Conceitos-chave
Química
Surfactantes
Densidade
Polaridade

Introdução
Você pode ter ouvido as pessoas dizerem: “Esses dois se misturam como óleo e água”, quando estão descrevendo duas pessoas que não se dão bem. Talvez você também tenha notado óleo brilhante flutuando na superfície de poças de água depois de chover. Em ambos os casos, você entende que água e óleo não combinam, mas você já se perguntou por quê? Muitas outras coisas podem se dissolver na água, por que não o óleo? Nesta atividade, exploraremos o que torna o óleo tão especial e tentaremos fazer o impossível acontecer: misturar óleo e água!

Histórico
Ao contrário de muitas outras substâncias, como suco de frutas, corantes alimentares ou até mesmo açúcar e sal, os óleos fazem não se misturar com água. O motivo está relacionado às propriedades do óleo e da água. As moléculas de água são compostas por um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Além de ter essa estrutura muito simples, a molécula de água as células são polares, o que significa que há uma distribuição desigual de carga na molécula de água. A água tem carga parcial negativa em seu átomo de oxigênio e carga parcial positiva em seus átomos de hidrogênio. Essa polaridade permite que as moléculas de água formem fortes ligações de hidrogênio entre si, entre o átomo de oxigênio carregado negativamente em uma molécula de água e os átomos de hidrogênio carregados positivamente em outra. Outras moléculas, como sais e açúcares, também podem se dissolver na água devido à sua polaridade. As cargas nas extremidades da molécula de água ajudam a quebrar as estruturas químicas de outras moléculas.

Os óleos, por outro lado, são apolares e, como resultado, não são atraídos pela polaridade das moléculas de água. Na verdade, os óleos são hidrofóbicos, ou “temerosos de água”. Em vez de serem atraídos por moléculas de água, as moléculas de óleo são repelidas por elas. Como resultado, quando você adiciona óleo a um copo de água, os dois não se misturam. Como o óleo é menos denso que a água, ele sempre flutuará em cima da água, criando uma camada superficial de óleo. Você deve ter visto isso nas ruas após uma chuva forte – algumas poças de água terão uma camada de óleo flutuando sobre elas.

Nesta atividade, vamos testar o poder dos surfactantes para nos ajudar a misturar óleo e água. O surfactante que usaremos é um detergente de louça, que ajuda a quebrar a tensão superficial entre óleo e água porque é anfifílico: parcialmente polar e parcialmente não polar. Como resultado, os detergentes podem se ligar às moléculas de água e óleo. Veremos os resultados desta propriedade nesta atividade!

Materiais

• 2 garrafas de água de plástico transparente com tampa
• 2 xícaras de água
• Meia xícara de óleo (azeite de oliva, óleo de cozinha ou óleos vegetais funcionam)
• Sabonete líquido para louça
• Relógio ou cronômetro
• Marcador permanente
• Copo medidor
• Colher medidor
• Corante alimentar (opcional)

Preparação

• Remova quaisquer rótulos de suas garrafas de água.
• Use seu marcador para rotular as garrafas: Rotule o primeiro “Óleo + Água” e o segundo “Óleo + Água + Sabonete. ” Escreva os rótulos o mais próximo possível do topo das garrafas.
• Despeje um copo de água em cada garrafa.

Procedimento

• Meça com cuidado e despeje um quarto de xícara de óleo no frasco denominado Óleo + Água. Deixe o frasco em uma bancada ou superfície plana enquanto você observa a água e o óleo. O óleo afunda no fundo do a garrafa, sente-se em cima da água ou misture com ela?
• Repita esta etapa, adicionando um quarto de xícara de óleo à garrafa chamada Óleo + Água + Sabonete. O óleo afunda, sente-se em cima da água ou misture com ela?
• Com cuidado, adicione três colheres de sopa de sabão em pó ao frasco denominado Óleo + Água + Sabão. Tente não sacudir a garrafa ao adicionar o sabão em pó.
• Certifique-se de que as tampas das garrafas estejam bem apertadas em cada garrafa.
• Segure uma garrafa em cada mão e agite vigorosamente as garrafas por 20 segundos.
• Coloque as garrafas na mesa em uma superfície plana com bastante luz.
• Observe a hora em seu relógio ou defina um cronômetro para 10 minutos.
• Observe o conteúdo de cada garrafa. Segure-os contra a luz, um de cada vez, para que você possa ver claramente o que está acontecendo dentro da garrafa. Algo mudou quando você balançou as garrafas? As misturas parecem iguais em ambos? Se não, o que é diferente entre eles? Como você explicaria as diferenças que observa?
• Após 10 minutos, olhe para o conteúdo das garrafas e observe as mudanças. Qual é a aparência do óleo e da água em cada garrafa? O óleo se misturou com a água, afundou ou subiu?
• Extra: Adicione corante alimentar à água para obter um efeito de lâmpada de lava
• Extra: Teste outros tipos de sabonete, como pasta de dente, sabonete e xampu, misturando-os com óleo e agua.

Observações e resultados
Nesta atividade, você combinou óleo e água e observou como a adição de detergente de louça alterou as propriedades dessa mistura. Primeiro você deve ter notado que quando você adicionou o óleo à água eles não se misturaram. Em vez disso, o óleo criou uma camada na superfície da água. Isso ocorre porque o óleo é menos denso que a água e, portanto, flutua até a superfície. Quando você sacudiu a garrafa de óleo + água, deve ter notado que o óleo se partiu em pequenas gotas. Essas contas, no entanto, não se misturaram com a água. Depois de deixar a garrafa de óleo + água por 10 minutos, você deve ter observado que o óleo e a água começaram a se separar novamente quase imediatamente, e depois de mais 10 minutos havia novamente duas camadas distintas em sua garrafa.

Em contraste, você deve ter percebido que sacudir o frasco de Óleo + Água + Sabão resultou em muita espuma, mas em vez de começar a separar imediatamente, a mistura ficou com uma cor amarela turva. Eventualmente, o óleo e a água devem ter se separado em duas camadas novamente, mas essas camadas devem ter parecido menos distintas e turvas do que as camadas em sua garrafa de óleo + água.

A diferença entre as duas garrafas resulta da adição do prato detergente para o frasco de óleo + água + sabão. As moléculas de detergente podem formar ligações com moléculas de água e óleo. Portanto, embora o óleo e a água não estejam tecnicamente se misturando, as moléculas de detergente de louça estão agindo como uma ponte entre as moléculas de óleo e água. Como resultado, as moléculas de óleo e água não são claramente separadas na garrafa. Em vez disso, você vê uma mistura turva, resultante das correntes de óleo, sabão e água que criou adicionando detergente de louça.

Mais para explorar
Goo-Be-Gone: Limpando derramamentos de óleo, da Science Buddies
Faça sua própria lâmpada de lava, da Scientific American
The Chemistry of Clean: Faça seu próprio sabão para estudar a síntese de sabão, da Science Buddies
Science Activities for All Ages !, da Science Buddies

Esta atividade trouxe a você em parceria com a Science Buddies