Atividade prática - Estudando a água – Parte 17
9º ano do Ensino Fundamental e 1º ano do Ensino Médio
Objetivo
Diversos experimentos, usando principalmente água e materiais de fácil obtenção, são possíveis e
importantes para vivenciar as principais propriedades físicas e químicas da água, bem como de
sua interação com outras substâncias.
É desnecessário falar da importância de se conhecer as propriedades da água, principalmente em
tempos que anunciam a escassez desse recurso. Além disso, o estudo da água também permite
introduzir a compreensão das propriedades de outras substâncias, ampliando os horizontes do
entendimento científico de diversos fenômenos do cotidiano; que, por sua vez, são inerentes às
questões ambientais, industriais, culinárias, medicinais e muitas outras.
Introdução
É a chama que faz o ovo cozido e a água entrar na garrafa?
Como foi visto na parte 16, é frequente que um mesmo fenômeno tenha, ao longo da história,
diferentes explicações. Nos dois experimentos realizados, você viu que o ovo tem a tendência de
entrar na garrafa, porque ela foi aquecida por uma chama ou por outra fonte de calor. Sendo assim,
o ar no seu interior teve suas moléculas mais agitadas, mais distantes, fazendo parte do ar escapar
da garrafa. Portanto, o ar interno ficou mais rarefeito; mas, na medida em que foi esfriando, a
pressão do ar interno tende a diminuir, porque as moléculas gasosas tendem a reduzir sua
agitação e se reaproximar. Assim, a pressão atmosférica fica maior que a pressão interna, e tende
a empurrar o ovo para dentro da garrafa.
A antiga explicação para o fenômeno é bastante conhecida e foi bastante difundida no meio
estudantil há algumas décadas, tendo sido considerada válida por muito tempo. Segundo essa
explicação, a pressão interna sofreria redução devido ao consumo do oxigênio pela queima do
álcool (C2H6O) do algodão [C6H12O6]n. Ora, analisando as equações de combustão das duas
substâncias combustíveis, temos:
Equação 1:
1 C2H6O (l)
+
3 O2 (g)
→
2 CO2 (g)
+
3 H2O (v)
Equação 2:
1 C2H6O (l)
+
2 O2 (g)
→
2 CO (g)
+
3 H2O (v)
Equação 3:
1 [C6H12O6]n (s) +
6n O2 (g)
→
6n CO2 (g)
+
6n H2O (v)
Equação 4:
1 [C6H12O6]n (s) +
3n O2 (g)
→
6n CO (g)
+
6n H2O (v)
Verifica-se que a queima completa do álcool (equação 1) consome 3 moléculas de oxigênio por
mol, liberando 5 moléculas gasosas como produto, sendo 2 de dióxido de carbono e 3 de vapor
d’água. Nessa equação e também em todas as outras, percebe-se que a proporção de gases
formada é maior que a de gás consumido, e não o contrário; o que aparentemente invalida a
explicação.
No entanto, o argumento geral é mais complexo e afirma que o dióxido de carbono (CO2) produzido
dissolveria rapidamente na água; e que, portanto, não deveria ser contabilizado; afirma também
que o vapor de água produzido sofreria condensação rapidamente com o resfriamento da garrafa e
do ar interno; e, portanto, também não deveria ser contabilizado.
Há ainda uma grande coincidência a favor da explicação, que é o resultado da medição de volume
“perdido” de ar interno no processo, cerca de 20%, bem próximo do que realmente existe de
oxigênio no ar. Essa medição pode ser feita pelo experimento da “vela que faz a água subir”, muito
semelhante ao experimento do ovo com álcool e algodão. O resultado “certo” da medição dá a
sensação de que a explicação também estaria correta. Será?
Contestando as “falácias” da explicação
Acontece que o dióxido de carbono não é tão solúvel assim, nem se dissolve tão rapidamente na
água. O dióxido de carbono é o mesmo gás dos refrigerantes; sabe-se que, se o refrigerante está
quente, boa parte do gás é expelida rapidamente da garrafa, assim que ela é aberta. E o
experimento da vela na garrafa é bastante rápido; não dá tempo de o dióxido de carbono dissolver
no meio aquoso, durante os poucos segundos do teste, principalmente por estar aquecido pela
chama da vela.
