Diversión burbuxeante: CO2 no fondo de ciencias da escola Teach article

Traducido por José Villanueva Santiago. Marlene Rau presenta algunhas actividades gasosas e divertidas, que inclúen ó dióxido de carbono, desenvolvidas pola Chemol e Science on the Shelves.

Introdución

O dióxido de carbono (CO₂) non é só un dos gases de efecto invernadoiro máis importantes, atópase ó arredor de nós: no aire que respiramos (0,0388% vol.); no aire que expiramos (4% vol.); en bebidas carbonatas, en galletas, que aumentan de volume debido ó CO₂ producido polos fermentos, e cando se queiman sustancias orgánicas como parafina, papel, madeira, ou aceite. En forma de líquido emprégase en extintores de incendios e coma refrixerante na industria alimentaria (por exemplo, para almacenar e transportar xeado).

A exposición a concentracións elevadas de CO₂ pode cegar a ser perigosa para os seres humanos e outros animais, pero tamén e unha fonte de vida: durante a fotosíntese, as plantas utilizan o CO₂ e a luz para producir azúcares, almidón, graxas e proteínas así como o osíxeno que nos necesitamos para sobrevivir.

As seguintes actividades educativas procedentes de Chemol^w1 e Science on the Shelves^w2 (ver recadro) acercanlle ós nenos da ensinanza primaria este importante gas. Para asegurar o éxito das actividades propostas, son necesarios coñecementos previos sobre química, importancia fixiológica, a detección e comportamento do CO₂ os cales, están disponibles na sección de recursos^w3.

Nota: as cantidades de dióxido de carbono producidas nestas actividades non son o suficientemente elevadas como para ser perigosas.

Balóns burbuxeantes

Cando se engade auga a un comprimido efervescente ou levadura artificial, formánse barbullas: serrase un gas. Este gas pode ser utilizado para inflar un globo sen ter que soplr un mesmo. Que tipo de gas é? Recollámolo e analicémolo.

Materiais

• Globos
• Un funil
• Pastillas efervescentes (ex. Pastillas de vitamina C) ou levadura artificial
• Unha botella transparente de 500 ml
• Auga
• Vasos de precipitados
• Unha pequena candea
• Mistos
• Unhas pinzas (Ou un pincho de Madeira)
• Auga de cal: misturar unha cullarada de cemento ou mortero con 250 ml de auga. Deixar que la suspensión sedimente, logo filtrarla usando dous filtros de café feitos de papel. O filtrado obtido é agua de cal.
• Unha palliña de sorber, grosa

Procedemento

Os seis primeiros pasos son comúns a ambas actividades – polo que existen dúas opcións para proceder.

1. Infle un globo e deixe sair o aire para facerla goma máis elástica.
2. Utilice o funil para encher o globo co contido dun paquete de levadura artificial ou cinco pastillas efervescentes.
3. Introduza 2-3 cm de auga na botella.
4. Cubrir o pescozo da botella co globo e verta a levadura artificial / comprimidos efervescentes na botella. É posible que sexa necesario suxeitar o globo sobre o pescozo da botella, para evitar que este se escape.
5. Suxeite a botella lixeiramente. O globo inflase co gas que se produce durante a efervescencia.

6. 

   Cando o globo deixa de inflarse, prema o pescozo do globo e retorzao de modo que o gas non poida escapar, e quite o da botella.

A) Que tipo de gas é este?

7. Poña un pouco de auga de cal nun vaso de precipitados.
8. Coloque a palliña na boca do globo, logo pouco a pouco e coidadosamente deixe liberar o gas que se encontra no inteior do globo na auga de cal. A auga de cal pasa a ser turba.

A proba da auga de cal para detectar CO₂ foi desenvolvida polo químico Joseph Black (1728-1799). Ambos morteiro de cemento e conteñen hidróxido de calcio (Ca(OH)₂). Cando o CO₂ se engade a unha disolución acuosa de Ca(OH)₂, prodúcense partículas moi pequenas de carbonato de calcio (CaCO₃) que é o que fai que a auga de cal se turbe.

