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 A Garrafa Azul*

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

Apresentação

Um frasco de vidro é parcialmente preenchido com um liquido incolor. Quando o líquido é agitado, adquire uma coloração azul-profundo. Esta coloração desaparece à medida que o líquido vai voltando ao repouso, mas reaparece se for novamente agitado. Este ciclo - azul/incolor/azul -, obtido pela agitação, posterior imobilidade e nova agitação, pode ser repetido dezenas de vezes antes que o líquido se inutilize. Por seu comportamento curioso, este sistema químico exerce um fascínio muito grande sobre os estudantes. Alguns são capazes de passar horas repetindo a experiência, na tentativa de descobrir quais são as condições necessárias para que ocorram tais reações responsáveis por essas mudanças.

Esta experiência foi selecionada por ser segura, de execução simples e exigir elementos de baixo custo e fáceis de serem obtidos em drogarias; pode ser realizada dispensando laboratório, vidraria especifica e instrumentos sofisticados. Permite acentuar a importância da cuidadosa observação e da organização dos dados experimentais. Além disso, a experiência representa uma boa oportunidade de se observar a participação de um gás como reagente num sistema químico.

Finalmente, a seleção dessa experiência da garrafa azul representa mais uma tentativa de recuperar um pouco a química descritiva e factual. O emprego de experiências que aparentam uma certa magia, perigosa maneira de interpretar a natureza, tem a função, no processo educacional, de estimular a curiosidade. O químico americano Linus Pauling — prêmio Nobel de Química e prêmio Nobel da Paz — relata que ficou fascinado, quando ainda era estudante, com a demonstração 'de impacto' da carbonização do açúcar. Isto contribuiu fortemente para a escolha de sua carreira profissional.

Contudo, devemos ressaltar que não faz parte dos objetivos do trabalho ora proposto, levar os alunos a descobrirem quais são as reações químicas que ocorrem no sistema. A complexidade dessas reações, creio eu, está acima dos conhecimentos básicos de um estudante do Ensino Médio. Eu mesmo não me aventuro nelas, por isso sigo as orientações da esposa, que é química. Todavia, se algum químico se dispuser a fazer uma explanação didática do equacionamento, de antemão agradeço.

Material

— água correspondente a 3 copos comuns: 550 a 600 ml, no total.
— 2 colheres e meia, das pequenas (colher de café), de hidróxido de sódio (soda cáustica); cerca de 10
    a 11 gramas, no total.
— 9 colheres, das pequenas (café), de glicose (dextrose): cerca de 18 a 20 gramas; ele é encontrado 
    em farmácias, drogarias e supermercados com o nome comercial de “Dextrosol”, açúcar para
    mamadeiras.
— 5 ml de solução de azul de metileno (encontrada pronta a 1% ou 2% em farmácias e drogarias)
— 3 frascos de 200 a 300 ml, de vidro ou plástico transparente, com tampa (podem ser garrafas de
    água mineral, de suco de frutas ou refrigerantes - 'pichulinha', com suas próprias tampas plásticas).
— 1 garrafa de 2 litros -PET- ou frasco grande de vidro, para dissolver os ingredientes (não devem ser
    usados recipientes de alumínio, pois seriam corroídos pela soda cáustica)

Preparo da solução

a Coloque os 3 copos de água na garrafa PET ou frasco grande. Acrescente quase todo o hidróxido de sódio (deixe um pouquinho para fazer eventuais ajustes finais de concentração). Agite até dissolver completamente (não passe para a etapa seguinte antes que todo o hidróxido tenha se dissolvido por completo). 
b
Em seguida, coloque quase toda a glicose nesta garrafa PET e agite. Acrescente de 60 a 80 gotas (3,0 a 4,5 ml) da solução azul de metileno e agite. 
c
A solução resultante, com frasco tapado, deve apresentar-se incolor quando estiver em repouso. Se não descolorir, vá acrescentando aos poucos o resto do hidróxido e da glicose até conseguir o efeito necessário -- solução incolor. Quanto maior a concentração de glicose e/ou hidróxido, mais rapidamente ocorrerá a descoloração após a agitação. 
d
Coloque a solução em 2 frascos (garrafas plásticas de 300 ml) incolores; um deve ficar semipreenchido e o outro completamente preenchido, sem restar ar. Tampe os frascos. Rotule-os, indicando a situação de cada um: letra A, para o que contém ar comum; letra B, para o frasco completamente cheio, sem ar 'visível' entre a solução e a tampa.