Da mesma forma, o vapor d’água também não condensa dentro da garrafa de vidro tão
rapidamente, pois ela está ainda “morna” ao final do experimento. Se isso acontecesse, seria de se
esperar que o vidro “embaçasse”, formando gotas de água líquida em toda a superfície interna da
garrafa.
Além disso, outros experimentos demonstraram que, no teste da água que sobe pela garrafa,
mesmo depois que a vela apaga, ainda há oxigênio gasoso no ar capaz de manter vivo um rato
durante alguns minutos. Ou seja, o oxigênio não foi totalmente consumido no processo.
O experimento realizado na parte 16 com a garrafa aquecida por água fervente – sem chama –
fornece uma pista bem clara do que realmente acontece: a água também entra na garrafa, embora
em menor quantidade, mesmo que não tenha uma chama no interior da garrafa. Ora, então, a
causa não é a “queima” em si, mas o aquecimento do ar interno. O ar aquecido dilata e parte dele é
expulso do recipiente, enquanto ele está aberto. Quando a garrafa começa a resfriar, já “fechada”
pelo ovo ou pela água, o ar interno contrai novamente, reduzindo a pressão interna e a pressão
atmosférica faz o resto.
Na pressão!
Normalmente, a pressão atmosférica não é muito valorizada, porque estamos “acostumados” a ela.
A pressão interna das nossas células e a pressão sanguínea equilibra a pressão atmosférica
externa, para não sermos “esmagados” pelo ar. Isso mesmo! A pressão do ar equivale a cerca de
1kg por centímetro quadrado! Uma folha de papel qualquer de 20 por 30cm sofre uma pressão
atmosférica de 600kg em sua superfície, somente de um dos lados. Mas, como o ar pressiona
igualmente de todos os lados, parece que a pressão atmosférica simplesmente não existe.
De forma parecida, como não “vemos” o ar, não é fácil entender o que acontece quando ele é
aquecido ou resfriado. Por exemplo, partindo da temperatura ambiente (cerca de 300K) e dobrando
a temperatura absoluta (600K) de certa quantidade restrita de ar, estamos dobrando o volume
ocupado por ele. Na escala Celsius, isso representa aquecer o ar de 27ºC até 327ºC (600K – 273 =
327ºC). Ora, sabe-se que a temperatura de uma chama “comum” alcança valores em torno de 350
a 450ºC, sendo então capaz de aquecer o ar de seu entorno pelo menos até cerca de 250ºC,
dependendo do tamanho do recipiente, provocando, assim, a saída de parte significativa de ar de
dentro da garrafa.
Depois que a chama apaga, o ar esfria, voltando à temperatura ambiente original. Então, ele tende
a ocupar um volume proporcional à quantidade de moléculas que restou no recipiente, reduzindo a
pressão interna. Considerando o quanto a pressão interna fica menor que a pressão atmosférica,
se o recipiente estivesse totalmente lacrado, provavelmente o vidro seria “implodido” de fora para
dentro. É o que acontece no experimento da “latinha vazia esmagada pelo ar”, resfriada
bruscamente quando entra em contato com a água fria.
Experimento 1: A vela que faz a água subir pela garrafa
Material
A) Uma vela.
B) Fósforos.
C) Uma cuba de vidro, aquário pequeno, bacia pequena ou prato fundo.
Obs.: Quanto mais fundo o recipiente, melhor, para que seja possível fazer a medição do volume
“perdido” de ar. Mas, certamente, a água não pode encobrir a vela.
D) Água de torneira.
E) Corante à base de água, de qualquer cor (opcional).
F) Uma garrafa comum, grande, de preferência de vidro grosso e incolor.
G) Proveta de 500mL.
H) Caneta pincel ou canetinha para escrever no vidro.
I) Câmera filmadora ou celular com esse recurso.
Procedimento
1. Risque um fósforo para derreter um pouco a base da vela, fixando-a no fundo da cuba de vidro.
2. Ligue a câmera filmadora.
3. Coloque água na cuba até cerca de 1/3 da altura da vela. Dissolva algumas gotas de corante na
água.
4. Acenda a vela.
5. Emborque a garrafa de vidro sobre a vela, sem apagá-la, levando a boca da garrafa até abaixo
do nível da água da cuba.
