Expensqui vol5

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Expensqui vol5

  1. 1. COLEÇÃO EXPLORANDO O ENSINO VOLUME 5 QUÍMICA ENSINO MÉDIO
  2. 2. COLEÇÃO EXPLORANDO O ENSINOVol. 1 – Matemática (Publicado em 2004)Vol. 2 – Matemática (Publicado em 2004)Vol. 3 – Matemática: Ensino Médio (Publicado em 2004)Vol. 4 – Química Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Centro de Informação e Biblioteca em Educação CIBEC Química : ensino médio / organização Eduardo Fleury Mortimer. – Brasília : Mi- nistério da Educação, Secretaria de Educação Básica, 2006. 222 p. : il. (Coleção explorando o ensino ; v. 5) ISBN 85-98171-21-2 1. Ensino de Química. 2. Ensino médio. I. Mortimer, Eduardo Fleury. II. Brasil. Secretaria de Educação Básica. CDU 542:373.5
  3. 3. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO BÁSICA QUÍMICAENSINO MÉDIO BRASÍLIA 2006
  4. 4. SECRETARIA DE EDUCAÇÃO BÁSICA – MECDEPARTAMENTO DE POLÍTICAS DE ENSINOMÉDIO - SEBCOORDENAÇÃO-GERAL DE POLÍTICASDE ENSINO MÉDIO – SEBCOORDENAÇÃO-GERAL DE ASSISTÊNCIAAOS SISTEMAS DE ENSINO – SEBFUNDO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTODA EDUCAÇÃO - FNDEDIRETORIA DE PROGRAMAS ESPECIAIS - FNDE ORGANIZAÇÃO Eduardo Fleury Mortimer SELEÇÃO DE TEXTOS Áttico Chassot Eduardo Fleury Mortimer Julio Cezar Foschini Lisboa Marcelo Giordan Roberto Ribeiro da Silva REVISÃO Romeu Cardozo Rocha Filho PROJETO GRÁFICO Carlos André Mores CAPA Daniel Tavares (foto: Foco – Formação Continuada de Professores de Ciências Naturais – Faculdade de Educação – UFMG) Tiragem 72 mil exemplares MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO BÁSICA Esplanada dos Ministérios, bloco L, sala 500 CEP - 70.047-900 Brasília-DF Tel. (61) 2104 8177/2104 8010 www.mec.gov.br
  5. 5. SumárioApresentação 7Química e Sociedade Perfumes: uma química inesquecível Sandra M. Dias e Roberto R. da Silva 9 O princípio químico do bafômetro Per Christian Braathen 15 A comunicação química entre insetos J. Tércio B. Ferreira e Paulo H.G. Zarbin 20 Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental Nerilso Bocchi, Luiz Carlos Ferracin e Sonia Regina Biaggio 27 Contaminação por mercúrio e o caso da Amazônia Jurandir Rodrigues de Souza e Antonio Carneiro Barbosa 38 A química e a conservação dos dentes Roberto R. da Silva, Geraldo A. Luzes Ferreira e Joice de A. Baptista e Francisco Viana Diniz 45Relatos de Sala de Aula Repensando a química: a formação de equipes de professores/pesquisadores como forma eficaz de mudança da sala de aula de química Otavio Aloisio Maldaner e Maria do Carmo Tocci Piedade 53 A contextualização no ensino de cinética química Jozária de Fátima Lemos de Lima, Maria do Socorro Lopes Pina, Rejane Martins Novais Barbosa e Zélia Maria Soares Jófili 61 Cargas elétricas na matéria Eva Teresinha de Oliveira Boff e Marli Dallagnol Frison 68 As aulas de química como espaço de investigação e reflexão Dalva Lúcia Castilho, Katia Pedroso Silveira e Andréa Horta Machado 73 Tirando as argilas do anonimato Rúbia Lúcia Pereira, Deborah Andrade Munhoz, Adalberto Pinheiro Pestana, Luciana Augusta Vieira e Andréa Horta Machado 79 O papel do professor na produção de medicamentos fitoterápicos Petronildo B. da Silva, Lúcia Helena Aguiar e Cleide Farias de Medeiros 84História da Química 100 anos de Nobel - Jacobus Henricus van’t Hoff Aécio Pereira Chagas 91 Pasteur: ciência para ajudar a vida João Augusto de Mello Gouveia-Matos 95 Outro marco zero para a história da ciência latino americana Attico I. Chassot 100 Raios X e radioatividade Attico I. Chassot 105 A eletricidade e a química Maria da Conceição Marinho Oki 110
  6. 6. Destilação: a arte de extrair virtudes Maria Helena Roxo Beltran 116Conceitos Científicos em Destaque Potencial de Redução e eletronegatividade: obstáculo verbal Alice Ribeiro Casimiro Lopes 122 O significado das fórmulas químicas Eduardo Fleury Mortimer 127 Ligação química: abordagem clássica ou quântica Henrique Toma 131 Estrutura molecular: o conceito fundamental da Química José Glauco Tostes 138 Funções da química inorgânica.. funcionam? Reinaldo Calixto de Campos e Reinaldo Carvalho Silva 143 Fotossíntese, um tema para o ensino de ciências? Clarice Sumi Kawasaki e Nélio Bizzo 150Pesquisa no Ensino de Química Importância, sentido e contribuições de pesquisas para o ensino de Química Roseli Pacheco Schnetzler e Rosália Maria Ribeiro Aragão 158 Função social: o que significa ensino de Química para formar o cidadão? Wildson Luiz P. dos Santos e Roseli Pacheco Schnetzler 166 Imagens de ciência em manuais de Química portugueses Carlos Campos e Antonio Cachapuz 176 Construindo conhecimento científico na sala de aula Rosalind Driver, Hilary Asoko, John Leach, Philip Scott e Eduardo Mortimer 186 Modelos de ensino de equilíbrio químico: algumas considerações sobre o que tem sido apresentado em livros didáticos no Ensino Médio Vânia S.O. Milagres e Rosária S. Justi 201 Concepções sobre o papel da linguagem no processo de elaboração conceitual em Química Andréa Horta Machado e André Luiz Alves Moura 210Elemento Químico Eduardo M.A. Peixoto Hidrogênio e Hélio 215 Carbono 216 Nitrogênio 217 Oxigênio 219 Alumino 220 Silício 221
  7. 7. Apresentação A Secretaria de Educação Básica do Ministério da Educação apresenta aos professores doEnsino Médio os volumes 4 e 5 de Química da Coleção Explorando o Ensino. Essa Coleção tem o .objetivo de apoiar o trabalho do professor em sala de aula, oferecendo um rico material didático-pedagógico, referente às disciplinas Matemática, Biologia, Química e Física. A Química é uma forma de pensar e falar sobre o mundo, que pode ajudar o cidadão aparticipar da sociedade industrializada e globalizada, na qual a ciência e a tecnologia desempenhamum papel cada vez mais importante. O ensino da Química na escola média brasileira está mudandopara atender a essa finalidade, e muitas dessas mudanças estão expressas nos ParâmetrosCurriculares Nacionais para a área de Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Poderíamos dizer que as referidas mudanças organizam-se em torno de três exigências básicas:1) conceber o estudante como o centro do processo de ensino-aprendizagem. Os alunos sãoativos, constroem seu conhecimento por meio de um diálogo entre as novas formas de conhecerque lhes são apresentadas na escola e aquilo que eles já sabiam de sua vivência cultural maisampla; 2) propor um ensino que prepare o cidadão para participar do debate e da tomada dedecisões na sociedade sobre problemas ambientais, sociais, políticos e econômicos que envolvama ciência e a tecnologia. O aluno deve ser capaz de ler e interpretar textos e informações científicasdivulgadas pela mídia e de usar o conhecimento científico na sua vida diária; 3) propor umensino em que o aluno aprenda não só os conceitos científicos, mas também como funciona aciência e como os cientistas procedem para investigar, produzir e divulgar conhecimentos. Ahistória da ciência desempenha papel importante para ajudar o aluno a entender a natureza doconhecimento científico, ao mostrar que a atividade científica faz parte da atividade humana. Essas mudanças implicam uma série de novas demandas sobre o que e como ensinar. Osvolumes 4 e 5 da Coleção Explorando o Ensino foram organizados de modo a disponibilizar aosprofessores de Química um conjunto de textos de qualidade que lhes ajudará a aprofundar asmudanças propostas. Os textos são uma seleção dos artigos que saíram nos 14 primeiros númerosda revista Química Nova na Escola, publicação semestral da Divisão de Ensino da Sociedade Brasileirade Química, que se propõe a subsidiar o trabalho, a formação e a atualização dos professores deQuímica do Ensino Médio e Fundamental. As publicações, a exemplo do que ocorre com Química Nova na Escola, estruturam-se emseções, de modo a contemplar a diversidade de interesses dos professores. Essas seções, descritasbrevemente a seguir, abordam temas atuais no desenvolvimento da Química e de seu ensino, eincluem as relações entre a ciência, a sociedade e a história, os relatos de experiências, de resultados
  8. 8. de pesquisa e de experimentos didáticos, a discussão de conceitos químicos fundamentais e asdificuldades envolvidas na sua aprendizagem. Em algumas seções, o professor encontrará artigos que podem ser usados diretamente comseus alunos em sala de aula. É o caso dos artigos publicados nas seções Elemento Químico,Experimentação no Ensino de Química,Química e Sociedade e muitos dos artigos publicados nas seçõesHistória da Química e Relatos de Sala de Aula. Em outras seções, como Atualidades em Química,Aluno em Foco, Espaço Aberto, Pesquisa em Ensino de Química, Conceitos Científicos em Destaque, oprofessor encontrará material para preparar suas aulas e para refletir sobre sua prática pedagógica.A seguir, detalhamos um pouco mais o conteúdo das seções que compõem o volume cinco:Química e Sociedade Nessa seção o leitor encontrará artigos que tratam de aspectos importantes da interface daquímica com a sociedade, e que procuram analisar as maneiras como o conhecimento químicopode ser usado na solução de problemas sociais e ambientais, visando a uma educação para acidadania.Relatos de Sala de Aula Divulga experiências inovadoras de professores de química, com o propósito de socializá-las,propiciando a reflexão.História da Química Essa seção contempla a história da química como parte da história da ciência, buscando ressaltarcomo o conhecimento científico é construído.Conceitos Científicos em Destaque Nessa seção estão publicados artigos que discutem conceitos básicos da química, procurandoevidenciar sua relação com a estrutura conceitual da ciência e seu desenvolvimento histórico ediscutir as principais dificuldades e alternativas para o ensino.Pesquisa no Ensino de Química Nessa seção estão publicadas investigações sobre problemas no ensino de Química que explicitamos fundamentos teóricos e procedimentos metodológicos adotados na pesquisa, e analisamcriticamente seus resultados.Elemento Químico Divulga informações científicas e tecnológicas sobre as diferentes formas de manifestação doselementos químicos na natureza e sua importância na história da Humanidade, comentando suaimportância no contexto de nosso país. Esperamos, assim, suscitar debates e reflexões sobre o ensino e a aprendizagem de Química e,dessa forma, contribuir para a tarefa fundamental de formar cidadãos informados e preparadospara lidar com o conhecimento e suas implicações. A Secretaria de Educação Básica agradece a Sociedade Brasileira de Química pela significativaparticipação na elaboração desta obra. Com esse projeto, o Ministério da Educação reforça oempenho de tornar cada vez mais real e possível o ensino de qualidade no país.
