Não é nenhum mistério que os metais alcalinos são extremamente reativos e explodem após um breve contato com a água.
Eu mesmo já escrevi sobre isso aqui.
Quer saber com maiores detalhes essa explicação?
Então, clique no link e continue lendo:
Uma explicação bastante comum dada ao fenômeno passa por considerar que o metal eletricamente neutro cede um elétron à molécula de água segundo a reação abaixo:
2M(s) + 2 H2O(l) → 2M+(aq) + 2OH–(aq) + H2(g)
Essa reação é chamada de reação de deslocamento e, junto com outras reações entre metal e hidretos ou entre soluções aquosas metálicas e metais sólidos, é ensinada normalmente no ensino médio.
Os metais alcalinos possuem uma energia de ionização baixa, ou seja, necessitam de pouca energia para ceder um elétron presente na última camada (chamada de camada de valência).
Os produtos dessa reação são o íon desse metal em solução aquosa, hidróxido (que deixa a solução básica – veja figura abaixo), hidrogênio gasoso e CALOR.
Legenda: potássio metálico reagindo com água
Comumente, atribuímos à energia calorífica liberada a ignição do gás hidrogênio e a consequente explosão do mesmo (veja a explicação mais detalhada nesse post).
Recentemente, cientistas húngaros liderados pelo Dr Pavel Jungwirth da Academia de Ciências da República Tcheca, realizaram um estudo teórico (simulações de dinâmica molecular) e experimental no qual chegaram a uma conclusão importante: a repulsão eletrostática entre os íons metálicos é vital para a reação vigorosa (explosiva) entre o metal alcalino e a água acontecer.
Como eles fizeram isso?
Filmaram pequenas esferas de metais alcalinos caindo em um recipiente com água pura a 11.000 quadros por segundo, o que garantiu a possibilidade de visualizar as reações em velocidades 400 vezes menores que a normal. (veja o vídeo)
Em 300µs a esfera de metal em contato com a água forma pequenos dendritos (protuberâncias) que perfuram a camada de vapor que a contorna.
Esses dendritos aumentam a área superficial da esfera metálica e, dessa forma, garantem uma reação mais rápida com a água.
E os tais dendritos se formam justamente porque os íons carregados positivamente repelem-se mutuamente a fim de diminuir as forças coulombicas de repulsão.
Quanto mais íons positivos são formados pela reação com a água, maior a repulsão eletrostática entre estes íons e maior a formação de dendritos. O resultado é uma explosão, não mais apenas gasosa mas agora também eletrostática (ou coulombica, como preferirem).
Essa suposição feita a partir da observação da reação em câmera lenta foi “confirmada” por simulações de dinâmica molecular (também presente no vídeo), as quais mostram que a esfera metálica torna-se cada vez mais instável à medida que os dendritos se formam.
Embora não seja um trabalho de grande impacto científico, é interessante notar como a simples adoção de uma tecnologia como a de filmagem em velocidades elevadas pode trazer uma nova luz a conceitos supostamente solidificados no senso científico.
E o mais ineterssante, a meu ver, é que essa nova explicação para o fenômeno abre espaço para um ensino interdisciplinar envolvendo a nossa amada Química com a indispensável Física.
Não sei quanto à vocês, mas eu vou incorporar essa nova explicação às minhas aulas.
Um grande abraço a todos e obrigado por nos acompanhar!
Diário de um Químico Digital 3.0 