perturbação do equilibrio

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44 QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 21, MAIO 2005 Chuva ácida, equilíbrio químico e acidez A seção “Experimentação no ensino de Química” descreve experimentos cuja implementação e interpretação contribuem para a construção de conceitos científicos por parte dos alunos. Os materiais e reagentes usados são facilmente encontráveis, permitindo a realização dos experimentos em qualquer escola. Neste número a seção apresenta dois artigos. EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE QUÍMICA Recebido em 21/07/03, aceito em 21/12/04 A chuva ácida já vem sendo bastante abordada e tem sido usada para introduzir os con- ceitos de acidez e basicidade no En- sino Médio, em uma tentativa de aproximar a Química do cotidiano do aluno. Considerado tema transversal obrigatório pelos PCN (Parâmetros Curriculars Nacionais), o meio am- biente passou a ser utilizado como te- ma de estudo para o ensino de várias disciplinas, principalmente a Química. Os conteúdos relacionados com o as- sunto são de grande interesse e per- mitem ao aluno conhecer e entender as transformações que ocorrem em seu meio, desenvolvendo o senso crí- tico da necessidade da conservação e preservação do meio ambiente. A chuva ácida é um fenômeno causado pela poluição da atmosfera. Ela pode acarretar muitos problemas para as plantas, animais, solo, água, construções e, também, às pessoas. A chuva ácida reage com metais e carbonatos, atacando muitos mate- riais usados na construção civil, como mármore e calcários. Os óxidos de enxofre (SO 2 e SO 3 ) e de nitrogênio (N 2 O, NO e NO 2 ) presentes na atmos- Daltamir J. Maia, Wilson A. Gazotti, Maria C. Canela e Aline E. Siqueira O experimento apresentado neste artigo consiste na obtenção do equilíbrio 2NO 2 N 2 O 4 e na reação de um dos gases com água para produção de chuva ácida. Através desta aula prática simples o aluno pode aprender conceitos qualitativos sobre equilíbrio químico e sobre acidez e basicidade. O aluno pode conhecer também como se forma um dos componentes da chuva ácida e como ela atua na deterioração de monumentos de mármore. equilíbrio químico, chuva ácida, experimento de baixo custo fera formam ácidos fortes, aumen- tando a acidez da água da chuva. No experimento aqui apresentado também podem ser exploradas as reações químicas em fase gasosa e a ação do ácido em compostos car- bonatados, os aspectos dinâmicos e qualitativos do equilíbrio químico, além dos processos de mudança de estado físico. Finalmente, o aluno pode conhecer como se forma um dos componentes da chuva ácida e o que acontece com monumentos fei- tos de alguns materiais, como o már- more, quando expostos por vários anos a esse tipo de poluição atmos- férica. O interesse no equilíbrio químico Existem muitos textos tratando da dificuldade encontrada pelos profes- sores em ensinar o conceito de equilí- brio químico. Nas várias tentativas de encontrar uma maneira apropriada para facilitar o aprendizado do aluno, são criados modelos e citados exem- plos para ajudar (Soares et al., 2003; Ferreira et al. 1997; Silva e Stradiotto, 1999). Não é à toa que o conceito de equilíbrio químico é muito explorado em vestibulares e, conseqüentemen- te, no Ensino Médio 1 , pois, além de fazer parte do conteúdo proposto pelo MEC, a rigor, todas as reações químicas são equilíbrios (Milagres e Justi, 2001). Como se não bastasse, na indústria, saber controlar uma rea- ção e obter melhores rendimentos é de vital importância econômica. Quando uma reação reversível – isto é, aquela que se processa nos dois sentidos – acontece em um sis- tema fechado, depois de algum tem- po, característico para cada reação, estabelece-se um equilíbrio químico. Isto quer dizer que, nesse ponto, as velocidades da reação direta (forma- ção) e da reação inversa (decompo- sição) são iguais. Outra característica do equilíbrio é que as concentrações de todas as espécies presentes permanecem constantes (isto não significa que elas sejam iguais). É exatamente neste ponto que sur- gem as maiores dificuldades dos alu- nos entenderem o significado de um equilíbrio químico. Conforme já ilus- trado muito bem em um artigo publi- cado em Química Nova na Escola (Machado e Aragão, 1996), os estu- dantes lidam satisfatoriamente bem com problemas quantitativos de equi- líbrio, mas demonstram grandes difi-

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 21, MAIO 2005Chuva ácida, equilíbrio químico e acidez

A seção “Experimentação no ensino de Química” descreve experimentos cuja implementação e interpretação contribuempara a construção de conceitos científicos por parte dos alunos. Os materiais e reagentes usados são facilmente encontráveis,permitindo a realização dos experimentos em qualquer escola. Neste número a seção apresenta dois artigos.

