A Química dos Gases na nossa Atmosfera: experimentos em microescala

por Alfredo Mateus

Neste artigo vamos mostrar uma maneira muito interessante de se fazer experimentos com gases usando um procedimento em microescala. Aprendemos este modo de fazer as reações no livro 

“Understanding Chemistry through Microscale Practical Work”

de Bob Worley e David Paterson. Bob tem desenvolvido vários procedimentos que facilitam enormemente a realização de experimentos, tornando-os mais seguros e com um menor gasto de materiais e menor geração de resíduos. 

Os experimentos mostrados aqui são especialmente interessantes por chamarem a atenção para diversas questões ambientais relacionadas com a química da nossa atmosfera. Vamos começar com o gás carbônico.

Gás carbônico

O dióxido de carbono, CO2, é um dos gases que mais temos contato na nossa vida diária. É o gás que expiramos na nossa respiração; está nas bolhas da água com gás, do refrigerante e da cerveja; é ele que empurra a massa de pães e bolos, vindo do fermento; e é produzido toda vez que queimamos um material combustível com carbono: a gasolina, o álcool ou uma vela. Uma grande parte da energia que consumimos nas nossas atividades vem da queima de combustíveis fósseis que geram gás carbônico, tanto para o transporte de pessoas e bens, como na geração de energia elétrica.  Se você fizer uma lista de todas as atividades que você faz todos os dias que geram gás carbônico, você verá que ele está sendo produzido o tempo todo. 

Neste experimento vamos investigar e observar um pouco da Química do gás carbônico. Assista o vídeo abaixo para ver o experimento em ação.

O experimento é realizado em uma placa de Petri de modo que o gás produzido difunda e alcance as gotas dos outros reagentes.  Uma pequena tampa de plástico é usada para se colocar bicarbonato de sódio e ácido clorídrico. A reação libera rapidamente o gás carbônico. Imediatamente, a tampa da placa de Petri é colocada. 

No interior da placa de Petri temos gotas de uma solução do indicador ácido-base azul de bromotimol. Adicionamos uma gota de hidróxido de sódio ao indicador para que a solução fique alcalina e apresente a cor azul. Após a produção do gás carbônico, este se difunde e lentamente irá mudar a cor do indicador para verde e, em seguida, para amarelo. Esse resultado é relevante pois percebemos que quando o gás carbônico se dissolve em água, ele produz uma solução levemente ácida, que neutraliza o hidróxido de sódio e faz com que o indicador mude de cor. O aumento da concentração de gás carbônico na atmosfera tem levado à uma progressiva acidificação dos oceanos, o que pode causar um enorme impacto no equilíbrio dos ecossistemas marinhos. 

Também colocamos algumas gotas de uma solução conhecida como “água de cal”. A água de cal é uma solução saturada de hidróxido de cálcio. Preparamos a água de cal adicionando um pouco de cal (óxido de cálcio) em água e filtrando a mistura. A água de cal deve ser guardada em frasco fechado e usada logo após o preparo. Como podemos ver no vídeo, o gás carbônico reage  com a água de cal e forma um precipitado branco. O precipitado é o carbonato de cálcio. O carbonato de cálcio é o componente principal da concha de moluscos e do exoesqueleto de parte dos organismos que compõe o zooplâncton.  A acidificação dos oceanos impacta diretamente na habilidade dos organismos conseguirem formar estas estruturas de carbonato de cálcio. 

Dióxido de enxofre

O dióxido de enxofre, SO2, é um gás incolor com um cheiro característico. Se você já sentiu o cheiro de pólvora queimando, por exemplo em bombinhas de São João, você já sentiu o cheiro do dióxido de enxofre. A pólvora contém o elemento enxofre, que ao queimar forma o dióxido de enxofre.

Isso quer dizer que sempre que queimamos algo que contenha enxofre, querendo ou não, iremos liberar o dióxido de enxofre na atmosfera. Combustíveis fósseis usados em usinas termoelétricas como o petróleo  ou o carvão contém enxofre e isso libera grandes quantidades deste gás.

No vídeo abaixo mostramos um vídeo com um experimento que mostra algumas das propriedades químicas do dióxido de enxofre.