  9. 9. QUÍMICA E SOCIEDADEO s perfumes têm sido parte da vida civilizada há Sandra Martins Dias vários séculos, tanto para os homens como para Bacharelanda em Química na Universidade as mulheres. Todos nós temos preferências por de Brasília, Brasília - DFdeterminados aromas, os quais podem nos mudar o hu- Roberto Ribeiro da Silvamor ou suscitar emoções. Provavelmente o mais primitivo Departamento de Química da Universidadedos nossos sentidos, o olfato tem a capacidade de nos de Brasília, Brasília - DFrecordar experiências passadas. As mensagens olfativassão enviadas para áreas do cérebro associadas à emo-ção, à criatividade e à memória. Mas, afinal de contas, o que é um perfume? Atenção! O que ele contém? Antes de continuar a A fragrância de um perfume é um complexo sistema leitura, use duas gotas dede substâncias originalmente extraídas de algumas seu perfume preferido.plantas tropicais ou de alguns animais selvagens. Talvez isso torne a leituraRecentemente,o perigo de extinção de certas espécies mais agradável.vegetais e animais e a busca de novas essências, inclu-sive de menor custo, conduziu a química dos perfumesaos laboratórios, onde são criados os produtos sintéticosque têm substituído paulatinamente os aromas naturais. Um outro aspecto curioso é que as fragrâncias queencontramos em detergentes, amaciantes e produtos de A seção “Química e sociedade” apresenta artigos que focalizam diferentes inter-relações entre ciência e sociedade,limpeza são, com freqüência, as mesmas usadas na fabri- procurando analisar o potencial e as limitações da ciênciacação de perfumes. Do ponto de vista da química, o que na tentativa de compreender e solucionar problemasrealmente caracteriza uma fragrância? A resposta a essa sociais. Neste número a seção apresenta dois artigos.pergunta nos conduz a uma curiosa viagem pelo mundodas moléculas voláteis. Este texto apresenta uma discussão sobre a química dos perfumes. Os aromas têm sido utilizados pela humanidadeUm pouco de história desde seus primórdios, e esta prática chegou a levar certas espécies vegetais e animais, fontes originais daquilo que Os primeiros perfumes surgiram, provavelmente as- hoje chamamos de essências, à beira da extinção. Asociados a atos religiosos, há mais ou menos 800 mil anos, química dos perfumes é uma atividade econômicaquando o homem descobriu o fogo. Os deuses eram crescente e importante fonte de renda para muitos países.homenageados com a oferenda de fumaça proveniente aromas, óleos essenciais, perfumesda queima de madeira e de folhas secas. Essa prática foiposteriormente incorporada pelos sacerdotes dos mais Este artigo foi publicado originalmente na revista Químicadiversos cultos, que utilizavam folhas, madeira e materiais Nova na Escola n. 4, 1996.Perfumes: uma química inesquecível 9
  10. 10. de origem animal como incenso, na crença de que a fumaça com cheiro adocicado levaria suaspreces para os deuses. Daí o termo ‘perfume’ originar-se das palavras latinas per (que significaorigem de) e fumare (fumaça). O passo seguinte na evolução do emprego dos aromas foi sua apropriação pelas pessoas, parao uso particular, algo que provavelmente aconteceu entre os egípcios. Um avanço posterior foi a descoberta de que certas flores e outros materiais vegetais e animais,quando imersos em gordura ou óleo, deixavam nestes uma parte de seu princípio odorífero. Assimeram fabricados os ungüentos e os perfumes mencionados na Bíblia. A arte de extração de perfumes foi bastante aprimorada pelos árabes há cerca de mil anos. Elesfaziam essas extrações a partir de flores maceradas, geralmente em água, obtendo ‘água de rosas’e ‘água de violetas’, dentre outras. Com o advento do cristianismo, o uso dos perfumes como aditivo ao corpo foi banido, uma vezque estava associado a rituais pagãos. Os árabes, no entanto, cuja religião não impunha as mesmasrestrições, foram os responsáveis pela perpetuação de seu uso. O ressurgimento da perfumaria noOcidente deveu-se aos mercadores que viajavam às Índias em busca de especiarias. Uma outracontribuição significativa foi a das Cruzadas: retornando à Europa, os cruzados trouxeram toda aarte e a habilidade da perfumaria oriental, além de informações relacionadas às fontes de gomas,óleos e substâncias odoríferas exóticas como jasmim, ilangue-ilangue, almíscar e sândalo. Já nofinal do século XIII, Paris tornara-se a capital mundial do perfume. Até hoje, muitos dos melhoresperfumes provêm da França. Já as águas de colônia clássicas têm menos de 200 anos, sendooriginárias da cidade de Colônia, na Alemanha.Componentes básicos de um perfume Um perfume é, por definição, um material — porção de matéria com mais de uma substância. Aanálise química dos perfumes mostra que eles são uma complexa mistura de compostos orgânicosdenominada fragrância (odores básicos). Inicialmente, as fragrâncias eram classificadas de acordo com sua origem. Por exemplo: a fragrância floral consistia no óleo obtido de flores tais como a rosa, jasmim, lilás etc. A Um perfume é, por fragrância verde era constituída de óleos extraídos de árvores e definição, um material — arbustos, como o eucalipto, o pinho, o citrus, a alfazema, a porção de matéria com cânfora etc. A fragrância animal consistia em óleos obtidos a mais de uma substância. A partir do veado almiscareiro (almíscar), do gato de algália análise química dos per- (algália), do castor (castóreo) etc. A fragrância amadeirada fumes mostra que eles são continha extratos de raízes, de cascas de árvores e de troncos, uma complexa mistura de como por exemplo, do cedro e do sândalo. compostos orgânicos O sistema moderno de classificação das fragrâncias engloba denominada fragrância um total de 14 grupos, organizados segundo a volatilidade de (odores básicos). seus componentes: cítrica (limão), lavanda, ervas (hortelã),Inicialmente, as fragrâncias aldeídica, verde (jacinto), frutas (pêssego), florais (jasmim), eram classificadas de especiarias (cravo), madeira (sândalo), couro (resina de acordo com sua origem vidoeiro), animal (algália), almíscar, âmbar (incenso) e baunilha. A Fig. 1 classifica essas fragrâncias segundo sua volatilidade. Os perfumes têm em sua composição uma combinação de fragrâncias distribuídas segundo oque os perfumistas denominam de notas de um perfume. Assim, um bom perfume possui três notas: Nota superior (ou cabeça do perfume): é a parte mais volátil do perfume e a que detectamosprimeiro, geralmente nos primeiros 15 minutos de evaporação.10 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  11. 11. Nota do meio (ou coração do perfume): é a parte intermediária do perfume, e leva um tempomaior para ser percebida, de três a quatro horas. Nota de fundo (ou base do perfume): é a parte menos volátil, geralmente leva de quatro a cincohoras para ser percebida. É também denominada ‘fixador’ do perfume. A esta fragrância estãoassociadas, segundo os perfumistas, as emoções fortes e a sugestão de experiências como en-contros sexuais e mensagens eróticas. A Fig. 1 ilustra a participação das diversas fragrâncias nasnotas de um perfume.Composição química das fragrâncias As fragrâncias características dos perfumes foram obtidas durante muito tempo exclusivamentea partir de óleos essenciais extraídos de flores, plantas, raízes e de alguns animais selvagens. Essesóleos receberam o nome de óleos essenciais porque continham a essência, ou seja, aquilo queconfere à planta seu odor característico. Embora os óleos essenciais sejam ainda hoje obtidos apartir dessas fontes naturais, têm sido substituídos cada vez mais por compostos sintéticos, comoveremos mais adiante. Os químicos já identificaram cerca de três mil óleos essenciais, sendo que cerca de 150 sãoimportantes como ingredientes de perfumes. Para que possam ser usados com esse fim, os óleosessenciais devem ser separados do resto da planta. As técnicas usadas para isso baseiam-se emsuas diferenças de solubilidade, volatilidade e temperatura de ebulição. A extração por solventes,por exemplo, utiliza o solvente éter de petróleo (uma mistura de hidrocarbonetos) para extrair óleosessenciais de flores. Já o óleo de eucalipto pode ser separado das folhas passando através delasuma corrente de vapor de água (destilação por arraste de vapor). Uma vez obtido um óleo essencial, a análise química permite identificar quantos e quais compo-nentes estão presentes. Antes do advento das técnicas modernas de análise de óleos essenciais(cromatografia a gás, espectrometria de massa, ressonância magnética nuclear, espectroscopia deinfravermelho etc.), os químicos identificavam quase exclusivamente o componente principal de umóleo essencial. Hoje, é possível identificar todos os componentes de um óleo, mesmo aqueles que estão presentes em quantidades mínimas. Alguns óleos essenciais chegam a ter mais de 30 com- ponentes. O Quadro 1 apresenta as fórmulas dos principais compo- nentes de alguns óleos essenciais. Uma vez identificados os com- ponentes de um óleo essencial, os químicos podem fabricá-los sinteti- camente e torná-los mais baratos. Uma outra possibilidade é a síntese de novos compostos com aroma si- milar ao produto natural, porém com estruturas totalmente diferen- tes. A grande maioria das fragrân- cias usadas hoje em dia é fabricada em laboratório. Os produtos sinté-Figura 1 – Escala de notas de um perfume e a participação de ticos são usados para aromatizardiferentes fragrâncias nessas notas. produtos de limpeza (sabões, de-Perfumes: uma química inesquecível 11