De onde ven o noso CO₂? Tanto a levadura artificial coma os comprimidos efervescentes conteñen bicarbonato de sodio (NaHCO₃) e un ácido sólido (coma os cristais de ácido cítrico ou de fosfato monocálcico). En contacto coa auga, o bicarbonato de sodio e o ácido reaccionan un co outro, formando auga e CO₂. Este gas é o que forma as burbullas cando un comprimido efervescente se disolve; é tamén o que fai que os pasteis de crezan.

B) O gas é pesado

7. Suxeite a boca do globo nun vaso de precipitados e deixe que o gas saia fóra. Non pode ver nada, pero imos ver se algo pasou. Poña o vaso para un lado.
8. Acenda unha candea e utilice unha pinzas para poñela nun segundo vaso de precipitados baleiro (tamén, pode espetála candea cun pincho de madeira e colocala candea no interior do vaso de precipitados). A candea debe continuar acesa.
9. Agora coloque a candea no primeiro vaso de precipitados, que contén o gas do globo. ¿Que ocorre?

A candea debe deixar de arder, porque o (CO₂) afoga a chama.

10. Repita os pasos 1-7 para recoller máis CO₂ nun vaso de precipitados. Agora verta o contido invisible deste vaso noutro vaso tamén vacío. Coloque a cande acesa no interior deste segundo vaso. ¿Que ocorre?

Outra vez, a chama se extigue, mostrando que fomos quen de vertelo gas dun vaso cara o outro, coma se tratara dun líquido. Este feito demostra que o gas e máis pesado co aire.

Facendo o teu propio sorbete ou bebida burbulleante

Mestura 3 culleradas de bicarbonate sódicoe unha cullerada de cristáis de ácido cítrico (grao alimenticio). Para melloralo sabor, engade ou ben 2-4 culleradas de azucre finamente dividido ou unha cullerada de xelatina instantánea eunha cullerada de azucre. O teu sorbete está preparado para saborear.

Os cristais de ácido cítrico disólvense na lengua e reaccionan co bicarbonato sódico. ISto xera barbullas, producindo a sensación de efervescencia na lengua. Para facer unha bebida burbulleante mistura o sorbete con auga.

Explosivos burbulleantes

Os foguetes e os explisivos traballan xerando enormes cantidades de gas en moi pouco tempo. Ti podes crealos teus propios foguetes empreñando ácido cítrico e bicarbonato sódico ou pastillas efervescentes.

O canón gasoso

Materiais

• Un tubo valeiro (con tapa) procedente das pastillas efervescentes, ou o envase valeiro dun carrete fotográfico; isto será o teu canon.
• Unha pastilla efervescente, ou bicarbonato sódico e cristáis de ácido cítrico.
• Auga
• Un tubo de plástico transparente ou de vidro no cal o tubo ou o envoltorio poida sosterse dereito; isto será a túa plataforma de lanzamento

Procedemento

1. Poña sobre 2 cm de auga no interior do tubo ou o envoltorio de película fotográfica, logo engada a pastilla efervescente; doutra forma, misture ¼ de cullaradiña de bicarbonato sódicoe cristáis de ácido cítrico no tubo e engada unas poucas pingas de auga.
2. Rápidamente coloque de forma axustada a tapa, e posicione o canón na plataforma de lanzamento e afástese (polo menos 1 – 2 m)

Cando os cristais de ácido cítrico e bicarbonato de sodio se disolven na auga, reaccionan un co outro para producir dióxido de carbono gasoso. Os comprimidos efervescentes xa conteñen ambos os ingredientes (bicarbonato de sodio e un ácido), podendo reaccionar un co outro cando se engade auga. O gas resultante expándese, presionando as paredes e a tapa do canón. Cando a presión se fai máis forte que o punto máis feble da parede circundante (a tapa), o canón explota dramáticamente, coa tapa saíndo proxectada ata 5 m no aire, liberando o gas.

3. Volva colocala tapa e repita o experimento.

Cronometra canto tempo lle leva a tapa saír disparada e logo experimenta con cantidades: por exemplo, tentar que a tapa para saia disparada despois de exactamente 1 min.

