• Conhecer os estados físicos da água
• Discutir a importância da passagem de estados físicos da água para o homem
• Realizar experimento para observação da passagem de estados físicos da água

03 AULAS (50 MINUTOS CADA)

Conhecimentos básicos sobre os estados físicos da água.

1º momento: iniciando a conversa

Cabe ao/a professor/a apresentar no quadro os tópicos citados abaixo para que os/as alunos/as copiem individualmente por escrito no caderno e posteriormente façam uma discussão coletiva.

Os 3 estados físicos da água

Sólido – a água existe sob a forma de gelo, granizo, geada e neve, essencialmente em regiões com temperaturas muito baixas, nos glaciares e calotas polares. A água pura congela à temperatura de 0 ºC e à pressão atmosférica normal, ou seja, a encontrada ao nível do mar.

Líquido – a água existe nos oceanos, mares, rios, lagos, sob a forma de chuva, orvalho e nas águas subterrâneas. É neste estado que a água se encontra em maior quantidade no planeta. A água ocorre no estado líquido entre os 0º C (ponto de fusão) e os 100º C (ponto de ebulição).

Gasoso – a água está condensada em forma de nuvens ou vapor de água. As moléculas de água encontram-se muito afastadas umas das outras, não têm uma forma definida, podendo ocupar espaços ou volumes muito diferente.  

Quanto maior a pressão atmosférica, maior será o tempo necessário para as substâncias entrarem em ebulição.

2º momento: aprendendo e experimentando    

Experimento 1    

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 conseqüentes 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.  

Experimento 2   

O estado físico da água   

Material:  

• 1 termômetro -10°C a 110°C
• 1 béquer de 150 mL
• 1 lamparina
• 1 suporte
• 1 tela de amianto
• fósforo
• vidro de relógio
• 1 forma de gelo  

Procedimento e perguntas:

1. Coloque gelo picado até 50 mL do béquer.
2. Deixe o termômetro imerso no gelo picado por mais de 7 minutos. Enquanto o tempo passa, observe o que está acontecendo com o gelo, leia a temperatura e a._____________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Coloque o béquer sobre o suporte e acenda a lamparina.
4. Observe o que está acontecendo com o gelo.
5. O gelo derrete mais rápido ou não? Por que?_____________________________________________________________________________________________________________________________________
   Anote o nível de água no béquer (em mL), depois de todo gelo haver derretido. Mantenha o béquer no fogo. Quando a água estiver fervendo, anote a temperatura____________________________________________________________________________________________________________________________Continue observando o nível da água.
6. O que acontece com este nível?______________________________________________________________________________________________________________________________________
7. Há mudança de temperatura enquanto a água ferve?______________________________________________________________________________________________________________________________________
8. Por que está ocorrendo a diminuição no nível da água?_____________________________________________________________________________________________________________________________________Segure, enquanto ferver, o vidro de relógio sobre o vapor de água. Deixe por alguns segundos. Depois passe o dedo sobre a superfície e comente o que você observou (sentiu).___________________________________________________________________________________________________________________________________________
9. Como podemos explicar a umidade da superfície que ficou em contato com o vapor?___________________________________________________________________________________________________________________________________________
10. O que esta experiência tem a ver com a formação de nuvens?___________________________________________________________________________________________________________________________________________

Fonte: http://www.cdcc.usp.br/exper/fundamental/roteiros/efa.pdf acesso feito dia 10/10/2010 

3º momento:  calculando a curiosidade na interdisciplinaridade

Cabe ao/a professor/a de Ciências entrar em contato com o/a professor/a de Matemática e pedir sua contribuição para que, durante sua aula, seja feito com os/as alunos/as o experimento citado abaixo, aprendendo mais sobre cálculo e espaço. O/a professor/a de Matemática pode também solicitar que os/as alunos/as façam uma atividade de pesquisa em sala de aula, por meio da qual os/as mesmos/as calcularão massa e volume.

Desse modo, os/as alunos/as podem obter um melhor aproveitamento do conteúdo trabalhado na aula de Ciências, assim como podem apresentar um bom engajamento e maior interesse durante as aulas de Matemática.   

Material:

•  1 copo com gelo
• 1 copo com água
• 1 balança de pratos

O/a professor/a pode iniciar a abordagem expondo a seguinte situação: temos dois copinhos, sendo que um contém gelo (água no estado sólido) e o outro, água no estado líquido, até a mesma “altura”.   

Cabe ao/a professor/a apresentar no quadro a questão abaixo para que os/as alunos/as respondam, em grupos de 5 integrantes,  por escrito em uma folha separada:

1 - Se colocarmos cada um dos copinhos em um prato da balança, qual pesará mais? Por quê?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Podem surgir hipóteses como:

•  o gelo, porque é mais duro;
• têm o mesmo peso porque a quantidade é a mesma;
• a água, porque ela se movimenta.

Para verificar, os/as alunos/as colocam um copinho em cada um dos pratos da balança e comparam.

Caso os alunos não saibam comparar pesos de objetos em balança de pratos, é importante que o professor realize antes do experimento uma atividade para comparar objetos de diferentes pesos. Se não houver disponível uma balança de pratos, os/as alunos/as poderão medir o peso de cada copinho usando uma balança comum e compará-los.

Para complementar, o/a professor/a poderá pedir para os/as alunos/as marcarem no copinho a posição da superfície do gelo e esperarem o gelo derreter, comparando a marca com a superfície do líquido. A seguir, poderá ser conduzida uma discussão de modo que os/as alunos/as possam concluir que a mesma quantidade de água no estado sólido (gelo) ocupa maior volume, ou seja, “espaço”, que a mesma quantidade de água no estado líquido. Se os/as alunos/as desconhecerem o significado da palavra “volume”, ela pode ser omitida, pois o volume está implícito na “altura” da água em copinhos com a mesma forma e tamanho.

No final da atividade, o/a professor/a pode estimular uma discussão com a pergunta:   

- O que pode acontecer com uma garrafa fechada com refrigerante, deixada no freezer?   

Alguns/mas alunos/as podem ter vivenciado esta situação no seu cotidiano e contribuir com seus relatos.   

Fonte: http://www.cdcc.usp.br/maomassa/livro09/estados_fis.pdf acesso feito dia 10/10/2010   

 

Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Estados_f%C3%ADsicos_da_mat%C3%A9ria  acesso feito dia 15/11/2010

A avaliação dos/as alunos/as pode ser feita em todos os momentos da aula: durante a leitura do texto, na execução dos experimentos e a apresentação de comentários e questionamentos. A avaliação pode ser feita a partir das contribuições individuais ou das contribuições do grupo como um todo, assim como a partir do envolvimento dos/as alunos/as nas atividades solicitadas.