Obs.: Fique atento nesse ponto, para não deixar entrar ar, senão a água que começa a entrar na
garrafa vai sair de novo.
6. Aguarde até que a chama apague e o nível da água estabilize.
7. Ajuste a altura da garrafa com as mãos, igualando o nível da água internamente e externamente.
Marque com uma caneta pincel ou canetinha esse nível o mais exatamente possível.
Obs.: Essa etapa é muito importante para a medição exata do volume de ar que foi “perdido” no
experimento, pois o nível igual da água dentro e fora da garrafa garante que a pressão do ar
interno está igual à pressão atmosférica externa.
8. Encha a garrafa com água totalmente até à borda e transfira para uma proveta. Anote o valor do
volume total da garrafa.
9. Coloque mais água na garrafa, dessa vez até a marca feita com a caneta pincel. Transfira para
uma proveta e anote o volume correspondente à quantidade de ar contida na garrafa no final do
experimento.
10. Subtraia os dois volumes anotados; a diferença será a quantidade de ar “perdido” no
experimento.
Observações e questões
1) Qual foi o volume total de ar na garrafa, no início do experimento? _______________________
2) Qual foi o volume de ar no final do experimento, sob pressão normal? ____________________
3) Qual foi o volume de ar “perdido” ao final do experimento? Qual foi o percentual de redução do
volume de ar ao final do experimento? Calcule e comente.
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4) Assista com cuidado a gravação de vídeo feita durante o experimento. Responda: Depois que a
chama da vela apaga, ainda acontece entrada de água na garrafa? O volume de água que entra
depois que a chama apaga é significativo? Por quanto tempo entra água depois que a chama
apaga? Comente as informações. Quais conclusões são possíveis para a explicação do fenômeno,
a partir dessas informações?
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Experimento 2: Esmagando uma latinha em menos de 1 segundo com a pressão atmosférica
Material
A) Cuba de vidro ou bacia de qualquer tamanho.
B) Água de torneira.
C) Duas latinhas de refrigerante vazias e não amassadas.
D) Pinça metálica de laboratório para segurar objetos quentes.
E) Bico de Bunsen ligado a um sistema de gás.
F) Fósforos.
G) Câmera de filmar ou celular com câmera.
Procedimento 1 – Aquecendo a latinha por dentro
1. Coloque água na cuba ou bacia até quase na borda.
2. Estude cuidadosamente como você vai segurar a latinha com a pinça metálica, para atender a
duas condições: 1) a chama deve ser dirigida para dentro da latinha; e, 2) A forma de segurar
precisa ser de tal forma que seja fácil emborcar a latinha na água com rapidez.
Obs.: Só passe para o próximo item, depois que se sentir seguro sobre as recomendações acima.
Faça alguns “ensaios” dos movimentos recomendados.
3. Acenda a chama do bico de Bunsen.
4. Ligue a câmera filmadora.
5. Segure a latinha conforme o recomendado no item 2, aquecendo-a, por dentro, no contato com a
chama. Aguarde pelo menos uns 10 segundos.
6. Emborque rapidamente a latinha na água, sem deixar entrar ar. Observe.
Procedimento 2 – Aquecendo a latinha por fora
Repita todo o procedimento, alterando apenas o posicionamento da latinha em relação à chama do
bico de Bunsen, de forma que o aquecimento seja na parte externa da latinha. Todo o restante do
procedimento deve ser feito exatamente da mesma forma.
Observações e questões
1) Explique o fenômeno observado, utilizando as expressões abaixo, em ordem lógica de causa e
efeito:
 Agitação das partículas gasosas.
 Temperatura.
 Pressão interna.
 Pressão atmosférica.
 Dilatação do ar.
 Aquecimento.
 Resfriamento.
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2) Houve diferença significativa de resultados observados nos procedimentos 1 e 2? Comente.
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3) Reveja a filmagem realizada e tente marcar o tempo que levou para que a latinha fosse
esmagada pelo ar. O fenômeno demorou mais de 1 segundo? Comente.
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4) Depois do experimento realizado, você mudou sua impressão pessoal sobre o valor da pressão
atmosférica? A pressão atmosférica tem valor “pequeno” ou “grande”? Comente.
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