O dióxido de carbono no lugar de traballo – na Terra e no espacio

O dióxido de carbono pode ser un perigo ó acumúlarse en concentracións suficientemente altas. Para contralar este e outros gases perigosos no lugar de traballo, EFDA-JET^w4 emprega unha variedade de instrumentos, tanto de uso manual coma instalados en edificios, para detectar gases que reducen a concentración de osíxeno e poden así levar á asfixia. O control de gases inclúe non só dióxido de carbono e outros gases crioxénicos coma o helio, senon tamén o nitróxeno (utilizado para a extinción de lumes), hexafluoruro de xofre (SF₆, un gas de illamento eléctrico) e do vapores de líquidos de refrixeración coma Galden ®. Antes de traballar en áreas onde estes gases son un perigo, o persoal debe comprobalaa instrumentación instalada ou solicitalo emprego dun instrumento portátil para confirmar que a atmófera é segura.

O dióxido de carbono tamén é un risco potencial a 350 km sobre a superficie da Terra – para os astronautas a bordo da International Space Station Estación Espacial Internacional (ISS), coma demostrou un esutdio realizado por unha colaboración entre European Space Agency (ESA)^w5 e outros socios internacionais.

Cando os seres humanos respiran, consumen osíxeno e producen dióxido de carbono. Como resultado, en hábitats pechados, como os submarinos, avións e a ISS, os niveis de osíxeno pode caer e o dióxido de carbono podese acumular, poñendo en perigo a tripulación (coma se describe na película Apollo 13). Os niveis de ambos gases nestas localizacións deben ser regulados.

Na actualidade, a ISS utiliza un enfoque aberto: atrapar dióxido de carbono en trampas específicas para este gas (por exemplo, hidróxido de litio, LiOH, que se combina co CO₂ para formar o carbonato de litio e auga), e transportando botllas de osíxeno dende a Terra. No futuro, a ISS pode utilizar un enfoque pechado de reciclaxe: recuperando O₂ dende o CO₂, utilizando técnicas físico-químicas (esencialmente “cortar” a parte do osíxeno da parte de carbono) ou algas ou outras plantas (fotosíntizadoras)

EFDA-JET e ESA son membros do EIROforum^w6, o editor de Science in School.

O géiser de CO₂

Geyser provén da palabra geysa procedente do Nórdico Antigo , que significa, chorro. En primeiro lugar foi empregado para O Great Geysir, unha fonte termal no val do Haukadalur, en Islandia, que lanza auga a ferver ata 70 m de altitude no aire, o termo agora é usado en xeral para fontes con erupcións intermitentes de chorros de auga. Así coma existen géiseres alimentados por auga fervendo, hai tamén géiseres fríos, alimentados por CO₂. Xordindo das profundidades da Terra, o gas acumúlase por debaixo do fondo dun depósito de auga subterránea e acumula presión. Esta presión libérase regularmente en forma dunha fonte de auga fría. Pode haber un máis preto da súa casa do que pensa – por exemplo, o Herl’any, na Eslovaquia, ou en Wallenborn de preto de Andernach, na Alemaña.

Se non, podes construír un por ti mesmo. Poña 200 ml de auga nun bote de plástico cun bico retráctil (por exemplo, un que contivo deterxente líquido, ver imaxe debaixo), engadir unha culler colmada chea de bicarbonato de sodio e mesturar ben.

Engadir preto de 35 ml xabón líquido e axitar de novo. Utilizando un funil engadir rápidamente tres culleres de té cheas de cristais de ácido cítrico. Moi rapidamente, presione o bico pechando este sobre a botella, axite brevemente e tire do bico cara arriba para abrila botella.

Unha fonte de escuma de ata 5 m de altura vai sair cara arriba. Alternativamente, pode esperar a que o bico se abra por si só. De calquera xeito, despois dun tempo curto, a presión se liberará e a fonte vai parar. Peche o bote, premendo o bico para abaixo; preto de 30 segundos máis tarde, a presión volverá a ser de novo o suficientemente elevada para comezalo géiser. Pode repetir isto varias veces.

