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Identificando gases

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br  

Introdução
O nitrogênio (78%), oxigênio (21%), e outros gases (1%) compõem nossa atmosfera terrestre. Entretanto, sob certas condições, a proporção normal com as quais eles se encontram na natureza pode ser drasticamente alterada. Tais alterações podem prejudicar seriamente nossa saúde e, sobre isso, devemos tomar providências. De modo geral, essas alterações da atmosfera, assim como as da água, do solo etc., que são partes indivisíveis de nosso meio ambiente, são caracterizadas por poluições das quais decorrem as complexidades dos problemas ambientais. Dentre elas citamos:

a - poluição do ar (degradação da qualidade do ar);
b - poluição da água;
c - poluição do solo;
d - poluição sonora;
e - poluição radioativa;
f - poluição por defensivos agrícolas.

Para sabermos se o ar encontra-se adequado para a respiração dos homens e para a manutenção dos demais seres vivos é preciso estudá-lo em suas partes, assim como reconhecer cada uma delas.

2. O nitrogênio
Ele constitui a maior parcela dos constituintes do ar. Ele não se combina facilmente com outras substâncias; quando respiramos, ele passa por nossos pulmões e é devolvido ao meio ambiente na mesma quantidade, sem sofrer qualquer modificação. Seu nome ¾ nitrogênio ¾ significa “sem vida”, designação muito própria dada pelos gregos, para indicar que não é utilizado na respiração nem na combustão.


O nitrogênio na respiração

Sua existência é importante para todos os seres vivos que, entretanto, não conseguem aproveitá-lo diretamente do ar. O 'truque' é saber como retirá-lo e, algumas bactérias existentes no solo e nas raízes de plantas leguminosas sabem muito bem como fazer isso! Elas utilizam do nitrogênio do ar para a produção de nitratos, que são minerais indispensáveis à vida das plantas.

As plantas absorvem esses nitratos e, com eles, produzem proteínas. Como os animais comem as plantas, eles conseguem as proteínas. O nitrogênio acaba sendo importante também para a vida animal, ainda que absorvido indiretamente.

O nitrogênio no estado líquido (o que se consegue mediante temperatura muito baixa) é utilizado pelas indústrias tanto para refrigeração como na conservação de alimentos. As indústrias químicas utilizam do nitrogênio para a fabricação do amônia. O amônia é matéria prima para diversos produtos, dentre os quais os fertilizantes.

A seguir, vamos fabricar um pouco de nitrogênio.

Fabricando nitrogênio na escola
Com a morte das plantas e animais, os compostos nitrogenados voltam para o solo. Pela ação de certas bactérias, esses compostos liberam o nitrogênio de volta para o ar. Sem dúvida, não vamos esperar um animal morrer, ser decomposto, absorvido pelo solo e liberado por bactérias para obtê-lo. Isto não é ser científico!

Não é nada difícil obter um pouco de nitrogênio, retirando-o diretamente do ar. Na verdade, não vamos retirar o nitrogênio do ar, vamos retirar os outros gases do ar e deixar o que sobra: o nitrogênio.

Devemos retirar do ar tanto o oxigênio como o gás carbônico; o primeiro será retirado através de uma oxidação (ele vai reagir com ferro) e o segundo pela presença de água de cal (que absorve o gás carbônico).

Eis o procedimento, bastante tradicional:

1. Coloque um pedaço de palhinha de aço ("bombril") umedecida no fundo de um tubo de ensaio;
2. Coloque este tubo invertido dentro de uma vasilha não muito funda;
3. A seguir coloque água de cal dentro da vasilha, de modo que cubra cerca de 1/3 da boca do tubo.


Fabricando nitrogênio

Durante três ou quatro dias, deixe o experimento quieto. Observe-o então.

4. O "bombril" apresenta-se enferrujado, ficando com aquele avermelhado típico; o nível de água subiu dentro do tubo de ensaio e, a água de cal apresenta-se um pouco turva.