A solução preparada tem vida útil de apenas algumas horas, não podendo ser armazenada. Se houver necessidade de se preparar solução-estoque para vários dias, proceda como segue: 

1 Dissolva o hidróxido de sódio usando metade da água necessária, ou seja, um copo e meio. Coloque esta solução em um frasco bem tapado e guarde-o. 
2
No outro copo e meio de água que sobrou dissolva a glicose. Guarde esta solução num segundo frasco bem tapado (se for em garrafa plástica, bem 'tampado'). 
3
Num terceiro frasco mantenha a solução de azul de metileno. 

Na hora de usar é só juntar volumes iguais das duas primeiras soluções (1 e 2) e colocar algumas gotas de azul de metileno (3). Por exemplo, meio copo da primeira solução (1) mais meio copo da segunda solução (2) e, aproximadamente, vinte gotas da solução de azul de metileno (3).

Procedimento
O procedimento apresentado a seguir é apenas uma sugestão. Baseado nele, e levando em conta características pessoais, entre outras circunstâncias, você deverá estabelecer sua própria rota de trabalho. Assim, depois da leitura atenta da parte experimental, deverá julgar e escolher qual ou quais blocos de investigação irá desenvolver. O importante é que você se sinta desafiado a descobrir, pelo menos em parte, o que se passa no sistema.

Primeira investigação

a) Verifique se o frasco A está bem tapado. Agite-o vigorosamente. Em seguida deixe-o em repouso. O que ocorre? Anote.
b) Será que existe alguma substância azul no fundo do frasco ou na superfície do líquido e que, pela agitação, se espalha pelo líquido todo, colorindo-o? Faça observações adequadas para responder. Anote.

Segunda investigação

Será que a cor azul resulta de uma reação química entre o liquido e a rolha (ou tampa) do frasco? Para testar esta hipótese, execute os seguintes procedimentos:

a) Inverta o frasco A de tal forma que o líquido entre em contato com a rolha/tampa, sem agitação. Houve mudança de cor? Anote.
b) Agite o liquido sem permitir seu contato com a rolha/tampa. Surge a cor azul?
c) Afinal, qual a sua conclusão? O aparecimento da cor azul é provocado ou não pelo contato do líquido com a rolha? Anote.

Terceira investigação

Será que a cor azul resulta da elevação da temperatura pelo contato das mãos aquecendo o frasco? Faça observações adequadas para responder. Anote.

Quarta investigação

Será que existe mais alguma coisa dentro do frasco que possa reagir com a solução quando a agitamos? Para testar esta hipótese proceda da seguinte maneira:

a) Agite vigorosamente o frasco B (o que está completamente cheio de solução). Se julgar necessário, para ajudar na agitação, coloque uma pedrinha dentro do frasco. Seque-o por fora e agite-o cuidadosamente. Surge a coloração azul? Anote.
b) Se surgir alguma coloração azul, ainda que bem fraca, agite mais algumas vezes. A coloração volta a aparecer? Anote.
c) Jogue fora uma pequena parte da solução do frasco B (por exemplo o equivalente a uma colher de sopa). Tape-o e agite-o vigorosamente. Jogue fora mais uma pequena parte da solução, tape o frasco e agite-o novamente. Continue com este procedimento até que a solução fica ao redor da metade do frasco. O que vai acontecendo com a intensidade da cor azul? Anote os resultados das experimentações.
d) Impeça completamente a entrada de ar no frasco semi-preenchido A, usando fita adesiva, vela derretida ou simplesmente apertando bem a rolha/tampa. Repita várias vezes o ciclo repouso/agitação/repouso (incolor/azul/incolor). Verifique se vai havendo alguma alteração nos resultados. Anote.
e) Rompa o lacre do frasco A. Tire a rolha/tampa e permita a entrada de ar, fazendo pequenas agitações sem
a rolha. Tape-o novamente — sem precisar lacrar —e agite vigorosamente. A coloração azul reaparece? Anote.
f) Qual é a sua conclusão? Será que o ar tem alguma participação na reação química que forma a substância azul? Anote.
g) Se ar e líquido estão juntos dentro do recipiente A, por que é necessário agitar para produzir a cor azul?
h) Será que na superfície de contato (interface) entre o ar e o líquido já estaria ocorrendo a reação de formação da substância azul, mesmo sem agitação? Faça uma observação cuidadosa da superfície do liquido e responda.

Resultados prováveis

Primeira investigação
a) O liquido, inicialmente incolor, fica azul depois da agitação e volta a ser incolor mediante repouso.
b) Às vezes consegue-se notar uma finíssima camada azul na superfície do liquido, mas, em geral, parece não existir previamente nenhuma substância azul no interior do frasco.

