O ar é uma mistura, não um composto
Uma mistura tem duas ou mais substâncias juntas, mas não ligadas por uma reação química. O ar é uma mistura. Como sabemos?
- A quantidade de cada gás pode mudar. O ar de uma sala cheia tem mais gás carbônico. O ar perto do mar tem mais vapor de água. Um composto sempre tem composição fixa.
- Cada gás mantém suas propriedades. O oxigênio no ar continua ajudando a queimar. O nitrogênio no ar continua não ajudando.
- Os gases podem ser separados por meios físicos. Quando o ar é resfriado a cerca de −200 °C, ele vira líquido. Ao aquecê-lo devagar, cada gás ferve na sua própria temperatura (destilação fracionada). O nitrogênio ferve a −196 °C, o argônio a −186 °C, o oxigênio a −183 °C.
- Misturar gases para fazer ar não libera calor nem luz, ao contrário do que acontece ao formar um composto.
Quais gases existem no ar?
No ar seco e limpo (em volume):
| Gás | Porcentagem | Função principal |
|---|---|---|
| Nitrogênio, N₂ | cerca de 78% | Dilui o oxigênio; as plantas o obtêm pelas bactérias do solo; usado para fazer fertilizantes |
| Oxigênio, O₂ | cerca de 21% | Respiração e queima (combustão) |
| Argônio, Ar | cerca de 0,93% | Gás nobre pouco reativo |
| Gás carbônico, CO₂ | cerca de 0,04% | As plantas o usam na fotossíntese; retém calor |
| Neônio, hélio, criptônio, xenônio | traços minúsculos | Gases nobres |
O vapor de água não está na tabela porque muda: vai de quase 0% num deserto a cerca de 4% numa floresta tropical úmida. O ar também carrega poeira, pólen e micróbios.
Gases nobres: propriedades e usos
Hélio, neônio, argônio, criptônio e xenônio são os gases nobres (Grupo 18). Seus átomos têm a camada externa completa, por isso quase nunca reagem. Não têm cor nem cheiro.
- Argônio: enche lâmpadas de filamento e protege o metal quente durante a soldagem, para que ele não queime.
- Hélio: muito leve e não queima, por isso é usado em balões meteorológicos e balões de festa.
- Neônio: brilha em laranja-avermelhado nos letreiros quando a eletricidade passa por ele.
- Criptônio e xenônio: lâmpadas bem brilhantes, como faróis de carro e lâmpadas de farol marítimo.
Medindo o oxigênio do ar
Ideia: prender um volume conhecido de ar. Gastar só o oxigênio. Ver quanto o volume diminui.
Método 1: ferro enferrujando
Empurre palha de aço úmida até o topo de um tubo graduado. Coloque o tubo de cabeça para baixo na água. Em alguns dias o ferro enferruja. A ferrugem gasta oxigênio, então a água sobe no tubo para ocupar o lugar. Ela para em cerca de 1/5 (21%) do volume de ar.
Método 2: fósforo queimando (campânula)
Fósforo vermelho é queimado numa campânula de vidro dentro da água. Ele reage com o oxigênio e forma um óxido branco e sólido, que se dissolve. Quando a campânula esfria, a água sobe cerca de 1/5 da altura.
Método 3: cobre aquecido e duas seringas
100 cm³ de ar são empurrados de um lado para o outro sobre cobre quente, entre duas seringas de gás. O cobre fica preto (óxido de cobre) ao tomar o oxigênio. Depois de esfriar, sobram cerca de 79 cm³, então cerca de 21 cm³ eram de oxigênio.
Porcentagem de oxigênio = (volume gasto ÷ volume inicial) × 100. O gás que sobra não ajuda a queimar: um palito aceso se apaga nele. Isso mostra que é quase só nitrogênio.