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EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE QUÍMICA

Recebido em 21/07/03, aceito em 21/12/04

Achuva ácida já vem sendobastante abordada e tem sidousada para introduzir os con-

ceitos de acidez e basicidade no En-sino Médio, em uma tentativa deaproximar a Química do cotidiano doaluno. Considerado tema transversalobrigatório pelos PCN (ParâmetrosCurriculars Nacionais), o meio am-biente passou a ser utilizado como te-ma de estudo para o ensino de váriasdisciplinas, principalmente a Química.Os conteúdos relacionados com o as-sunto são de grande interesse e per-mitem ao aluno conhecer e entenderas transformações que ocorrem emseu meio, desenvolvendo o senso crí-tico da necessidade da conservaçãoe preservação do meio ambiente.

A chuva ácida é um fenômenocausado pela poluição da atmosfera.Ela pode acarretar muitos problemaspara as plantas, animais, solo, água,construções e, também, às pessoas.A chuva ácida reage com metais ecarbonatos, atacando muitos mate-riais usados na construção civil, comomármore e calcários. Os óxidos deenxofre (SO2 e SO3) e de nitrogênio(N2O, NO e NO2) presentes na atmos-

Daltamir J. Maia, Wilson A. Gazotti, Maria C. Canela e Aline E. Siqueira

O experimento apresentado neste artigo consiste na obtenção do equilíbrio 2NO2 N2O4 e na reação deum dos gases com água para produção de chuva ácida. Através desta aula prática simples o aluno podeaprender conceitos qualitativos sobre equilíbrio químico e sobre acidez e basicidade. O aluno pode conhecertambém como se forma um dos componentes da chuva ácida e como ela atua na deterioração de monumentosde mármore.

equilíbrio químico, chuva ácida, experimento de baixo custo

fera formam ácidos fortes, aumen-tando a acidez da água da chuva.

No experimento aqui apresentadotambém podem ser exploradas asreações químicas em fase gasosa ea ação do ácido em compostos car-bonatados, os aspectos dinâmicos equalitativos do equilíbrio químico,além dos processos de mudança deestado físico. Finalmente, o alunopode conhecer como se forma umdos componentes da chuva ácida eo que acontece com monumentos fei-tos de alguns materiais, como o már-more, quando expostos por váriosanos a esse tipo de poluição atmos-férica.

O interesse no equilíbrio químicoExistem muitos textos tratando da

dificuldade encontrada pelos profes-sores em ensinar o conceito de equilí-brio químico. Nas várias tentativas deencontrar uma maneira apropriadapara facilitar o aprendizado do aluno,são criados modelos e citados exem-plos para ajudar (Soares et al., 2003;Ferreira et al. 1997; Silva e Stradiotto,1999).

Não é à toa que o conceito de

equilíbrio químico é muito exploradoem vestibulares e, conseqüentemen-te, no Ensino Médio1, pois, além defazer parte do conteúdo propostopelo MEC, a rigor, todas as reaçõesquímicas são equilíbrios (Milagres eJusti, 2001). Como se não bastasse,na indústria, saber controlar uma rea-ção e obter melhores rendimentos éde vital importância econômica.

Quando uma reação reversível –isto é, aquela que se processa nosdois sentidos – acontece em um sis-tema fechado, depois de algum tem-po, característico para cada reação,estabelece-se um equilíbrio químico.Isto quer dizer que, nesse ponto, asvelocidades da reação direta (forma-ção) e da reação inversa (decompo-sição) são iguais. Outra característicado equilíbrio é que as concentraçõesde todas as espécies presentespermanecem constantes (isto nãosignifica que elas sejam iguais).

É exatamente neste ponto que sur-gem as maiores dificuldades dos alu-nos entenderem o significado de umequilíbrio químico. Conforme já ilus-trado muito bem em um artigo publi-cado em Química Nova na Escola(Machado e Aragão, 1996), os estu-dantes lidam satisfatoriamente bemcom problemas quantitativos de equi-líbrio, mas demonstram grandes difi-

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 21, MAIO 2005Chuva ácida, equilíbrio químico e acidez

culdades em analisar qualitativamen-te um equilíbrio. Isto demonstra clara-mente que os estudantes acabamsendo “treinados” a resolver proble-mas, mas não a entender o que estáacontecendo.

