Alunos premiados na Olimpíada de Química do Estado de São Paulo

Comunicamos com alegria os resultados de nossos alunos na Olimpíada de Química do Estado de São Paulo, cuja fase final foi realizada no último sábado, dia 02 de junho, no Instituto de Química da USP. Salientamos que participaram deste evento aproximadamente 2500 escolas de todo o estado.

Alunos premiados:

2.o ano:

– Carmem Castiñeira/2B1: medalha de bronze

– Giancarlo Ferrigno Poli Ide Alves/2E1: medalha de ouro

 

3.o ano:

– Marco Aurélio Bigélli Cardoso/3E1: medalha de ouro

 

Professores

Reações químicas para separar metais. Uma lição que vale ouro

Mostre como os lídios obtinham a matéria-prima de suas moedas e ensine a produzir ferro em laboratório


Leia também: “A Fábrica de Ouro”, pág. 96 de VEJA
Tempo estimado: Uma aula de 50 minutos
Conteúdos: Separação de metais
Competências segundo o Enem: Construir e aplicar conceitos das várias áreas do conhecimento para a compreensão da produção tecnológica
Habilidades: Compreender o processo de separação de metais de suas


Uma verdadeira aula sobre os primórdios da metalurgia ­ e, portanto, da Química. Assim podemos resumir a reportagem de VEJA que revela como os antigos lídios extraíam o ouro para as suas moedas e jóias. Ao mesmo tempo, o texto aborda a importância histórica desse processo. A leitura com os alunos é, por isso, recomendável também para os professores de História e Geografia. O roteiro a seguir traz sugestões de aproveitamento nessas duas áreas e permite que os alunos compreendam o processo de separação dos metais de suas ligas.

Preparação da aula

Para as atividades teóricas, você vai precisar de uma tabela periódica e uma de reatividade química dos metais. Para a experiência, veja no quadro do final do post o material necessário.

Antes da leitura de VEJA pelos alunos

Após a leitura do texto de VEJA, peça que os alunos listem alguns metais que se encontram livres na natureza, como o ouro e a platina, e os que são obtidos em laboratórios, como o sódio. Destaque os motivos que conferem aos chamados metais nobres (ouro, prata e platina) seu elevado valor econômico. Eles são encontrados livres na natureza porque não reagem com o oxigênio do ar nem com outros elementos ­ apenas a prata sofre uma leve oxidação superficial. Lembre a turma de que o sódio, ao contrário, é altamente reativo com a água e, por isso, deve ser sempre armazenado em recipientes que contenham querosene.

Em seguida, localize na tabela periódica os metais mais reativos que o ferro.

Então, realize para a classe a experiência de obtenção do ferro a partir de um de seus óxidos (veja o quadro no final do post). Ela reproduz o processo industrial de extração do ferro pelo alumínio em pó, conhecido como aluminotermia, descoberto em 1894.

Para evitar acidentes, convém que você faça essa demonstração. Ao mesmo tempo que for realizando a experiência, mostre para a turma as reações que ocorrem:

  • O ferro é encontrado na forma oxidada na natureza. Para ser utilizado, precisamos separá-lo do ânion óxido (O2-), segundo a reação:
  • Depois, localize na equação as substâncias simples, compostas, redutora e oxidante.
  • Discuta com os alunos o início do processo de oxidação dos metais: tão logo são extraídos de seus minérios, começam a reagir com o oxigênio do ar, formando novamente óxidos (ferrugem).
  • Em seguida, peça que os estudantes equacionem a reação do ferro com o oxigênio do ar:

Trabalho interdisciplinar

O professor de Geografia pode promover um trabalho ou mesmo uma aula expositiva em que sejam destacadas as regiões brasileiras com solos ricos em minérios, incluindo as atividades extrativistas e os impactos que elas podem provocar no meio ambiente.

Numa aula de História, o professor pode aproveitar a leitura da reportagem e sugerir que os alunos pesquisem mais sobre os costumes, as conquistas, o comércio e a importância histórica dos lídios, povo citado na reportagem.


Experiência: Metais em brasa

 

Material necessário
Fita de magnésio, ímã, papel de filtro, Bico de Bunsen, colher, cápsula de porcelana, frasco com alumínio em pó, frasco com óxido férrico.

 

 

1. Dobre o papel de filtro como um funil e coloque no seu interior 0,5 grama de óxido férrico com 0,3 grama de alumínio em pó.

 

2. Em uma cápsula de porcelana contendo dois terços de areia, faça uma pequena cova no centro e transfira para a areia o papel contendo a mistura. Coloque sobre a mistura um pedaço de 2 centímetros de uma fita de magnésio limpa e seca. Isso vai facilitar o início da reação.