Usamos o mesmo método da placa de Petri. Para gerar o dióxido de enxofre, usamos a reação entre sulfito de sódio e ácido clorídrico. Sugerimos que se use uma quantidade bem pequena do sulfito de sódio, de modo que o gás não escape.

O dióxido de enxofre, SO2, pode funcionar como um agente redutor. É o que acontece quando ele se dissolve na gota contendo o permanganato de potássio. O permanganato é um forte agente oxidante e se reduz a íons Mn2+, que são praticamente incolores.

Quando o dióxido de enxofre se dissolve na água, forma-se o ácido sulfuroso, H2SO3, que é um ácido relativamente fraco. Na presença de um agente oxidante como a água oxigenada, no entanto, ele é oxidado e forma o ácido sulfúrico, este sim um ácido forte. O dióxido de enxofre presente na atmosfera pode ser oxidado ao trióxido de enxofre, SO3, e ao se dissolver nas gotas de água, forma o ácido sulfúrico, tornando a chuva ácida. A chuva ácida afeta a vegetação, corpos d’água e o solo.  Podemos ver que a solução fica ácida usando um papel indicador universal. Alternativamente, você pode colocar uma gota de uma solução de indicador junto com a água oxigenada.

Podemos comprovar que o ácido sulfúrico é formado usando o cloreto de bário. Podemos notar a formação de um precipitado branco de sulfato de bário na gota. 

Dióxido de nitrogênio

No terceiro experimento, nós geramos o gás dióxido de nitrogênio, o NO2. O dióxido de nitrogênio é um raro exemplo de gás colorido: ele apresenta uma coloração castanho-avermelhada. Ele apresenta um cheiro característico e é um irritante das mucosas. Devemos evitar respirar o dióxido de nitrogênio.

As moléculas de nitrogênio da atmosfera não reagem facilmente com o oxigênio, devido à ligação tripla entre os átomos. Na natureza, o dióxido de nitrogênio pode se formar em tempestade, quando as descargas elétricas fornecem energia suficiente para quebrar as ligações. O monóxido de nitrogênio, NO, é formado inicialmente e depois é oxidado ao NO2.

Diversas atividades humanas geram o dióxido de nitrogênio. Nos motores dos carros, a faísca dada para a combustão da gasolina, é suficiente para gerar o dióxido de nitrogênio. O uso excessivo de fertilizantes nas plantações também libera esse gás na atmosfera.

Usamos a reação entre o cobre metálico presente em uma moeda e o ácido nítrico concentrado para gerar o dióxido de nitrogênio. Deve-se tomar muito cuidado com a manipulação do ácido nítrico concentrado. Sugerimos que este experimento seja feito como uma demonstração do professor. Alternativamente, a reação entre um nitrito e ácido clorídrico pode ser usada. Embora a quantidade de gás gerada seja bem pequena, recomendamos que a placa de Petri seja aberta em local bem ventilado para dispersar bem o gás.

O dióxido de nitrogênio difunde pela placa de Petri e se dissolve na gota de água contendo o indicador azul de bromotimol e hidróxido de sódio. Após algum tempo, podemos ver que a solução se torna ácida. O dióxido de nitrogênio forma o ácido nítrico ao se dissolve em água. Isso mostra que o dióxido de nitrogênio é outro poluente que contribui para a chuva ácida, como o dióxido de enxofre.

Você pode baixar e imprimir as folhas usadas no experimento abaixo.

Finalmentes

Estes experimentos mostram diversas propriedades químicas importantes de três gases que são muito relevantes em diversas questões ambientais. Fazer os experimentos em microescala torna o procedimento muito mais seguro, gasta uma quantidade muito pequena de materiais e permite que eles sejam feitos diversas vezes. 

Gostou dos experimentos? Tem alguma sugestão? Compartilhe com seus colegas e coloque um comentário abaixo!

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3 comentários

Sidónio 10/09/2022 - 12:55 pm

Gostei bastante, as próximas minhas aulas irei praticar.

Muito obrigado
Sidónio Duarte

Resposta
Carla 31/05/2023 - 9:06 am

Muito bom, bem contextualizado… amei
Poderiam postar o pdf da folha do experimento, pfvr?

Resposta
Alfredo Mateus 17/06/2023 - 6:29 pm

Carla, coloquei o PDF das páginas do experimento. Houve uma demora pois o plugin que insere os PDFs no site estava com problemas.

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