  12. 12. Quadro 1 – Principais componentes de alguns óleos essenciais.tergentes, amaciantes de roupas) e produtos de higiene pessoal (talcos, desodorantes), e paracriar ilusões, como deixar o plástico dos assentos de automóveis com cheiro de couro. O Quadro 2 apresenta as estruturas de alguns compostos sintéticos usados em perfumaria. Os produtos sintéticos talvez nunca substituam completamente os naturais. Os perfumes maiscaros usam os produtos sintéticos apenas para acentuar o aroma dos óleos naturais. Para algunsóleos, como o patchouli e o de sândalo, os químicos ainda não encontraram substitutos satisfatórios.Uma grande contribuição da química sintética tem sido, sem sombra de dúvida, a possibilidade depreservação de certas espécies animais e vegetais que corriam o risco de extinção devido à procuradesenfreada de óleos essenciais. Uma outra contribuição é o barateamento dos perfumes, permitindoseu uso por uma fatia mais ampla da população. Existe uma diferença muito grande no preço dos produtos de perfumaria, dependendo se sãoclassificados como ‘perfume’, ‘água de colônia’ ou ‘loção pós-barba’. Essas diferentes classifica-ções refletem, na realidade, a composição da mistura que você está comprando. Os perfumescontêm misturas de fragrâncias dissolvidas em um solvente, geralmente o etanol. O etanol, por suavez, contém sempre uma pequena quantidade de água. A Tabela 1 ilustra as diferentes compo-sições para produtos de perfumaria. Quanto maior a porcentagem das essências nas fragrâncias,maior o preço do produto. Além da essência e do solvente, os fabricantes adicionam à mistura substâncias denominadas12 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  13. 13. Quadro 2 – Alguns compostos sintéticos utilizados como fragrâncias artificiais.de fixadores que têm a função de retardar a evaporação da essência, e conseqüentemente, prolongaros efeitos do perfume. É comum também adicionar um outro álcool, o propileno glicol, para aumentara solubilidade da essência no solvente. Finalmente, cabe salientar que para algumas pessoas os perfumes não trazem sensaçõesagradáveis: são aquelas que têm algum tipo de alergia aos ingredientes usados na formulação.Essências tais como a de anís, bergamota, canela, citronela, cravo, gerânio, hortelã, safrol, sassa-frás etc. podem originar dermatites (inflamação da pele), manchas cutâneas e febre dos fenos.Curiosidades sobre perfumes • A paixão pelos perfumes alcançou seu auge nas cortes francesas do século XVIII, quando LuísXV decretou que para cada dia da semana deveria haver uma fragrância diferente na corte. MadamePompadour (1721-1764) teria gasto o equivalente a R$250 000,00 em perfumes. • Arqueólogos que abriram o túmulo do faraó Tutankhamon em 1922 encontraram vasos com umóleo perfumado conhecido como Kiphi. Após 3 300 anos, traços do aroma ainda puderam ser detectados.Tabela 1 – Composição média de misturas usadas em produtos de perfumaria. Fração em volume da essência Composição do solvente (mL da essência/ L da mistura) (etanol:água)/mL:mL Perfume 15% (150 mL/L) 950 : 50 Loção perfumada 8% (80 mL/L) 900 : 100 Água de toalete 4% (40 mL/L) 800 : 200 Água de colônia 3% (30 mL/L) 700 : 300 Deocolônia 1% (10 mL/L) 700 : 300Perfumes: uma química inesquecível 13
  14. 14. • O ano de 1900 representou o auge no comércio do óleo de almíscar (musk), quando cerca de1 400 kg do óleo foram coletados, causando a morte de 50 mil animais. • Atualmente, o comércio mundial do óleo de almíscar natural é limitado a 300 kg por ano, o queainda representa a morte para alguns milhares de veados almiscareiros. • O óleo de jasmim natural custa cerca de R$5 000,00 por quilograma. A mesma quantidade dafragrância artificial chega a custar R$5,00. • São necessárias cinco toneladas de rosas para se obter um quilograma de óleo essencial. • É famosa a carta que Napoleão escreveu a Josefina dois meses antes de retornar: “Pare detomar banho! Estou voltando!” • O profeta e fundador do islamismo, Maomé, acreditava no poder dos perfumes e, segundodizem, teria afirmado certa vez: “Três coisas são importantes para mim na Terra: mulheres, per-fumes e orações.” Numa outra ocasião, teria dito: “O perfume é o alimento que nutre meus pensa-mentos.” • Um quilograma de óleo essencial de jasmim requer para ser obtido cerca de oito milhões deflores.Vamos fazer um perfume? Um bom perfume pode ser preparado utilizando-se as seguintes proporções: álcool, 76 mL;essência, 10 mL; fixador, 2 mL; propileno glicol, 2 mL, e água destilada, 10 mL. As essênciaspodem ser adquiridas comercialmente. Exemplos de custo de algumas essências (porções de100 mL): jasmim, R$6,50; absinto, R$9,00; alfazema, R$5,40; almíscar, R$8,60; patchouly, R$11,00;âmbar, R$7,80). Para saber mais SHEREVE, R.N., BRINK JR., J.A. Indústria de processos químicos. Tradução por Horácio Macedo. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1980. TRINDADE, Diamantino Fernandes, DEUS, Cláudio. Como fazer perfumes. 6. ed. São Paulo: Ícone, 1988. MAHAJAN, Jaswant Rai. Química de almíscares naturais e artificiais. Química Nova, v. 5, n. 4, p.118-123, out. 1982. SÜSKIND, Patrick. O perfume: história de um assassino. Tradução por Flávio R. Kothe. Rio de Janeiro: Record, 1995. CORBIN, Alain. Saberes e odores: o olfato e o imaginário social nos séculos dezoito e dezenove. São Paulo: Companhia das Letras, 1987. EMSLEY, John. The consumers good chemical guide: a jargon-free guide to the chemicals of everyday life. Londres: W. H. Freeman, 1994. Este livro contém nove capítulos versando sobre os seguintes assuntos: perfumes; adoçantes; álcool; colesterol, gorduras e fibras; analgésicos; PVC; dioxinas; nitratos; dióxido de carbono. Trata-se de uma excelente obra de divulgação científica, acessível às pessoas que cursaram o Ensino Médio.14 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  15. 15. I niciativas do poder público para prevenir o uso de Per Christian Braathen bebidas alcoólicas por motoristas - causa de muitos Departamento de Química da Universidade acidentes nas estradas do país - trouxeram à ordem Federal de Viçosa, Viçosa - MGdo dia, não sem suscitar polêmica, o instrumento popu-larmente conhecido como ‘bafômetro’. Esse instrumentode medição não vinha sendo muito utilizado, apesar desua praticidade e eficiência.A ingestão de álcool e suas conseqüências Quando uma pessoa ingere bebidas alcoólicas, oálcool passa rapidamente para a corrente sangüínea, pelaqual é levado para todas as partes do corpo. Esseprocesso de passagem do álcool do estômago/intestinopara o sangue leva aproximadamente 20 a 30 minutos,dependendo de uma série de fatores, como peso corpo-ral, capacidade de absorção do sistema digestivo egradação alcoólica da bebida. A conseqüência é aintoxicação, que varia de uma leve euforia (a pessoa ficaalegre) até estados mais adiantados de estupor alcoólico.Como resultado, a capacidade da pessoa para conduzirveículos é altamente comprometida, tendo em vista quea intoxicação afeta a coordenação motora e a rapidez dosreflexos. De acordo com a legislação brasileira em vigor,uma pessoa está incapacitada para dirigir com segurançase tiver uma concentração de álcool no sangue superior Este artigo trata de uma aplicação de grande relevância ea 0,8 g/L. O que significa isso? Um homem de porte médio importância social: proteção da sociedade pela prevenção de acidentes de trânsito mediante detecção e controletem um volume sangüíneo de aproximadamente cinco de motoristas intoxicados pelo álcool. A presença delitros. Então, esse teor de 0,8 g/L de sangue corresponde álcool no sangue é determinada pela medição do álcoola cerca de 5 mL de álcool puro como limite máximo per- no ar exalado pela pessoa, o que é feito pela observaçãomitido. Isso corresponde a um copo pequeno de cerveja visual ou instrumental de simples reações químicas deou a uma terça parte de uma dose de uísque, consideran- oxirredução.do a primeira como tendo um teor alcoólico de 32 g/L e o álcool, etanol, bafômetros, intoxicaçãoúltimo, 320 g/L. No entanto, pode-se beber um poucomais do que isso e ainda estar dentro do limite legal, tendo Este artigo foi publicado originalmente na revista Químicaem vista que vários mecanismos no sangue encarregam- Nova na Escola n. 5, 1997.Hálito culpado: o princípio químico do bafômetro 15
