INTRODUÇÃO: Método Científico nas Ciências Experimentais
O "método", isto é, o trabalho científico nas ciências experimetais - especialmente nas Química e na Física - desenvolveram-se, em linhas gerais, segundo o esquema:
SEQUÊNCIA DE PASSOS (Comentada)
1º) Observação de um fenômeno natural. Só interessa à Ciência a
observação cuidadosa de um
fenômeno que se repete (ou pode ser reproduzido)
com frequência:
- largando um objeto, ele cai (fato indiscutível);
- hoje a noite aparecerá um disco voador (põe-se em dúvida).
2º) Para fzer a observação, deve-se
esperar que o fenômeno aconteça. No entanto, pode-se
provocar o fenômeno, desta forma está-se
fazendo uma experiência.
- não é necessário que um objeto caia sozinho, pode-se deixá-lo cair de propósito.
OBS.: par uma experiência ser "científica", ela pode ser repetida quantas vezes quisermos; deve-se investigar, descobrir, medir, controlar e variar os fatores principais que possam influir na experiência (no estudo da queda de um corpo, deve-se pensar no tamanho, no peso, dimensões, ..., do corpo, na resistência do ar, na existência de vento, etc.). A experiência pode ser qualitativa (vamos ver "o que acontece"), quantitativa (vamos "medir" as grandezas).
3º) Reunindo as conclusões obtidas, numa quantidade significativa experiências, o cientista cria uma Lei Experimental ou Empírica.
Lei Experimental é uma afirmação de caráter geral, que traduz uma relação entre grandezas que intervêm no fenômeno.
Ex.: No vácuo, todos os corpos caem com igual aceleração.
OBS.: uma Lei Experimental só vale dentro dos limites e condições das experiências que foram feitas. Se houver alguma falha nas observações ou nas experiências que foram feitas, a Lei provavelmente estará errada.
4º) Depois de feitas as observações, planejam-se experiências e generalizam-se as conclusões numa Lei (ou Leis) Experimentais, a partir daqui criam-se explicações par os fatos - surge então a Hipótese.
Hipótese é uma primeira explicação (ou tentativa de explicação) dos fatos e que ainda não foi verificada, direta ou indiretamente.
5º) Se, com o passar dos anos a Hipótese continua explicando satisfatoriamente as novas observações feitas e as novas experiências imaginadas e se as "deduções" da hipótese se mostrarem úteis ao prosseguimento do "trabalho científico", então a hipótese vai "criando fama" e vai sendo aceita no "mundo científico". Agora, a união dessa hipótese com outras hipóteses "igualmente importantes", nos leva a um
conjunto de ideias gerais denominado Teoria.
Teoria é uma explicação, de caráter geral, para uma série de fenômenos e que já foi "aprovada" num grande número de comprovações experimentais.
OBS.: a Teoria é a "coroação" do trabalho científico. Ela permite explicar muitos fenômenos, reduzindo-os a "ideias" ou "princípios gerais"; nos permite entender como as "coisas se passam", entender o "porque" das coisas, etc. Mas a curiosidade do homem não tem limites e, por isso, a Ciência nunca pára. Uma Teoria sempre "prevê" novos fenômenos, sugerindo novas observações, novas experiências, etc.
Ex.: a "hipótese da existência do átomo" feit por Dalton, está hoje em dia, tão "comprovada" (embora ninguém tenha visto um átomo) que não se fala mais em "hipótese" mas si em "Teoria Atômica de Dalton".
LEIS DAS REAÇÕES QUÍMICAS
São Leis Experimentais ou Empíricas, isto é, resultam de experiências ou comprovações feitas em laboratório. Estas Leis surgiram no final do século 18 e início do século 19. Tais antecederam e deram grande contribuição a uma grande mudança dentro da Química: o surgimento dos modelos
atômicos. Estes conhecimentos unidos a tantos outros relatos culminaram na proposição de um modelo para o átomo.
As Leis das Reações Químicas se classificam em:
1)
Leis Volumétricas: que dizem respeito aos volumes gasosos (são as Leis Volumétricas de Gay-Lussac).
2)
Leis Ponderais: que dizem respeito às massas.
2.1)
Lei da Conservação da massa (Lei de Lavoisier)
O francês Antoine
Laurent Lavoisier realizou diversos trabalhos importantes para a Química no século XVIII, sendo considerado por alguns como o "Pai da Química". A sua contribuição mais lembrada é a Lei da Conservação da Massa, que foi enunciada após a realização de diversos experimentos em recipientes fechados. Usando uma balança, determinou a massa do sistema fechado antes e depois das
reações e pôde concluir que esta massa era constante (não muda), apesar de estarem ocorrendo mudanças dentro do sistema. Assim, concluiu que, quando uma
reação química é realizada, a massa dos reagentes é igual à massa dos produtos; ficando conhecida da seguinte forma:
na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.
