Considerações sobre a experiência 6

A Experiência 6 - Decaimento de moedas, que data da semana passada, remete para os mecanismos de decaimento que alguns átomos sofrem. Neste processo, denominado decaimento radioactivo, o núcleo de um átomo instável perde energia ao emitir radiação. Um material que emita este tipo de radiação - que se pode dar, essencialmente, por emissões de partículas alfa, partículas beta e raios gama - é considerado radioactivo.

Na experiência propriamente dita, quando se retiram as moedas para as suas pilhas, para fora do "jogo", é como se os núcleos radioactivos dos átomos estivessem a decair. De cada vez que se lança uma moeda, esta tem sempre a mesma probabilidade de ser retirada - 50%. Assim, depois do primeiro lançamento, cerca de metade (1/2) das moedas ficará de fora. Após o segundo lançamento ficarão cerca de um quarto (1/4) das moedas. Depois do terceiro, um oitavo (1/8). E por aí adiante. Semelhante processo acontece com os átomos radioactivos com o passar do tempo.

O padrão a partir do qual se repete a diminuição dos átomos através de uma fracção fixa (sempre 1/2) é denominada decaimento exponencial. Outro dos conceitos relacionados com o decaimento é o tempo de meia-vida: corresponde ao tempo necessário para que metade das moedas (ou átomos, na realidade) sejam removidos.

Figura: Gráfico representativo do decaimento exponencial que sofrem os átomos radioactivos.

Diferentes átomos, têm decaimentos, e consequentemente tempos de meia-vida diferentes. E através da análise destes parâmetros é possível fazer datações exactas, que são usadas para se saber as idades de rochas, minerais ou mesmo fósseis.

Classificação de minerais - parte 2

Continuando com  a classificação de minerais que vem da semana passada, temos  o resto das classes nas quais os minerais se encontram definidos. São elas:

Halogenetos: Estes minerais são originados quando um metal se liga a um dos quatro elementos do grupo dos halogenetos: Flúor (F), Cloro (Cl), Iodo (I), Bromo (Br). Muitos deles dissolvem-se em água: veja-se a halite, vulgo sal de cozinha. Esta propriedade faz com que ocorram em condições especiais, normalmente através da evaporação da água em que se encontram dissolvidos.

Exemplos: Halite (NaCl), silvite (KCl), fluorite (CaF₂), bararite [(NH₄)₂SiF₆] , atacamite [Cu₂Cl(OH)₃]

Carbonatos: Provêm da combinação de carbono, oxigénio e de um metal ou semi-metal. Estes minerais são macios e facilmente dissolvidos por qualquer ácido.

Exemplos: Calcite (CaCO₃), aragonite (CaCO₃), malaquite [Cu₂(CO₃)(OH)₂], azurite [Cu₃(CO₃)₂(OH)₂], Rodocrosite (MnCO₃)

Fosfatos: Os minerais desta classe caracterizam-se por possuírem o grupo aniónico PO₄^3-. Nesta classe são também considerados os arsenatos e os vanadatos, nos quais, no grupo aniónico base, o fósforo é substituído por arsénio (As) e vanádio (V), respectivamente. Os iões de flúor (F), cloro (Cl) e hidróxido (OH) podem também entrar na estrutura destes minerais.

Exemplos: Apatite [Ca₅(PO4)₃(OH,F,Cl)], turquesa [CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈•4(H₂O)], monazite [(Ce,La,Y,Th)PO₄], autunite [Ca(UO₂)₂(PO₄)₂·10-12H₂O], vanadinite [Pb₅(VO₄)₃C]

Mineralóides: Nesta classe, que não faz parte das oito classes do sistema de classificação de minerais de Dana, entram os renegados. Por não serem minerais. Derivam de compostos orgânicos ou não têm estrutura cristalina definida, logo, não são minerais e entram nesta categoria.

