Introdução
Esse experimento faz parte da Coleção “Romeu e Julieta: uma paixão científica”. Ele é o quarto experimento da sequência do mago na cena “A Festa” e consiste em um Kitasato que contém uma poção mágica que produz bolhas de sabão inflamáveis ao reagir com papel alumínio.
Se você já brincou com bolhas de sabão sabe que se elas não estourarem vão cair no chão em algum momento, atraídas pela força da gravidade. Mas, ao contrário do que se espera, a solução mágica que o Mago Divino preparou em sua caverna nas montanhas é capaz de produzir bolhas que desafiam à lei da gravidade e sobem para o espaço. Qual será a surpresa que o grande mago nos traz dessa vez?
Uma bolha explosiva.
Materiais necessários
MATERIAIS
Kitasato de 250 ml
Rolo de papel alumínio
Hidróxido de sódio (soda cáustica)
Solução de água com detergente ou sabão em pó
Recipiente raso (pode ser um fundo de garrafa de PET)
Bico de garrafa de PET
Tocha (produzida no experimento Varinha Mágica)
Caixa de fósforos ou isqueiro
Bolhas Explosivas
Béquer de 1L
Rolha e mangueira de silicone para o kitasato
Bastão de vidro
Materiais
Reagentes
Passo 1
PREPARANDO A POÇÃO MÁGICA
ATENÇÃO:
- O hidróxido de sódio ou soda cáustica é uma substância bastante corrosiva. Portanto, use luvas de borracha para manuseá-la. O contato direto com a pele pode causar irritação e queimaduras. Caso você as toque ou elas caiam em sua pele lave o local atingido imediatamente, com água em abundância.
- Prepare a “Poção Mágica” numa capela, pois ela libera muitos gases sufocantes durante a dissolução do NaOH. Se não houver uma capela disponível procure um local aberto e bastante ventilado para prepará-la.
- Após realizar o experimento você pode reaproveitar a solução por várias outras vezes, tomando o cuidado de testá-la antes de usar novamente. Basta deixar a solução em repouso de um dia para outro e filtrá-la com filtro de papel ou tecido bem fino.
- Passo 1 – Para preparar um litro da poção mágica são necessários 240g de NaOH(s) (hidróxido de sódio) ou soda cáustica, uma vez que a massa de um mol de NaOH é de 40g. Você pode preparar menores quantidades da poção realizando os cálculos necessários.
- Passo 2 – Coloque os 240g de NaOH(s) em um béquer graduado e complete com água limpa até atingir o volume de 1L. Misture com um bastão de vidro até dissolver toda a base e deixe em repouso para esfriar e perder a turbidez.
- Passo 3 – Depois que a solução esfriar transfira-a para um vasilhame de plástico ou vidro com tampa, para armazenamento.
Bolhas Explosivas
Coloque o reagente pesado no béquer e complete o volume com água limpa. Depois de dissolver o reagente a solução fica turva. Com o tempo a turbidez diminui. A solução já está cristalina. Espere esfriar e a guarde num recipiente próprio e identificado.
Passo 2
PREPARANDO O EXPERIMENTO PARA A DEMONSTRAÇÃO
ATENÇÃO: Maiores detalhes de como montar a tocha estão no experimento “Varinha Mágica”.
Passo 1 – Para fazer uma demonstração desse experimento é necessário ter uma tocha. A tocha pode ser construída a partir de um cabo de vassoura ou de um pedaço de cano de PVC. Escolha o que for mais fácil para você.
1) Preparando uma tocha de madeira:
a) Prepare um pedaço de madeira fina com, no mínimo, 1 metro de comprimento. Um cabo de vassoura velho é perfeito.
b) Com o papel alumínio faça um revestimento interno e externo na tampinha de garrafa (isso será necessário para que ela não se queime).
c) Pregue a tampinha em uma das pontas da madeira e coloque uma bucha de algodão dentro dela.
2) Preparando uma tocha de cano:
a) Prepare um pedaço de cano com, no mínimo, 1 metro de comprimento. Um cano de PVC é mais interessante por ser mais leve e fácil de achar.
b) Tape firmemente uma das extremidades do cano deixando uma cavidade com cerca de 2 cm de profundidade.
c) Com o papel alumínio faça um revestimento interno e externo à cavidade e dê um acabamento com alguma fita adesiva
(isso será necessário para que o cano não se queime).
d) Coloque uma bucha de algodão dentro dela.
Passo 2 – Preparando o cenário: Posicione a mesa e forre-a com um forro de plástico resistente. Coloque o recipiente raso com a solução de fazer bolhas, o bico de garrafa de PET e a caixa de fósforos sobre a mesa.
Passo 3 – Coloque aproximadamente 60 mL da solução de NaOH dentro do Kitasato e tape-o com a rolha. Esconda o Kitasato em um local de fácil acesso para o momento da apresentação.
Passo 4 – Embeba o algodão da tocha em álcool.Ponta da tocha sendo acesa pela “Varinha mágica”.
Passo 3
REALIZANDO A DEMONSTRAÇÃO ATENÇÃO:
- A inalação do gás produzido dentro do Kitasato pode causar sufocamento. Portanto, depois que começar a ser produzido o gás hidrogênio mantenha o bico da mangueira acima do nariz das pessoas. Só o abaixe no momento de fazer as bolhas de sabão.
