João Maria Bezerra

A química das cores e a sua relação com o modelo atômico de Bohr: Por que os fogos de artifícios são coloridos?

Ângela M. Durand (IC)¹*, André Taschetto Gomes¹ (IC), Gilmar Benini² (FM), Mara Elisa Fortes Braibante¹ (PQ).

1*[e-mail] – Universidade federal De Santa Maria

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2 [e-mail] – Escola Estadual Básica Irmão José Otão

Palavras-chave: Átomo de Bohr, fogos de artifícios, cores

Área temática: Experimentação no Ensino (EX)

Resumo: Os alunos muitas vezes pensam na Química como algo distante, não passando de teorias, sem dar a importância devida em sala de aula. Isso ocorre por que nem sempre as disciplinas se apresentam de maneira relacionada no seu dia-dia, acarretando assim numa maior dificuldade para sua compreensão. Porém, quando se trabalha temas e faz uma contextualização, determinados conteúdos que antes pareciam ser complicados e temidos, acabam tornando-se interessante aos alunos. Tendo em mente isto, utilizando o “teste de chama” como ferramenta experimental, buscou-se criar uma maneira descomplicada para o estudo do Modelo Atômico de Bohr, fazendo a sua relação com a química das cores nos fogos de artifícios. Este trabalho foi aplicado aos estudantes do 1º ano do ensino médio da Escola Estadual Irmão José Otão, de Santa Maria – RS, através do projeto PIBID, a fim de despertar a curiosidade dos mesmos.

Introdução:

Os fogos de artifícios têm origem na China no século XVII, descobertos pelo cientista Kung So Kadoi, no qual tinha como objetivo encontrar uma forma de acordar as pessoas assustadoramente, ainda hoje continuam fascinando as pessoas através de seus estrondos e variedades de cores. Antigamente, o “fogo químico”, como o denominavam, era formado pela pólvora, substância constituída pelo nitrato de potássio (KNO3), enxofre (S) e carvão, e era utilizado em batalhas, pela sua intensa explosão. Mais tarde em sua composição, passaram a ser adicionados outros compostos, entre eles metais como o magnésio e o alumínio, os quais provocam um brilho intenso e efeitos luminosos variados. Portanto, é com a adição de alguns metais e com o avanço da química, que os fogos de artifícios encantam e alegram as pessoas em dias especiais, como na vitória do nosso time do coração ou na virada para o Ano Novo, quando este acaba se tornando a grande estrela da noite.

Essas combinações de cores além emocionar, também causam curiosidade aos observadores, e partindo desse propósito que a Oficina das Cores foi criada, a fim de levar aos alunos do 1º ano do ensino médio da Escola Estadual Irmão José Otão da cidade de Santa Maria, como ocorrem essas variedades de cores vistas quando um fogo de artifício é explodido.

Como ocorre às cores produzidas em um show de pirotecnia, ou melhor, de fogos de artifícios? Elas são causadas por dois fenômenos químicos, a incandescência e a luminescência. O primeiro baseia-se na luz que é gerada pelo aquecimento de algumas substâncias, como por exemplo, alguns metais, que passam a emitir radiação infravermelha e ou radiação visível em forma de luz branca, dependendo da temperatura no qual atingirá. Mas esse fenômeno acontece no nosso cotidiano? Ao chegarmos pela noite em casa, vamos direto ao interruptor ligar a conhecida lâmpada incandescente, para que o espaço passe a ser iluminado. Nessas lâmpadas, existe um filamento de tungstênio, que quando aquecido, passa a produzir luz, ocorrendo o fenômeno da incandescência. O mesmo pode ser visto nos fogos de artifícios, pelo fato de alguns elementos químicos como o alumínio e o magnésio apresentarem as mesmas propriedades químicas, passando a emitir uma forte claridade ao serem queimados.

Já a luminescência, é a luz produzida a partir da excitação de um elétron de um átomo ao retornar para o seu nível de menor energia. Este fenômeno é mais bem entendido através dos conceitos do modelo atômico de Bohr, o qual estabeleceu regiões disponíveis para que os átomos possam acomodar seus elétrons, o que conhecemos como camadas eletrônicas ou níveis de energia. Logo, ela é explicada da seguinte maneira, primeiramente um átomo de algum elemento químico qualquer, possui seus elétrons espalhados nas suas camadas eletrônicas e ao receberem algum tipo de energia são excitados, ou seja, são promovidos a níveis de energia mais altos. A quantidade de energia que estes elétrons absorvem, é quantizada, não podendo ser acumulada e sim será exatamente a quantidade precisa. Quando promovidos, eles tendem a retornarem ao seu estado fundamental de menor energia, pelo fato de ser um local mais estável para acomodarem-se. Durante a passagem do nível mais energético para o menos energético, haverá a liberação da energia absorvida, porém, na forma de um fóton, ou seja, de luz.

Este fenômeno visto durante a explosão dos fogos de artifícios é característico de cada elemento químico, pelo fato de cada um apresentar um comprimento de onda diferente na região do visível. Átomos de sódio ao receberem energia, emitem luz amarela, átomos de bário emitirão uma luz verde e o átomo de lítio produz uma luz de cor vermelha. Para melhor relacionar a teoria de Bohr com a luminescência, deve-se conhecer um pouco dos Postulados de Bohr. Inicialmente, Bohr propôs que os elétrons estão sempre se movimentando ao redor de seu núcleo nas suas camadas eletrônicas, sendo que cada nível, apresentará um determinado valor de energia. Porém, eles não podem ficar entre dois desses níveis, somente em um de cada vez. Também afirmou que um elétron pode ir de um nível a outro, desde que absorva energia e ao retornar para o seu estado fundamental, deve liberar esta energia adquirida sob a forma de luz. Ou seja, exatamente o mesmo visto na luminescência.

Quando queimamos certa substância química, estamos na verdade realizando o teste de chama, sendo este um procedimento utilizado pelos químicos para detectar a presença de alguns elementos, e se baseia no espectro de emissão que é característico para cada elemento químico. Ou seja, pela cor da chama, podem-se identificar os elementos químicos que estão presentes em diversos compostos. O teste é feito pela introdução de uma amostra em uma chama, e como resultados têm-se uma dada cor pela liberação de luz de alguns elementos com