Talvez o maior problema encon-trado pelo professor é fazer o alunoentender que o equilíbrio é dinâmico,isto é, que quando um equilíbrio éatingido as reações não param deacontecer, mas simplesmente acon-tecem com a mesma velocidade nosdois sentidos. Uma maneira simplese bastante eficiente para esclareceresses conceitos é tentar encontrarexemplos que ilustrem as mudançasocorridas num equilíbrio pela alte-ração da temperatura, pressão ouconcentração. Neste caso, o exemplomais utilizado pelos livros didáticos éo equilíbrio

2NO2(g) N2O4(g)

por uma razão muito simples: essesgases apresentam colorações dife-rentes: enquanto o NO2 é castanhoavermelhado, o N2O4 é incolor. Assim,quando “deslocamos” o equilíbrio emum sentido ou em outro, podemosverificar facilmente um aumento oudiminuição na intensidade da colora-ção avermelhada, “denunciando” pa-ra onde o equilíbrio está sendo deslo-cado. Este artigo apresenta um roteirosimples de obtenção desse equilíbrio,através do uso de dois reagentes rela-tivamente simples de serem encon-trados em laboratório: fio de cobre eácido nítrico.

Experimental

Parte 1: Obtenção do equilíbrio2NO2 N2O4

Materiais• Fio de cobre (1 cm de compri-

mento, com 2-5 mm de diâme-tro)

• 1,5 mL de ácido nítrico (HNO3)comercial concentrado

• Balão volumétrico de 200 mLcom tampa (ou uma garrafa devidro transparente com rolha decortiça)

• Béquer ou um vidro de maionese• Pipeta (ou um conta-gotas limpo

de remédio – 1mL equivale a 20

gotas)• Gelo e água fervendo

ProcedimentoEm um lugar ventilado, coloque al-

guns pedaços de fio de cobre emuma garrafa de vidro e adicione como conta-gotas 1,5 mL de ácido nítrico.Em seguida, tampe a garrafa com arolha e deixe o gás se formar.

Estabelecido o equilíbrio, pode-sedemonstrar facilmente o princípio deLe Chatelier alterando-se a tempera-tura do sistema e visualizando-se asmudanças ocorridas através do des-locamento do equilíbrio em funçãodessas mudanças. Pode-se colocara garrafa dentro de um recipiente con-tendo um banho de gelo (0 °C) e emcontato com água fervendo. Proce-dendo dessa maneira, determina-sequal das reações é exotérmica e qualé endotérmica. Vejamos:

2NO2(g) N2O4(g)

vermelho-tijolo incolor

Assim, quanto mais avermelhadoestiver o interior do balão, é sinal deque a concentração de NO2 aumen-tou (e, conseqüentemente, a concen-tração de N2O4 diminuiu) ou, quanto“mais incolor” estiver o sistema, é si-nal de que a concentração de NO2 di-minuiu (aumentando a concentraçãode N2O4). Neste caso, observando osresultados apresentados na Figura 1,podemos concluir que a obtenção dogás N2O4 é um processo exotérmico:

2NO2(g) N2O4(g) ∆H < 0

Parte 2: Provocando a chuva ácida

Material• Bico de Bunsen ou fogareiro de

camping• Bomba de aquário• Pedaços de mangueira• 2 vidros com tampa (frascos va-

zios de maionese)• Água

ProcedimentoMonte um esquema de acordo

com a Figura 2. É necessário fazerdois furos na tampa de um dos vidrose na rolha. Na tampa do segundovidro, é preciso fazer apenas um furo.Faça a ligação com um pedaço demangueira da saída de ar da bombi-nha de aquário com a rolha da garra-fa. Com outra mangueira, conecte ooutro furo à tampa do vidro 1, e porúltimo conecte o vidro 1 ao vidro 2.Coloque um pouco de água no vidro2 e aqueça o recipiente.

Após colocar no gelo e na águaquente a garrafa da parte 1 desteexperimento, retire a tampa da garrafa(que contém o gás) e coloque a rolhacom os dois furos. Ligue a bombinhae observe o que acontece.

A bomba empurra o gás que esta-va na garrafa para o vidro 1. No vidro2, a água fervente passa vapor deágua para o vidro 1. No vidro 1, o va-por de água se encontra com o NO2,formando HNO3. Ácido e água con-densam, formando uma solução áci-da que pode ser identificada atravésde papel indicador tornassol azul ou

Figura 1: Alterações na temperatura do equilíbrio, deslocando-o no (a) sentido endotér-mico (chama - aumento da temperatura) e no (b) sentido exotérmico (banho de gelo -abaixando a temperatura).

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 21, MAIO 2005

Abstract: Acid Rain: An Experiment for Introducing Concepts of Chemical Equilibrium and Acidity in High School – The experiment presented in this article consists in the realization of theequilibrium 2NO2 N2O4 and in the reaction of one of the gases with water for the production of acid rain. Through this simple practical class the student can learn qualitative concepts on chemicalequilibrium and on acidity and alkalinity. The student can also learn how the components of acid rain are formed and how it acts in the deterioration of marble monuments.Keywords: chemical equilibrium, acid rain, low-cost experiment

Chuva ácida, equilíbrio químico e acidez

colocando-se um pedaço de cascade ovo em contato com a solução. Acasca de ovo, por conter carbonato,reage com o ácido e libera gás carbô-nico (CO2), que pode ser identificadoatravés da formação de pequenasbolhas.

