todo o mundo. Apesar de o nitrogênio compor a maior parte da atmosfera terrestre, o gás N2 é pouco reativo e não pode ser utilizado em atividades essenciais como a agricultura, na qual as substâncias

contendo

nitrogênio

são indispensáveis ao processo produtivo.

Assim,

torna-se

necessário encontrar uma forma de transformar o gás nitrogênio em um composto nitrogenado utilizável, que é o caso dos nitratos (NO3-), substâncias

com

grande

aplicabilidade na maioria das atividades humanas.

Para tanto, os químicos enfrentavam o desafio de fazer com que o N 2 (gás nitrogênio) reagisse e se transformasse em nitratos, ou em algum composto intermediário que pudesse gerar NO3.

Assim, em 1909, após dramáticos anos de

tentativas e frustrações de vários cientistas, Fritz Haber (Prussiano) e Carl Bosh

(Alemão) desenvolveram, partindo de N2 e H2, a síntese da amônia (NH3), um composto intermediário que facilmente leva à formação dos nitratos. No entanto, a aplicação desta brilhante descoberta química não se limitou aos benefícios alcançados na agricultura, mas possibilitou também a obtenção de nitratos para a fabricação da pólvora, indispensável para o início da I Guerra Mundial.

Experimento – “Sangue do diabo” – Teoria “Sangue do diabo” é o nome que leva a mistura entre solução de amônia em água e indicador ácido-base fenolftaleína. Esse indicador, diferente do azul de bromotimol citado no primeiro painel, só possui duas faixas de cores, incolor e rosa. Quando a solução for ácida ou neutra, estará na forma incolor, e apenas será rosa quando estiver em meio básico (pH acima de 8,0). Como a amônia dissolvida em água transforma-se em hidróxido de amônio (NH4OH), aumenta a concentração de íons OHe eleva o pH da solução. Assim, a solução Sangue do diabo terá a coloração rosa.

Experimento – “Sangue do diabo” – Prática

O monitor convidará um dos visitantes para ajudá-lo no experimento, e, subitamente, borrifará a solução em sua roupa (branca, preferencialmente). Após o susto, a cor rosa começará a desaparecer, pois o hidróxido de amônio da solução passa a transformar-se em amônia pelo contato com o ar, que evapora e deixa a solução a pH neutro.

4-

Química, o sal da vida

O

painel

aborda

a

importância e o valor do sal na vida do homem, bem como sua fonte, que consiste atualmente na retirada das águas dos mares. Aborda também o seu valor comercial desde a Roma antiga até a atualidade.

Experimento – Condução elétrica em solução salina - Teoria Todos os sais são conhecidos pela sua típica ligação iônica. Isso significa que os átomos que os formam estão na forma de íons, ou seja, têm cargas elétricas positivas ou negativas. Numa molécula de Cloreto de Sódio (NaCl), por exemplo, o átomo de Na possui carga positiva, enquanto o Cl, negativa. Assim, o que os mantém ligados são as forças eletrostáticas entre suas cargas de sinais opostos. Quando tais compostos são dissolvidos em água, ocorre a dissociação desses íons formando, de fato cargas elétricas separadas, de acordo com a reação:

NaCl(s)

Na+ + Cl-

Com estas cargas em solução, torna-se possível a passagem de corrente elétrica, conhecida como condução eletrolítica.

Experimento – Condução elétrica em solução salina – Prática

Haverá um circuito elétrico na bancada com três lâmpadas, e o monitor fará o teste entre passar a corrente numa solução salina e também em água para comparar a luminosidade gerada. As duas soluções possibilitarão a passagem de corrente, pois a água, quando não é destilada, também possui alguns íons em solução.

No

entanto,

como na solução salina a concentração de cargas é maior, a luminosidade gerada também será maior.

