Estados físicos da água

Nesta atividade experimental busca-se comprovar a temperatura de fusão e de ebulição da água .

Material:

• 1 forma de gelo
• 1 termômetro -10° C a 110° C
• 1 lamparina
• 1 béquer de 150 mL

Procedimentos:   

O/a professor/a deve iniciar o experimento apresentando o material experimental e solicitando que os/as alunos/as descrevam, a partir de suas lembranças e conhecimentos, o que esperam observar a partir do momento em que o fogo for aceso. Depois disso, o fogo deve ser acesso e o gelo deve ser colocado no béquer, o qual será posicionado no suporte sobre a lamparina. O termômetro deve ser colocado dentro do béquer. Os/as alunos/as devem então observar o processo de aquecimento e de ebulição da água e as consequentes alterações de temperatura registradas no termômetro.  

Cabe ao/a professor/a, após a realização do experimento, apresentar no quadro as questões abaixo para que os/as alunos/as as respondam, em grupos de no máximo 5 integrantes, por escrito em uma folha separada.

1.  Como a água estava antes do fogo ser acesso (presença de bolhas, agitação, etc.)?
2.  Qual era a temperatura registrada no termômetro antes do fogo ser acesso?
3.  O que acontece com a temperatura registrada no termômetro depois que o fogo é aceso? O que podemos observar enquanto a água esquenta? Como sabemos que a água começou a ferver?
4.  O que deve acontecer se a água ficar fervendo durante bastante tempo?

Desenhos e descrições podem ser empregados nas respostas. As hipóteses levantadas serão apresentadas e discutidas com toda a classe, elaborando-se um conjunto de hipóteses, incluindo os pontos em que não há consenso.  

Terminada esta etapa, novamente em grupos, os/as alunos/as elaboram um procedimento para o teste das hipóteses. O material experimental pode ser disponibilizado para que os/as alunos/as manipulem e esclareçam dúvidas.

É importante que, nesse momento, haja um detalhamento das atividades, no que se refere: a) ao que será observado, b) como as tarefas serão distribuídas entre os integrantes dos grupos e c) como as observações serão registradas.

Hipóteses claramente enunciadas facilitarão a descrição sobre o que deve ser observado. Toda a classe deve discutir os procedimentos propostos, avaliando para cada caso se as hipóteses são confirmadas e quais os resultados esperados. Não é necessário que todos sigam o mesmo procedimento, mas todos os procedimentos e resultados devem ser discutidos e compreendidos pela classe, comparando as vantagens e desvantagens para cada um.   

Alguns/mas alunos/as podem sugerir a observação do vapor, cuja invisibilidade o/a professor/a pode abordar, ao mesmo tempo em que sugere, como um “sensor” para a presença do vapor, o uso do embaçamento produzido sobre uma placa de vidro aproximando-se brevemente do líquido (Figura 1). É interessante que os/as alunos/as notem que o embaçamento é resultado da formação de minúsculas gotas sobre o vidro frio.

Figura 1: Observando o vapor de água condensado sobre uma placa de vidro.

Conclui-se, assim, que a névoa que percebemos ali é resultado do encontro do vapor d'água invisível com o ar frio, provocando o aparecimento de pequeninas gotas d'água. O/a professor/a deve estar atento para uma série de detalhes durante a elaboração do procedimento, alertando os/as alunos/as caso não surjam espontaneamente, por exemplo, menções à quantidade de água.

Os/as alunos/as podem registrar da forma que considerarem melhor ou o/a professor/a pode propor que os resultados sejam apresentados numa tabela. A Tabela 1, apresentada abaixo, é uma boa sugestão.

Tabela 1

Temperatura (º C)	O que se observa

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Facilitará bastante a discussão posterior enfatizar previamente a importância dos registros de temperatura sempre que alguma alteração for notada. Para que os/as alunos/as conheçam o funcionamento do termômetro e sua escala, sugere-se que sejam disponibilizados três recipientes contendo água gelada, água na temperatura ambiente e água quente, para que realizem leituras de temperaturas diferentes. Finalmente os/as alunos/as realizam o experimento seguindo os procedimentos escolhidos e apresentam seus registros em uma discussão coletiva. Além dos resultados, da confirmação ou não das hipóteses e das descobertas (fatos não previstos), o grupo deve escolher a melhor forma de registro para o experimento, bem como incluir conclusões sobre a verificação das hipóteses levantadas e empregar o vocabulário adequado para descrever os fenômenos. Pode ser sugerida uma pesquisa bibliográfica para esclarecer termos como vapor, fumaça, ebulição, nuvem, gás, etc.

Espera-se que os/as alunos/as percebam que a temperatura se eleva durante o aquecimento até o momento em que começa a fervura, e que a partir de então fica constante. A temperatura de fervura será a temperatura de ebulição da água no local. Com as séries mais avançadas, o/a professor/a pode conversar sobre a influência da pressão atmosférica na temperatura de ebulição. Isto é importante quando os/as alunos/as das regiões acima do nível do mar não encontrarem uma temperatura de ebulição igual a 100° C. Outro fato que merece atenção é o aparecimento de pequenas bolhas em temperaturas próximas de 50° C. Em geral os/as alunos/as não têm dificuldades em notar a diferença entre o comportamento dessas bolhas e o daquelas que surgem durante a ebulição, caracterizadas por um crescimento rápido, deslocamento para a superfície e agitação da água.    

Discussão:

A mistura água-gelo se mantém muito próxima de 0° C. O termômetro pode indicar uma temperatura ligeiramente mais alta, pois quando ele é introduzido quente, se forma ao redor do bulbo uma camada de água mais quente que demora a ser removida e que faz o termômetro indicar uma temperatura mais elevada.

A temperatura de ebulição da água é de aproximadamente 97° C e ao nível do mar – usando como exemplo a cidade de Santos (Litoral Paulista) é de 100° C. A diferença de temperatura é devido à diferença de pressão atmosférica. Enquanto houver água, a temperatura permanece constante. Devido a um problema de qualidade, os termômetros podem indicar valores diferentes nas diversas equipes, na ebulição.

OBS 1: Os termômetros podem ser de mercúrio ou álcool. Aconselha-se utilizar termômetro com coluna de álcool, pois, em caso de quebra, o mercúrio é tóxico e deve ser cuidadosamente recolhido. O termômetro de laboratório sempre indica a temperatura do bulbo, enquanto o termômetro clínico retém a leitura máxima até que seja agitado. Por isso o termômetro de laboratório não precisa e não deve ser agitado.       

OBS 2: Cabe ao/a professor/a comunicar aos/as alunos/as que o termômetro não deve ser usado para agitar a água, pois ele se quebra com muita facilidade. É válido também pedir às meninas de cabelos longos para prendê-los antes da realização do experimento. 

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Esta atividade foi extraída da aula Estados físicos da água: fusão, solidificação e evaporação, do professor Lindomar de Oliveira Untaler - Uberlância/MG. Disponível no Portal do Professor/ MEC. Acessado em 13/07/2013. Todas as informações contidas são de responsabilidade do autor.