Eis o que aconteceu: o oxigênio que se encontrava no interior do tubo foi totalmente consumido, formando a ferrugem (óxido de ferro); com o consumo deste gás, a pressão interna diminuiu, o que permitiu a entrada de uma parte de água de cal dentro do tubo. O ligeiro turvamento da água de cal (se ocorrer) mostra a eliminação de todo gás carbônico. Desse modo, o que resta dentro do tubo é nitrogênio.

Para testar que ali realmente temos nitrogênio, basta lembrar que ele é impróprio para a combustão: prepare um palito de fósforo, acenda-o e a seguir sopre-o para conseguir um “palito em brasa”. Tire o tubo de dentro da água de cal, tapando sua extremidade com o dedo; vire o tubo, tire o dedo e coloque o palito em brasa em seu interior. O palito não queima!

O oxigênio
Os 21% da totalidade dos gases no ar são de oxigênio. Este gás é fundamental para os seres aeróbios; a cada respiração absorvemos oxigênio que nosso organismo utiliza para sobreviver. Ao expirarmos, expelimos menos oxigênio do foi inspirado.


O oxigênio na respiração

O oxigênio inspirado, ao passar pelos pulmões, difunde-se através da membrana respiratória e cai na corrente sangüínea para os demais tecidos do organismo. O oxigênio é transportado pelo sangue, em solução, no plasma e em combinação com a hemoglobina das hemácias.

Este gás é indispensável nas combustões e na maioria das oxidações. Ele é usado nos hospitais, para pessoas que apresentam dificuldades respiratórias e, em certas ocasiões, nos aviões, nos submarinos e nos tanques de mergulhadores.

O oxigênio puro pode ser obtido através da técnica da eletrólise da água, quando então ele é separado do hidrogênio.

Fabricando oxigênio na escola
Diversas são as técnicas que permitem a obtenção do oxigênio, entre elas, a já citada eletrólise da água. Outra, bem simples, requer água oxigenada a 20 volumes (facilmente obtida em farmácias) e bióxido de manganês (obtido em lojas de produtos químicos).

1. Coloque água oxigenada num tubo de ensaio, até ¼ de sua capacidade;
2. acrescente uma pitadinha de bióxido de manganês;
3. você verá a água oxigenada começar a borbulhar, soltando bolhas de um gás: o oxigênio.

A identificação do oxigênio é fácil, desde que já sabemos que ele alimenta vivamente uma chama (combustão). Para tanto, repita o procedimento acima para produzir um pouco mais de oxigênio desta vez, tendo o cuidado de tapar o tubo de ensaio com um cartão após colocar a pitada de bióxido de manganês. Prepare um palito de fósforo em brasa (deixe um palito queimar e a seguir assopre-o para eliminar a chama); retire o cartão e introduza o palito em brasa no tubo de ensaio.

Você observará que a brasa se reaviva, podendo mesmo reaparecer a chama. Isto mostra que realmente ali temos oxigênio.

Nota: A água oxigenada armazenada lentamente se transforma em água e liberta oxigênio, perdendo sua atividade. O bióxido de manganês que acrescentamos teve como mérito, exclusivo, acelerar essa decomposição.

O maior fabricante de oxigênio
Cai uma semente no solo: pode ter sido trazida pelo vento, pode ter sido trazida por um pássaro, poderia estar misturada às fezes de um animal, pode ter sido plantada pelo homem. Ali ela começa a se desenvolver, pequenina, débil, sujeita à ser devorada por um animalzinho, mas reluta e cresce. Para tanto deve nutrir-se.

Uma planta se nutre, mas não de terra! Poderíamos pensar que é assim, muita gente já pensou que era assim, mas não é. Através da raiz, a planta absorve sobretudo água e pequena quantidade de sais; mas isso é insuficiente para justificar todo seu crescimento. De fato, uma planta num vaso não consome a própria terra; depois de um ano, poderá ter aumentado de um peso até maior que o próprio vaso! E a terra do vaso continua lá!

A planta retira seu alimento do ar, da água e da luz solar.

No ar, está presente o gás carbônico, um gás composto de dois elementos: carbono e oxigênio. Este gás é invisível, mas com uma maquinaria adequada, pode ser congelado; agora seu aspecto é outro, parece um pedaço de gelo opaco e fumegante, é o gelo seco.

