Química - Solubilidade e cristalização

Solubilidade e cristalização

Objetivos

Este é um tema abrangente, que a por vários conceitos relativamente simples – mas que podem ser aprofundados dependendo da série que está sendo trabalhada e dos conceitos anteriores. Os principais objetivos são:

1) Revisar os conceitos de solubilidade e organização dos sólidos através de uma discussão acerca da cristalização de alguns compostos

2) Comentar, ou abrir caminho para o aprofundamento futuro, dos conceitos de estrutura cristalina, corpo de fundo, saturação, substâncias amorfas e ponto de fusão de sólidos

Ponto de partida

Os conceitos de solubilidade, evaporação e cristalização são intuitivos – provavelmente todos os alunos já tenham observado  esses fenômenos no dia a dia, e por isso este tema pode ser trabalhado em qualquer nível. No entanto, o tema pode ser vantajosamente abordado após o estudo de misturas e separação, e de estrutura atômica. É interessante que a aula possa ser feita em laboratório ou com a demonstração, usando frascos grandes e transparentes.

Estratégias

1) Discutir o conceito de solubilidade com um exemplo prático: materiais ou substâncias que são solúveis – e os que não são solúveis em água.

2) O que faz uma substância ser solúvel em um solvente? Uma regra prática que ajuda é “semelhante dissolve semelhante”, que pode ser apresentada comparando as estruturas de quatro substâncias: água, iodo, tetracloreto de carbono e sal de cozinha. A água dissolve bem o sal de cozinha, e mal o iodo, e o tetracloreto de carbono dissolve relativamente bem o iodo (cerca de 26 g/L), mas muito mal o NaCl. 

3) Usando como exemplo o sal de cozinha, peça aos alunos que preparem (ou, se não for possível fazer a demonstração, para que descrevam como seria possível preparar) soluções muito concentradas de sal em água. Logo chegarão  ao conceito de limite de solubilidade. Formalize esse conceito.

4) Do que depende o limite de solubilidade? Um dos fatores mais importantes é a temperatura, e um bom exemplo para esse limite são soluções de açúcar em água. Pode ser apresentada aos alunos uma curva de solubilidade de vários sais em função da temperatura (todos os bons livros ou apostilas didáticas apresentam um gráfico do gênero)

5) Os conceitos de corpo de fundo e de saturação devem também ser abordados. Problemas com cálculos sobre solubilidade podem ser abordados aqui, se o professor desejar, deixando a continuação da discussão sobre cristalização para uma próxima aula.

6) Peça aos alunos que ilustrem o que eles imaginam ser uma solução, ao nível molecular. Neste ponto, é interessante dar uma dica sobre a ordem de grandeza das distâncias entre moléculas e a mobilidade nos estados físicos sólido, líquido e gasoso. O professor deve avaliar se é possível comentar sobre solvatação sem confundir os alunos.

7) Os solventes evaporam, certo? O que acontece ao remover o solvente de uma solução? O que ocorre com o soluto? Como é que as moléculas (ou íons) de soluto vão se organizar?

8) Comentar o que é um cristal e que a organização que aparece ao nível microscópico tem como conseqüência as formas regulares que podem ser observadas em cristais. A propósito, discuta se todos os materiais sólidos são cristalinos e como seria a organização de materiais não cristalinos – os materiais amorfos.

9) Deixe a solução de NaCl preparada em aula evaporando, em um frasco raso (ou peça aos alunos que façam essa evaporação em casa, trazendo os cristais para a aula seguinte).

10) Para uma próxima aula, podem ser abordados mais alguns conceitos de cristais: formas, células unitárias, polimorfos. Uma possibilidade é pedir aos alunos que tragam exemplos de cristais e os apresentem, com a descrição da composição.

Sugestões e dicas

- Cuidado com o iodo: embora não represente risco (inclusive deve ser usado pouco iodo, pois suas soluções são muito coloridas), o iodo mancha bastante. Se algum aluno questionar a cor da solução, o iodo dá soluções violetas com solventes apolares, e soluções pardacentas, como ocorre em álcool e água, quando o solvente pode se comportar como uma base de Lewis. Em soluções aquosas de iodetos, aumenta muito a solubilidade do iodo, formando o íon I₃^-.

- Bolinhas de isopor (ou mesmo de vidro, em um retroprojetor) podem ser usadas para introduzir os conceitos de organização em cristais. Se houver tempo, os alunos podem tentar representar formas diferentes de fazer arranjos regulares, embora esse interessante exercício mereça uma aula à parte.