Exemplos: Âmbar, Opala 

Fontes:

http://www.rocksandminerals4u.com/mineral_classification.html

http://webmineral.com/danaclass.shtml#.VTFFcZOTTIU

http://webmineral.com/help/DanaClass.shtml#.VTFFc5OTTIU

Experiência 6 - Decaimento de moedas

Esta experiência pretende demonstrar alguns conceitos usados pelos geólogos e geoquímicos nas datações de rochas, minerais e eventos geológicos como cristalização e metamorfismo. Alguns desses importantes conceitos são o decaimento radioactivo e o tempo de meia vida que caracterizam átomos e elementos químicos. 

Material: 

• 100 moedas e uma caixa (é bom para aqueles que fazem colecção de moedas pequenas, já ficam com o trabalho meio feito)

Procedimento:

1 - Atira as 100 moedas para cima de uma superfície (por exemplo, mesa ou chão).

2 - Retira as moedas que tenham ficado com o número virado para cima (ou com a coroa, podes escolher).

3 - Coloca as moedas que saíram, todas empilhadas numa coluna, dentro da caixa.

4 - Recolhe as restantes moedas e atira-as de novo.

5 - Novamente, retira as moedas que tenham ficado com a cara (ou coroa!) virada para cima e faz uma nova pilha, colocando-a ao lado da primeira coluna.

6 - Repete este processo até todas as moedas estarem de fora, nas respectivas pilhas.

Isto parece um qualquer jogo de probabilidades. Mas não é. 

Para a semana conto-te tudo!

Fonte: E. Richard Churchill, Louis V. Loeschnig, Muriel Mandell, and Frances Zweifel: 365 Simple Science Experiments with Everyday Materials (1997)

Classificação de minerais - parte 1

Com tanto mineral que para aí anda (são mais de 4000 espécies diferentes), é necessário que haja um sistema de classificação para que se possa arrumar de forma definida os minerais que ocorrem na natureza. Assim, foram propostos e usados muitos sistemas organizacionais, porém, o mais comum, utilizado hoje em dia, é o sistema de Dana (proposto por James Dana em 1848) e que agrupa os minerais com base na sua composição química (relembrem que os minerais são constituídos por elementos químicos, na forma de átomos e moléculas). Cada grupo tem, normalmente um grupo aniónico que será comum a todos os seus membros.

O sistema de Dana encontra-se dividido em oito classes. Essas classes são:

Elementos nativos: Estes são os de pura raça, os que não se misturam com mais nenhum elemento. Muitos minerais são resultado de compostos químicos, da interacção entre vários elementos. Estes não; são constituídos apenas por átomos de um determinado elemento. Nesta categoria entram maioritariamente metais, mas também semi-metais e não metais.

Exemplos: Ouro (Au), prata (Ag), níquel (Ni), antimónio (Sb), diamante (C)

Silicatos: Este grupo tem a maior fatia de minerais na Terra. São composto por silício e oxigénio, na forma do anião SiO₄^4-, sendo estes elementos os dois mais comuns na crusta terrestre. Este grupo encontra-se subdividido com base na forma como se organizam os tetraedros de sílica (o tal SiO₄^4-) nos silicatos. Num próximo texto apresentarei esta sub-divisão.

Exemplos: Quartzo (SiO₂), moscovite [KAl₂(Si₃Al)O₁₀(OH,F)₂], olivina [(Mg,Fe)₂SiO₄], zircão (ZrSiO₄), topázio [Al₂(F,OH)₂SiO₄]

Óxidos e hidróxidos: Os minerais deste grupo têm na sua estrutura combinações de metais com oxigénio (óxidos) ou com oxigénio/hidrogénio (hidróxidos) e são a partir destes que se extrai grande parte dos metais usados pelo Homem.