 

 

3. Direcione a chama para a mistura sólida, no interior do papel de filtro, mantendo-o assim até que apareça uma luz ­ resultado da inflamação da mistura que se propaga com elevação da temperatura.

 

 

4. Afaste a chama e espere esfriar. Com a ajuda de um imã, atraia o metal obtido: o ferro.

Plano de aula proposto por Elisabete Rosa e Fábio Siqueira, professores de Química do Colégio Bandeirantes, de São Paulo


Essências e corantes: a química da gastronomia molecular

Que tal produzir uma essência de laranja ou um corante de rosas com seus alunos? Apresente à turma alguns dos métodos e técnicas utilizados por grandes chefs de cozinha, que transformam os alimentos por meio de processos químicos e físicos

por Elisabete Rosa

Objetivos

  • Compreender o conceito de gastronomia molecular.
  • Conhecer técnicas e tecnologias utilizadas na extração de essências e corantes.
  • Conhecer as fórmulas moleculares de produtos aromatizantes e suas características.
  • Compreender o processo de decantação por arraste.
  • Realizar testes experimentais para comprovar a degradação de compostos moleculares.

Conteúdos

  • Compostos aromáticos
  • Ésteres de baixo peso molecular.
  • Ligações químicas.
  • Processo de análise imediata.
  • Decantação por arraste.
  • Gastronomia molecular.

Tempo estimado

Duas aulas

Materiais necessários

Cópias da reportagem “Entre a Arte e a Ciência” (BRAVO!, Ed. 171, novembro de 2011) para todos os alunos; cascas de três laranjas; água destilada; pétalas de duas rosas vermelhas; uma bagueta ou bastão de silicone; papel de filtro cortado em tiras de 10 cm de comprimento por 3 cm de largura; balão de destilação; balão de fundo redondo; condensador;erlenmeyer; termômetro; tubo de vidro para saída de vapor; manta elétrica ou outra fonte de calor; e torneira para entrada de água no condensador – para realizar experimentos com os alunos.

Introdução

A arte de cozinhar tem sido cada vez mais influenciada pelo conhecimento científico que temos a respeito dos alimentos. A gastronomia molecular, que usa processos físicos e químicos para transformar alimentos, está ganhando cada vez mais espaço nas universidades brasileiras. Nos últimos anos, as técnicas usadas por essa ciência se espalharam pelos mais renomados restaurantes do Brasil e de outras nações.

Mas qual é o melhor caminho para testar novas ervas, descobrir aromas e utilizá-los na cozinha? Como proceder para retirar de flores, folhas, frutos, cascas, sementes ou raízes de plantas seus princípios ativos, que são concentrados aromáticos, sem decompor ou perder partes dessas substâncias?

Essas e outras dúvidas podem ser resolvidas com alguns testes de laboratório que permitem a eficácia no momento de extração do aroma, feita com procedimentos adequados e sem destruir os compostos moleculares responsáveis pelo odor e sabor desejados. Aproveite o assunto e trabalhe com os alunos a “química dos alimentos”.

Desenvolvimento

1ª AULA – A destilação para fazer “água essencial de laranja”

Comece a aula lembrando seus alunos de que, apesar de nos alimentarmos várias vezes ao dia, não costumamos examinar a fundo a composição dos alimentos que comemos ou que formam nossos pratos. Conte à turma que existem cursos de graduação em Gastronomia, que são voltados ao estudo da química dos alimentos. Neles, os alunos aprendem sobre a importância da temperatura e do tempo de cozimento dos ingredientes, sobre os procedimentos adequados para a utilização de essências e ervas e sobre os usos de outros agentes de sabor e cor, assuntos que você vai trabalhar com a classe nas próximas aulas.

Em seguida, distribua cópias da reportagem de BRAVO! aos estudantes e peça que a leiam em silêncio. Pergunte se sabem como proceder para retirar a essência de uma erva, bem como seus corantes e outros extratos. Dê o exemplo de um chá, que na maioria das vezes preparamos com a infusão, processo em que as folhas das ervas são colocadas em água quente e deixadas lá por poucos minutos. Depois da infusão realizamos a filtração e depois tomamos a bebida com ou sem adição de açúcar.

Explique aos alunos que a infusão é um método muito utilizado, mas nem sempre é o mais adequado: há ervas que não devem receber muito calor durante a extração. Conte à classe que o calor excessivo pode causar a destruição dos agentes de sabor e odor, também conhecidos como produtos flavorizantes. Esses produtos são os ésteres (produtos orgânicos originados da reação química entre ácido carboxílico e álcool), que podem ser naturais ou sintéticos.