  16. 16. se de eliminar do organismo a substância tóxica. Entre os principais sistemas de que o organismodispõe para purificar o sangue estão: (1) eliminação, nos pulmões, pelo ar alveolar; (2) eliminação pelo sistema urinário; (3) metabolização de etanol, principalmente no fígado; Os dois primeiros processos respondem por aproximadamente dez por cento do descarte doálcool do corpo humano. O último, por aproximadamente 90 por cento. A metabolização consistena oxidação — relativamente lenta, por etapas sucessivas e catalisadas por enzimas específicas —do etanol, de acordo com a seguinte seqüência: CH3CH2OH → CH3CHO → CO2 + H2O Devido a esses (e talvez outros) processos, estudos têm mostrado que uma pessoa de portemédio pode ingerir, num período de aproximadamente duas horas, 750 mL (pouco mais que umagarrafa grande) de cerveja ou uma dose de uísque para chegar a um teor de 0,5 g/L (ligeiramenteabaixo do limite legal brasileiro). No que se refere ao tema deste artigo, o primeiro processo tem fundamental importância. Comoo sangue circulante passa pelos pulmões, onde ocorre troca de gases, parte do álcool passa paraos pulmões. Dessa forma, o ar exalado por uma pessoa que tenha ingerido bebida alcoólica teráuma concentração de álcool proporcional à concentração do mesmo na corrente sanguínea (hálitoou ‘bafo’ de bêbado). Embora a existência de álcool no sangue possa ser detectada por uma análisedireta do mesmo, é muito mais conveniente detectar o mesmo no ar expirado. Os instrumentosusados para essa finalidade são popularmente chamados de ‘bafômetros’, e seu funcionamentobaseia-se em reações de oxidação e redução.A química dos bafômetros Os bafômetros mais simples são descartáveis e consistem em pequenos tubos contendo umamistura sólida de solução aquosa de dicromato de potássio e sílica, umedecida com ácido sulfúrico.A detecção da embriaguez por esse instrumento é visual, pois a reação que ocorre é a oxidação deálcool a aldeído e a redução do dicromato a cromo (III), ou mesmo a cromo (II). A coloração inicial éamarelo-alaranjada, devido ao dicromato, e a final é verde-azulada, visto ser o cromo (III) verde e ocromo (II) azul. Esses bafômetros portáteis são preparados e calibrados apenas para indicar se apessoa está abaixo ou acima do limite legal. As equações que representam a reação química dobafômetro portátil estão no quadro abaixo. A Fig. 1 ilustra o funcionamento desses ‘bafômetros’ descartáveis. Veja como fabricar um bafômetro semelhante a esse na seção “Experimentação no Ensino deQuímica”, neste número. Os instrumentos normalmente usados pelas polícias rodoviárias, do Brasil e de outros países, Equações da reação química do bafômetro portátil Equação completa: K2Cr2O7(aq) + 4H2SO4(aq) + 3CH3CH2OH(g) → Cr2(SO4)3(aq) + 7H2O(l) + 3CH3CHO(g) + K2SO4(aq) alaranjado incolor verde incolor Equação na forma iônica: Cr2O72-(aq) + 8H+(aq) + 3CH3CH2OH(g → 2Cr3+(aq) + 3CH3CHO(g) +7H2O(l)16 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  17. 17. são instrumentos bem mais sofisticados. Do ponto de vista de detecção/medição, existem basicamente dois tipos. Em ambos, os ‘suspeitos’ sopram para dentro do aparelho através de um tubo (descartável) onde ocorre oxidação do etanol a etanal. No primeiro tipo, o sistema detetor/medidor é eletroquímico, baseado no princípio da pilha de combustível (como Figura 1 – A foto A mostra o tubo após o as usadas nos ônibus espaciais da NASA para teste de uma pessoa que não ingeriu álco- produzir energia elétrica a partir da reação entre os ol. A foto B mostra o tubo após o teste de gases hidrogênio e oxigênio): o etanol é oxidado em uma pessoa intoxicada e, conseqüente- mente, sem condições para conduzir um meio ácido sobre um disco plástico poroso coberto veículo. Os ‘bafômetros’ descartáveis ilus- com pó de platina (catalisador) e umedecido com trados pela foto são fabricados pela com- ácido sulfúrico, sendo um eletrodo conectado a cada panhia americana WNCK, Inc., mas outras lado desse disco poroso. A corrente elétrica pro- empresas fabricam dispositivos similares. duzida, proporcional à concentração de álcool no ar expirado dos pulmões da pessoa testada, é lidanuma escala que é proporcional ao teor de álcool no sangue. O funcionamento e a química dessedetetor de etanol pode ser visto no Quadro 1. O outro tipo de dispositivo de teste é o modelo Taguchi desenvolvido no Japão e que consisteem um sensor semicondutor, seletivo para etanol, constituído basicamente de óxido de estanhocom várias impurezas (principalmente terras raras). O sensor é aquecido a aproximadamente 400 oC,condições nas quais o mesmo se torna ‘ativo’. Quando o etanol entra em contato com esse sensor,é imediatamente oxidado, ocorrendo por conseguinte uma mudança característica na resistência/condutância 1 do sensor. Essa é medida como voltagem, novamente proporcional à concentraçãode álcool no ar expirado, que por sua vez é proporcional à concentração de álcool no sangue. A Fig. 2 mostra um modelo do tipo de bafômetro usado pelas polícias rodoviárias do mundointeiro. Em alguns países existem ‘bafômetros públicos’, que operampela inserção de uma moeda, normalmente localizados perto detelefones públicos. Também é interessante ressaltar que recentemente foramdesenvolvidos ‘bafômetros’ acoplados ao sistema de ignição deveículos, especialmente desenvolvidos para caminhões e ônibus. Osistema obriga o motorista a soprar para dentro do instrumento, ecaso exceda o limite legal, o veículo simplesmente não funciona.Uma interface computadorizada obriga o motorista a repetir o testea intervalos irregulares. O instrumento foi desenvolvido pelacompanhia alemã Dräger International e chama-se Interlock. É importante mencionar que embora os ‘bafômetros’ portáteismencionados acima sejam bastante confiáveis, os laboratórios demedicina legal usam métodos e aparelhos ainda mais sofisticados(e muito mais caros), principalmente baseados em espectroscopiano infravermelho (cada molécula, inclusive o etanol, tem seu espectrode infravermelho característico) e em cromatografia gasosa (em queas moléculas são separadas de acordo com a massa molecular, e Figura 2 – Modelo de bafômetroassim detectadas). tipo Taguchi.Hálito culpado: o princípio químico do bafômetro 17
  18. 18. Quadro 1 – Funcionamento de bafômetro baseado no princípio da pilha de combustível. Negro de platina + Disco poroso com eletrólito Negro de platina - Entrada de álcool No eletrodo negativo (ânodo) ocorre a oxidação (catalisada pela platina), conforme a semi-reação: CH3CH2OH(g) → CH3CHO(g) + 2H+ (aq) + 2e– No eletrodo positivo (cátodo), ocorre a redução do oxigênio (contido no ar), conforme a semi- reação: ½O2(g) + 2H+(aq) + 2e- → H2O(l) A equação completa da pilha, será portanto: CH3CH2OH(g) + ½O2(g) → CH3CHO(g) + H2O(l) Quimicamente, isso representa uma combustão incompleta do etanol, daí o nome pilha de combustível.Simulando um ‘bafômetro’ Até a década de 50, a oxidação do etanol pelo dicromato de potássio em meio ácido (ou mesmopermanganato de potássio em meio ácido) era o método padrão de análise para a determinação deálcool em ar expirado pelos pulmões (ou mesmo em plasma sangüíneo). É ainda usado nos ‘bafô-metros’ descartáveis mencionados neste artigo. Para efeito de ensino de Química, é interessante simular o conjunto ‘ébrio-bafômetro’ baseadona reação química, uma vez que ilustra vários aspectos de química inorgânica, físico-química (oxirredução, por exemplo) e química orgânica de interesse para alunos do Ensino Médio e superior. Para montar esse conjunto, são necessários um erlenmeyer com rolha de dois furos, um tubo de ensaio (ou vidrinho transparente, tipo para remédio), tubos de vidro, tubo látex, álcool comum (96 GL), solução de dicromato de potássio 0,1 mol/L misturado com igual volume de ácido sulfúrico a 20 mL/L (ou seja, dicromato de potássio 0,05 mol/L em meio fortemente ácido). O simulador ‘ébrio-bafômetro’ segue o esquema apresentado na figura abaixo. Soprando-se para dentro do álcool, o ar arrasta vaporesMontagem do conjunto ‘ébrio-bafômetro’ de álcool que, borbulhando na solução ácida de dicromato18 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  19. 19. de potássio provoca uma mudança de coloração como segue (caso não observe mudança de cor,aumente a acidez da solução de dicromato): ALARANJADO → MARROM → VERDE → AZUL A equação química é a mesma apresentada para os ‘bafômetros’ descartáveis mencionados,ilustrada no quadro abaixo da Fig. 1, exceto que, quando aparece a cor azul, em vez de verde, éporque o cromo foi reduzido a cromo (II).Agradecimentos O autor agradece a colaboração do sr. Gibraim Souza Couri, superintendente da Polícia RodoviáriaFederal, agência de Belo Horizonte - MG; Glenn Forrester, da Intoximeters Inc., EUA; Felix J.F. Comeau,da Alcohol Countermeasure Systems, EUA, e Carl King, da WNCK Inc., EUA. Nota 1 Resistência é a medida da capacidade que um material tem de se opor à passagem da corrente elétrica. A condutância é a medida da capacidade que um material tem de permitir a passagem da corrente elétrica. Para saber mais 1. ENCICLOPÉDIA BRITÂNICA, v. 9, p. 976, Ed. 1972. 2. O GLOBO, 04 set., 1996. Caderno Carro Etc. 3. Alcohol Countermeasure Systems. Internet: http://www.acs-corp.com/ 4. Intoximeters Inc. Internet: http://www.intox.com/products/fuell_cell_wp.html 5. WNCK Inc., 600 Kenrick, ste.A2, Houston, 77060, Texas, EUA. Obs: 3, 4 e 5 são fabricantes de ‘bafômetros’. Fontes: Manual do bafômetro usado pela Polícia Rodoviária Federal e Enciclopédia Britânica.Hálito culpado: o princípio químico do bafômetro 19