- Nunca aproxime a tocha em chamas do bico da mangueira após iniciar a reação química. Isso pode causar acidentes sérios.
- Passo 1 – O mago anuncia o experimento e pede para que o ajudante faça bolinhas de papel alumínio, enquanto ele pede que algumas pessoas do público toquem o Kitasato para perceberem que ele está com temperatura ambiente.
- Passo 2 – O mago volta para a mesa e coloca duas bolinhas de papel alumínio dentro do Kitasato e o tampa com uma rolha. Ele agita um pouco o Kitasato para que as bolinhas se molhem bem. Ele começa a simular um encantamento no Kitasato e e alguns segundos começa a reação química que libera o gás hidrogênio.
Passo 3 – O mago mostra ao público as bolinhas de alumínio “fervendo” dentro da solução. Em seguida se encaminha para a mesa e mergulha o bico da mangueira na solução de água com sabão para fazer a primeira bolha.
Passo 4 – O mago faz mais três ou quatro bolhas para chamar a atenção de que elas sobem. Em seguida ele pede ao ajudante que acenda a tocha e tente acertar as várias bolhas, que serão feitas, com a chama da tocha.
CUIDADOS: - As bolinhas de papel alumínio não podem ser muito pequenas, pois reagem rapidamente.
- Enquanto estiver fazendo as bolhas de sabão para serem explodidas com a tocha não coloque muitas bolinhas de papel alumínio no Kitasato. Isso pode aumentar muito a pressão do jato de gás e impedir que as bolhas sejam feitas.
- Não faça bolinhas de sabão por muito tempo. Pois, à medida que ocorre a reação química a temperatura do Kitasato e do gás que sai pela mangueira aumentam muito. Isso atrapalha a produção das bolhas e dificulta segurar o Kitasato.
- Esse experimento não é indicado para locais abertos ou onde haja grandes correntes de ar. Essas correntes podem dificultar a demonstração.
Faça vários testes para ajustar o experimento antes da apresentação.
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Passo 4
O QUE ACONTECE
O que observamos?
1) Ao colocarmos as bolinhas de papel alumínio dentro do Kitasato com a solução de NaOH pudemos observar o surgimento de pequenas bolhas, que vão aumentando de tamanho e velocidade de formação.
2) A temperatura do Kitasato aumenta muito.
3) As bolhas de sabão produzidas, ao contrário das produzidas pelo nosso sopro, sobem quando se soltam da ponta da mangueira.
4) Quando aproximamos a chama da bolinha de sabão ela explodiu.
5) Depois de ocorrida, a reação química, podemos perceber o surgimento de uma borra escura no fundo do Kitasato.
Por que isso acontece?
A “fervura”, que pode ser chamada de efervescência, sem fonte de calor eminente, observada dentro do Kitasato, nos leva a concluir que está ocorrendo uma reação química, evidenciada pela formação de gases. Outra evidência de que está ocorrendo uma reação química é o aquecimento gradativo do Kitasato. Daí tiramos outra informação muito importante que é a de que a reação química que está ocorrendo é espontânea e altamente exotérmica. A velocidade da reação aumenta gradativamente, pois, o aumento da temperatura do sistema fornece a energia de ativação necessária para que ela ocorra
entre um número cada vez maior de moléculas, o que fornece mais calor para o sistema.
Por que as bolhas de sabão sobem?
Como vimos no experimento “Caixa Mágica” o CO2
(g) (gás carbônico) é mais denso que o ar. A consequência disso é que a
FP (força do peso) que atua sobre a bolinha de sabão é maior do que a FE (força do empuxo). Por isso a bolinha cai em direção ao solo. Já o gás produzido nesse experimento, pelo contrário, faz com que a bolinha de sabão suba em direção ao teto. Nesse caso, então, podemos afirmar que FE é maior do que FP, o que nos leva a concluir que a densidade desse gás é menor que a densidade do ar.
Que gás é esse?
Uma coisa curiosa que ocorre no experimento é que a bolha de sabão pega fogo. Portanto, o nosso gás misterioso é inflamável. Além disso, é importante observar que foi produzida uma luz amarela quando houve a explosão. Com o conhecimento de que o gás produzido no nosso experimento é menos denso que o ar e inflamável podemos supor com segurança que ele é o gás o H2 (g) (gás hidrogênio). Isso é comprovado também quando analisamos os reagentes de que dispomos nesse experimento.
O Al0 (alumínio metálico) é extremamente reativo com água. Por isso, o papel alumínio contém uma finíssima camada Al2O3 (s) (óxido de alumínio) na sua superfície, que evita o contato direto entre o Al0
e a água. Entretanto, essa película sofre decomposição numa solução de NaOH, conforme a equação a seguir, deixando o Al0 exposto à água.
Al2O3(s) + 2 NaOH(aq) + 3 H2O(l) -> 2 NaAl(OH)4(aq)
Uma vez em contato, a água e o Al0 começam a reagir produzindo o gás hidrogênio:
2 Al0(s) + 3 H2O(l) –> 2 Al(OH)3 (aq) + 3 H2(g)
Essa equação nos mostra também que há formação do Al(OH)3 (hidróxido de alumínio), uma substância insolúvel em água.
Ele é um dos componentes presentes na borra acinzentada que sobra dentro do Kitasato, junto com outras impurezas presentes na composição química do papel alumínio.
Passo 5
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