Para que os alunos compreendam a estrutura química desses produtos, faça a representação molecular e estrutural de alguns ésteres, relacione a fruta/planta a cada aroma/sabor, e apresente a tabela abaixo:

Éster Fórmula Molecular Aroma/Sabor

Butanoato de etila C3H7 – COO – C2H5 Abacaxi

Formato de etila H – COO – C2H5 Pêssego

Acetato de pentila CH3 – COO – C5H11 Pera

Etanoato de octila CH3 – COO – C8H17 Laranja

3-metilbutanoato de 3-metilbutila C4H9 – COO – C5H11 Maçã

Nonilato de etila C8H17 – COO – C2H5 Rosa

Antranilato de metila H2N – C4H6 – COO – CH3 Jasmim

Com base nas informações da tabela, informe aos alunos que os ésteres são compostos de cadeia carbônica pequena, com massa molecular baixa e que sua estrutura molecular sofre decomposição com o aumento da temperatura, que promove a quebra das ligações químicas. Com isso, eles se transformam em novas substâncias com características diferentes das originais.

A fragilidade da estrutura dos ésteres desencadeia a necessidade de um processo de extração cuidadoso, que permita a manutenção das características do composto. Apresente aos alunos o exemplo da extração do óleo da casca da laranja. Da casca dessa fruta, podemos retirar um óleo essencial, que é o agente de odor e sabor muito utilizado nas massas de panetones, balas, perfumes, cremes, óleos essenciais etc. Porém, se o óleo entrar em contato com uma chama, ele sofre combustão.

Conte à classe que o processo indicado para situações como essa é o dadestilação por arraste, quando certa quantidade de cascas picadas é colocada em água dentro de um balão de fundo redondo, na temperatura ambiente – a alta temperatura decompõe a essência antes mesmo da sua extração. Por ser leve e aromatizante, o composto se mistura com água e vapor de água vindos de outro recipiente, um balão de destilação. Nesse momento, o balão de fundo redondo ficará com cascas, água e muito vapor. Ocorrerá uma mistura e a essência será arrastada com o vapor d’água para um condensador, onde resfriam e passam para o estado líquido. Coletada em um erlenmeyer (aquele frasco em forma de balão, comum em laboratórios), a mistura tem grande utilidade na indústria alimentícia, especialmente quando obtida em grande quantidade, a partir de toneladas de cascas de laranjas. O óleo essencial da fruta é separado da água e destinado às indústrias de lubrificantes de peças para aeronaves e também para a indústria de cosméticos.

Para que a turma compreenda melhor como acontece a destilação e para fechar esta aula, proponha a realização desse experimento com seus alunos. Você vai precisar de uma aparelhagem para destilação por arraste (conforme descrito no item “Materiais necessários” deste plano de aula) e seguir o passo a passo abaixo:

Procedimentos – Decantação por arraste de cascas de laranja

Pique as cascas de aproximadamente três laranjas, esprema-as levemente com as mãos e coloque-as dentro do balão de fundo redondo. Em seguida, cubra as cascas com água destilada. No balão de destilação, adicione água destilada até a metade do recipiente e inicie o seu aquecimento. Mantenha a torneira aberta para que a água circule dentro do condensador.

Observe que o vapor formado no balão de destilação vai imediatamente para o balão de fundo redondo e lá, mistura-se com as cascas de laranjas. A água e óleo, no balão de fundo redondo, formam uma mistura. O vapor, que se junta com as cascas dentro do balão, começa a ir para o tubo de vidro e entra no condensador, carregando com ele o óleo essencial da laranja, o etanoato de octila. A mistura que condensa e é coletada no béquer já começa a exalar o odor agradável do óleo de laranja.

2ª AULA – Uma experiência para produzir corante de rosas

Relembre os alunos sobre a destilação por arraste realizada na aula anterior. Com base no experimento e nas suas explicações, questione a turma sobre como foi possível extrair o óleo juntamente com a água sendo que cada um deles tem pontos de ebulição bem diferentes. Explique a seus alunos que ponto de ebulição é a temperatura em que ocorre a mudança de estado físico de alguns elementos. Em São Paulo, por exemplo, a água entra em ebulição a 98 graus Célsius. É nessa temperatura que a água passa de líquido ao vapor.

Destaque que o óleo tem o ponto de ebulição superior ao da água e que a temperatura durante a destilação não ultrapassa os 98 graus Célsius. Isso ocorre porque a pressão de vapor total da mistura é a soma das pressões parciais dos dois líquidos e, quando a soma destas pressões se iguala à pressão atmosférica, os dois líquidos entram em ebulição e vão para o condensador – nesse processo ocorre a condensação, passagem de gás para líquido novamente.