  20. 20. DJ. Tércio B. Ferreira (in memoriam), uas questões estão preocupando sobremaneiraDepartamento de Química da Universidade o setor agrícola nacional neste momento: pro-Federal de São Carlos, São Carlos - SP duzir alimentos sem resíduos tóxicos e baixar o custo de produção. Porém, a utilização de agrotóxicosPaulo H.G. Zarbin para combater as pragas de plantas cultivadas representaDepartamento de Química da UniversidadeFederal do Paraná, Curitiba - PR um fator contrário ao desejado. Diferentes métodos de controle de insetos em que não se dependa exclusiva- mente de agrotóxicos vêm sendo estudados por cientistas em várias partes do mundo. Este texto apresenta uma discussão sobre a utilização de feromônios como uma possibilidade alternativa e promissora de combate a es- sas pragas. Serão também abordados alguns conceitos e técnicas básicas empregados nesse processo. “Quando eu [JTBF] era criança, minha tia passava melado na parede fazendo riscos tortuosos para atrair formigas, de forma que pudesse também me atrair, pois eu me deleitava vendo aqueles pequenos insetos seguir a trilha formada pelo melado, num vai e vem constante, encontrando-se de vez em quando. O que eu não sabia, e na época poucos cientistas sabiam, era que as formi- gas seguiam suas próprias trilhas marcadas por secre- ções contendo substâncias químicas que hoje denomi- namos feromônios” (Fig. 1).Este artigo apresenta conceitos básicos a respeito daquímica dos feromônios, comentando algumas de funçõese aplicações práticas. feromônios, comunicação química, insetosEste artigo foi publicado originalmente na revista QuímicaNova na Escola n. 7, 1998. Figura 1 – Marcação de trilha por formigas.20 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  21. 21. Feromônios são substâncias químicas secretadas por um indivíduo (nesse caso, um inseto) quepermite a comunicação com outro indíviduo da mesma espécie. É uma linguagem intra-específica.Assim, formigas lava-pé não irão entender a linguagem de formigas-limão e vice-versa. Muito menosuma abelha entenderá a linguagem de um marimbondo ou de uma barata. Cada espécie possui oseu próprio ‘código’ de comunicação baseado nas diferenças estruturais dos compostos. O primeiro feromônio de inseto foi isolado e identificado em 1959 por um pesquisador alemãochamado Butenandt, tendo sido o resultado de mais de 20 anos de pesquisas. O inseto empregadofoi a mariposa do bicho-da-seda Bombyx mori (Fig. 2A), e a estrutura química atribuída ao feromôniosexual dessa espécie, conhecida como bombicol, é mostrada na Fig. 2B. Os feromônios fazem parte de um universo bastante amplo de comunicação química, efetuadapor meio de substâncias denominadas semioquímicos (sinais químicos). Assim, os feromônios po-dem ser classificados de acordo com suas funções em: a) feromônio de marcação de trilha: esse é o caso mencionado antes, em que as formigasdeixam um rastro químico que somente será detectado e entendido por outras formigas da mesmaespécie; b) feromônio de alarme: utilizado principalmente por insetos sociais, tais como formigas, abe-lhas, cupins, marimbondos etc., serve para avisar outros membros da colônia que um inimigo podeestar se aproximando. O odor característico emitido pelos insetos conhecidos por ‘maria-fedida’ aoserem tocados é um exemplo de feromônio de alarme; c) feromônio de ataque: utilizado normalmente por insetos sociais, serve para avisar os outrosinsetos de que devem atacar um intruso; d) feromônio de agregação: empregado quando os insetos encontram uma fonte de comida ouum novo lugar para fazer sua moradia, e assim emitem o feromônio para atrair os demais membrosda espécie; e) feromônio sexual: utilizado (A) para atrair o parceiro para a cópula e assim preservar a espécie, através da procriação (Fig. 3). É interessante mencionar que inicialmente os estudos indicavam que apenas as fêmeas emitiam o feromônio, atrain- do os machos. Hoje se sabe que em muitos casos é o macho que emite o feromônio, esperando que as fê- meas venham até ele. Alguns aspectos sobre o controle de insetos Os insetos são considerados nossos maiores competidores no(B) que diz respeito à alimentação. Nessa disputa, o homem tem recor- rido principalmente ao uso de agro- tóxicos tradicionais, como compos-Figura 2 – A) Mariposa B. mori; B) bombicol, primeiro feromônio sexual tos organofosforados e clorados.isolado de um inseto. Porém, devido ao largo espectro deAmor ao primeiro odor: a comunicação química entre os insetos 21
  22. 22. ação desses agrotóxicos, juntamente com o seu uso indiscriminado, surgiram várias com- plicações, entre as quais: desenvolvimento de resistência a esses agentes químicos por parte de vários insetos nocivos, ressurgimento de determinadas pragas em níveis ainda mais al- tos do que os anteriormente existentes, apare- cimento de pragas secundárias devido ao combate indiscriminado a todo tipo de inseto — com a conseqüente dizimação de preda- dores naturais — e, o mais alarmante, a conta- minação ambiental, chegando o agente quí- mico inclusive a ser incorporado a nossa ca-Figura 3 – Percevejo escuro Leptoglossus zonatus (con- deia alimentar, causando sérios riscos à saú-siderado uma das maiores pragas do milho no Brasil) de. Merece ser mencionada uma reportagemcopulando, resultado de uma atração efetuada por da Folha de S. Paulo (02/12/96) sobre o grandeferomônios sexuais. número de suicídios que vêm ocorrendo emuma comunidade agrícola no Rio Grande do Sul e que talvez possa estar associado com a altacarga de agrotóxicos manipulada por trabalhadores rurais em plantações de fumo. A solução ideal para o combate aos insetos seria o desenvolvimento de agentes altamente espe-cíficos que viessem a atacar apenas as espécies nocivas, não permitissem o desenvolvimento deresistência e não colocassem em risco a preservação do meio ambiente. Ante essas condições, osferomônios ocupam lugar de destaque. Por serem substâncias naturais que regulam comportamentosessenciais para a sobrevivência da espécie, é pouquíssimo provável que os insetos possam vir adesenvolver algum tipo de resistência a eles, à semelhança do que ocorre com agrotóxicos tradicio-nais. Por outro lado, a possibilidade de haver danos ambientais estaria completamente descartada. Todo trabalho em que se pretenda compreender a comunicação entre os insetos inicia-se coma observação detalhada de seu comportamento: como eles se agregam, a que horas voam, comoé efetuada a corte com fins de acasalamento etc. Essa investigação inicial é efetuada por biólogostreinados no estudo comportamental de determinadas espécies de insetos que se deseja estudar. Uma vez conhecidos os hábitos básicos do inseto, o químico entra em ação procurando interceptarsuas mensagens químicas e decifrá-las, isto é, identificar as estruturas das substâncias químicasque compõem o ‘bouquet’ do feromônio, para tentar reproduzi-las em laboratório. Rompida essabarreira, os feromônios seriam empregados em armadilhas para que se possa efetuar captura emmassa, interrupção de acasalamento ou monitoramento do grau de infestação, o que permite, coma contagem do número de indivíduos capturados, prever uma possível infestação da praga, proporcio-nando um controle mais eficaz. Esse método alternativo de controle em que feromônios são empre-gados é conhecido como metodologia bio-racional de controle de insetos. Cabe ressaltar que os feromônios não podem ser considerados uma solução isolada ou únicapara esse tipo de problema. Eles são apenas uma ferramenta a se somar a várias outras (incluindoa utilização racional e controlada de determinados agrotóxicos) na tentativa de controlar as inúmeraspragas existentes em nosso país.Decifrando o código secreto: extração e identificação dos feromônios Há basicamente duas maneiras principais para extrair o feromônio de um inseto. A primeira é pormeio de um processo chamado ‘aeração’, no qual todas as substâncias voláteis que estariam sendo22 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  23. 23. exaladas pelos insetos (incluindo os feromônios) são carreadas por um fluxo constante de ar eadsorvidas em polímeros especiais. Tais substâncias são posteriormente dessorvidas pela ação desolventes e analisadas. A segunda maneira é por meio da extração direta das glândulas responsáveispela produção de feromônios, geralmente localizadas na parte posterior do abdômen do inseto.Isso é feito com a imersão do inseto em um frasco contendo um solvente apropriado que extrai assubstâncias orgânicas ali presentes. Nos dois casos, a solução final apresenta uma mistura muito grande de substâncias além daquelasque fazem parte do feromônio. É nesse ponto que começam as complicações que os químicos têmque enfrentar para poder decifrar a linguagem desses pequenos seres.Antena: um potente detector Para identificar o feromônio, nada melhor que observar a reação do próprio inseto, ou de algumaparte dele, quando estimulado por um fluxo dessas substâncias. Quando a própria antena do insetoé utilizada para esse tipo de análise, o processo é denominado eletroantenografia e consiste noseguinte: a antena do inseto é cuidadosamente extirpada na base, mantida em soro fisiológico eposicionada entre dois microeletrodos de ouro capilares conectados a um amplificador, de forma apermitir a medida da diferença de potencial entre os microeletrodos. Quando uma substância fazparte do feromônio do inseto, a antena responde por meio de estímulos específicos, fazendo comque a diferença de potencial varie. Essa variação pode ser amplificada e representada graficamentenum registrador adequado (Fig. 4). No entanto, se uma antena for submetida simultaneamente auma mistura de substâncias, não se pode saber quais são as ativas, uma vez que todas estãoagindo ao mesmo tempo. A esse problema, os químicos responderam com uma solução muitoutilizada rotineiramente em nossos laborató- Solução fisiológicarios: a cromatografia gasosa. Assim, a misturade substâncias anteriormente isolada é (A)injetada em um cromatógrafo a gás e assubstâncias separadas na coluna cromatográ-fica. No final dessa separação, antes de o ma- Eletrodosterial ser enviado ao detector, faz-se uma Antena de ourodivisão do fluxo e parte dele é submetido à (paraantena. Dessa maneira, a cada pico detectado amplificador)pode-se associar a resposta da antena, fun-cionando esta como um detector biológico(Fig. 4B). A partir dessa informação, o químico Estação de acrílico(B)Figura 4 – A) Estação de acrílico em que estão adaptados os eletrodos e a antena; B) análise simultânea de umcromatograma (I) e de um eletroantenograma (II).Amor ao primeiro odor: a comunicação química entre os insetos 23
