Experimento. Da Alquimia à Química. Jardim Químico.


Bonito Jardim Químico.
Bonito Jardim Químico. Fonte da Imagem: KATRINA HERMANNS, em “The Chemical Gardens.” Villanova College Chemistry Blog.

Autoria: Alberto Federman Neto, AFNTECH.

Publicado em:  1  Julho de 2022.

1. INTRODUÇÃO:

O Jardim Químico é um interessante experimento, que demonstra conceitos que vão desde a História da Química, até as reações inorgânicas e fenômenos de Osmose.

Este experimento pode ser útil como prática em cursos de Ciências ou de Química, desde o nível do ensino fundamental até a Universidade.

A imagem que ilustra este Artigo é um bonito Jardim Químico, semelhante ao que eu fiz, mas mais sofisticado. Fonte da Imagem: KATRINA HERMANNS, (2016), em “The Chemical Gardens.” Villanova College Chemistry Blog. Villanova College, Ontario, Canadá.

2. HISTÓRIA:

Sobre os Jardins Químicos: BARGE, L.M. et Al. Chem. Rev. 115, 8652 (2015).

Descoberto, desenvolvido, inventado e observado pela primeira vez, pelo Alquimista Alemão naturalizado Holandês, Johann Rudolf Glauber. (1646). GLAUBER, J.R.; JANSSON, B.J. (Editor), “Furni Novi Philosophici. Oder Beschreibung einer New-erfundenen Distillir-Kunst” Tradução Automática e Livre do Título: “Novos Fornos Filosóficos, ou Descrição de Uma Arte de Destilação Recém Inventada.” Amsterdam, Holanda. Edição de (1661).

Citação, com tradução livre nas  Páginas 185-186:

Was weiter mit dem Liquore Silicum? Wie man in diesem Liquore von allen Metallen in wenig Stunden Bäume mit Farben soll wachsen machen.”

“O que fazer com o Licor de Silica? Então deverá se fazer crescer nesse licor, de todos os metais, em poucas horas, árvores com cor.”

No começo, pelos aspecto de árvores, o experimento e o fenômeno chamaram a atenção de Filósofos Naturais, Alquimistas e Químicos, que supunham, erroneamente, que o resultado estivesse correlacionado e pudesse explicar a Origens da Vida. FARIAS, L.A. Quím. Nova Esc. 35, 152 (2013). LEDUC, S.; BUTCHER, W.D. (Tradutor) “The Mechanism of Life.” Editora Rebman, New York, EUA (1914) . LEDUC, S. “Théorie Physico-Chimique de la Vie et Générations spontanées.” citado em DEAN, B. Science 33, 304 (1910)CLEMENT, R. (2015). CINTAS, P. e. Chem Int. Ed. 132, 7364 (2020).

3. COMO SE FORMA O JARDIM QUÍMICO? EXPLICAÇÃO:

Veja: DITTMAR, J.; MULLER, S.; EILKS, I. Chem Action 105, 32 (2015).

Parte-se de Silicato de Sódio Alcalino, líquido em solução, comercial.

Estrutura, são misturas de silicatos, Na2O)x.SiO2, mas predominante é o componente, espécie, sal: Metassilicato de Sódio, Na2SiO3.

Ele é obtido (como o fez GLAUBER, Loc. Cit.) por fusão alcalina de areia (veja Item 13 deste Artigo)  ou sílica e hidróxido de sódio.

Para o silicato alcalino e líquido, o hidróxido está em excesso:

SiO2    +  2  NaOH      =     Na2SiO3  + H2O

Ao juntar sais de metais de transição, formam-se silicatos de estequiometria variável (dependente da concentração, temperatura e natureza do metal de transição), BALKOSE, Loc Cit., ROCHA, L.A.M.; CARTWRIGHT, J.H.E.; CARDOSO, S.S.S. Phys. Chem. Chem. Phys. 23, 5222 (2021).

E sempre coloridos. Cores características e diferentes para cada sal de metal empregado.

Os silicatos de metais pesados são insolúveis em água. Precipitam gelatinosos e microporosos . Na solução, formam micelas. LIVAGE, J. Compt. Rend Palevol. 8, 629 (2009).

As micelas tem uma porção neutra e uma eletricamente carregada. Eles atraem e ao mesmo tempo, repelem espécies da solução. Para LIVAGE, Loc. Cit., Hidróxido em excesso é necessário.

Forma-se uma membrana semi permeável. A solução do sal dentro da membrana é muito mais concentrada do que fora. Há então uma pressão osmótica.

A membrana semi permeável deixa passar o solvente, água, para dentro da partícula, mas não deixa sair o sal de metal, nem entrar o silicato alcalino.