Segunda investigação
a) Não.
b) Sim.

Terceira investigação
Segurando o frasco com as mãos não há mudança de cor.

Quarta investigação
a) Não surge a coloração azul intensa. No máximo poderá surgir, na primeira agitação, uma fraca. cor azul.
b) Não.
c) Aparece cada vez mais a cor azul.
d) A coloração azul vai ficando cada vez mais fraca, se o frasco for agitado muitas e muitas vezes.
e) Sim.
f) A conclusão é sua.
g) A conclusão é sua.
h) Existe uma fina (ou finíssima) camada azul na superfície do líquido.

Interpretação 'superficial' dos resultados
A finíssima camada azul que, às vezes, pode ser notada na superfície do líquido do frasco A, antes de qualquer agitação, não pode ser responsável pela fortíssima coloração azul que aparece em toda a solução  após ela ter sido agitada.

Como não aparece a cor azul quando o líquido simplesmente toca a rolha, sem ser agitado, não se pode atribuir o aparecimento da cor ao contato do líquido com a rolha.

Como não ocorreu a formação da substância azul no frasco que não continha ar (frasco B), podemos concluir que o ar tem participação no processo químico que resulta na formação da substância azul.

Essa interpretação é reforçada pela observação de que, no frasco B, passou-se a obter a cor azul depois que se retirou dele parte da solução e se permitiu a entrada de maior quantidade ar.

A hipótese de que o ar, ou um de seus componentes, toma parte na reação é comprovada também por um outro fato: o frasco A (que contém liquido e ar), com tampa lacrada à prova de entrada de ar, deixou de se colorir depois de várias agitações. Podemos concluir que isto aconteceu porque o componente do ar que participa da reação química foi totalmente consumido.

Portanto, é bastante grande a soma das evidências de que uma das substâncias químicas presentes no ar é responsável pela formação da substância azul. A agitação aumenta o contato e a dissolução do ar no líquido e permite que a reação química ocorra em toda a massa de líquido.

É esse componente do ar atmosférico que também se 'dissolve' na água dos lagos, rios e mares. É o oxigênio desse ar dissolvido que os peixes respiram através das brânquias. Também a água recentemente fervida — por ter perdido os gases que estavam dissolvidos — tem gosto diferente da água não fervida. É suficiente agitar esta água fervida, com uma colher, por exemplo, para que seu “sabor” seja restabelecido.

Resumindo as conclusões obtidas a partir da experimentação, podemos escrever:

ar ---- agitação ----> ardissolvido 
ardissolvido + solução --
reação rápida --> substância azul

É importante assinalar que os procedimentos acima permitem concluir, apenas, que o ar, ou um de seus componentes, reage com algum dos ingredientes do líquido, formando a substância azul.
E a volta do liquido azul para liquido incolor? Os procedimentos experimentais adotados permitem alguma conclusão? A única conclusão possível é que a substância azul inverte sua reação dentro do líquido, então em repouso, e se transforma em substâncias incolores.

substância azul --- solução --- (reação lenta) ---> substâncias incolores

Os detalhes das reações, tanto aquela da formação da substância azul quanto sua transformação em substâncias incolores, não podem ser explicados em nível elementar, nem é esse o propósito desse trabalho, como alertamos. Mas, podemos nos aventurar 'um tantinho' nesse mundo teórico:

Resumidamente, o que se passa é o seguinte: experiências cuidadosas e com maiores recursos determinaram que a glicose, em meio alcalino, é redutora. Ela reduz (reduzir ==> ceder elétrons) lentamente o azul de metileno até leuco-metileno (?), que é incolor. Sob agitação, o gás oxigênio presente no ar se dissolve no liquido e, rapidamente, re-oxida (oxidar ==> receber elétrons) o leuco-metileno até azul de metileno. Este, novamente, é reduzido a leuco-metileno e fecha o circulo. Assim, o leuco-metileno não é consumido na reação global, tendo apenas função intermediária e sendo regenerado, em seguida, na reação. Substâncias que desempenham esta função são chamadas catalisadores.

A reação que superficialmente estudamos é uma das poucas onde se pode observar 'visualmente' o papel do catalisador. Neste caso, como geralmente acontece, o catalisador produz um intermediário (a substância azul), que reage em seguida e regenera o catalisador (leuco-metileno). Desta forma, no conjunto das reações, são consumidas as substâncias oxigênio e glicose.

* Este trabalho derivou de um experimento publicado pela revista Eletrônica Total (Saber) , No 10, de 1989.


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