  24. 24. deve se preocupar apenas em determinar a estrutura química dos compostos que foram ativos naantena. Para tal, utiliza-se rotineiramente da espectrometria de massas, em função de a pequeníssimaquantidade (nanogramas) das substâncias ali presentes ser compatível com essa técnica. Uma vez identificada a estrutura química do feromônio, o químico poderá sintetizá-lo em laboratórioe submetê-lo a ensaios biológicos para se certificar de que ele foi corretamente identificado. Muitosferomônios foram identificados incorretamente e, quando as amostras sintéticas obtidas foram subme-tidas aos insetos, estes não entenderam a ‘mensagem artificial’ e portanto não reagiram como es-perado.A estrutura química: uma complicação que garante a privacidade Apesar da enorme diversidade dos insetos, sua comunicação química se faz sem nenhum pro-blema de interferência externa, utilizando-se um grande número de substâncias químicas comestruturas igualmente variadas. Veja no quadro da página seguinte alguns exemplos da variedade estrutural dos feromônios deinsetos. Uma complicação adicional, garantindo que espécies diferentes não interfiram nacomunicação de um determinado inseto, é que na maioria das vezes o feromônio é constituído pormais de uma substância química, apresentando uma proporção definida entre todos os componentes.Observe que o feromônio da mosca-doméstica é constituído por um único componente com umaestrutura química extremamente simples, enquanto o feromônio da mosca-oriental-da-fruta (Grapholitamolesta) é constituído pela mistura de quatro substâncias em uma proporção bem definida. O feromônio do bicudo do algodão (Anthonomus grandis) também apresenta quatro constituintesem sua mistura feromonal, sendo dois aldeídos e dois álcoois. Epóxidos, cetonas, ácidos carboxílicos e amidas são grupos funcionais também presentes emmuitos feromônios de insetos. Estruturas mais complexas contendo vários grupos funcionais, comoa periplanona B (uma cetona macrocíclica), feromônio da barata Periplaneta americana, tambémfazem parte do universo da variedade estrutural dos feromônios de insetos.Aplicações de feromônios no Brasil Um dos melhores exemplos da aplicação de feromônios no Brasil é o caso do besouro Migdolusfryanus, talvez a mais séria praga da cana-de-açúcar do país. As iscas utilizadas, minúsculos pelletscontendo apenas um miligrama de feromônio sintético (vide estrutura no quadro acima), começarama ser colocadas nos carreadores dos canaviais de usinas paulistas e paranaenses no início de 1995.Instaladas em armadilhas de plástico enterradas no solo, as iscas atraíam os besouros para umacavidade ligada a um recipiente plástico do qual não conseguiam sair (Fig. 5). A coleta de besourosFigura 5 – Modelo brasileiro das armadilhas utilizadas para captura do M. fryanus (esq); armadilhas semi-enterradas no solo: aumento da eficiência (dir).24 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  25. 25. Substância Inseto Comentário Musca doméstica Encontrado comercialmente no Brasil Praga de tomate no país. O isolamento Scrobipalpuloides do feromônio teve a participação de pes- absoluta quisadores brasileiros Esse inseto é uma importante praga do Spodoptera frugiperda milho no Brasil. Seu feromônio contém seis outros componentes Diatraea saccharalis A broca da cana de açúcar é uma praga séria em algumas regiões do país Grapholita molesta A mosca oriental da fruta ataca planta- ções de frutas em nosso país Migdolus fryanus O besouro Migdolus é uma séria praga da lavoura de cana-de-açúcar Apis mellifera Essa substância é utilizada pela abelha rainha no controle da colméia Neste caso, o inseto macho é que emite o feromônio de atração sexual e fica es- Anthonomus grandis perando que as fêmeas o procurem. Esse inseto alóctone é um dos muitos que inva- diram nosso país, causando sérios prejuí- zos à agricultura Este é o componente principal do fero- Nezara viridula mônio sexual do percevejo-da-soja e foi isolado a partir de insetos brasileiros Essa substância, com estrutura razoavel- Periplaneta americana mente complexa, é um dos constituintes do feromônio sexual da barataAmor ao primeiro odor: a comunicação química entre os insetos 25
  26. 26. atraídos pelas iscas contidas em quatro mil armadilhas chegou a seis milhões de machos. O feromônio do bicudo-das-palmáceas (Rhyncophorus palmarum) deve começar a sercomercializado este ano, para uso nas plantações de dendê e de coco-da-bahia. Nos pomares demaçã dos estados do Sul, estão sendo feitos experimentos que utilizam armadilhas com iscasquímicas para monitorar a infestação da lagarta-enroladeira, Benagota sp. O uso do feromônio datraça de tomateiro, Tuta absoluta, também já está em testes avançados, assim como o da lagarta-do-cartucho (Spodoptera frugiperda), principal praga dos milharais no país. O emprego de feromônios no controle de insetos é um exemplo de atividade que para ser bem-sucedida exige a colaboração de diversos profissionais: biólogos, químicos, agrônomos etc. Essametodologia vem sendo aos poucos implantada no Brasil.Para saber mais FERREIRA, J.T.B. A contribuição fundamental da síntese orgânica no estudo de feromônios. Química Nova, 16, 454, 1993. AGOSTA, W.C. Chemical comunication: the language of pheromones. Nova York: Scientific American Li- brary, 1992. GUIMARÃES, O. Controle biológico — atração fatal. Globo Rural, n. 140, p. 7, jun. 1997. VILELA, E.F., FERREIRA, J.T.B., GASPAROTO, J.V., MOURA, J.I.L. Feromônios no controle de pragas. Ciência Hoje, v. 10, n. 32, 1989.26 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  27. 27. N esta última década assistiu-se a uma Nerilso Bocchi, Luiz Carlos proliferação enorme de aparelhos Ferracin e Sonia Regina Biaggio eletroeletrônicos portáteis, tais como: Departamento de Química da Universidadebrinquedos, jogos, relógios, lanternas, ferramentas Federal de São Carlos, São Carlos - SPelétricas, agendas eletrônicas, “walk-talks”, bar-beadores, câmaras fotográficas, filmadoras,telefones celulares, computadores, aparelhos desom, instrumentos de medição e aferição, equipa-mentos médicos etc. Ao mesmo tempo, aumen-tou muito a demanda por pilhas e baterias cadavez menores, mais leves e de melhor desempe-nho. Conseqüentemente, existe atualmente nomercado uma grande variedade de pilhas e bate-rias a fim de atender às inúmeras exigências. Acompreensão dos princípios de funcionamentodessa grande variedade de pilhas e baterias é umatarefa árdua e requer, muitas vezes, um conheci-mento profundo e multidisciplinar, já que váriosdestes sistemas eletroquímicos empregam tecno-logia avançada. Apesar disso, pretende-se abor-dar primeiramente aqui, da forma mais simplificadapossível, o funcionamento das pilhas e bateriasque mais freqüentemente aparecem no nosso dia-a-dia. Por outro lado, dado que algumas das pilhas ebaterias disponíveis no mercado usam materiais Este artigo define o que são pilhas e baterias, apresentandotóxicos, muitos países, inclusive o Brasil, têm se o funcionamento das que mais freqüentemente aparecem no dia-a-dia dos brasileiros. Além disso, considerandopreocupado com os riscos à saúde humana e ao que algumas dessas pilhas e baterias têm componentesmeio ambiente que esses sistemas eletroquími- tóxicos, discute o que fazer com pilhas usadas para evitarcos apresentam. Nesse sentido, o Conselho Na- problemas ambientais.cional do Meio Ambiente - CONAMA publicou noDiário Oficial da União de 22 de julho de 1999 a pilhas, sistemas eletroquímicos, baterias primárias, baterias secundáriasResolução n° 257, disciplinando o descarte e ogerenciamento ambientalmente adequado de Este artigo foi publicado originalmente na revista Químicapilhas e baterias usadas, no que tange à coleta, Nova na Escola n. 11, 2000.Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental 27