Exemplos: Hematite (Fe₂O₃), cromite (FeCr₂O₄), rutilo (TiO₂), cassiterite (SnO₂), cuprite (CuO₂)

Sulfuretos: Neste grupo, os metais encontram-se ligados com átomos de enxofre. Muitos metais são extraídos de elementos deste grupo. Estes minerais tendem a ser densos, frágeis e com brilho metálico. Dentro deste grupo também se incluem os sulfossais (enxofre ligado a semi-metais, como o arsénio e o bismuto), os telúrideos e os arsenetos (onde o telúrio e o arsénio substituem o enxofre.

Exemplos: Cinábrio (HgS), galena (PbS), esfalerite (ZnS), tetrahedrite (Cu₁₂Sb₄S₁₃), arsenopirite (FeAsS)

Sulfatos: Um ou mais metais combinam-se com átomos de enxofre e de oxigénio, onde estes últimos formam o grupo aniónico SO4²⁻. Dependendo da presença de água, estes minerais podem ser hidratados ou não. Estes minerais são macios e têm uma cor pálida e são, por vezes, translúcidos ou mesmo transparentes.

Exemplos: Gesso (CaSO₄•2H₂O)), barite (BaSO₄), anidrite (CaSO₄).

Na próxima sessão vem o resto da família!

Considerações sobre a experiência 5

A Experiência 5 - Reacções químicas nas rochas trata a interacção (ou a falta dela) que algumas rochas e minerais têm quando em contacto com um ácido.

As rochas mais fáceis de identificar por este processo de interacção química são o calcário e/ou mármore, nas quais se poderá observar uma clara efervescência (na forma de pequenas bolhas) na superfície destas rochas. Tal acontece, pois estas rochas têm carbonato de cálcio (CaCO3), que é uma substância alcalina, e que, quando em contacto com o ácido do limão ou vinagre (ou qualquer outro ácido), liberta dióxido de carbono através de uma reacção química. 

Figura 1: Reacção química do ácido com carbonato de cálcio, que resulta na libertação de CO2 e destruição do carbonato.

A reacção química que se dá pode ser representada por:  

CaCO₃ (carbonato de cálcio - sólido) + 2H⁺ (iões de hidrogénio - líquido) -> Ca²⁺ (iões de cálcio - aquoso) + H₂O (água - líquido) + CO₂ (dióxido de carbono - gasoso)

O calcário é formado por carbonato de cálcio (calcite; aragonite e vaterite são os outros carbonatos de cálcio) e o mármore é calcário metamorfisado e, portanto, têm a mesma composição química, pelo que naturalmente reagem da mesma forma perante o ácido. Outras rochas que não tenham carbonato de cálcio ou outros minerais que possam reagir com um ácido, não apresentarão qualquer mudança ou reacção na sua superfície.

Um dos problemas mais comuns nos dias de hoje são as chamadas chuvas ácidas, que tal como os ácidos usados nesta experiência, podem levar à dissolução de construções de calcário/mármore, como vai acontecendo com alguns monumentos famosos (por exemplo a Acrópole de Atenas e o Taj Mahal na Índia). No caso das chuvas, o ácido pode ser originário de várias fontes, entre as quais se destacam os óxidos de enxofre e nitrogénio (sim, dizer azoto já não é cientificamente correcto), que são libertados pela queima dos combustíveis fósseis e outras actividades humanas. Das reacções que ocorrem resultam os ácidos nítrico e sulfúrico e ainda o ácido carbónico, todos eles reagindo com o carbonato de cálcio e contribuindo para a destruição do património mundial.

Figura 2: Marcas na estátua de Buda, derivadas das chuvas ácidas, na província de Sichuan, China.

Semelhante processo tem vindo cada vez mais a afectar as conchas e esqueletos de animais marinhos, que apresentem carbonato de cálcio na sua composição.

Fontes:
http://darkwing.uoregon.edu/~millerm/4935-46.html
http://e360.yale.edu/feature/china_takes_first_steps_in_the_fight_against_acid_rain/2333/