Explicando "Posso Explicar": a ciência por trás dos experimentos da série

No último dia 11 de agosto, chegou ao catálogo do Disney+ o programa Posso Explicar, produzido pela National Geographic Brasil. Com o objetivo de mostrar que a ciência pode ser ensinada de uma maneira divertida, este é o primeiro talk show cientifico do país. Ao longo de 16 episódios, a apresentadora e humorista Miá Mello recebe convidados especiais e, juntos ao químico e professor Allan Rodrigues, buscam desvendar alguns mistérios científicos e tecnológicos presentes em nosso cotidiano.

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É importante ressaltar que este não é o primeiro programa com o objetivo de levar ciência ao público leigo; afinal, são muitos os programas científicos que marcaram a TV brasileira. No entanto, é o primeiro a seguir o modelo talk-show, seja em seu cenário com um clássico sofá para o entrevistado e a mesa da apresentadora, ou através de seus quadros recheados de curiosidades sobre ciência e tecnologia. O Posso Explicar também conta com seu assistente virtual — o Edson —, munido de uma Inteligência Artificial afiadíssima, além do músico João Brasil, que conduz a trilha sonora do programa.

Nesta matéria, você confere os experimentos realizados em quatro episódios da série, com as devidas explicações científicas por trás deles.

Episódio 1, “Nuvem de Nitrogênio”

O primeiro episódio contou com a participação do humorista Fabio Porchat. Para realizar o experimento chamado “nuvem de hidrogênio”, o professor Allan Rodrigues convidou Porchat e a Miá para serem seus auxiliares. Na experiência, o cientista utilizou 30 litros de nitrogênio líquido a uma temperatura de -196,4 °C e 10 litros de água aquecida a 70 °C. Quando a água é jogada no nitrogênio, acontece uma grande explosão de água condensada.

Em entrevista para o Canaltech, o professor do departamento de engenharia química do Centro Universitário FEI, Luis Fernando Novazzi, explica que: “a água quente cede calor para o nitrogênio líquido, que se vaporiza de forma muito rápida e com expansão em seu volume de mais de 500 vezes. Paralelamente, a água é resfriada e parte dela se solidifica, formando gelo. Durante a vaporização súbita do nitrogênio, a água é arrastada na forma de gelo e também de gotículas, formando a nuvem observada”.

Episódio 14, “Explosão de bexigas”

Neste episódio, o cantor Projota é convidado para participar do experimento envolvendo explosões com gás hidrogênio. Para realizá-la, o professor Allan distribuiu cerca de 300 litros de gás hidrogênio em 30 bexigas enfileiradas. Ao acender a primeira, formou-se uma explosão em reação. O calor gerado seria suficiente para aquecer 12 mil litros de água.

Segundo o professor Gerhard Ett, também da FEI, o hidrogênio possui muita energia interna (alto poder calorífico superior), estimada em 143 MJ/Kg — três vezes maior do que o poder da gasolina, cerca de 48 MJ/Kg. “A reação de hidrogênio e o oxigênio gera vapor de água. Um kW de reação gera 0,5 L de água”, acrescenta. Além disso, Ett fala sobre a revolução na mobilidade elétrica que o mundo está passando e que o hidrogênio é uma das principais fontes de energia, assim como a bateria de íons de lítio.

Episódio 2, “Explosão de bolinhas de pingue-pongue”

A convidada especial desse episódio é atriz e apresentadora Sabrina Sato — e mais uma vez o nitrogênio entra em cena na experiência explosiva. Nela, o professor Allan colocou 1 litro de nitrogênio em uma garrafa PET e a fechou. A garrafa, então, foi colocada em um grande tambor de ferro com água em temperatura ambiente. Então as assistentes Sabrina e Miá cobriram a garrafa com centenas de bolinhas de pingue-pongue. Dentro de alguns segundos, a pressão no interior da garrafa aumentou tanto que ela explodiu, lançando as bolinhas pelos ares.

Conforme explica o professor Novazzi, “quando o nitrogênio líquido é colocado numa garrafa PET, o nitrogênio continua se vaporizando. Entretanto, como a garrafa está fechada, o nitrogênio gasoso aumenta a pressão até o ponto no qual a embalagem é rompida, de forma violenta, projetando as bolas de pingue-pongue para o alto”.

