• Relembrar o assunto de reações químicas: tipos de reações, equacionamento, balanceamento.
• Princípio de Avogadro
• Influência da massa molar do gás  na sua densidade.
• Gases combustíveis.
• Tipos de incêndio e extintores.

• Reações químicas
• Densidade
• Número de oxidação
• Equação de estado dos gases ideais

Iniciar a discussão com a pergunta: todos os gases têm a mesma densidade? Se pegarmos dois recipientes de mesmo volume, à mesma pressão e à mesma temperatura, o que pode interferir na densidade dos gases? Apenas a massa contida em cada recipiente, não é mesmo?

De acordo com o Princípio de Avogadro, volumes iguais de gases quaisquer, mantidos nas mesmas condições, apresentam o mesmo número de partículas.

Sendo assim, se o número de moléculas é o mesmo, vai interferir a massa de cada molécula. Moléculas com menor massa vão proporcionar uma massa total menor, e para o mesmo volume, isto acarreta em menor densidade.

Neste momento, o professor pode fazer uma pequena pausa no conteúdo discutido para apresentar ou comentar o trabalho de Avogadro. Sugestão de aprofundamento: biografia de Avogado - http://educacao.uol.com.br/biografias/amedeo-avogadro.jhtm.

A Lei de Avogadro: http://www.brasilescola.com/fisica/a-lei-avogadro.htm

1ª atividade: Estudando reações que produzem gases.

A primeira reação trabalhada consiste em um caso de simples troca entre um ácido e um metal. Colocaremos ácido clorídrico em contato com alumínio, que reagem segundo a equação:

HCl(aq) + Al(s) ---> AlCl₃(aq) + H₂(g)

Solicitar aos alunos o balanceamento da equação, obtendo-se:

6 HCl(aq) + 2 Al(s) ---> 2 AlCl₃(aq) + 3 H₂(g)

Essa reação produz um gás que será coletado diretamente em um balão de aniversário (vídeo a seguir).

A segunda reação trabalhada consiste em um caso de dupla troca entre um ácido e um sal. Colocaremos ácido clorídrico em contato com bicarbonato de sódio, que reagem segundo a equação, já balanceada:

HCl(aq) + NaHCO₃(s) ---> NaCl(aq) + CO₂(g) + H₂O(g)

Muitas vezes observamos o hábito dos alunos completarem os produtos com a substância H₂CO₃. Reforçar com os alunos o fato de que é produzido efetivamente CO₂ e H₂O, comprovado pela efervescência que indica liberação de gás.

Para fins práticos podemos reagir ácido muriático com bicarbonato de sódio (encontrado em supermercados). Colocamos aproximadamente 250 mL de ácido em uma embalagem PET de 500 mL, acrescentamos 2 colheres das de sopa de bicarbonato e colocamos um balão de aniversário na boca da garrafa plástica. Quando o balão estiver cheio, aproximadamente do mesmo tamanho que o do experimento anterior, damos um nó na sua ponta, para o gás não escapar.

Uma dica nessa experiência é colocar o bicarbonato de sódio dentro de uma sacolinha de papel, feita com um pedaço de papel-toalha ou papel de filtro de café. Isso porque a reação entre o bicarbonato e o ácido é imediata e aí fica difícil ajustar o balão na boca da garrafa. Enrolado no papel, ganhamos um pouco de tempo até a reação ocorrer prá valer! 

Muito cuidado no manuseio dos materiais e nunca esquecer o uso de equipamentos de proteção individual (EPI)!

2ª atividade: Comparando as densidades de gases diferentes com a densidade do ar.

Comparar os dois balões obtidos a partir das reações estudadas na atividade anterior. Estando os dois de mesmo tamanho, reforçar a aplicação do Princípio de Avogadro: mesmo os dois balões contendo substâncias diferentes, eles terão o mesmo número de moléculas.

Para visualizar o comportamento do balão de gás hidrogênio, ver o vídeo (1:31) http://www.youtube.com/watch?v=pjY-xVbguvg. 

Enfatizar que o fato de um balão subir é demonstrativo que a densidade do gás em seu interior é menor que a densidade do ar atmosférico.

Para visualizar o comportamento do balão contendo gás carbônico, basta soltar o balão obtido na atividade anterior. O balão desce, indicando que contém gás com densidade maior que a do ar atmosférico.

