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Problematização em sala de aula: o caso do balão com “gás hélio” que explodiu

Em um artigo anterior sugerimos o uso de mitos como tema para a utilização da metodologia da problematização, explorando o caso do suposto carro movido a água. Neste artigo, partiremos do caso do balão de gás que explodiu queimando um garoto de quatro anos, em abril deste ano, em Itumbiara (GO). A mãe da criança postou o vídeo abaixo, mostrando o acidente.

O vídeo “viralizou”, deixando pais e mães preocupados – afinal, quem poderia imaginar que um balão desses feitos com material metalizado e cheio com gás hélio, pudesse explodir?! Mito ou verdade?

Em nossa proposta, a exibição do vídeo aos alunos constitui a (1) observação da realidade. A atividade aqui proposta pretende criar condições para que os alunos detectem o que pode, ou não, ser real nessa história, estimulados pela atividade investigativa em que eles são os protagonistas, enquanto que o professor atua como mediador, indicando caminhos, mas jamais fornecendo respostas prontas.

Depois da apresentação do vídeo, segue-se a etapa de (2) identificação dos pontos-chave, em que o professor pode levantar uma discussão sobre o ponto central: a suposta explosão do gás hélio. Sugerimos que a discussão seja encaminhada de modo que se note o quanto a afirmação é suspeita: um aluno do 9° ano do Ensino Fundamental já deve (ou deveria) desconfiar da queima de um gás nobre. Lembre-se, porém, colega professor, de apenas mediar o debate. Indique caminhos, mas deixe que os alunos encontrem as suas respostas.

Cá entre nós, professores de Química, sem sombra de dúvida, dentro do balão não poderia haver apenas gás hélio, se é que havia algum gás hélio ali – o que não impediu a imprensa de produzir algumas manchetes sofríveis, tais como “balões com gás hélio podem explodir e causar danos à saúde”.

Problematização: Exercitando a autonomia do aluno

Em seguida, pode-se iniciar a etapa de (3) teorização, em que os alunos executam a pesquisa propriamente dita. Para isso, sugerimos direcionar os alunos a pesquisarem sobre: (a) a regra do octeto, que estabelece uma relação frequente – apesar de apresentar diversas exceções (o próprio hélio é uma delas!) – entre a presença de oito elétrons na camada de valência de um átomo e sua estabilidade química; (b) a densidade dos gases e sua relação com a flutuação no ar.

Lembramos os professores que a densidade (d) de um gás pode ser calculada a partir da expressão matemática abaixo derivada da equação dos gases ideais:

em que P é a pressão, M a massa molar, R a constante dos gases e T a temperatura em kelvin. Considerando-se que o ar é constituído por 78,1 % de gás nitrogênio, 20,97 % de gás oxigênio e 0,93 % de argônio, pode-se calcular a massa molar do ar:

Note que nas mesmas condições de temperatura e pressão, basta comparar a massa molar (M) de um gás com a do ar para prever sua capacidade de flutuação! Essa deverá ser, espera-se, uma das principais conclusões dos alunos em suas pesquisas.

Cálculos relativos à densidade permitem que os alunos constatem que o gás hélio (M = 4 g/mol) apresenta apenas cerca de 1/7 da densidade do ar (M = 28,95 g/mol)! Assim como o gás hélio, outros gases menos densos que o ar também podem fazer o balão subir, é claro. Mas, então, como descobrir qual o gás existia dentro do balão?

Levantando teorias com os alunos

Apesar de no vídeo não ser possível saber se o balão realmente flutuava no ar, pois ele está preso pelo pé do menino, em entrevistas o pai afirmou que, ao comprá-lo, o balão flutuava, mas poucas horas depois começou a murchar e perder seu poder de ascensão.

Se o professor achar interessante, ele poderá pedir aos alunos que verifiquem a possibilidade do gás utilizado no balão que explodiu ser o GLP (gás liquefeito de petróleo). Ele é inflamável, mas poderia causar o mesmo efeito flutuante do gás hélio? Para isso, a investigação deverá revelar que, considerando por simplificação que o GLP seja constituído por iguais quantidades (em mol) de propano (C3H8M = 44 g/mol) e butano (C4H10M = 58 g/mol) – massa molar média aproximada de 51 g/mol -, nota-se que se trata de uma gás mais denso que ar, o que invalida sua escolha como o gás causador do acidente.

Outras opções que o professor pode apresentar para direcionar as pesquisas dos alunos são o gás hidrogênio (M= 2 g/mol) e gás metano (M= 16 g/mol), sendo este último o principal constituinte do gás natural veicular (GNV) ao qual se tem fácil acesso. Ambos são menos densos que o ar (M < 28,95 g/mol) e, portanto, flutuam, podendo substituir, com lucro para o vendedor de balões, o caro gás hélio.

A Química no cotidiano

Mas onde conseguir gás hidrogênio? Infelizmente, há na internet vários tutoriais que ensinam a produzi-lo (nesses vídeos, ele costuma ser chamado de “hélio caseiro”). Trata-se, porém, de algo extremamente perigoso (alerte seus alunos!), pois esse gás pode causar fortes explosões. Há casos de explosões de casas inteiras que funcionavam como laboratórios clandestinos de “hélio caseiro”! Mostre isso aos seus alunos de modo que eles se sintam completamente desencorajados a tentar reproduzir esse perigosíssimo experimento.

Os gases hidrogênio e natural são combustíveis, mas de onde terá vindo a energia de ativação para sua explosão? Uma possibilidade é a eletricidade estática gerada pelo atrito do balão metalizado com o chão. Teoria do octeto, densidade gasosa, energia de ativação… Note o quanto se tem a ganhar com atividades como essa!

Mas, afinal, terá sido gás hidrogênio ou gás metano o gás do acidente? Jamais saberemos, pois o vendedor do balão nunca foi encontrado. No entanto, imagine a riqueza desse trabalho de investigação exercido pelos alunos. Quais gases eles irão propor na etapa de (4) hipóteses de solução? Quais serão suas argumentações?

Como última etapa, a (5) aplicação à realidade, que tal o desmascaramento de um mito relacionado, muito frequente na internet, que diz ser possível encher balões com “hélio caseiro” utilizando-se apenas de bicarbonato de sódio e vinagre? Sugerimos a produção de um vídeo em que os alunos, figurando como cientistas, expliquem por que não é possível produzir gás hélio apenas com bicarbonato de sódio e vinagre, reação que, de fato, produz um gás, dióxido de carbono (M = 44 g/mol), mas que é cerca de uma vez e meia mais denso que o ar… Flutuar? Nem pensar!

Escrito pelos autores Emiliano Chemello Luís Fernando Pereira. Ambos são coautores, juntamente com Alberto Ciscato, da coleção QUÍMICA, da Editora Moderna.

Emiliano Chemello é Licenciado em Química e Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais pela UCS. Professor de química no Ensino Médio e cursos Pré-Vestibulares.

Luís Fernando Pereira é químico industrial formado e licenciado pela USP. Leciona no Curso Intergraus desde 1995. É o químico consultor do programa Bem Estar, da Rede Globo.