5 Água, a química da vida

Água é substância indispensável à vida. Foi também um dos primeiros compostos a ser formado no universo, pois possui fórmula química simples e deriva de moléculas também bastante elementares, H2 e O2. Veja a reação de formação da molécula de água:

H2 + 1/2 O2

H2O

Experimento – Taça com água – Teoria e Prática

A água possui átomos com eletronegatividades bastante diferentes, H e O. Por causa disso, a ligação entre eles dentro da molécula de água (dois átomos de H e um de O) é polarizada, ou seja, a água possuirá um lado “mais negativo” (elétrons próximos do O, o átomo mais eletronegativo) e outro “mais positivo” (elétrons distantes dos dois H, átomo menos eletronegativo). Para ilustrar essa situação, veja a figura a seguir:

Os símbolos δ+ e δ- representam, respectivamente, cargas parciais positivas no H e negativas no O. Por causa dessa polaridade, as moléculas de água interagem entre si através de ligações de H, onde a parte positiva de uma molécula interage com a parte negativa da vizinha através de uma força eletrostática de atração, deixando a substância mais coesa. Observe a figura:

Veja que a linha tracejada representa a interação entre duas moléculas de água. No experimento, observa-se que ao encher a taça, o líquido sobe a uma altura maior do que a borda e não derrama imediatamente devido à coesão intermolecular.

5-Experimento- Tensão Superficial e Forças Intermoleculares A tensão na superfície da água é tal que, ao colocar uma agulha “deitada” na água, ela flutua, ou mesmo se enchermos a taça até a borda e ainda colocarmos várias moedas ou um molho de chaves a tensão não rompe.

6- Argentina: uma país com nome de prata

O símbolo da prata na tabela periódica é Ag, abreviação do latim Argentum, do qual deriva também o nome do país Argentina, devido à abundância de prata encontrada em seu território no passado em toda a America do sul. Houve um tempo em que se trocava um kilo de Prata por uma garrafa de vinho.

Experimento – Espelho de Prata – Teoria

O átomo de prata que compõe o metal de jóias e outros utensílios possui 47 elétrons. No entanto, se este mesmo átomo perde um elétron, torna-se o íon prata (Ag+). Assim, no Reativo de Tollens, temos uma mistura de AgNO 3 (no qual a prata está na forma iônica, Ag+) com NH4OH (amônia dissolvida em água). Quando misturamos esse composto com glucose anidra(açúcar concentrado), esta cede um elétron para o átomo de prata que volta a sua forma metálica.

Experimento – Espelho de Prata – Prática O monitor ou o visitante devidamente orientado, colocará cuidadosamente alguns mililitros de Reativo de Tollens em um tubo de ensaio, adicionará cerca de 2g de Glucose Anidra e levará até a fonte de calor. (lamparina na bancada). Aos poucos, se observará a formação de um espelho nas paredes do tubo, resultado do depósito de prata metálica.

7- Já estão nascendo aqueles que viverão 1000 anos

O avanço da química tem contribuído consideravelmente para a produção de fármacos que têm elevado a expectativa de vida mundial. Neste painel.

7- Prática

Na bancada são expostos vários fármacos que permitem a interlocução com o visitante. No experimento, temos duas provetas, uma com mistura homogênea, água com gotas de corante alimentício, e outra heterogênea, água e óleo, esta última para o experimento. Ao colocarmos um comprimido de sonrisal na proveta com água e óleo, a pastilha descerá até a fase da água, pois ambas são mais densas do que o óleo e começará a reagir formando gás carbônico. Sendo este menos denso que o óleo, assim sobe bolhas com o gás e carregam parte da tinta do corante, que, quando a bolha de gás rompe na superfície da mistura, volta à fase aquosa a tinta junto com as moléculas de água que foram arrastadas. Na bancada pode-se abordar também sobre misturas homogêneas e heterogêneas – quando misturamos substâncias, elas podem formar uma ou mais fases. Quando a mistura forma apenas uma fase, ou seja, é impossível identificar cada componente da mistura separadamente, chamamos de mistura homogênea. Se for possível a identificação de cada componente da mistura, formou-se mais de uma fase, a mistura é heterogênea.

8- O aço dos filisteus vence o bronze dos israelitas

Quando misturamos, por exemplo, sal em água, obtemos uma mistura líquida homogênea, que podemos também chamar de solução. também

Mas será possível fazer

misturas

homogêneas com sólidos? A resposta é sim. As ligas metálicas são soluções sólidas, onde, da mesma forma que as soluções líquidas, o componente de maior quantidade é o solvente e o de menor quantidade, o soluto. No caso exposto no painel, são citadas duas ligas com durezas diferentes,

resultantes

das

interações entre os componentes de cada uma: bronze e aço.