Atenção: ao final, deposite o res-tante de ácido nítrico e de cobre dareação em um frasco de descarte.

Comentários sobre o experimentoDurante a reação do cobre com o

ácido nítrico, ocorre a formação domonóxido de nitrogênio (NO), que napresença do oxigênio do ar se oxidarapidamente a NO2, um gás verme-lho-tijolo.

3Cu(s) + 2NO3–(aq) + 8H+(aq) →

3Cu2+(aq) + 4H2O(l) + 2NO(g)

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

Uma vez formado em ambiente fe-chado, o dióxido de nitrogênio formao tetróxido de dinitrogênio, entrandoem equilíbrio. A mudança de tempe-ratura mostra o deslocamento da rea-ção e deixa claro para o aluno queocorre um equilíbrio assim que a tem-peratura se estabiliza, podendo-severificar que a reação ocorre nos doissentidos:

2NO2(g) N2O4(g)

Referências bibliográficasFERREIRA, L.H.; HARTWIG, D.H. e

ROCHA-FILHO, R.C. Algumasexperiências simples envolvendo oprincípio de Le Chatelier. Química Novana Escola, n. 5, p. 28-31, 1997.

MACHADO, A.H. e ARAGÃO, R.M.R.Como os estudantes concebem oestado de equilíbrio químico. QuímicaNova na Escola, n. 4, p. 18-20, 1996.

MILAGRES, V.S.O. e JUSTI, R.S.Modelos de ensino de equilíbrioquímico - Algumas consideraçõessobre o que tem sido apresentado emlivros didáticos no Ensino Médio.Química Nova na Escola, n. 13, p. 41-46, 2001.

RUSSEL, J.B. Química Geral. Trad.D.L. Sanioto et al. São Paulo: McGrawHill, 1981.

SILVA, J.L. e STRADIOTTO, N.R.Soprando na água de cal. QuímicaNova na Escola, n. 10, p. 51-53, 1999.

SOARES, M.H.F.; OKUMURA, F. eCAVALHEIRO, E.T.G. Proposta de umjogo didático para ensino do conceitode equilíbrio químico. Química Nova naEscola, n. 18, p. 13-17, 2003.

Para saber mais

Sobre chuva ácidaSANTOS, A.F.; RAPKIEWICZ, C.E. e

CANELA, M.C. Sítio de Química Ambi-ental (http://www.uenf.br/uenf/centros/cct/qambiental), 2005.

Sobre equilíbrio químico e outrosexperimentos

MORTIMER, E.F. e MACHADO, A.H.Química para o Ensino Médio. SãoPaulo: Editora Scipione, 2002. p. 310.

O NO2 produzido na parte 1 do ex-perimento reage com a água de acor-do com as equações:

2NO2(g) + H2O(l) →HNO2(aq) + HNO3(aq)

2HNO2(aq) + O2(aq) → 2HNO3(aq)

A acidez provocada pela forma-ção do ácido nítrico pode ser verifi-cada através da reação do carbonatopresente na casca de ovo. Essa rea-ção é visualizada através do despren-dimento de CO2, de acordo com areação:

CaCO3(aq) + 2H3O+(aq) →

CO2(g) + 3H2O(l) + Ca2+(aq)

Nesta última etapa do experimen-to, com o aluno, é possível fazer umparalelo com a degradação dosmonumentos históricos de mármoreque se decompõem quando a chuvaácida é gerada no ambiente, a partirdos poluentes gasosos em contatocom a água e em seguida com ocarbonato (componente principal domármore).

Nota1. Aqui, o leitor pode criticar a or-

dem estabelecida; porém, na prática,sabemos que os grandes vestibularesacabam ditando os conteúdos ensi-

nados no Ensino Médio.

Daltamir J. Maia, bacharel em Química e doutor emCiências pela Unicamp, é docente da Faculdade Poli-técnica de Jundiaí. Wilson A. Gazotti (in memoriam),bacharel em Química e doutor em Ciências pelaUnicamp, foi professor associado do Laboratório deCiências Químicas da Universidade Estadual doNorte Fluminense (UENF). Maria C. Canela, bacharelem Química e doutora em Ciências pela Unicamp,é docente do Laboratório de Ciências Químicas daUENF. Aline E. Siqueira é aluna do curso de licen-ciatura em Química da UENF e está desenvolvendoprojeto de iniciação científica.

Figura 2: Esquema do equilíbrio 2NO2 N2O4 e formação da chuva ácida.