Buscando ver Química nas lentes fotocromáticas
Buscando ver Química nas lentes fotocromáticas
Buscando ver Química nas lentes fotocromáticas, analisamos o Equilíbrio Químico. Em dias ensolarados é comum sentirmos um desconforto com o sol forte no rosto. Algo de grande importância é a proteção do corpo, através do uso de protetor solar, contra os raios luminosos que podem causar lesões na pele. Mas então, como ficam os olhos? É necessário proteger os olhos da radiação solar, assim como se faz com a pele. Para essa finalidade, há óculos escuros específicos que devem ser usados por crianças e adultos para bloquear a incidência danosa da radiação solar. Para quem usa óculos de grau, uma alternativa é a utilização de lentes fotocromáticas, que escurecem na presença da luz do sol.
A luz do sol é uma grande ameaça aos olhos. Estudos comprovam que a exposição à luz aumenta o risco de desenvolvimento de doenças, tais como: catarata, pterígio, entre outras. É comum que pessoas não conheçam os efeitos nocivos causados pelos raios do sol, mas a proteção adequada com óculos de sol ou lentes fotocromáticas reduz o risco de desenvolvimento de doenças oculares.
Você sabe como funciona a mudança de cor em óculos fotocromáticos? Os óculos em geral servem como correção para problemas causados por lesões oculares ou problemas congênitos. Por outro lado, as lentes fotocromáticas, ao escurecerem em presença de luz, auxiliam na diminuição dos riscos à visão provocados pela radiação do sol. O escurecimento das lentes fotocromáticas ocorre devido à presença de substâncias contendo prata e cobre na sua composição.
Qual a relação da Química com a lente fotocromática? Qual o princípio químico por trás da mudança de cor, quando há incidência de luz solar?
Buscando ver Química nas lentes fotocromáticas, para responder as questões acima, precisamos inicialmente conhecer o significado de Equilíbrio Químico. Embora tenha o mesmo nome, não se trata do equilíbrio que é necessário para andar de bicicleta, por exemplo. Diferentemente do que estamos acostumados a pensar, o Equilíbrio Químico é alcançado quando não se percebe alteração nas velocidades das reações químicas reversíveis. Nesse tipo de reação, tanto reagentes formam produtos, como produtos formam reagentes. Dizer que uma reação encontra-se em Equilíbrio Químico significa dizer que não há aparentemente variação nas quantidades de reagentes e produtos para uma dada reação. Então, um sistema no qual há reação de um ácido com uma base formando sal e água (e reação simultânea de sal e água formando ácido e base) estará em Equilíbrio Químico, quando as concentrações do ácido, da base e do sal não se alteram ao longo do tempo, mesmo que essas concentrações não sejam iguais entre si.
A partir de alguns conceitos de Equilíbrio Químico, poderemos esclarecer o funcionamento das lentes fotocromáticas. Na composição das lentes está presente cloreto de prata, AgCl, que sofre oxirredução (como explicado no texto de eletroquímica de nosso site), resultando na mudança de cor, como mostra a equação a seguir:
2AgCl(s) ⇆ 2Ag(s)+ Cl2(g) ΔH= +496,6kJ/mol
Eq. 1, ou
2AgCl(s) +496,6kJ ⇆ 2Ag(s)+ Cl2(g) Eq. 2
As Equações 1 e 2 mostram um exemplo de uma reação em Equilíbrio Químico. A seta dupla significa que trata-se de uma reação reversível. Uma das características de um sistema em Equilíbrio Químico é ser dinâmico, ou seja, pode ser alterado. Então, observando a reação citada acima, ao aumentar a energia (que está relacionada à temperatura) proveniente da incidência da luz do sol, o equilíbrio químico é deslocado para a direita. Sendo assim, observa-se a formação de prata metálica, Ag0, fazendo escurecer a lente, uma vez que a prata é opaca.
Por outro lado, quando a lente é colocada em um ambiente sem a presença da radiação solar, com consequente perda de energia (diminuição da temperatura), o equilíbrio químico é deslocado para a esquerda, clareando a lente. Neste caso, ocorrem reações sucessivas. Inicialmente, íons Cu+, que também estão presentes no cristal do vidro fotocromático, reagem com o gás cloro (Cl2) (produzido na reação do cloreto de prata – Eq. 1), regeneram os íons cloreto (Cl-), produzindo o cátion Cu2+:
Cu+ + Cl2 ⇆ 2 Cu2+ + 2 Cl-
(Eq.3)
O cobre bivalente (Cu2+), então, reage com a prata metálica, produzindo os cátions monovalentes Ag+ (prata) e Cu+:
Cu2+ + 2 Ag0 ⇆ 2 Ag+ + 2 Cu+
(Eq.4)
Por fim, o cátion de prata se une ao ânion cloreto, restabelecendo o cloreto de prata do início da reação:
Ag+ + Cl- ⇆ AgCl(s) (Eq.5)
Resumindo, a reação retorna à formação dos reagentes iniciais, como mostram as reações a seguir, liberando 496,6 kJ/mol de energia (pois a reação inversa da Eq. 1 é exotérmica (como explicado no texto de termoquímica de nosso site).
