Está procurando por uma demonstração que apresente a ideia de reações reversíveis para seus alunos? E que tal se o experimento mostrar uma aplicação prática desse conceito, em um objeto conhecido? Neste artigo vamos falar sobre a Química dos óculoscom lentes fotocrômicas, ou seja, lentes que mudam de cor com a luz.
Preparando o experimento
Para este experimento, você vai precisar de óculos com lentes fotocrômicas (uma das marcas deste tipo de lente é a “Transition”). Além disso você vai precisar de uma fonte de luz ultravioleta. Nós usamos uma lanterna com LEDs ultravioleta e um laser azul.
Este experimento é muito prático e fácil de se levar para a sala de aula, especialmente se for usado como uma demonstração, pois não requer soluções e os materiais não são gastos.
Realizando a demonstração
Você pode mostrar para os alunos os óculos na sua forma incolor. Aponte a fonte de luz ultravioleta para uma das lentes dos óculos por alguns segundos. Mostre para os alunos que a lente mudou de cor, se tornando escura. Desligue a luz ultravioleta e peça aos alunos para observarem a lente nos próximos minutos. Percebemos que o escurecimento da lente é um processo reversível, e a lente volta a ficar incolor após um tempo. O processo pode ser repetido diversas vezes.
Chame a atanção dos alunos que a mudança de cor da lente é uma evidência de que houve uma transformação química. Essa transformação química só ocorre nos locais onde a luz ultravioleta chega no vidro. Esse é um exemplo de reação química reversível.
A ideia dos óculos fotocrômicos é que quando uma pessoa sai de uma área mais escura (onde a lente está incolor) para um ambiente ensolarado, a lente escurece e os óculos agora funcionam como óculos escuros. Isso acontece porque a luz do Sol possui luz ultravioleta na sua composição.
O que acontece
As lentes fotocrômicas de vidro são produzidas com uma dispersão de partículas de cloreto de prata. A reação que ocorre é similar com o que ocorre na fotografia preto e branco.
Ao serem expostas à luz ultravioleta próxima (com comprimentos de onda em torno de 320 a 400 nm) elétrons dos íons cloreto são transferidos para os íons de prata (Ag+) para prata metálica (Ag0). As partículas de prata metálica são escuras e absorvem a luz.
Quando retiramos a luz UV, a reação ocorre no sentido inverso, e a lente se torna incolor novamente.
Mas você pode se perguntar, porque a reação do sal de prata na presença de luz é reversível, enquanto que na fotografia preto e branco isso é um processo que não tem volta? Bom, você pode escolher dar uma explicação mais simples para os seus alunos, mas caso tenha interesse em entender o que realmente está acontecendo aqui, siga em frente. Eu encontrei esta explicação aqui: https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/photochromic-glass
Basicamente, o processo em que o elétron passa do íon cloreto para o íon de prata deveria sempre ser reversível e instantâneo, ou seja, se os íons estão lado a lado no cristal, o elétron deveria ir e voltar tão rapidamente, que não veríamos nada acontecer. Mas, é possível que o elétron se separe do íon cloreto e não volte mais. Quando o átomo de prata se forma, o elétron pode saltar de prata em prata, até chegar em uma parte do cristal distante do átomo de cloro. O elétron fica preso nesse átomo de prata e a reação não volta. Isso é o que acontece na fotografia preto e branco, e esse efeito é depois intensificado durante a revelação do filme.
Já nas lentes fotocrômicas, as partículas de cloreto de prata contém algumas impurezas de um sal de cobre(I). Quando o elétron vai saltando de prata em prata, ele pode chegar no íon de cobre (I), que funciona como uma armadilha que prende o elétron. Assim com a radiação ultravioleta, o íon de prata se transforma em prata metálica e a lente escurece. Aos poucos, o elétron escapa da armadilha e retorna à prata metálica, revertendo a reação.
Finalmentes
Perceber que existem reações reversíveis é apenas o primeiro passo para entender o equilíbrio químico. Essa demonstração pode ajudar os estudantes a entender o conceito de reação reversível e ver uma aplicação prática em um produto. O XCiência possui dois kits com óculos com lentes fotocrômicas que podem ser emprestados por professores de química de Belo Horizonte e região.
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