Seus alunos já devem ter percebido que a água e o óleo são líquidos imiscíveis, isto é, não se misturam e, no momento em que começam a condensar, se separam em duas fases no frasco de recolhimento. Quando realizamos a experiência da aula anterior em larga escala, com toneladas de cascas de laranja, é possível observar bem as duas fases – da água e do óleo separados por decantação. Neste processo, a água, por ser mais densa, fica na parte inferior do recipiente (um béquer, por exemplo) e o óleo fica na superfície. Com a inclinação do béquer, o óleo pode ser retirado e colocado em outro recipiente por meio do processo da decantação. Pergunte a seus alunos que outras misturas de líquidos imiscíveis podem ser separadas por este processo. Um bom exemplo é a mistura de gasolina e água.

Depois de explicar o processo de decantação, retome a reportagem de BRAVO! lida pelos alunos na aula anterior e questione: “E na cozinha? Como estão inovando os novos chefs? Como fazem para obter produtos essenciais em pequenas quantidades?”. Explique à turma que nos cursos de graduação em Gastronomia eles aprendem a preparar as próprias essências, agentes de sabor e corantes naturais que irão utilizar nos pratos. Aliadas ao conhecimento científico, as técnicas aprendidas pelos chefs reduzem o tempo de obtenção desses produtos. Comente com os estudantes que uma prática comum, se retomarmos o exemplo das cascas de laranja, é deixar as cascas picadas mergulhadas em água de um dia para o outro. Aproveite o momento e pergunte aos alunos: qual a temperatura que esta água precisa estar? Eles devem concluir que é na temperatura ambiente ou levemente aquecida. A justificativa para essa resposta é explicada pelo fato de que o óleo, se exposto ao calor, irá se decompor – como já mencionamos na primeira aula.

Conte que os chefs utilizam, ainda, o procedimento da maceração leve das cascas que estão na água, apertam levemente para que soltem com mais facilidade seu óleo e utilizam a mistura obtida, a “água essencial de laranja”, para diversas receitas.

Outra inovação gastronômica é o corante de rosas vermelhas, ideal para dar cor às sobremesas e coberturas de doces, bolos e sorvetes. A extração do corante, juntamente com sua essência, tem grande uso na culinária e nas indústrias de cosméticos.

Para fixar alguns dos conceitos trabalhados ao longo da aula e finalizar a sequência didática, proponha aos seus alunos um novo experimento e monte a fórmula estrutural do óleo de rosas, o nonilato de etila. Veja na Tabela 01da 1ª aula, a fórmula molecular desta substância e pergunte por que a sua extração também deve ocorrer por destilação por arraste. Os alunos deverão explicar que devido à molécula do éster ter baixo peso molecular, sua estrutura pode sofrer transformações durante aquecimentos indesejados. Depois de discutir as hipóteses dos alunos, conduza a experiência:

Procedimentos – Como fazer corante de rosas

Para esta experiência, você vai precisar de: 1 béquer de 250 ml, água destilada, pétalas picadas de duas rosas vermelhas, uma bagueta ou um bastão de silicone, papel de filtro cortado em tiras de 10 cm de comprimento por 3 cm de largura (as tiras podem ser feitas de coadores de papel de café).

Coloque as pétalas picadas no béquer e cubra-as com 150 ml de água. Misture bem com a bagueta. Dentro do béquer coloque a tira de papel de filtro na posição vertical, de forma que a sua extremidade fique para fora do recipiente. Deixe por dias e vá observando a cor que fixa no papel. Já nos primeiros instantes o papel vai ficando rosa. Após algumas horas a cor fica mais intensa e depois de alguns dias, a cor rosa fica escura, quase preta, e o corante já pode ser raspado com o cabo de uma pequena colher. Experimente colocar parte do corante sobre uma pequena quantidade de açúcar e observe a cor obtida. A mistura ainda contida no béquer, conhecida como “água de rosas”, se filtrada, exala o aroma da flor, pois nela há uma parte do óleo de rosas emitindo o aroma característico da flor.

Avaliação

Observe se os alunos compreenderam as principais ideias trabalhadas nas aulas: a estrutura molecular dos compostos aromáticos, a relação entre os compostos extraídos de diferentes substâncias e suas ligações químicas. Avalie a participação dos alunos durante os experimentos e verifique se eles compreenderam o processo de destilação por arraste e para que ele serve. Caso considere necessário, retome alguns conceitos e solucione as dúvidas que ainda persistirem na próxima aula.

Consultoria Elisabete Rosa, Coordenadora do Departamento de Química Prática do Colégio Bandeirantes, em São Paulo.