Como encher balões sem usar o ar dos pulmões?

Está planejando uma festa com muitos balões na decoração, mas já está cansado só de pensar que vai ter que inflá-los sozinho com o “ar” de seus pulmões? O experimento abaixo é uma dica para que você consiga encher vários balões sem precisar se esforçar tanto.

Mas, atenção! Esse experimento só substitui balões que são inflados com o ar dos pulmões e não balões com gás hélio. Na explicação depois do experimento você entenderá por que isso acontece.

Essa experiência de química pode ser realizada em sala de aula, pois envolve vários conceitos importantes, tais como reações químicas e densidade relativa dos gases. Veja como tal experimento é simples e os materiais de fácil obtenção:

Materiais e reagentes:

• 1 garrafa de plástico de 1 L;
• Balões;
• Bicarbonato de sódio;
• Vinagre;
• Funil.

Procedimento Experimental:

1. Coloque 100 mL de vinagre na garrafa de plástico;
2. Coloque 3 colheres de chá de bicarbonato de sódio dentro do balão com o auxílio do funil;
3. Prenda o balão ao gargalo da garrafa;
4. Observe como o balão vai enchendo à medida que o bicarbonato cai sobre o vinagre.

Resultados e discussão:

“Bicarbonato de sódio” é o nome comercial do carbonato de ácido de sódio ou hidrogeno-carbonato de sódio (NaHCO₃). O vinagre é uma solução aquosa de 4 a 10% em massa de ácido acético (ácido etanoico – H₃COOH). Quando esses dois compostos entram em contato, ocorre a reação química abaixo com a liberação do gás carbônico, isto é, dióxido de carbono (CO₂), além de produzir também acetato de sódio em solução e água:

NaHCO_3(aq) + H₃COOH_(aq) → H₃COONa_(aq) + CO_2(g) + H₂O_(ℓ)

Na⁺_(aq) + HCO₃^-_(aq) + H⁺_(aq) + H₃COO^-_(aq)  → Na⁺_(aq) + H₃COO^-_(aq) + CO_2(g) + H₂O_(ℓ)

HCO₃^-_(aq) + H⁺_(aq) → CO_2(g) + H₂O_(ℓ)

Esse é um tipo de reação de dupla troca, ou seja, quando duas substâncias compostas reagem entre si, trocando seus componentes e dando origem a duas novas substâncias compostas.

À medida que se forma mais gás carbônico, a pressão dentro da garrafa aumenta e o balão enche. Se desejar que o balão fique ainda mais inflado, basta ir aumentando progressivamente a quantidade de reagentes. Mas, cuidado! Não coloque demais para seu balão não estourar.

Em nossa respiração, tomamos gás oxigênio do meio para o organismo e liberamos gás carbônico do organismo para o meio. Assim, quando enchemos os balões com o “ar” de nossos pulmões, na verdade não é ar, mas sim gás carbônico. É por isso que esse experimento pode muito bem ser usado para substituir o enchimento de balões feito com a boca. Porém, tais balões não sobem como os enchidos por gás hélio. Por que não?

Esse é outro conceito que pode ser explorado em sala de aula: a relação das densidades entre dois gases (o gás na bexiga e o ar). Essa relação é dada pela simples relação entre as suas densidades absolutas, medidas nas mesmas condições de pressão e temperatura. Considerando dois gases genéricos, A e B, temos:

δ_AB = d_A
          d_B

Usando a equação de estado dos gases e tendo em vista que a pressão e a temperatura de ambos os gases não mudam, temos o seguinte:

d_A = PM_A
         RT

d_B = PM_B
         RT

d_A = PM_A/RT
d_B    PM_B/RT

d_A = M_A
d_B    M_B

Essa relação significa que a densidade relativa dos gases é diretamente proporcional às suas massas molares. Desse modo, se a massa molar de determinado gás for menor que a do ar, a sua densidade também será e, por isso, ele terá a tendência de subir.

O ar é composto por uma mistura de gases, cuja composição média é de 78% de gás nitrogênio (N₂), 21% de gás oxigênio (O₂) e 1% de gás argônio (Ar). Assim, as frações molares para cada um desses gases são de: X_N2= 0,78, X_O2= 0,21e X_Ar = 0,01. Jogando na fórmula da massa molar aparente para o ar, temos:

M_aparente = (X_N2 . M_N2) + (X_O2 . M_O2) + (X_Ar . M_Ar)
M_aparente = (0,78 . 28) + (0,21 . 32) + (0,01 . 40)
M_aparente =28,96 g/mol

A massa molar do gás hélio nas CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão) é de 4 g/mol, sendo bem menor que a massa molar do ar (28,96 g/mol). Consequentemente, a densidade do hélio é bem menor que a do ar e, por isso, uma bexiga preenchida com gás hélio quando solta no ar irá subir.

Já a massa molar do gás carbônico nas CNTP é de 44 g/mol, o que significa que ele é mais denso que o ar e, dessa forma, um balão preenchido com gás carbônico desce quando solto.

Assim, se você quiser o efeito que deixa as crianças atraídas pelas bexigas: manterem-se suspensas no ar, então, não tem jeito, terá que gastar um pouco mais de dinheiro e contratar alguém para encher os seus balões com hélio.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química