"A massa total de um sistema fechado não varia, qualquer que seja a reação química que aí se verifique".
OBS.: no começo do século XX, Albert Einstein ao criar sua
Teoria da Relatividade, previu a possibilidade de se
transformar matéria em energia e vice-versa. Através de um raciocínio matemático complicado, Einstein chegou a fórmula:
Esta fórmula comprometeu a Lei de Lavoisier. De fato, quando uma reação libera, por exemplo, calor, o aparecimento dessa energia deve estar correspondendo ao desaparecimento de uma certa quantidade de matéria. De forma inversa, quando um sistema absorve energia, a massa total do sistema deve aumentar.
Em resumo, a Lei de Lavoisier dizia: numa reação química a matéria (massa) se conserva e a Teoria de Einstein veio dizer: a matéria (massa) pode ser criada a partir de energia ou destruída dando origem a energia. E como foi resolvido esse impasse?
Devemos notar que numa reação química, as possíveis variações de massa, previstas pela Teoria de Einstein, são muito pequenas. De fato a reação de formação de água a partir dos gases hidrogênio e oxigênio, representada:
Nesta reação há liberação de 136.800 calorias. Utilizando a fórmula acima e fazendo a conversão da energia de calorias para ergs, obtemos o valor da variação da massa nesta reação que corresponde a 0,0000000062g. Como as balanças analíticas utilizadas normalmente tem precisão de 0,00001 g, a variação de massa não pode ser medida na balança, pois é muito pequena, assim esta variação pode ser desprezada, considerando então que a Lei de Lavoisier é praticamente correta.
OBS.2: A Teoria de Einstein tem uma importância muito grande nas reações nucleares. Na transformação de 4 átomos de hidrogênio em 1 átomo de hélio (como ocorre na bomba de hidrogênio) libera-se quantidade de energia suficiente para aquecer 5.900 toneladas de água de 0 a 100°.
2.2)
Lei das Proporções Definidas (Constantes) ou Lei de Proust
O francês Joseph-Louis Proust, estudando as
reações de
decomposição, descobriu que as substâncias compostas têm uma proporção fixa. Proust concluiu que
a composição química das substâncias compostas é sempre constante, não importando sua origem.
Se tomarmos a massa de 9g de água, sua
decomposição forma 1g de gás
hidrogênio e 8g de gás
oxigênio. A
decomposição de 27g de água leva a formação de 3g de gás
hidrogênio e 24g de gás
oxigênio. Note que quando a massa de água passou de 9g para 27g (aumentou 3x), as massas dos gases também aumentaram na mesma proporção. Nota-se que, apesar das massas serem muito diferentes,
a proporção entre as massas de hidrogênio e de oxigênio é sempre constante, fixa, definida ou invariável: 1:8; em outras palavras, na água, a massa do oxigênio é sempre oito vezes maior que a massa do oxigênio.
OBS.: Foi a descoberta de que cada composto tem seus elementos formadores, unidos numa proporção constante, que possibilitou aos cientistas a criação de uma fórmula química "constante" para cada composto químico, por isso, quando se fala em água, lembra-se de sua fórmula.
OBS.2: Consequência da Lei de Proust é a
Composição Centesimal de um composto.
"Composição Centesimal de um composto são as porcentagens em massa dos elementos formadores do composto".
Ex.: a Composição Centesimal da água é 11,11% de Hidrogênio e 88,88% de Oxigênio.
2.3)
Lei das Proporções Múltiplas ou Lei de Dalton
"As massas de um elemento químico, que se combinam com uma massa fixa de um segundo elemento, para formar compostos diferentes, estão sempre entre si numa proporção de números inteiros, em geral pequenos".
Ex.: Existem vários óxidos de nitrogênio e, no laboratório, constata-se que:
As massas variáveis estão na proporção de 1:2:3:4:5 (basta dividir todas pela menor massa).
2.4)
Lei das Proporções Recíprocas ou Lei de Richter-Wenzel-Berzelius
"Considerando as massas de dois elementos químicos, que se combinam com uma massa fixa de um terceiro elemento, concluiremos que se os dois primeiros elementos reagirem entre si, eles o farão na mesma proporção das massas que haviam reagido com o terceiro elemento, ou então numa outra porporção formada por múltiplos ou submúltiplos dessas massas"
O enunciado da Lei é complicado, sem dúvida, vejamos de forma esquemática:
Ex.: Experimentalmente verifica-se que:
- 6g de carbono + 2g de hidrogênio formam Metano;
- 6g de carbono + 71g de cloro formam Tetracloreto de carbono
ao combinar 2g de hidrogênio com 71g de cloro forma-se Gás Clorídrico, assim, neste último composto, o hidrogênio e o cloro estão combinados entre si, ma mesma proporção (2:71) que haviam se combinado com a massa fixa (6g) de carbono.
OBS.: A principal consequência da Lei das Proporções Recíprocas é o conceito de
equivalente-grama.