2 Cu+ + Cl2 ⇆ 2 Cu2+ + 2 Cl-
2 Cu2+ + 2 Ag0 ⇆ 2 Ag+ + 2 Cu+
————————————————————————————-
2Ag0 + Cl2 ⇆ 2AgCl(s) ΔH= – 496,6 kJ/mol
(Eq.6)
O princípio que explica tudo isso é o de Le Châtelier, que faz a seguinte afirmação: quando se exerce uma ação num sistema em equilíbrio químico, o sistema se desloca no sentido da reação que neutraliza esta ação. Sendo assim, se um sistema em equilíbrio for perturbado por alterações na temperatura, pressão ou concentração, o próprio sistema minimizará os efeitos, favorecendo a formação de substâncias envolvidas de um dos lados da equação química de modo a restabelecer o estado de equilíbrio.
No caso das lentes fotocromáticas, o aumento de energia proveniente do sol (significa aumento de temperatura) provoca um deslocamento na reação no sentido dos produtos, para a formação de prata metálica, pois a reação (Eq.1) é endotérmica (como explicado no texto de termoquímica de nosso site). Sendo assim, o sistema reacional consumirá a energia para formar os produtos e, no equilíbrio, haverá maior concentração de produtos que de reagentes. Para a reação inversa, a diminuição da energia provocada pela diminuição da temperatura provoca o deslocamento na reação no sentido dos reagentes, para a formação do íon prata incolor, pois a reação é exotérmica (Eq. 6). Desta forma, a reação libera a energia excedente e, no equilíbrio, haverá maior concentração de reagentes do que produtos.
Mas você pode estar se perguntando: o que ocorre quando há alterações de pressão ou concentração? Quando se trata de variação de concentração, podemos usar um exemplo diferente: a eructação, popular arroto. Ele é provocado por uma reação de equilíbrio químico em nosso estômago. O arroto aqui descrito é pela ingestão de refrigerante, formado por uma solução aquosa de xarope e dióxido de carbono (CO2). O equilíbrio presente no refrigerante é o seguinte:
2H2O(l) + CO2(g) ⇆ H3O+(aq) + HCO3-(aq) Eq. 7
Ao ingerir o refrigerante, o equilíbrio químico da equação é perturbado pela abundância de ácido clorídrico (HCl) do nosso suco gástrico. Esse ácido, assim como outros, produz íon hidrogênio (H+) ou hidroxônio (H3O+) em meio aquoso. O aumento de H3O+ provoca a reação inversa, produzindo o gás carbônico nos arrotos, pois o sistema que estava antes em equilíbrio irá compensar a adição de íon hidrogênio (H+). Ou seja, a reação se desloca de tal forma a restabelecer o equilíbrio pelo consumo da parte adicionada da substância. No caso oposto, se houvesse a remoção de uma substância, a reação se moveria no sentido de formar mais daquela substância.
Agora podemos falar um pouco sobre os efeitos das variações de volume e pressão. Um exemplo bem interessante é a mudança de sabor de um refrigerante após aberto. Isso ocorre pela perda de gás carbônico (CO2) que está na forma de ácido carbônico (H2CO3), cuja reação de decomposição é um equilíbrio químico:
H2CO3(aq) ⇆ H2O(l) + CO2(g) Eq. 8
A explicação para isso é a seguinte: com a abertura da garrafa, a pressão do gás do refrigerante diminui pelo aumento do volume, em temperatura constante. Isso porque o gás passa a ocupar um volume muito maior do que somente dentro da garrafa. Nessas condições, espera-se que o equilíbrio se desloque para o lado que aumenta a quantidade de matéria gasosa. Em nosso caso, desloca-se para o lado direito, ou seja, da produção de água e gás carbônico (CO2); com o escape de dele, o sabor ácido diminui. Contrariamente, em temperatura constante, se o volume fosse diminuído, causando um aumento de sua pressão total, para reduzir a pressão o sistema diminuiria o número total de moléculas de gás.
Os princípios do equilíbrio químico também estão em várias situações do nosso cotidiano, como: produções industriais, medicamentos, lentes, etc. A química está em tudo que nos rodeia e nos ajuda em entender o universo. E essa é a química que não se vê.
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