Como fazer um vulcão?

Fazer um vulcão pode parecer um experimento simples, mas pode suscitar muitas discussões importantes dentro do currículo escolar. A construção é fácil e o efeito visual é muito interessante, tornando as aulas mais lúdicas. A lava do vulcão pode ser construída de diversas formas, sendo a utilização de vinagre e bicarbonato de sódio a mais conhecida.

Ao fazer um vulcão, devemos nos atentar aos diversos assuntos que podemos trabalhar em sala, como reações de neutralização, hidrólise salina e reações inorgânicas. A depender do tipo de lava utilizado, as discussões podem evoluir para a utilização de catalisadores, comportamentos de gases e até mesmo mudanças de estado físico da matéria.

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Resumo sobre como fazer um vulcão

• Um vulcão pode ser construído com simples materiais de modo a trabalhar diversas reações químicas.
• Diversos processos químicos podem ser empregados para a formação da lava do vulcão.
• O método mais comum é o emprego de vinagre e bicarbonato de sódio, reação que produz gás carbônico.
• O experimento, apesar de simples, é bem bonito e trabalhar diversos temas pertinentes ao currículo.
• A depender da reação química usada na lava, é possível debater reações de neutralização, reações inorgânicas, hidrólise salina, propriedades dos gases e, até mesmo, mudanças de estado físico da matéria.

O que é preciso para fazer um vulcão na escola?

Para a construção do vulcão, serão necessários os seguintes materiais:

• argila;
• garrafa de plástico rígido ou garrafa de vidro;
• tinta guache e pincéis;
• um pedaço de isopor ou papelão.

A construção é muito simples e deve seguir, basicamente, as seguintes etapas:

1. Utilize um pedaço de isopor ou papelão para servir como base da sua estrutura.
2. Utilizando a garrafa de plástico ou vidro como molde, vá adicionando a argila em sua volta, modelando-a para que se pareça com um vulcão.
3. Deixe o bocal da garrafa aberto, não tapando com a argila, de modo que se simule a cratera.
4. Após a secagem da argila, utilize a tinta guache para pintar seu vulcão devidamente.

Para a formação da lava, utilizaremos:

• bicarbonato de sódio;
• vinagrete;
• detergente;
• água morna;
• corante alimentício vermelho ou laranja.

As instruções para a lava:

1. Despeje um pouco da água morna pelo orifício que simula a cratera do seu vulcão.
2. Adicione algumas gotas do corante alimentício.
3. Adicione um pouco de detergente, o qual servirá para enclausurar o gás formado nas bolhas.
4. Adicione, posteriormente, duas colheres de bicarbonato de sódio.
5. Agora, quando desejar, adicione o vinagre para iniciar a simulação da erupção de seu vulcão.

Para uma erupção mais lenta, experimente substituir o bicarbonato de sódio por catchup.

Experimento do vulcão sem vinagre

Na ausência de vinagre, outro componente ácido pode ser utilizado no lugar, como, por exemplo, suco de limão ou suco de laranja. Porém, outras receitas são possíveis para a formação da lava.

1. Fermento biológico e água oxigenada (peróxido de hidrogênio)

O fermento aqui presente catalisa a reação de decomposição do H₂O₂ em água e gás oxigênio. Haverá uma formação de espuma, a qual mimetiza a lava do vulcão. Para a formação desse tipo de lava, usamos:

• água oxigenada 10 ou 20 volumes (3% ou 6%);
• um pacote de fermento seco instantâneo;
• água morna;
• corante alimentício (opcional).         

As instruções para a lava são:

1. Adicione, pelo orifício do vulcão, água oxigenada. Ela deve preencher quase integralmente o recipiente.
2. Se desejar uma lava colorida, adicione algumas gotas do corante alimentício nesse momento.
3. Em um copo em separado, faça a dissolução do fermento em água morna.
4. Despeje o fermento dissolvido pelo orifício do vulcão para iniciar a erupção.

Atenção: água oxigenada 20 volumes (6%) pode causar queimaduras. É importante a utilização de luvas.

2. Balas Mentos e refrigerante zero

Esse vulcão apresentará uma erupção mais rápida, pois as balas criam zonas de nucleação no refrigerante, produzindo, assim, uma enorme quantidade de gás carbônico. Para tal, usamos:

• refrigerante zero (o comum também é possível, mas o açúcar faz com que ele fique mais pegajoso);
• balas Mentos;
• tubo de papel.

As instruções para a lava são:

1. Adicione o refrigerante pelo orifício que simula a cratera do vulcão.
2. Adicione algumas balas Mentos ao tubo de papel, mas não as deixe entrar em contato com o refrigerante do vulcão ainda.
3. Permita o contato entre as balas e o refrigerante e se afaste, pois a formação de gás carbônico é vigorosa.