Poluição do ar: fontes, efeitos e proteção
Um poluente é uma substância lançada no ar que prejudica os seres vivos ou as construções.
| Poluente | Fonte principal | Efeito |
|---|---|---|
| Material particulado (MP2,5, MP10, fuligem) | Motores a diesel, queima de restos de lavoura, poeira | Entra fundo nos pulmões; asma, doenças do coração; névoa poluída (smog) |
| Monóxido de carbono (CO) | Queima de combustível com pouco ar; escapamento de carros | Venenoso: impede o sangue de levar oxigênio |
| Dióxido de enxofre (SO₂) | Queima de carvão e petróleo que contêm enxofre | Chuva ácida; problemas para respirar; estraga o mármore |
| Óxidos de nitrogênio (NO, NO₂) | Motores de carro muito quentes; usinas de energia | Chuva ácida; smog |
| CO₂ extra, metano | Queima de combustíveis fósseis; fazendas | Retêm calor: aquecimento global |
Protegendo o ar
- Use transporte público, ande de bicicleta ou a pé; troque por veículos elétricos ou a gás natural.
- Os catalisadores dos carros transformam CO e NO em CO₂ e N₂.
- Lavadores de gases (scrubbers) tiram o SO₂ da fumaça das usinas; use combustível com pouco enxofre.
- Não queime lixo nem restos de plantação; plante árvores; consulte o Índice de Qualidade do Ar (IQA) e use máscara nos dias ruins.
Faça em casa
Empurre uma bolinha de palha de aço úmida (a que se usa para esfregar panelas) para o fundo de um copo alto. Vire o copo de cabeça para baixo num prato com água. Marque o nível da água com fita. Confira depois de 3 dias. A água sobe cerca de um quinto do espaço de ar. Você acabou de medir o oxigênio do ar! (Peça ajuda a um adulto; não precisa de fogo.)
Fórmulas e definições principais
- Ar em volume: N₂ ≈ 78%, O₂ ≈ 21%, Ar ≈ 0,93%, CO₂ ≈ 0,04%
- Porcentagem de oxigênio = (volume de oxigênio gasto ÷ volume inicial de ar) × 100
- Volume de um gás no ar = volume total × (porcentagem ÷ 100)
- Mistura: partes não ligadas quimicamente; as proporções podem mudar; separadas por métodos físicos
- Gases nobres (Grupo 18): He, Ne, Ar, Kr, Xe – camada externa completa, muito pouco reativos
Exemplos resolvidos
1. Uma sala de aula tem 200 m³ de ar. Quanto disso, aproximadamente, é oxigênio?
Oxigênio ≈ 21% de 200 m³ = 0,21 × 200 = 42 m³.
2. No experimento com cobre, 100 cm³ de ar diminuem para 79 cm³. Calcule a porcentagem de oxigênio.
Oxigênio gasto = 100 − 79 = 21 cm³. Porcentagem = 21 ÷ 100 × 100 = 21%.
3. Um tubo tem 50 cm³ de ar. Depois que a palha de aço enferruja, sobram 40 cm³ de gás. Qual porcentagem do ar era oxigênio? Está perto do valor real?
Gasto = 50 − 40 = 10 cm³. Porcentagem = 10 ÷ 50 × 100 = 20%. Sim, perto de 21% (pequenos erros vêm da leitura da escala ou de o ferro não gastar todo o oxigênio).
4. Por que se usa argônio em lâmpadas e não oxigênio?
O oxigênio faria o filamento quente queimar e quebrar. O argônio é um gás nobre: não reage, então o filamento dura mais.
Erros comuns
- Dizer que o ar é quase todo oxigênio. O ar é quase todo nitrogênio (78%); o oxigênio é só cerca de 21%.
- Chamar o ar de composto. Ele é uma mistura: sua composição pode mudar e seus gases podem ser separados por meios físicos.
- Achar que o gás carbônico é grande parte do ar. Ele é só cerca de 0,04%, embora importe muito para o clima.
- Usar o volume final em vez do volume gasto: % de oxigênio = (início − fim) ÷ início × 100.