  28. 28. reutilização, reciclagem, tratamento ou dispo- Quadro 1 – Pilha de Daniellsição final. Tendo em conta o exposto acima,também será mencionado aqui, para cada uma Consiste em um anodo de zinco metálico, um ca- todo de cobre metálico e um eletrólito formado pordas pilhas e baterias abordadas, o risco que sulfato de zinco e sulfato de cobre. A maneira maisrepresentam aos seus consumidores e ao meio simples de se fazer uma pilha de Daniell é colocarambiente. uma tira de cobre no fundo de um frasco de vidroNomenclatura e classificação dos conforme mostra a ilustração acima. Uma solução de sulfato de cobre é despejada no frasco em quan-sistemas eletroquímicos tidade suficiente para cobrir completamente a tira Há um certa confusão na terminologia usada de cobre. Em seguida, uma tira de zinco é colocadapara se referir aos sistemas eletroquímicos. Em logo acima da solução anterior conforme ilustradoprincípio, o termo pilha deveria ser empregado e, então, a solução de sulfato de zinco é cuidado- samente adicionada no frasco. A densidade menorpara se referir a um dispositivo constituído uni- da solução de sulfato de zinco garante sua per-camente de dois eletrodos e um eletrólito, arran- manência, por pelo menos algum tempo, sobre ajados de maneira a produzir energia elétrica. O solução de sulfato de cobre. Essa pilha de Danielleletrólito pode ser líquido, sólido ou pastoso, só apresenta resultados satisfatórios para acionarmas deve ser, sempre, um condutor iônico. equipamentos que exigem baixas correntesQuando os eletrodos são conectados a um apa- elétricas como, por exemplo, lâmpadas de faroleterelho elétrico uma corrente flui pelo circuito (vide de 1,5 V e relógios de pulso e parede.pilha de Daniell no Quadro 1), pois o materialde um dos eletrodos oxida-se espontaneamenteliberando elétrons (anodo ou eletrodo negativo), Corrente de elétronsenquanto o material do outro eletrodo reduz-seusando esses elétrons (catodo ou eletrodo posi-tivo). O termo bateria deveria ser usado para se e- e-referir a um conjunto de pilhas agrupadas emsérie ou paralelo, dependendo da exigência pormaior potencial ou corrente, respectivamente,conforme ilustrado no Quadro 2. Entretanto, nodia-a-dia, os termos pilha e bateria têm sido usa-dos indistintamente para descrever sistemas ele-troquímicos fechados que armazenam energia.O termo acumulador elétrico também aparecemuitas vezes, mas é empregado, quase sem-pre, como sinônimo de bateria. Zinco A convenção mais usada para representarum sistema eletroquímico é aquela de escrever Sulfato de zincoo anodo do lado esquerdo e o catodo do ladodireito. Assim, quando se escreve bateria sódio/enxofre significa que o sódio e o enxofre são osreagentes ativos no anodo e catodo, respecti-vamente. Entretanto, alguns sistemas eletroquí- Sulfato de cobremicos não obedecem a essa regra geral quan-do citados; os casos mais comuns são os sis- Cobretemas: chumbo/óxido de chumbo, cádmio/óxidode níquel e zinco/dióxido de manganês, mais co-28 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  29. 29. nhecidos como chumbo/ácido, níquel/cádmio e Quadro 2 – Agrupamentos de pilhas Leclanché, respectivamente. Além desses, outros ou baterias sistemas eletroquímicos mais avançados e mo- A maioria dos aparelhos eletroeletrônicos que usam dernos também não seguem a regra menciona- pilhas requer, quase sempre, mais de uma pilha. da. Um agrupamento de pilhas em série fornece Os sistemas eletroquímicos podem ser dife- maiores potenciais, enquanto que em paralelo, maiores correntes elétricas. Supondo-se pilhas de renciados uns dos outros, tendo em conta a 1,5 V, um agrupamento contendo quatro dessas maneira como funcionam. Assim, embora alguns pilhas em paralelo (agrupamento superior) fornece sejam denominados de forma especial (vide Qua- um potencial de 1,5 V, mas a corrente elétrica é dro 3), todos eles podem ser classificados como: quatro vezes maior do que aquela gerada por um única pilha. Já um agrupamento dessas mesmas Baterias primárias pilhas em série (agrupamento inferior) fornece um Distintas das demais por serem essen- potencial de 6,0 V e a mesma corrente elétrica que cialmente não recarregáveis. Exemplos: zinco/ a de uma única pilha. dióxido de manganês (Leclanché), zinco/dióxido de manganês (alcalina), zinco/óxido de prata, lítio/ dióxido de enxofre, lítio/dióxido de manganês etc. 1,5 V Baterias secundárias Baterias recarregáveis que podem ser reutilizadas muitas vezes pelos usuários (cente- nas e até milhares de vezes para o caso de ba- terias especialmente projetadas). Como regra geral, um sistema eletroquímico é considerado 6,0 V secundário quando é capaz de suportar 300 ciclos completos de carga e descarga com 80% da sua capacidade. Exemplos: cádmio/óxido de níquel (níquel/cádmio), chumbo/óxido de chumbo Quadro 3 – Baterias primárias especiais Baterias de reserva: um tipo especial de bateria primária que requer uma ativação imediatamente antes do seu uso. Nessa ativação, que pode ser mecânica ou pirotécnica (queima de termita), o eletrólito é injetado na câmara que contém os eletrodos da bateria. Exemplos: magnésio ativado com água/cloreto de chumbo, magnésio ativado com água/cloreto de prata, magnésio ativado com amônia/dinitrobenzeno etc. Baterias térmicas: outro tipo especial de bateria primária que se distingue da anterior por requerer ativação a altas temperaturas. Nesse caso, o eletrólito, que está no estado sólido e inerte entre o anodo e o catodo, é fundido pelo calor gerado pela queima de material pirotécnico (termita), desencadeando as reações eletroquímicas. Exemplos: cálcio/óxido tungstênico, cálcio/cromato de cálcio, lítio/sulfeto de ferro etc. As baterias de reserva e térmicas são usadas principalmente em artefatos militares, aeroespaciais e operações emergenciais. Células a combustível: uma outra variedade de bateria primária diferente de todas as anteriores porque apresenta a interessante característica de usar como reagente ativo no catodo o oxigênio do ar que a rodeia. Portanto, essas células devem permanecer abertas enquanto estiverem em operação. Células a combustível metal/ar são consideradas descarregadas quando seus anodos estiverem descarregados. Exemplos: alu- mínio/ar, zinco/ar, metanol/ar e hidrogênio/oxigênio. Baterias avançadas: sistemas já desenvolvidos mas que ainda não são, na sua maioria, comercializados. Alguns são recarregáveis e usados somente em aplicações que exigem alta capacidade. Exemplos: zinco/ brometo, sódio/enxofre, baterias de estado sólido e sistemas poliméricos.Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental 29
  30. 30. (chumbo/ácido), hidreto metálico/óxido de níquel, íons lítio etc. O princípio de funcionamento de algumas baterias primárias e secundárias freqüentementeencontradas no mercado nacional, bem como o risco que representam aos consumidores e aomeio ambiente, está descrito a seguir.Principais baterias primárias comercializadas Dentre as inúmeras baterias primárias comercializadas, as que se destacam no mercado nacionalsão: zinco/dióxido de manganês (Leclanché), zinco/dióxido de manganês (alcalina) e lítio/dióxido demanganês. Todas são sempre produzidas hermeticamente fechadas em dimensões padronizadasinternacionalmente nas formas cilíndricas (tamanhos AA, AAA etc.), tipo botão e tipo moeda. Alémdessas, a forma prismática também pode ser encontrada para aplicações especiais. A preferênciapela forma cilíndrica ocorre pela maior facilidade de produção quando comparada com as demaisformas.Pilha de zinco/dióxido de manganês (Leclanché) Inventada pelo químico francês George Leclanché em 1860, é a mais comum das bateriasprimárias. A pilha de zinco/dióxido de manganês usada hoje é muito parecida com a versão original.O eletrólito é uma pasta formada pela mistura de cloreto de amônio e cloreto de zinco. O anodo é dezinco metálico, usado, geralmente, na forma de chapa para confecção da caixa externa da pilha. Ocatodo é um bastão de grafite, geralmente cilíndrico, rodeado por uma mistura em pó de dióxido demanganês e grafite (vide Figura 1). A pilha de zinco/dióxido de manganês fornece um potencial decircuito aberto (medido com um voltímetro de alta impedância) no intervalo entre 1,55 V e 1,74 V, atemperatura ambiente. As reações que ocorrem durante o processo de descarga das pilhas de zinco/dióxido de manganêssão complexas e alguns detalhes ainda não foram completamente entendidos. O processo dedescarga básico consiste na oxidação do zinco no anodo: Zn(s) + 2NH4Cl(aq) + 2OH–(aq) → Zn(NH3)2Cl2(s) + 2H2O(l) + 2e– (1) juntamente com a redução do Mn(IV) a Mn(III) no catodo: 2MnO2(s) + 2H2O(l) + 2e– → 2MnOOH(s) + 2OH–(aq) (2) resultando na seguinte reação global: Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH4Cl(aq) → Zn(NH3)2Cl2(s) + 2MnOOH(s) (3) As pilhas de zinco/dióxido de manganês apresentam uma relação custo benefício interessante somente para apli- cações que requerem valores baixos e médios de corrente elétrica. A utilização de dióxido de manganês de alta qua- lidade e a substituição do cloreto de amônio do eletrólito por cloreto de zinco melhoram muito o desempenho das pilhas zinco/dióxido de manganês mesmo em aplicações que exigem correntes elétricas maiores. O principal problema observado neste tipo de pilha são as reações paralelas, também chamadas de reações de prateleira.Figura 1 – Pilha de zinco/dióxido de man- Essas reações ocorrem durante o armazenamento dasganês (Leclanché). pilhas (antes de serem usadas) e durante o período em30 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  31. 