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CONSTANTE DE AVOGADROÉ simples determiná-la em sala de aula

Gerson de Souza MólGeraldo A. Luzes FerreiraRoberto Ribeiro da SilvaHércules F. LaranjaA seção “Experimentação no ensino de química” descreve

experimentos cuja implementação e interpretação contribuem paraa construção de conceitos científicos por parte dos alunos. Osmateriais e reagentes utilizados são facilmente encontráveis,permitindo a realização dos experimentos em qualquer escola.Este artigo descreve um experimento simples para a determinaçãoda constante de Avogadro em sala de aula.

constante de Avogadro, mol, eletrólise

Aconstante de Avogadro (e nãonúmero de Avogadro) é umadas mais importantes cons-

tantes físico-químicas, fundamentalpara o entendimento de vários concei-tos químicos. No entanto, alguns livrosdidáticos de química do ensino médioa apresentam, quando trabalham oconceito de mol, como sendo simples-mente um número determinado expe-rimentalmente a partir de um padrãoadotado. Outros tratam-na, erronea-mente, como sendo o número de áto-mos contidos em um átomo-grama,um mol de átomos de qualquer ele-mento ou um número determinado por‘contagem indireta’ de átomos presen-tes em 12 g de carbono (que funcionacomo a ‘dúzia’ do químico). É tambémapresentada como um número quehomenageia o cientista Lorenzo

Amedeo Avogadro, ou como um nú-mero que pode ser determinado comrazoável precisão por métodos comoeletrólise, emissões radioativas, raiosX etc. A maioria dos livros falha emfornecer aos alunos uma idéia real decomo é feita tal determinação, ficandomuitas vezes a idéia de que é umnúmero mágico que surge não sesabe de onde. Uma exceção é o livroUnidades modulares de química, queapresenta em descrição rápida umaforma de calcular a constante deAvogadro, determinando-se a cargaque passa por um circuito em que édepositada certa quantidade de sódiometálico num dos eletrodos. Entre-tanto, por exigir um tratamento técnicocuidadoso, tal experimento não é defácil realização para uma turma deensino médio.

Figura 1: Esquema de montagem de experimento para determinação da constante de Avogadro,com destaque para o eletrodo de fio de cobre.

O objetivo deste texto é relatar umexperimento simples (eletrólise daágua) que pode ser realizado commaterial de fácil obtenção e usadopara cálculo da constante de Avo-gadro, cujo valor recomendado é6,02214 x 1023 mol -1.

Materiais e reagentes• Dois eletrodos de fio de cobre de 2,5mm de diâmetro descascados nasextremidades (Fig. 1)• Duas seringas de injeção, de 5,0 mL• Um pedaço de isopor para servirde suporte para as seringas• Solução de hidróxido de sódio 10 g/L• Uma bateria de 6 V de moto (ouquatro pilhas grandes novas)• Um recipiente plástico (pode sero fundo de uma garrafa de refrigerantedescartável 2 L)• Um cronômetro (ou relógio quemarque segundos)• Um multímetro (amperímetro comescala de 0 a 250 mA)• Fios para as ligações

ProcedimentoO experimento consiste na realiza-

ção da eletrólise da água conforme oesquema de montagem mostrado naFig. 1. As seringas (com as pontastampadas com silicone ou parafina eencaixadas na pequena placa deisopor) devem ser enchidas com asolução eletrolítica e colocadas nofrasco contendo a solução. Não de-vem conter bolhas de ar. O circuito éligado e, no mesmo instante, o cro-nômetro disparado. Quando o volumede hidrogênio completar 5,0 mL,deve-se ler o tempo e desligar ocircuito. O valor da corrente (que deveser constante durante todo o proce-dimento) deve ficar entre 30 mA e 100mA. Para ajustá-la, caso necessário,varias modificações podem ser feitasna montagem, como por exemplo na

QUÍMICA NOVA NA ESCOLA A Constante de Avogadro N° 3, MAIO 1996

EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE QUÍMICA

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7,29 6,40 6,81 6,07 6,96 5,98 5,10 5,12 6,15 6,51 7,515,06 6,09 5,40 4,89 5,02 5,66 7,66 5,50 4,30 5,44 5,40

Quadro 1: Valores de NA / 1023 mol -1 obtidos por alunos do ensino médio.