Como o volume dos balões é o mesmo (ou muito próximo!) a diferença na densidade entre os gases somente pode ter origem nas diferentes massas presentes em cada balão. Sendo igual o número de moléculas em cada balão (Princípio de Avogadro), a diferença na massa dos balões somente pode ter origem na massa de cada molécula.

Com o auxílio de uma tabela periódica, confirmar as massas dos elementos H, C e O, obtendo-se as massas do H₂ (2 g/mol) e do CO₂ (44 g/mol). A relação que se estabelece entre a massa molar do gás e a densidade é do tipo direta: quanto maior a massa molar do gás, maior será sua densidade.

Podemos relacionar as equações d = m/V com a equação de estado dos gases perfeitos PV = nRT. Substituindo n = m/M e reorganizando os termos, obtemos d = PM/RT. A fórmula comprova a relação direta entre massa molar e densidade.

Questões:

• Qual a composição do ar atmosférico? Mostrar aos alunos que o ar é uma mistura de gases (N₂, O₂, Ar, vapor de água e outros em uma pequena quantidade). Discutir com os alunos como as atividades humanas podem alterar essa composição (chuva ácida, efeito estufa, camada de ozônio).
• Qual a densidade do ar atmosférico? A densidade do ar, em se tratando de uma mistura, pode ser calculada a partir da média ponderada das massas de seus componentes. Explicar como se dá essa ponderação, levando-se em conta a composição percentual (em volume) do ar.
• Relacionar a diferença de comportamento com a composição química presente em cada balão e com a composição do ar. Gases diferentes, com diferentes massas molares, submetidos às mesmas condições, apresentarão densidades diferentes.
• Quais são as aplicações no dia-a-dia? Discutir com os alunos a questão dos dirigíveis e o uso de hidrogênio (antigamente) e hélio (atualmente). O hidrogênio é o gás de menor densidade, porém é combustível, aumentando os riscos de uma explosão. O hélio tem densidade pequena e não é combustível. Comentar sobre o fatídico acidente com o dirigível Hindenburg (http://almanaque.folha.uol.com.br/mundo_07mai1937.htm).

Propor aos alunos uma lista de 10 gases (propano, butano, metano, oxigênio, etileno, acetileno, gás sulfeto, cloro, hélio, nitrogênio). Podem pesquisar a fórmula e o uso/importância de cada gás. Solicite que eles calculem a massa molar de cada um e os ordene quanto à densidade.

3ª atividade: testando a inflamabilidade dos gases

Por que um gás sofre combustão e outro não? Explicar para o aluno o significado, a nível molecular, da reação de combustão: o oxigênio reage com o outro material, provocando alterações em termos de combinações química de seus átomos. Ocorre uma transferência de elétrons, o oxigênio participando ativamente como receptor de elétrons e o outro elemento como doador. No caso do H₂, os átomos de hidrogênio são capazes de efetuar esse papel de doadores de elétrons, portanto participam da combustão. No CO₂, como o carbono já se encontra com o seu maior valor de carga possível, não lhe é mais possível efetuar doação de elétrons. Dessa forma, permanece inerte frente ao poderoso oxidante O₂.

Para comprovar o comportamento do gás hidrogênio, ver o vídeo (2:59): http://ufrgsweb.ufrgs.br/node/443

Com o  balão contendo o gás obtido na reação entre vinagre e bicarbonato, faremos uma demonstração prática: solicitar a um aluno para segurar o balão cheio com gás carbônico, cortar a ponta do balão em que foi dado o nó e canalizar a saída do gás, suavemente, em direção a uma vela em chamas. Veremos que a chama se extingue! Não é à toa que o CO₂ é utilizado em alguns tipos de extintores de incêndio.

Solicitar aos alunos pesquisarem e identificarem outras reações que produzem gás combustíveis e não combustíveis.

Reações químicas: http://www.cdcc.usp.br/quimica/fundamentos/reacoes.html

Balões, um crime contra a natureza: http://vamossalvarnossoplaneta.blogspot.com.br/2008/06/o-alto-risco-para-o-meio-ambiente-pela.html

Acetileno: http://www.infoescola.com/compostos-quimicos/acetileno/

Obtenção do acetileno: http://www.youtube.com/watch?v=vMwjPgJu5PA

Prevenção contra explosões e outros riscos: http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/saude/prevencao_contra_explosoes_e_outros_riscos.pdf

O relatório da atividade sobre a densidade dos gases será usado como avaliação.

Avaliar também a pesquisa de gases combustíveis solicitada aos alunos. Analisar a organização dos dados: equacionamento, balanceamento, identificação dos gases.