Episódio 16, “Pasta de Dente de Elefante”

Para o último episódio da primeira temporada, a convidada especial é a influenciadora digital Thaynara OG. Na experiência, o professor Allan produz uma reação de decomposição ao combinar três litros de água oxigenada (peróxido de hidrogênio) com detergente em três tubos separados. Para acelerar as reações, ele aplica iodeto de potássio como um catalisador e, então, acontece uma explosão de espumas coloridas, que seriam a “pasta de dente”.

O professor de engenharia química Gerhard Ett diz que o catalisador libera o oxigênio presente na molécula de água oxigenada (H2O2), decompondo-a e liberando a espuma com o detergente. “Quanto maior a concentração, maior quantidade de H2O2 contida na água. Semelhante com o fermento químico na fabricação de bolo, o fermento forma o gás dióxido de carbono (CO2), fazendo o bolo crescer”, encerra.

Explicando os experimentos de Posso Explicar

Para entender ainda mais sobre como cada uma dessas experiências se dá e quais são os conceitos científicos por trás deles, o Canaltech também entrevistou o cientista do programa, o químico e professor Allan Rodrigues.

Canaltech: Sobre o primeiro episódio, envolvendo a “nuvem de hidrogênio”, o que provoca exatamente essa reação tão forte e veloz? Existe algum fenômeno na natureza onde encontramos uma reação assim?

Allan Rodrigues:Vamos lembrar da época de escola e recordar os estados físicos da matéria. Os principais estados físicos que uma substância pode assumir são: sólido, líquido e gasoso/vapor. Quando uma substância está em um destes estados, a troca de calor (absorção ou liberação) pode ocasionar mudanças de estado físico. Por exemplo, se uma porção de água líquida presente numa panela absorver calor proveniente da chama do fogão, ela irá passar para o estado de vapor. Agora, se essa mesma porção de água líquida for deixada no freezer de casa, perderá calor e passará para o estado sólido. Vale lembrar também que uma mesma massa de determinada substância ocupa volumes diferentes dependendo do estado físico que esteja. Por exemplo, se tivermos 100 gramas de água líquida nas condições que vivemos, ela ocupará 100 mililitros de volume. Porém, se esta mesma água passar para o estado de vapor, o volume ocupado será muito maior do que 100 mililitros.

A partir destes conceitos podemos entender o que ocorreu no nosso primeiro episódio do programa. O que foi feito ali, foi jogar água quente dentro de um reservatório com nitrogênio líquido. Pois bem. A água estava aquecida e o nitrogênio estava a aproximadamente -196 °C. Em contato, a água e o nitrogênio trocam calor repentinamente (a água cede calor para o nitrogênio líquido), transformando o nitrogênio líquido em gasoso (volume ocupado muito superior com relação ao líquido). A sensação de explosão que temos, ocorre exatamente por isso: formação de muito gás em um curto tempo. Outro ponto que cabe exaltar é a formação da fumaça que tomou todo estúdio. Ao passar para o estado gasoso, o nitrogênio ainda está a uma temperatura baixa e torna-se responsável por roubar calor do vapor d’água presente na atmosfera. Essa troca de calor faz com que o vapor d’água volte a ser líquido, ficando em suspensão no ar, semelhante a uma nuvem.

Por fim, somente um cuidado que as pessoas precisam ter: nesse experimento é comum pensarem que ocorreu uma reação química, mas não! O que ocorreu foi um fenômeno físico de mudança de estado físico. Sobre a segunda pergunta, o nosso cotidiano está repleto de mudanças de estados físicos de diferentes substâncias. Desde a secagem de uma roupa no varal, até a formação de gelo seco a partir do gás carbônico, mudanças de fases ocorrem. O que foi feito no estúdio diferente desses processos citados foi que tudo ocorreu de forma muito rápida e brusca.

CT: Já no segundo episódio é realizada a explosão com as bolinhas de pingue-pongue. Explique-nos um pouco mais essa questão da pressão atmosférica e como o nitrogênio líquido produz a pressão na garrafa fechada.

AR:Para entendermos o que é “pressão atmosférica”, é importante conhecermos as duas palavras isoladas e depois as juntarmos. Pressão corresponde a uma força exercida em determinada área. Por exemplo, quando apertamos uma seringa com o dedo, a razão entre a força exercida por nós e a área do embolo nos dá a pressão. Agora, atmosfera é a camada de gases que envolve o planeta e é retida pela atração gravitacional. Pronto! Vamos juntar as duas palavras para fazer sentido a explicação. Pressão atmosférica corresponde a força que os gases da atmosfera exercem em uma determinada área. Por exemplo, se uma pessoa habitar nas proximidades do mar, como no Rio de Janeiro, ela está submetida a uma pressão correspondente a todas as moléculas de ar que estão sobre a sua cabeça.