Volume (mL) Tempo (s) Corrente (A) Constante de Avogadro (mol-1)

5,0 501 0,070 6,2 x 1023

5,0 731 0,050 6,4 x 1023

5,0 486 0,075 6,4 x 1023

5,0 688 0,060 7,2 x 1023

5,0 625 0,060 6,6 x 1023

Tabela 1: Dados obtidos na determinação da constante de Avogadro utilizando-se solução de NaOH10 g/L a 300 K e 88,4 kPa (663 mmHg).

hidrogênio e oxigênio não é exatamen-te 2:1?

2. Mudando-se o metal utilizadocomo eletrodo, haverá alteração narelação encontrada entre os volumesdos dois gases? Justifique.....

3. O que muda nos cálculos seestes forem feitos com base no volu-me de oxigênio produzido?

Gerson de Souza Mól é mestre em químicaanalítica e professor assistente do Departamento deQuímica da UFMG.Geraldo A. L. Ferreira é doutor em química agrí-cola e ambiental e professor aposentado do Depar-tamento de Química da UnB.Roberto Ribeiro da Silva é doutor em químicaorgânica e professor adjunto do Departamento deQuímica da UnB.Hércules F. Laranja é aluno do curso de licen-ciatura em química da UnB e professor do ensinomédio.

Reações envolvidasequação da semi-reação no ânodo 4OH- → O2 + 2H2O + 4e-

equação da semi-reação no cátodo 4H2O + 4e- → 2H2 + 4OH-

equação da reação global 2H2O → 2H2 + O2

CálculosPara efeito de cálculos, vamos considerar os dados da primeira linha da Tabela 1.

ou, resumidamente (R = 8,3145 J/Kmol, temperatura em K, corrente em A,tempo em s, pressão em Pa, volume em m3 e carga do elétron em C):

QUÍMICA NOVA NA ESCOLA A Constante de Avogadro N° 3, MAIO 1996

concentração da solução, no tamanhoda parte exposta do eletrodo, nadistância entre eles etc. A ponta doeletrodo que fica no interior da seringadeve ficar totalmente submersa aotérmino da experiência.

ResultadosAlguns dados coletados em expe-

rimentos realizados desta forma sãoapresentados na Tabela 1. O cálculoda média e do desvio padrão dosdados da Tabela 1 fornecem o valorda constante igual a 6,6 ± 0,3 x 1023.O desvio observado pode ser atribuídoa erros na medida da corrente, dotempo e do volume. O Quadro 2 apre-senta valores de NA / 1023 mol-1 obti-dos em determinações feitas por gru-pos de quatro alunos do segundo anodo ensino médio do Centro Educacio-nal Setor Leste - FEDF, que forneceramo valor de 5,9 ± 0,9 x 1023.

ConclusõesEste experimento permite a deter-

minação simples da constante de Avo-gadro, possibilitando que um aluno doensino médio o realize com facilidade,além de permitir que outros conceitossejam trabalhados.

Vários eletrodos e soluções foramtestados na tentativa de encontrar umaforma mais simples com melhores re-sultados. A concentração de hidróxido desódio que forneceu uma melhor relaçãoentre os volumes dos gases produzidosfoi a de 10 g/L. É possível realizar oexperimento com soluções mais diluídas(menos corrosivas) ou com outroseletrólitos, como o cloreto de sódio.

Questões propostas1. Por que, nestas condições, a

relação entre os volumes dos gases

Para saber maisAMBROGI, A., VERSOLATO, E.F.,

LISBOA, J.C.F. Unidades Modulares deQuímica. São Paulo: Hamburg, 1987.258 p.

SZÉLL, T., DENIS, D., JOUAS, J.P. etal. An approximate determination ofAvogadro’s constant. Journal of Chemi-cal Education, v. 57, n. 10, p. 735-736,1980.

ROCHA-FILHO, R.C., SILVA, R.R..Introdução aos cálculos da química. SãoPaulo: Makron Books, 1992. 275 p.