A quantidade de gás carbônico presente na atmosfera vem aumentando desde o século 19. A principal consequência disso é o aquecimento global, causado pelo aumento do efeito estufa. Mas existe um outro efeito resultante da queima de combustíveis fósseis: a acidificação dos oceanos. Saiba mais sobre isso e sobre como podemos abordar essa questão ambiental nas aulas de Química.
Este experimento foi inspirado em um dos “Science Snacks” disponíveis no site do museu de ciências Exploratorium (clique aqui para conhecer).
Preparando o experimento
Você vai precisar de:
1 pote transparente com tampa
copinho de café descartável
fita adesiva
água
azul de bromotimol 0,1%
hidróxido de sódio 0,1 mol/L
bicarbonato de sódio
vinagre
Coloque cerca de 60 a 80 mL de água no pote. Adicione cerca de 5-10 gotas da solução de azul de bromotimol e 2 gotas da solução de hidróxido de sódio. Ajuste estes valores de acordo com o tamanho do seu pote. Coloque o pote sobre uma folha de papel branca para visualizar melhor as cores.
O azul de bromotimol é um indicador ácido-base que é amarelo em soluções ácidas e azul em soluções alcalinas. A solução deve estar azul no início do experimento, mas evite colocar uma quantidade muito grande de base, para evitar alongar demais o aparecimento dos resultados.
Prenda o copinho de café na parede interna do pote com a fita adesiva. Coloque uma colher de chá de bicarbonato de sódio no copinho de café.
Na hora de iniciar o experimento, adicione cerca de 5 mL de vinagre no copinho de café e tampe o pote imediatamente. Deixe o frasco parado sem mexer e observe o que acontece nos próximos minutos.
O que acontece
Nós sabemos que a concentração de gases de efeito estufa e, principalmente, do gás carbônico, vem aumentando na atmosfera desde o início da revolução industrial no século 19. Não existem dúvidas, entre a ampla maioria dos cientistas que trabalham na área de climatologia, de que o gás carbônico é o principal responsável pelo aumento do efeito estufa e, consequentemente, o aumento da temperatura média do planeta.
Mas, melhor do que você contar isso para seus alunos, você pode mostrar para eles os dados das análises de gás carbônico na atmosfera realizadas no observatório de Mauna Loa, no Havaí. Os cientistas recolhem amostras de ar, longe de qualquer centro urbano, e medem a quantidade de dióxido de carbono por meio de sua absorção de radiação no infravermelho. No site do observatório (https://keelingcurve.ucsd.edu/) você encontra os dados da última medida realizada, do último mês, ano e a curva completa. Podemos ver na imagem abaixo os dados que foram coletados continuamente, dia após dia, desde 1958.
Podemos notar a tendência clara de aumento ao longo do tempo, saindo de 315 ppm (partes por milhão) no início das medidas e chegando em 425 ppm no dia em que estou escrevendo este artigo.
Mas não temos apenas acesso a dados de medidas diretas de gás carbônico na atmosfera. Temos também dados vindos de medidas de amostras de gelo escavadas em diversos locais do planeta. Os cientistas retiram longos tubos de gelo, em que quanto maior a profundidade, mais estamos voltando no tempo. O gelo preserva no seu interior bolhas da atmosfera da época em que a água se solidificou, permitindo assim que tenhamos dados de quanto dióxido de carbono existia na atmosfera na época. O gráfico abaixo mostra dados vindos de amostras de gelo juntos com as medidas diretas da atmosfera de Mauna Loa. É interessante perguntar para os alunos quando é que podemos perceber o aumento na concentração de CO2 se inicia nesse gráfico e o que é que estava acontecendo historicamente na sociedade nessa época. O aumento na concentração de CO2 começa na época da Revolução Industrial, quando começamos a queimar carvão em quantidades maiores.
Além do papel que o gás carbônico tem no aquecimento da Terra, existe um segundo problema em que ele tem participação direta. E esse problema está ligado aos oceanos.
A doutora Katsuko Saruhashi foi uma cientista japonesa pioneira, e que foi responsável por desenvolver técnicas importantes para se entender os impactos globais dos crescentes níveis de dióxido de carbono na atmosfera. Ela foi a primeira mulher a receber um doutorado na Universidade de Tóquio em 1957. Katsuko desenvolveu uma metodologia para se determinar de maneira precisa a concentração de dióxido de carbono na água, em especial na água dos oceanos. Seu trabalho foi essencial para demonstrar que a capacidade dos oceanos de absorver gás carbônico não seria suficiente para frear o aquecimento global.
Quando colocamos o ácido acético presente no vinagre em contato com o bicarbonato de sódio, percebemos a liberação de um gás. O gás liberado é o dióxido de carbono, CO2. O dióxido de carbono é mais denso que o ar e lentamente se difunde no interior do pote, até chegar na superfície da água. Ao chegar na água o dióxido de carbono se dissolve:
CO2 (g) ⇋ CO2 (aq)
Além de se dissolver, o gás carbônico reage com a água formando um ácido, o ácido carbônico:
CO2 (aq) + H2O(ℓ) ⇋ H2CO3 (aq)
O ácido carbônico é um ácido fraco que se ioniza liberando íons que tornam a solução mais ácida:
H2CO3 (aq) + H2O(ℓ) ⇋ HCO3– (aq) + H3O+(aq)
HCO3– (aq) + H2O(ℓ) ⇋ CO32- (aq) + H3O+(aq)
No início colocamos hidróxido de sódio na água, o que tornou a solução alcalina. À medida que o gás carbônico se dissolveu na água, ele inicialmente neutralizou o hidróxido de sódio, e em seguida o ácido foi se acumulando e aumentando a acidez da solução. Podemos acompanhar esses processos pela coloração do indicador. O azul de bromotimol é azul quando o pH da solução está acima de 7 (solução básica), verde quando a solução está neutra (pH=7) e amarelo quando a solução está ácida.
Muitas atividades humanas liberam gás carbônico para a atmosfera. Queimamos combustíveis fósseis para a geração de energia elétrica ou em motores de veículos. A produção de cimento é um processo industrial que libera grandes quantidades de gás carbônico, bem como o desmatamento e outras mudanças no uso da terra.
Todo este gás carbônico vai para a atmosfera e parte dele se dissolve nos oceanos. Como vimos, isso altera o pH da água, tornando-a mais ácida. Essa mudança não precisa ser muito grande para ter efeitos prejudiciais à vida marinha. Corais e moluscos depositam carbonato de cálcio nos seus esqueletos e conchas. O carbonato de cálcio se dissolve na presença de ácido:
CaCO3(s) + H3O+(aq) ⇋ Ca2+(aq) + HCO3– (aq) + H2O(ℓ)
Outra maneira de olhar para isso é pensar que quanto mais baixo o pH da água, mais difícil fica precipitar o carbonato de cálcio e formar as conchas dos moluscos ou os corais. Isso pode ter sérias consequências para o equilíbrio ecológico das diversas espécies de vida marinha.
Finalmentes
Gostou do experimento? Falar sobre as consequências do aquecimento global é cada vez mais importante. Você trabalha este tema com seus alunos? Comente aqui em baixo e compartilhe o experimento com seus colegas.