O solvente que entrou por Osmose, vai dissolvendo o cristal dentro da membrana e a pressão osmótica aumenta até que membrana, cheia de água,  arrebenta, lançando mais sal de metal de transição na solução alcalina de silicato de sódio, formando cada mais precipitado gelatinoso e  o processo continua, fazendo “crescer a árvore de silicatos”. BALKOSE,  E. Et Al. J. Sol-Gel Scienc. Technol. 23, 2523 (2002). CARTWRIGHT, J.H.E. Et Al. J. Coll. Interf. Scienc. 256, 351 (2002).

O fenômeno é bem complexo, veja LIVAGE,  CARTWRIGHT e BALKOSE, Loc Cit., porque as partículas dos silicatos podem ainda conter hidróxidos, carbonatos (do gás carbônico do ar) e sílica livre e agregada…

Mas este vídeo, muito didático, explica bem e de maneira simples! Uma explicação mais elaborada é encontrada no Artigo: STEINBOCK, O.; CARTWRIGHT, J.; BARGE, L. Phys. Today, 69, 44 (2016).

4. MEU EXPERIMENTO DO JARDIM QUÍMICO,  RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Agora vamos ver como se reproduz o experimento do Jardim Químico.

Eu usei o Silicato de Sódio Alcalino Concentrado, comercial, de marca Auro’s Química. Existem outras marcas: Gotaquímica, Quimidrol, Casa da Química etc…

Alguns autores empregam a solução pura do silicato alcalino. Outros, diluem com um volume, outro link, um volume e meio, dois volumes ou mais, de água. Eu usei 1:4, assim como o recomendado por CARVALHO, D. (2019).

Em todo o caso essa  quantidade de silicato não é crítica. Eu  já havia feito testes com o silicato de sódio alcalino diluído a 1:1 ou 1:2.

Agora, lembre de fazer o experimento em uma vidraria barata e sem valor comercial, pois as soluções alcalinas de silicatos são corrosivas ao vidro, e você pode perder, estragar uma vidraria cara!

Sugiro que use um pote de conserva comum, barato como estes , ou estes. ou um pote de palmito reaproveitado.

Como o silicato é corrosivo, você nem precisa usar proveta.

Coloque um volume do silicato de sódio alcalino concentrado, que ocupe aproximadamente um quinto do volume do frasco. Adicione (como eu fiz) 4 volumes de água desionizada, ou água de degelo ou de chuva, ou mesmo água da torneira.

Mexa bastante até homogeneizar. Eu usei uma baguete de vidro e a lavei em seguida. Com uma espátula pequena, coloque cristais (os maiores que tiver, sem triturar nada), de vários sais de metais de transição.

Eu usei cloreto de níquel (II), cloreto de cobalto (II), cloreto férrico anidro, nitrato de prata, cloreto de manganês (II), sulfato duplo de ferro (II) e amônio, Sulfato duplo de cromo (III) e potássio (alúmen de cromo), nitrato duplo de cério (III) e amônio.

Use  os sais de metais de transição que quiser. Feche o frasco de vidro.

Aos poucos notará a formação do “Jardim Químico”. As formações parece árvores e o conjunto, parecerá um aquário.

Meu “Jardim Químico”. A opalescência esbranquiçada se formou após alguns dias. deve ser sílica coloidal, impureza do silicato ou formada pelo ataque do meio alcalino, ao vidro.

Jardim Químico. FEDERMAN NETO (2022)
Jardim Químico em Formação. FEDERMAN NETO (2022). Imagem Fotografada com Câmera Digital Sony Cybershot DSC-W320.
Outra Foto, Detalhada do Jardim Químico.
Outra Foto, Detalhada do Jardim Químico.

Um resultado importante que obtive

LIVAGE, Loc. Cit. reporta que a presença de íons hidróxido livres (silicato alcalino) é absolutamente essencial. Mesmo existem “Jardins Químicos” só com hidróxidos, sem silicatos…  BATISTA,B.C.; STEINBACK, O. Chem. Comm. 51, 12962 (2015).

As observações desses autores foram confirmadas por mim, pois em meus testes preliminares, soluções de silicato de sódio neutro sólido, metassilicato de sódio, Na2SiO3, não formam bom jardim químico. Mas ainda não experimentei com silicato de sódio neutro líquido.

5. CONCLUSÃO:

Neste artigo é descrito um simples experimento de Química Geral e Inorgânica, o Jardim Químico, incluindo a História do experimento.

Ele pode ser usado com prática de Química Experimental no ensino fundamental, médio ou superior.

Os resultados que obtive sugerem que a presença obrigatória de íons hidróxido livres, reportada por alguns autores, é correta. Silicato neutro não forma bom “Jardim Químico”.

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