Conceitos-chave
Química
Solubilidade
Saturação
Cristais
Purificação
p>Introdução
Perguntou-se alguma vez como são feitos os cristais? Os cristais vêm em todas as formas e tamanhos diferentes. Os cristais mais puros e limpos, no entanto, são geralmente também os que crescem para serem os maiores em tamanho. Nesta actividade irá comparar o tamanho e a forma dos cristais cultivados em diferentes temperaturas. Com apenas água e bórax, um produto de limpeza doméstica, poderá descobrir o método de cultivo de cristais grandes e puros!
Fundo
Reacções químicas estão constantemente a acontecer à sua volta – e dentro de si. Por exemplo, uma reacção química pode transformar metal em ferrugem castanho-avermelhada (o ferro no metal está a reagir com o oxigénio no ar ou na água, e o produto final é o que reconhecemos como ferrugem). Os químicos realizam reacções químicas para transformar um composto químico em outro. Por vezes, quando se formam vários produtos, o químico pode querer separar um composto dos outros. Uma forma de o fazer é utilizar um processo chamado recristalização, onde uma solução de compostos pode ser dissolvida em água quente e depois arrefecida. medida que arrefece, uma substância cristaliza (torna-se cristais), e pode ser removida do resto do líquido, que detém o outro composto.
Porquê que os cristais aparecem à medida que a mistura arrefece? Tem a ver com solubilidade, ou a maior quantidade de algo que pode ser dissolvido noutra coisa, tal como dissolver o produto de limpeza em pó, Borax, em água. A solubilidade da maioria dos sólidos aumenta com a temperatura. Por outras palavras, mais Bórax pode ser dissolvido em água quente do que em água fria. Assim, se uma mistura quente e saturada for arrefecida, há mais Bórax do que pode ser contido pela água mais fria, e assim o Bórax pode cair da mistura, formando cristais.
Materiais
– Taça grande
– Cubos de gelo
– Água
– Cordel
– Tesoura
– Dois lápis
– Dois frascos idênticos ou copos grandes para beber
– Panela de cozinha
– Borax, também chamado de produto de limpeza doméstico 20-Mule Team. Pode ser encontrado no corredor de limpeza de muitas mercearias. (Tenha cuidado ao manusear produtos de limpeza – podem prejudicar a pele e os olhos, e não devem ser inalados.)
– Colher de sopa de medição
– Envolvimento plástico
Preparação
– Encher a tigela grande meio cheia de cubos de gelo e depois adicionar água até a tigela estar cerca de três quartos cheia.
– Cortar dois pedaços de fio (devem ter pelo menos o mesmo comprimento que a altura dos frascos ou copos grandes para beber). Atar a ponta de um fio à volta de cada um dos dois lápis. Ajustar o comprimento das cordas de modo a que, quando o lápis é colocado na parte superior de um dos frascos ou copos grandes, a extremidade da corda fique pendurada para baixo, logo acima da parte inferior do frasco. Faça as cordas com o mesmo comprimento.
– O bórax é prejudicial se engolido, inalado ou contacto visual, e em raras ocasiões tocá-lo pode resultar em erupções cutâneas. Aconselha-se cautela e supervisão adulta ao manuseá-lo.
Procedimento
– Encher um recipiente com água suficiente para encher os dois frascos quase cheios. Em seguida, levar a água a ferver no fogão. Assim que a água estiver a ferver, desligar o queimador para que a água deixe de ferver. (Uma vez que o Borax é prejudicial se inalado ou entrar em contacto com os olhos, é aconselhável não o dissolver com água a ferver.)
– Adicionar uma colher de sopa de Borax à água e mexer até dissolver. Continuar a adicionar uma colher de sopa de cada vez até que não se dissolva mais. Provavelmente precisará de cerca de três colheres de sopa de Bórax para cada chávena de água. Como fica a solução saturada?
– Verter cuidadosamente quantidades iguais da solução saturada de Bórax para os dois frascos. Cada frasco deve estar cerca de três quartos cheio.
– Coloque um lápis na parte superior de cada frasco de modo a que o fio fique pendurado na solução saturada.
– Cubra a parte superior dos frascos com película plástica.
– Deixe um frasco sem ser perturbado numa bancada ou mesa à temperatura ambiente. Coloque o segundo frasco na tigela cheia de gelo que preparou. Se necessário, ajuste o nível de água na tigela de modo a que a água chegue pelo menos a três quartos do jarro, mas não seja tão alto que entre no jarro.
– Não perturbe os jarros durante pelo menos cinco horas. Verifique a tigela de gelo regularmente e adicione gelo se este tiver derretido.
– Verifique os frascos cerca de uma vez por hora para ver como os cristais se estão a formar. Pode ser difícil observar o frasco na tigela, olhando para o cordel através da tampa de plástico. Vê cristais a formarem-se na lateral de um dos frascos? Os cristais formam-se num frasco antes do outro?
– Depois de pelo menos cinco horas retire cuidadosamente os lápis e observe os cristais nas cordas. Como é que o tamanho, forma e número de cristais em cada fio se comparam entre si? Porque pensa que isto é?
– Extra: Nesta actividade, examinou a formação de cristais de Borax a duas temperaturas diferentes, mas poderia tentar outras temperaturas também; uma forma é colocar um dos frascos no frigorífico. Como é que permitir que a mistura de Bórax arrefeça a uma temperatura diferente afecta a formação de cristais?
– Extra: Experimente fazer cristais a partir de outros materiais, tais como açúcar ou sal. Como se formam os cristais utilizando outras misturas com água?
– Extra: Fez esta actividade durante pelo menos cinco horas. Como é que os seus resultados mudam se os seus cristais crescerem durante um período de tempo mais longo? Certifique-se de que continua a adicionar cubos de gelo ao banho de água para o manter fresco durante toda a actividade.
Observações e resultados
Tem cristais mais pequenos e abundantes formam-se no frasco e no fio na tigela de água com gelo, enquanto que cristais maiores, menos numerosos e com melhor forma se formam no frasco à temperatura ambiente?
Como a mistura quente e saturada de Bórax e água arrefecida, havia mais bórax do que poderia ser contido pela água mais fria, e assim este bórax caiu da mistura e formou cristais. Um cristal é feito de moléculas de um produto que se juntaram num padrão específico e repetido. Quando as moléculas do cristal se juntam, outros produtos que são frequentemente considerados impurezas, ou os produtos indesejados da reacção química, não cabem bem na estrutura, tal como a peça errada de um puzzle não cabe. Se os cristais se formarem lentamente, as impurezas serão rejeitadas porque não cabem correctamente, e em vez disso permanecerão na água. É por isso que os cristais no frasco de temperatura ambiente deveriam ter sido maiores e mais em forma de cubo. Mas se uma solução for arrefecida demasiado depressa, não há tempo para expulsar as impurezas e, em vez disso, elas ficam presas dentro da estrutura cristalina e o padrão é perturbado. Consequentemente, os cristais na tigela de água gelada deveriam ter-se formado mais rapidamente e em maior número, mas eram mais pequenos e menos cubelizados porque tinham mais impurezas.
p>Mais a explorar
Crystallization , do Departamento de Química e Bioquímica da Universidade do Colorado em Boulder
How to Grow Great Crystals: Tips, Tricks and Techniques , de About.com
Crystal Chemistry ( pdf ), da Royal Society of Chemistry
Crazy Crystal Creations: How to Grow the Best and the Largest Crystals , from Science Buddies
Esta actividade trazida até si em parceria com Science Buddies