Web References

• w1 – Para máis información de Chemol (en Alemán), vexa: www.chemol.uni-oldenburg.de
• w2 – Para coñecer máis do proxecto Science on the Shelves, vexa: www.york.ac.uk/res/sots
• w3 – Os seguintes materiais apoian as actividades descritas neste artigo:

  • Información xeral sobre o CO₂ (PDF o formato Word^®)

  • Historias reais sobre os efectos letáis do (PDF ou formato Word^®)

• w4 – Situado en Culham, UK, JET é o dispositivo de fusión Europeo. A explotación científica do JET lévase a cabo a través do European Fusion Development Agreement (EFDA). Para saber máis, véxa: www.jet.efda.org
• w5 – ESA e a porta da Europa ó espacio, e os seus cuarteis xeráis encontranse en París, Francia, Para máis información, véxa: www.esa.int
• w6 – Para saber máis sobre EIROforum, véxa: www.eiroforum.org

Resources

• Para coñercer as variants de cohetes burbulleanntes ,vexa:

  • de Vries T (2002) Vitamintabletten einmal anders. Chemkon 9(3): 144-146. doi: 10.1002/1521-3730(200207)9:3<144::AID-CKON144>3.0.CO;2-K

• El proxecto Portugués Pollen desarrolou un tríptico descargable de actividades científico-educacionais con alimentos (The Fun-Flavoured Way to Learn Science), dispoñible en inglés e portugués. Véxa: www.cienciaviva.pt/projectos/pollen
• O químico noruego Erik Fooladi ofrece un conxunto de experimentos que acomparan a química do bicarbonato sódico, o bicarbonato amónico e a levadura artificial en pasteis de Navidad na súa páxina web de actividades científico-gastronómicas (en noruego). Véxa www.naturfag.no ou síga o enlace directo: http://tinyurl.com/3spkkwm
• Para actividades, na enseñanza primaria, con dióxido de carbono e osíxeno, sobre o tema do cambio climático, véxa:

  • Johnson S (2008) Planting ideas: climate-change activities for primary school. Science in School 10: 55-63. www.scienceinschool.org/2008/issue10/psiclimate

• Neste número poderá atopar un enfoque positive sobore o cambio climñatico- o que se pode facer de forma realista para evitalo.

  • Shallcross D, Harrison T (2011) Is climate change all gloom and doom? Introducing stabilisation wedges. Science in School 20: 60-64. www.scienceinschool.org/2011/issue20/wedges

Institutions

Author(s)

A Dra. Marlene Rau naceu en Alemaña e creceu en España. Despois de obter un un doctorado en Biología do Desemvolvemento no European Molecular Biology Laboratory en Heidelberg, Alemaña, ela estudou periodismo e especializouse en comunicación científica. Dende 2008, é unha das editoras de Science in School.

Review

Este artigo ofrece formas simples de desvelar os misterios da ciencia. Axuda a todos a comprender os fenómenos e feitos naturais, tanto cotiás (respiración) coma os eventuáis (actividade volcánica). Pode inspirar a clase a desenrrolar experiencias prácticas. Tanto a nivel global (cambio climático) coma a un nivel moito menor (experimentos), pode permitir que os alumnos entendan que os perigos existe e que é necesario tomar medidas para evitalos.

O artigo pode ser conectado a eventos ou fenómenos naturais locáis coma as erupcións volcánicas de Islandia ou piscinas xeotérmicas. Tamén pode contribuír a espertar unha conciencia máis ecolóxica. Pódense realizar conexións interdisciplinares, entre as cuestións ambientais e ecolóxicas en a química, a física, a bioloxía (respiración), as ciencias da terra, as matemáticas (medidas e proporcións) e a alfabetización (instrucións e normas).

Ós nenos pequenos encantaránlles os globos burbulleantes e os géiseres; Eu reservaría as actividades mási explosivas para os estudantes máis vellos.

Maria João Lucena, Portugal

License

CC-BY-NC-SA