Gelo seco é gás carbônico solidificado

Posto numa vasilha com água, o gelo seco passa novamente para o estado gasoso formando uma densa nuvem branca de gás carbônico (muito utilizada para enfeitar filmes de terror, festinhas e palcos).

A planta produz açúcar.

A água que a raiz absorve da terra contém dois elementos: hidrogênio e oxigênio. Desse modo, do ar e da água a planta já conseguiu três elementos: carbono, hidrogênio e oxigênio. Com eles, a planta produz o açúcar, uma substância nutritiva que é composta exatamente daqueles três elementos.

Todavia, misturando-se água e gás carbônico, não se obtém um açúcar! Por quê?

Para que esta transformação venha a ocorrer é necessário fornecer calor, ou eletricidade, ou alguma outra forma de energia. A planta recebe esta energia do Sol.

A clorofila aproveita a energia da luz solar.


Por meio da fotossíntese a planta produz oxigênio e açúcar

Na folha está presente uma substância, a clorofila, capaz de absorver energia da luz solar e de usá-la para obter açúcar a partir da água e do gás carbônico. Como é realizado exatamente tal processo a Ciência ainda pesquisa, porém já lhe atribuiu um nome: fotossíntese clorofiliana. Ela pode ser assim resumida:

fotossíntese clorofiliana = produção (de alimento) pelas folhas verdes à partir da luz solar.

E pode ser assim representada:

água + gás carbônico + luz solar = açúcar + oxigênio

A planta também produz oxigênio.

O açúcar é o alimento da planta, que o transforma em ramos, folhas, raízes, enfim, o usa para crescer; o oxigênio, entretanto, é eliminado para o ar. É desse oxigênio que os seres vivos utilizam para respirar, inclusive o homem; se não fossem as plantas todos os demais seres viventes morreriam.

A planta serve de alimento para todos.

Os animais herbívoros comem as plantas (como os coelhos e os veados), outros animais comem os herbívoros (como as cobras e os lobos). Comendo os herbívoros estão comendo as plantas!

O gás carbônico
O nitrogênio e o oxigênio constituem os 99% do ar. Do 1% restante, destinado a todos os outros gases, destaca-se a gás carbônico, com apenas 3 partes para cada 10 000 de ar, ou seja, 0,03%. Este gás é, entre outras fontes, um subproduto da respiração: a cada respiração, nosso corpo consome oxigênio e produz gás carbônico.


O gás carbônico na respiração

Num quarto fechado, uma pessoa consome lentamente o oxigênio e exala gás carbônico. Agora o ar “se faz pesado”, é necessário abrir a janela; desse modo, o gás carbônico se dispersa na atmosfera e é substituído por novo ar rico em oxigênio. Da respiração dos animais, da respiração das plantas e das combustões temos produção de gás carbônico.

Fabricando gás carbônico na escola
Esta é uma tarefa simples, basta-nos providenciar: bicarbonato de sódio e vinagre (ambos podem ser comprados em farmácias e supermercados).

1. Coloque uma colher de sopa de bicarbonato de sódio em um copo;
2. Prepare uma solução de vinagre em água (uma xícara de água e uma xícara de vinagre);
3. Derrame esta solução dentro do copo.
4. Você observará a formação de bolhas; bolhas de gás carbônico.

Para detectar a presença do gás carbônico poderá ser utilizada a técnica do palito em brasa (que apaga, pois este gás não alimenta a combustão) ou usar da conhecida água de cal (que fica turva em presença do gás carbônico).

Leitura Recomendada: A clássica experiência de Joseph Priestley, 1771
Joseph Priestley realizou uma experiência na qual demonstrou que os vegetais verdes restauram o ar viciado pela combustão de uma vela; de tal forma, que este ar, após sua restauração, era capaz de sustentar novamente a combustão ou permitir a respiração de um animal.

Conforme se ilustra, um rato colocado num recipiente de vidro, logo morre, pois o ar no interior torna-se rapidamente impróprio para a respiração. No entanto, se uma planta verde iluminada for colocada no interior do recipiente, irá restaurar o ar viciado, tornando-o novamente próprio para a vida animal.

 


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