31. que permanecem em repouso entre distintas descargas, podendo provocar vazamentos. Paraminimizar a ocorrência de tais reações, a grande maioria dos fabricantes adiciona pequenas quan-tidades de sais de mercúrio solúveis ao eletrólito da pilha; agentes tensoativos e quelantes, cromatose dicromatos também são usados por alguns poucos fabricantes. Esses aditivos diminuem a taxade corrosão do zinco metálico e, conseqüentemente, o desprendimento de gás hidrogênio no inte-rior da pilha. Com isso, a pressão interna das pilhas é bastante reduzida, minimizando-se os vaza-mentos. Outro fato muito importante com relação às pilhas de zinco/dióxido de manganês diz respeito aomaterial usado como anodo. Na grande maioria das pilhas comercializadas, esse eletrodo consistede uma liga de zinco contendo pequenas quantidades de chumbo e cádmio, a fim de se obterpropriedades mecânicas adequadas para se trabalhar com a liga. Com isso, as pilhas zinco/dióxidode manganês contêm, em suas composições mercúrio, chumbo e cádmio e podem representarsérios riscos ao meio ambiente. Pela Resolução n° 257 do CONAMA, a partir de janeiro de 2001essas pilhas deverão ser fabricadas, importadas e comercializadas com no máximo 0,010% demercúrio, 0,015% de cádmio e 0,200% de chumbo, informações estas que deverão estar presentesnas suas embalagens. As pilhas usadas que atenderem a esses limites poderão ser dispostas,juntamente com os resíduos domiciliares, em aterros sanitários licenciados. Enquanto os fabrican-tes dessas pilhas não reduzirem os teores das substâncias tóxicas contidas nelas até os limitesestabelecidos pela Resolução n° 257 do CONAMA, os estabelecimentos que comercializam essaspilhas ficam obrigados a aceitar dos usuários a devolução das unidades usadas.Pilha de zinco/dióxido de manganês (alcalina) Esse tipo de pilha é uma concepção modificada da pilha zinco/dióxido de manganês. Utiliza-sedos mesmos eletrodos (anodo e catodo), porém o eletrólitoé uma solução aquosa de hidróxido de potássio concen-trada (~30% em massa) contendo uma dada quantidadede óxido de zinco; daí a denominação alcalina para essapilha. Além disso, o seu recipiente externo é confeccionadoem chapa de aço para garantir melhor vedação e prevenir,portanto, o risco de vazamento de eletrólito altamentecáustico. Com isso, o arranjo dos eletrodos e eletrólito napilha alcalina é bem distinto daquele da Leclanché (videFigura 2). A sua primeira versão data de 1882 e empregavao eletrólito na forma líquida. Somente a partir de 1949, elaspassaram a ser produzidas comercialmente com o eletrólitona forma pastosa. A pilha de zinco/dióxido de manganês Figura 2 – Pilha de zinco/dióxido de manga-(alcalina) fornece um potencial de circuito aberto de 1,55 V, nês (alcalina).a temperatura ambiente. A reação de descarga que ocorre no catodo da pilha alcalina é exatamente a mesma da Leclanché(eq. 2). Já a reação de descarga no anodo consiste na oxidação do zinco em meio básico, resultandoprimeiramente em íons zincato. Quando a solução de hidróxido de potássio é saturada em íonszincato, o produto da reação de oxidação do zinco passa a ser o hidróxido de zinco: Zn(s) + 2OH–(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e– (4) Dessa forma, a reação global resultante é: Zn(s) + 2MnO2(s) + 2H2O(l) → Zn(OH)2(s) + 2MnOOH(s) (5)Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental 31
  32. 32. Dado que essa última reação é reversível, a pilha alcalina pode ser também produzida comopilha recarregável (bateria secundária). Para isso, são necessárias pequenas modificações no projetode construção, porém seu desempenho é muito menor do que o das baterias secundárias tradi-cionais. Por outro lado, o desempenho da pilha alcalina primária é bastante superior ao da pilha Leclanché.A capacidade de descarga (corrente elétrica gerada num dado tempo) é cerca de quatro vezesmaior em aplicações que requerem altas correntes elétricas, em regime de descarga contínua. Ade-mais, as pilhas alcalinas não apresentam as reações paralelas ou de prateleira e os vazamentosobservados nas pilhas de Leclanché. Por isso, podem ser armazenadas por longos períodos detempo (cerca de 4 anos), mantendo mais do que 80% da sua capacidade inicial. Entretanto, o customais elevado das pilhas alcalinas tem reprimido o seu consumo no Brasil. Atualmente, o seu consumogira em torno de 30%, enquanto que o das pilhas de Leclanché está em aproximadamente 70%. Do ponto de vista ambiental, as pilhas alcalinas representam menor risco, já que não contêmmetais tóxicos, como mercúrio, chumbo e cádmio. Devido a isso, há uma tendência mundial em semudar para elas, já detectada em outros países como Estados Unidos, Alemanha e Argentina, ondeocupam cerca de 70% do mercado.Pilha de lítio/dióxido de manganês Essa e outras pilhas primárias que empregam lítio como anodo passaram a ser investigadascom o advento da exploração espacial (início da década de 1960). Isso ocorreu pela necessidadede pequenos sistemas eletroquímicos duráveis, confiáveis e capazes de armazenar grande quanti-dade de energia. Dessa forma, materiais contendo substâncias simples e/ou compostas de elementos químicos localizados do lado esquerdo superior e do lado direito Do ponto de vista ambien- superior da tabela periódica vieram a ser os mais estudados. tal, as pilhas alcalinas Os metais lítio e sódio passaram a ser utilizados como catodos representam menor risco e substâncias compostas contendo flúor, cloro e oxigênio como que as de Leclanché, já anodos. Assim, centenas de sistemas foram propostos, mas que não contêm metais poucos sobreviveram em função das exigências práticas. Den- tóxicos, como mercúrio, tre esses, estão as baterias primárias que usam como anodo o chumbo e cádmio lítio metálico e como catodo três grupos de compostos: (i) sólidos com baixa solubilidade no eletrólito (cromato de prata - Ag2CrO4, dióxido de manganês -MnO2, óxido de cobre -CuO,sulfeto de cobre -CuS etc.); (ii) produtos solúveis no eletrólito (dióxido de enxofre -SO2) e; (iii) líquidos(cloreto de tionila -SOCl2, cloreto de sulfurila -SO2Cl2 e cloreto de fosforila -POCl3). Devido à alta reatividade do lítio metálico com água, todas as pilhas de lítio empregam eletrólitosnão aquosos (sal de lítio dissolvido em solventes não aquosos) em recipientes hermeticamenteselados. Os componentes dessas pilhas podem ser configurados de maneira semelhante à daspilhas alcalinas, mas muitas vezes os eletrodos são confeccionados na forma de tiras enroladas,como é o caso das pilhas lítio/dióxido de manganês, muito usadas em câmaras fotográficas (videFigura 3). O processo de descarga dessas pilhas consiste nas reações de oxidação do lítio metálicoe de redução do óxido metálico, resultando na seguinte reação global simplificada: Li(s) + MO(s) → LiO(s) + M(s) (6) Entretanto, quando o óxido é o dióxido de manganês, o processo de descarga ainda não estácompletamente entendido. A pilha de lítio/dióxido de manganês fornece um potencial de circuitoaberto no intervalo de 3,0 V a 3,5 V, a temperatura ambiente. Não apresenta reações paralelas ou de32 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química
  33. 33. prateleira e mostra excelente desempenho mesmo emaplicações que operam em temperaturas maiores que aambiente. Um maior uso das pilhas de lítio tem sido impedido nãosomente pelo seu alto custo, mas também pelos riscos asso-ciados com o lítio metálico. Pilhas vedadas de maneiraimprópria podem expor o lítio à umidade do ar e provocarchamas no metal e no solvente não aquoso. Tais acidentestêm sido evitados com a produção de pilhas bem vedadase com sua utilização apropriada.Principais baterias secundárias comercializadas As baterias secundárias que dominam o mercadonacional são: chumbo/óxido de chumbo (chumbo/ácido),cádmio/óxido de níquel (níquel/cádmio), hidreto metálico/óxido de níquel e íons lítio. Diferentemente das bateriasprimárias, as baterias secundárias são usadas principal- Figura 3 – Pilha de lítio/dióxido de manga-mente em aplicações que requerem alta potência (maiores nês.correntes elétricas num menor tempo). As característicasespecíficas de algumas delas são descritas a seguir.Bateria chumbo/óxido de chumbo (chumbo/ácido) Sua história começou em 1859, quando o físico francês Raymond Gaston Planté construiu oprimeiro sistema recarregável, formando a base para as baterias secundárias chumbo/ácido usa-das até hoje. Essas baterias apresentam a característica pouco usual de envolver em ambos oseletrodos o mesmo elemento químico, o chumbo. No catodo, o dióxido de chumbo reage comácido sulfúrico durante o processo de descarga, produzindo sulfato de chumbo e água: PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42–(aq) + 2e– → PbSO4(s) + 2H2O(l) (7) No anodo, chumbo reage com íons sulfato formando sulfato de chumbo: Pb(s) + SO42–(aq) → PbSO4(s) + 2e– (8) A reação global apresenta somente sulfato de chumbo e água como produtos: Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O(l) (9) À medida que a bateria chumbo/ácido é descarregada, o ácido sulfúrico é consumido e a águaé produzida. Conseqüentemente, a composição do ácidosulfúrico no eletrólito e sua densidade variam desde 40% (m/m) e 1,30 g/cm3, no estado completamente carregado, até cerca O primeiro sistema recarre-de 16% (m/m) e 1,10 g/cm , no estado descarregado. Dado 3 gável surgiu em 1859 comoque o potencial de circuito aberto depende da concentração invenção do físico francêsde ácido sulfúrico no eletrólito e da temperatura, o valor deste Raymond Gaston Planté,potencial para um único par de eletrodos varia de 2,15 V, no abrindo a base para asestado carregado, até 1,98 V, no estado descarregado, a tem- baterias secundárias chum-peratura ambiente. A medida da densidade do eletrólito ao longo bo/ácido usadas até hojedo processo de descarga da bateria é usada, portanto, paraavaliar seu estado de carga. No processo de carga, o sulfato de chumbo é reconvertido a chumboPilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental 33

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