Experimento – Prego e CuSO4 Teoria

Através da história

de batalhas entre os Israelitas e os Filisteus, e o

conhecimento mínimo de matalurgia travaram-se batalhas. O metal Fe, presente no prego, possui 26 elétrons. Quando este metal perde elétrons, pode formar os íons Fe +, Fe2+ e Fe3+, fenômeno chamado de oxidação. Se este mesmo metal entra em contato com outro de menor potencial de oxidação, ou seja, com maior tendência a receber elétrons, espontaneamente o Fe cederá um, dois ou três elétrons oxidando-se. No caso da reação entre o Ferro e o CuSO4 (aqui o cobre-Cu se encontra com dois elétrons a menos, ou seja Cu2+), o Cu tem um menor potencial de oxidação que o Fe e receberá

dois elétrons deste, passando a se depositar sobre a superfície do prego, segundo a seguinte reação:

Fe(s) + CuSO4(aq)

FeSO4(aq) + Cu(s)

Experimento – Prego e CuSO4 – Prática

O monitor depositará o prego de ferro dentro da solução de sulfato de cobre (CuSO4) e, após alguns segundos, o retirará com a pinça. Depois disso, os visitantes observarão que a coloração do metal mudou, o que demonstra o depósito do Cu sobre a superfície do prego.

9- O fogo e seu encantamento são Reações Químicas

A

descoberta

e

o

domínio do fogo foram um dos fatos que mudou o rumo da história humana. No entanto, o que é o fogo? Já foi considerado um dos elementos que compunham o universo e foi alvo de muitas lendas e temores. No entanto, o fogo é apenas uma forma de manifestação da energia, fruto de uma reação química, que gera luz e calor.

Experimento – Bexiga com água e o fogo – Teoria e Prática

Ao aproximarmos uma bexiga cheia de ar a uma fonte de calor, imediatamente ela explodirá. No entanto, isso não acontece se a bexiga estiver cheia de água. Por quê? A razão para isso está em uma propriedade chamada de capacidade térmica ou calorífica. Esta propriedade informa o quanto uma substância pode receber calor sem alterar a sua temperatura nem suas propriedades. Assim, como a água possui uma capacidade térmica muito maior que o ar, ao aquecer a bexiga com água, a borracha transfere o calor para a água, que impede o rompimento da bola. Isso não acontece na bexiga com ar, pois assim que ela recebe calor, transmite para o ar, que logo aumenta de temperatura levando ao rompimento da bola.

10Ano Internacional da Química: De Marie Curie ao Holocausto da Bomba

Maria Sklodowska nasceu em Varsóvia, Polônia, e mudou seu nome para Marie Curie após seu casamento. Marie foi uma personagem

marcante

na

história científica, em particular para a Química e a Física devido a seus estudos com radioatividade.

Entre muitos

feitos históricos, descobriu os elementos Rádio e Polônio, presentes no minério radioativo Pechblenda, de onde também se retira o Urânio.

Seus estudos sobre radioatividade contribuíram para o grande avanço da ciência no início do século passado, em áreas como medicina, engenharia de alimentos, agricultura, antropologia, entre outros. Foi também a primeira mulher a ganhar um Prêmio Nobel em 1903, e a única pessoa a ganhar dois Prêmios na área científica, pois em 1911 ganhou sozinha o premio Nobel de Química, em 2011 comemoramos o AIQ em referência a este Nobel. No entanto, sua contribuição foi utilizada para destruir completamente duas cidades japonesas durante a II Guerra Mundial, as já conhecidas Hiroshima e Nagasaki, através da bomba nuclear. A bomba nuclear consiste na fissão dos núcleos de átomos como o Urânio, através da colisão destes com nêutrons. A fissão produz uma quantidade ímpar de energia, que é o resultado da bomba.

Experimento – Medidor Geiger – Teoria e Prática

Os átomos radioativos são aqueles que emitem partículas para estabilizar o seu núcleo. As principais partículas emitidas são as alfa (α), beta (β) e gama (γ), e o resultado dessas emissões é a transformação do átomo radioativo em outros átomos mais estáveis, ou seja, aqueles que não emitem radiação.

O medidor Geiger é um aparelho que contabiliza as partículas emitidas pelo núcleo radioativo, e é este equipamento que está presente na exposição. Cada bipe representa uma partícula que é contabilizada.