Como funciona o Galinho do Tempo?

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          Hoje já não muito mais popular nas residências, o galinho do tempo ainda é alvo de várias atividades no ensino médio para a demonstração de um tema bastante importante na Química: equilíbrio químico. No caso específico do galinho do tempo, o foco recai no equilíbrio envolvendo o cloreto de cobalto hexa e tetrahidratado.

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          Para que o estado teórico de equilíbrio possa ser atingido, é necessário que o sistema esteja fechado (não há troca de matéria com o meio). Um sistema entra em equilíbrio químico quando temos reações reversíveis que, portanto, ocorrem nos dois sentidos (direto e inverso) com a mesma velocidade. Assim, reagentes continuam se transformando em produto e vice-versa em nível microscópico. Visualmente não se percebe nenhuma alteração, aparentando que a reação parou. Em termos termodinâmicos, o equilíbrio químico é alcançado quando a energia livre de Gibbs (G) (1) dos reagentes e dos produtos se iguala. Outro ponto importante é a constante de equilíbrio (K): para uma reação qualquer, essa constante revela a extensão da reação como quanto de produto obterá até que se estabeleça o equilíbrio. Ou seja, dependendo do sistema reacional muito mais ou muito menos reagentes ou produtos estarão no meio na fase de equilíbrio, mesmo com a reação ocorrendo nos dois sentidos e com a mesma velocidade. Fatores como pressão e temperatura, ou aumento e diminuição da concentração de uma mais espécies no meio reacional, irão deslocar o equilíbrio para um lado ou para outro, favorecendo a formação de reagentes ou de produtos.

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(1) Leitura recomendada: Por que o sal derrete o gelo?

          O galinho da chuva é um molde de plástico revestido com uma película de um tecido
sintético, no qual é injetado solução de cloreto de cobalto e, posteriormente, secado. O composto cloreto de cobalto (CoCl2) é fortemente higroscópico, ou seja, quando exposto a um ambiente úmido consegue absorver bastante água. Ao ser hidratado, passa a apresentar uma coloração rósea, devido à formação do cloreto de cobalto hexahidratado (CoCl2.6H2O). De forma reversível, quando o galinho é exposto a um ambiente seco ou é aquecido, parte da água associada ao cobalto é liberada (desidratação), e o composto cloreto de cobalto tetrahidratado (CoCl2.4H2O) é recuperado, retornando sua cor original (azul). O sistema reacional em equilíbrio pode ser representado como indicado abaixo:

          Portanto, se o tempo estiver seco, sem possibilidade de chover, o cloreto de cobalto perde água e fica azul. Quando há muita umidade no ar, o cloreto de cobalto se hidrata e fica rosa. As variações de temperatura também influenciam na mudança de cor: se o tempo esquenta, o galinho fica azul (a desidratação é favorecida); se esfria, fica rosado. Portanto, a cor rosa indica tempo frio e com possibilidade de chuva.

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           Voltando ao conceito de equilíbrio químico, o aquecimento desloca o equilíbrio, no
sentido da reação inversa (formação do reagente), favorecendo a coloração azul. O mesmo ocorre com a diminuição na concentração de um dos reagentes (água) no ambiente. O resfriamento desloca o equilíbrio no sentido direto (formação do produto), favorecendo a coloração rosa. O aumento na concentração de água no ambiente faz o mesmo. Sob temperatura ambiente, tanto a substância de coloração rosa quanto a azul estão presentes, resultando na coloração violeta.

          O cobalto é um metal de transição e tem a propriedade de formar espécies químicas (sais,
íons) coloridas. A cor varia conforme o número de coordenação do metal ou o grau de
hidratação do sal (o que modifica as energias envolvidas nas transições eletrônicas associadas, e, portanto, interfere na absorção dos comprimentos de onda da luz visível). Dissolvendo-se o cloreto de cobalto II anidro, CoCl2, em solução alcoólica, verifica-se o estabelecimento do equilíbrio químico acima explorado.

           A mudança de cor está relacionada ao número de coordenação do íon cobalto II, que muda de 4 (no íon tetraclorocobalto II, azul, cuja estrutura é tetraédrica) para 6 (no íon hexa-aquocobalto II, rosa, cuja estrutura é octaédrica). O número de coordenação é o número de íons ou de moléculas imediatamente ligados a determinado íon em um arranjo cristalino.


REFERÊNCIAS ACADÊMICAS

1. Físico-química - Vol. 1 e 2 - 9ª Ed. 2012 Atkins,P.w. / Paula, Julio de
2. Cardoso, Zaira Zangrando. Texto de Apoio a Professores de Química: Uma proposta de Ambiente Virtual de Aprendizagem no ensino de conceitos relacionados a Equilíbrio Químico. Trabalho de Mestrado para o Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências da Universidade de Brasília, 2013.
3. Parussolo et al., 2015. Galinho do tempo: Um jogo didático para auxiliar o ensino-aprendizagem do conteúdo equilíbrio químico no ensino médio. Experiências em Ensino de Ciências, v.10, n°1.
4. Campos, Gustavo de Queiroz. Uma Proposta de Experimentos Demonstrativo-investigativos para o Ensino de Equilíbrio Químico. Trabalho de Conclusão de Curso para a obtenção do título de Licenciatura em Química da Universidade de Brasília, 2016.