Recomenda-se realizar o experimento em área aberta, de modo a facilitar a higienização posteriormente.

3. Gelo-seco

Aqui a ideia é formar uma lava a partir da fumaça de gás carbônico oriunda da sublimação do gelo-seco (que é dióxido de carbono em estado sólido).

Atenção: utilize luvas e pinças para manipular o gelo-seco, pois é um material que causa queimaduras graves.

Para o vulcão em questão, serão utilizados:

• gelo-seco;
• água morna;
• detergente.

As instruções para a lava são:

1. Adicione água morna ao vulcão por meio do orifício que simula a cratera.
2. Adicione um pouco de detergente à água quente.
3. Adicione um pedaço de gelo-seco para a formação da lava.

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Explicação sobre o experimento do vulcão

O tradicional vulcão de vinagre e bicarbonato de sódio funciona por meio de uma reação ácido-base, com a consequente formação de gás carbônico (CO₂).

O vinagre é uma solução de ácido etanoico (ácido acético, CH₃COOH), na concentração de, aproximadamente, 4% em massa e volume (4 gramas de ácido etanoico para cada 100 mL de solução). Tal ácido, ao reagir com o bicarbonato de sódio (NaHCO₃), forma a seguinte reação:

CH₃COOH (aq) + NaHCO₃ (aq) → CH3COO⁻ (aq) + Na⁺ (aq) + H₂CO₃ (aq)

Contudo, em sistemas aquosos, o H₂CO₃ é instável, decompondo-se em H₂O e CO₂:

H₂CO₃ (aq) → H₂O (l) + CO₂ (g)

É a formação do CO₂ na forma gasosa que permite a expansão do líquido que simula a lava.

Já no vulcão com água oxigenada, a decomposição desta produz a formação de gás oxigênio e água:

2 H₂O₂ (aq) → 2 H₂O (l) + O₂ (g)

Contudo, essa reação deve ser acelerada para que a formação do O₂ seja volumosa o suficiente para a formação do efeito de lava. Por isso, insere-se o fermento biológico, o qual atua como catalisador da reação — uma substância que acelera o processo químico sem ser consumida.

No experimento de formação de lava com bala Mentos e refrigerante, deve-se entender que o refrigerante é uma solução supersaturada de CO₂ (os níveis de CO₂ dissolvidos são maiores que o permitido para a solução naquela condição de temperatura), em que o gás é mantido por pressurização.

A abertura da garrafa faz com que a liberação do CO₂ seja lenta, porém, a bala Mentos, por ser porosa, apresenta diversas zonas de nucleação, que permitem a formação de bolhas de CO₂ na sua superfície, retirando a substância do líquido. A grande quantidade de zonas de nucleação, portanto, faz com que a formação de gás seja praticamente imediata. Há, portanto, um processo de desgaseificação.

CO₂ (aq) → CO₂ (g)

Já na utilização do gelo-seco, vê-se um simples processo físico de sublimação. O gelo-seco, que consiste em dióxido de carbono no estado sólido, passa diretamente para a fase gasosa em condições ambiente.

CO₂ (s) → CO₂ (g)

Conteúdos que podem ser trabalhados com o experimento do vulcão

Embora um experimento simples, o experimento do vulcão pode trabalhar conceitos importantes do campo da Química. São eles:

• Reação ácido-base (reação de neutralização): a reação entre ácido acético e bicarbonato de sódio é um grande exemplo.
• Hidrólise de íons: a formação do H₂CO₃ a partir do ânion HCO₃⁻ é um exemplo de reação de hidrólise.
• Mecanismos de reação inorgânica: a formação do gás carbônico se dá por meio de uma reação de decomposição, um dos mecanismos de reações inorgânicas.

Nos demais exemplos de vulcão, podemos citar:

• Reação química de decomposição e catalisadores, no caso do vulcão com água oxigenada.
• Nucleação, solubilidade de gases e coeficiente de solubilidade, no caso do vulcão com bala Mentos e refrigerante.
• Sublimação e mudanças de estado físico, no caso do vulcão com gelo-seco.

Fontes

FELTRE, R. Química. V. 1, 6ª ed. Moderna: São Paulo, 2004.

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Príncípios de Química: Questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. C.; CANTO, L. C. Química – na abordagem do cotidiano. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.

HELMENSTINE, A. How to Make a Chemical Volcano (5+ Amazing Eruption Methods). Science Notes. 5 mai. 2014. Disponível em: <https://sciencenotes.org/5-ways-to-make-a-volcano/>.

KUNTZLEMAN, T. S. Probing the Mechanism of Bubble Nucleation in and Effect of Atmospheric Pressure on the Candy-Cola Soda Geyser. Journal of Chemical Education. v. 97, n. 4, 27 fev. 2020.