Agora, vamos entender o que rolou no experimento. Foi utilizado nitrogênio líquido armazenado em uma garrafa PET tradicional. Pois bem, o nitrogênio, nas condições que vivemos, é um gás (inclusive é ele que está em maior concentração no ar que respiramos), mas quando é resfriado a menos de -196 °C, ele liquefaz (passa a ser líquido). Se expormos um recipiente aberto com nitrogênio líquido as condições que vivemos, espontaneamente ele voltará a ser gás. Agora pense no que fizemos no episódio: enchemos uma garrafa PET até um terço do seu volume com o nitrogênio líquido e a fechamos. Na garrafa, o nitrogênio líquido continuou a sair da forma líquida para a gasosa. A pressão interna começou a aumentar atingindo aproximadamente 13 atm de pressão (13 vezes a pressão que vivemos). Neste momento, atinge-se o ponto de ruptura do material da garrafa e cerca de 1000 litros de gás escapam repentinamente. O resultado é a explosão vista no episódio.

CT:No episódio 14, na experiência “explosão de bexigas”, você disse que o hidrogênio seria um bom combustível de carro, pois seu produto é a água. No entanto, produzir o hidrogênio para isto gera uma poluição que não compensa seu uso para esta finalidade. Mas, afinal, como se produz esse elemento em laboratório e qual é a sua finalidade?

AR:Em laboratório, o gás hidrogênio (H2) pode ser produzido de diversas formas e entre elas tem-se a eletrólise da água. Simplificadamente, ao passar corrente elétrica pela água, ela é quebrada e o H2 é formado. Quando este gás entra em contato com uma chama na presença de oxigênio, a queima ocorre liberando água pura e considerável quantidade energia. Sabendo que o problema dos combustíveis atuais é a liberação de poluentes no ambiente, o hidrogênio seria o combustível perfeito para executar a função de mover um carro, correto? Corretíssimo!

Esta discussão data dos anos 90, quando montadoras como a Toyota e Honda desenvolveram carros cuja fonte de propulsão era a queima do hidrogênio. Mas, então, por que não temos muitos carros movidos a este combustível em pleno século XXI para minimizar os problemas ambientais que enfrentamos? A resposta não é tão simples assim. É fato que muita evolução ocorreu nos últimos anos, mas as barreiras para isto acontecer são grandes. Dentre os problemas encontrados para a utilização de H2, temos:

• alto custo para produção das células combustíveis, onde o H2 e o O2 reagiriam para produzir H2O;
• o hidrogênio tem um custo para aquisição mais alto do que os combustíveis existentes hoje;
• para produzir o hidrogênio em larga escala, necessita-se de energia elétrica. Lembre que a energia elétrica a ser utilizada é fornecida por meio de termelétricas, hidrelétricas ou usinas nucleares, ou seja, usinas que já impactam o meio ambiente com o seu funcionamento;
• por ser um gás inflamável, o seu armazenamento em tanques é complexo e exige alta tecnologia;
• limitação nas redes de abastecimento;
• a maior parte do hidrogênio utilizado hoje em dia é retirado do metano, ou seja, um composto extraído do gás natural que é uma fonte não renovável.

CT: Agora, sobre o experimento “pasta de dente de elefante”, realizado no episódio 16... como o catalisador atua nessa reação e por que a espuma final fica aquecida? Existe outro elemento que poderia ser o catalisador dessa reação?

AR:Catalisadores são substâncias com a capacidade de aumentar a velocidade de uma reação química, pois reduzem a energia mínima (energia de ativação) necessária para ela ocorrer. No experimento, a reação em questão foi a decomposição da água oxigenada (H2O2) em água (H2O) e gás oxigênio (O2). Essa reação já ocorre naturalmente, porém a velocidade é baixa. A presença de iodeto de potássio catalisa a reação de decomposição da água oxigenada, produzindo uma grande quantidade de gás rapidamente.

Outro ponto percebido, é o aquecimento do sistema (percebido pela fumaça que sai da espuma). A justificativa disso se dá por se tratar de uma reação de decomposição exotérmica, ou seja, ela libera calor quando ocorre. Para ser mais específico, ela libera 98,2 kJ de energia a cada mol de água oxigenada decomposta. Com relação a utilizar outro catalisador, estudos mostram que este é o catalisador com melhor desempenho para tal função. Ele tem um custo de aquisição consideravelmente baixo e é de fácil acesso.