Fazendo uma lâmpada de lava

Introdução:

A densidade é uma grandeza que relaciona a massa de um material e o volume por ele ocupado (densidade = massa/volume ou d = m/v).

A densidade é o que determina se um material irá afundar ou flutuar em relação a outro. Por exemplo, quando a densidade de um material é menor que a densidade da água, o objeto flutua sobre ela; por outro lado, se sua densidade for maior, ele afundará.

Mas a densidade depende também da temperatura em que o material se encontra. Por exemplo, a densidade da água líquida é igual a 0,99 g/cm³ a 20ºC, mas a 4º C ela atinge sua densidade máxima, que é de 1,0 g/cm³, e, abaixo de 0ºC, sua densidade diminui para 0,92 g/cm³, sendo inclusive por isso que o gelo flutua na água.

No entanto, com a grande maioria das substâncias, quando a temperatura aumenta, a densidade fica menor; e quando a temperatura diminui, a sua densidade aumenta. Observe, por exemplo, que ao contrário do gelo, praticamente todas as substâncias ficam mais densas no estado sólido do que no estado líquido.

O experimento a seguir irá mostrar de uma forma bem interessante como a densidade das substâncias pode variar com a temperatura. Essa atividade chama bastante a atenção dos alunos e eles costumam se envolver muito, pois trata-se da produção de uma espécie de lâmpada de lava caseira, que são aquelas luminárias em que um fluido colorido movimenta-se para baixo e para cima continuamente quando a luz está ligada. Elas costumam ser associadas aos hippies e ao psicodelismo dos anos 1970.

Abaixo temos um exemplo de lâmpada de lava comercial e suas respectivas partes:

Materiais e Reagentes:

• Água;
• Corante alimentício;
• Óleo vegetal;
• Álcool;
• Garrafa ou pote de vidro incolor de 500 mL (tais como potes de azeitona, maionese, palmito ou garrafa de azeite. É importante que o tamanho da garrafa ou do pote tenha um diâmetro um pouco menor que o da latinha para poder encaixar dentro dela);
• Conta-gotas;
• Béqueres ou copos para misturar os líquidos;
• Latinha de refrigerante ou cerveja de alumínio;
• Estilete (ao usá-lo, o professor deve estar por perto ajudando para que não ocorram acidentes);
• Lâmpada de 60W (não use uma lâmpada com potência maior, pois pode correr o risco de quebrar a garrafa ou pote de vidro);
• Soquete com fiação para ligar na tomada;
• Bastão de vidro para misturar.

Procedimento Experimental:

1. Com o estilete, corte o topo da latinha de alumínio para fazer um suporte para a garrafa.

2. Faça também um furo na parte de baixo da lata e coloque a lâmpada lá dentro conectada ao fio que será ligado à tomada. O fio deve passar pelo furo feito;

3. Coloque em um béquer ou copo cerca de 50 mL de água, adicione algumas gotas do corante alimentício e misture bem;
4. Em outro béquer, coloque a mesma quantidade de álcool;
5. Em um béquer ou copo maior, coloque cerca de 25 mL de óleo;
6. Pegue o álcool que foi separado e adicione-o bem devagar sobre o óleo. Deixe em repouso por um tempinho para que as fases fiquem bem separadas;
7. Agora, usando o conta-gotas, vá adicionando a água colorida no álcool, sempre misturando essa parte com o bastão de vidro, sem deixar tocar no óleo, que deve ficar no fundo do recipiente;
8. Você irá parar de adicionar a água quando todo o óleo subir, ficando na parte superior;
9. Agora, coloque óleo na garrafa ou pote até cerca de 3/5 da sua altura;
10. Adicione a mistura feita e adicione óleo até completar o volume total do recipiente. O óleo ficará totalmente na parte superior e a parte colorida do álcool e a água ficarão na parte inferior;
11. Feche a garrafa ou pote e coloque na lata com a lâmpada por dentro. Deixe a lâmpada próxima ao fundo da garrafa ou pote, mas sem encostar;
12. Ligue a lâmpada e, depois de algum tempo, observe o que ocorre.

Resultados e Discussão:

Você observará que depois de um tempo que a lâmpada estiver ligada, a parte colorida que estava no fundo começará a subir e, depois de chegar à superfície, descerá novamente. Esse movimento continuará enquanto a lâmpada estiver ligada.

Isso acontece em virtude da alteração da densidade com o aumento da temperatura.

Abaixo temos a densidade dos três líquidos usados:

• Água líquida ------ 0,99 g/cm³;
• Óleo ----------------- 0,91 g/cm³;
• Álcool -------------- 0,79 g/cm³.

Observe que a densidade do álcool é a menor e é por isso que o álcool flutuou sobre o óleo. Já a densidade da água é a maior, assim, quanto mais acrescentarmos água ao álcool, a sua densidade aumentará até que supere a do óleo e o óleo fique na parte superior.

Com o aumento da temperatura, a densidade da mistura água+álcool diminui e, por isso, ela sobe. Ao chegar à superfície, ela volta a esfriar-se e sua densidade aumenta, descendo novamente para o fundo do recipiente.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química