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Mudanças de estados físicos da matéria

 

22/11/2010

Autor e Coautor(es)
Marina Silva Rocha
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BELO HORIZONTE - MG ESCOLA DE EDUCACAO BASICA E PROFISSIONAL DA UFMG - CENTRO PEDAGOGICO

Lízia Maria Porto Ramos; Maria Antonieta Gonzaga Silva; Priscila Barbosa Peixoto.

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino Fundamental Inicial Língua Portuguesa Língua escrita: prática de produção de textos
Ensino Fundamental Inicial Meio Ambiente Ciclos da natureza
Ensino Fundamental Inicial Ciências Naturais Ambiente
Ensino Fundamental Inicial Ciências Naturais Recursos tecnológicos
Ensino Fundamental Inicial Língua Portuguesa Língua escrita: prática de leitura
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula

Reconhecer que todos os materiais podem estar em diferentes estados físicos (sólido, líquido ou gasoso).

Denominar corretamente as mudanças de estados físicos.

Relacionar situações cotidianas de mudanças de estados físicos.

Realizar atividade prática para facilitar a compreensão dos estados físicos dos materiais.

Desenvolver a leitura de textos científicos relacionados com o assunto e sua interpretação.

Duração das atividades
4 horas/aula
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

Os alunos deverão ser capazes de compreender o que são materiais, e que os materiais são formados por moléculas.

Estratégias e recursos da aula

Introdução: uma abordagem para o professor   

ESTADOS FÍSICOS E ESTADO DE AGREGAÇÃO DAS MOLÉCULAS

Uma substância pode ser encontrada no estado físico líquido, sólido ou gasoso. Estes diferentes aspectos são chamados de fases de agregação e dependem da temperatura e pressão.

Para cada substância existe uma faixa de temperatura e pressão na qual ela mantém suas características como espécie, mudando apenas de fase de agregação.

Exemplo: a substância água, à temperatura inferior ou igual a 0°C, submetida à pressão de 1atm, se encontra na fase sólida; entre 0°C e 100°C, submetida à mesma pressão, se encontra na fase líquida, e a 100°C, também submetida à mesma pressão, passará para a forma de vapor de água, ou seja, fase gasosa.

Fase gasosa

Nesta fase as partículas da substância estão com maior energia cinética. Elas ficam muito distantes umas das outras. Movem-se com muita velocidade e colidem entre si.

Um gás qualquer colocado dentro de uma garrafa de 1litro adquire a forma da garrafa e seu volume será de 1litro. Podemos dizer que uma substância na fase gasosa possui forma e volume variáveis.

Por que os gases são compressíveis? Sabendo que os gases (ao contrário dos líquidos e sólidos) não têm volume fixo, com um aumento de pressão podemos comprimi-los, ou reduzir o seu volume. Os gases são compressíveis porque há muito espaço entre as partículas que os compõem.

Fase Líquida

Na fase líquida as partículas estão um pouco mais unidas em relação às partículas da fase gasosa, mas não totalmente unidas. Não há nenhum arranjo definido. A energia cinética é intermediária entre a fase gasosa e a fase sólida.

As partículas nos líquidos “deslizam” umas sobre as outras e se movem. Isto é o que proporciona a fluidez no líquido. Todos os líquidos podem fluir, e alguns mais que os outros. A água, por exemplo, flui com mais facilidade que o mel. Então dizemos que a água tem baixa viscosidade e que o mel tem alta viscosidade.

Os líquidos com baixa viscosidade oferecem menor resistência para fluir.

Fase Sólida

Na fase sólida, as partículas que formam a substância possuem a menor energia cinética; elas permanecem praticamente imóveis, unidas por forças de atração mútuas e dispostas, em geral, de acordo com um arranjo geométrico definido.

No caso das moléculas de água, esse arranjo é em forma de anéis, no qual sempre há um átomo de hidrogênio entre dois de oxigênio.

O arranjo das moléculas de água, na fase sólida, é o responsável pelo aumento do seu volume. Então, ao se congelar, a água se expande, formando o gelo que é menos denso que a água na fase líquida.

Um bloco de mármore, sobre uma mesa, muda de forma e volume com o passar do tempo? Podemos concluir que uma substância sólida possui forma e volume próprios.   

Adaptado de: http://www.soq.com.br/conteudos/em/introducao/p2.php (consultado em 14/11/10, às 18h19min). 

Estratégia   

Como os alunos poderão atingir os objetivos propostos:

Os alunos poderão atingir os objetivos propostos através de discussões entre eles, realização de atividades práticas experimentais, bem como leitura de texto e alguns vídeos sobre o assunto, de forma a sistematizar os conhecimentos.   

Como o professor irá ativar esse processo:

O professor ativará este processo por meio de incentivo às discussões entre os alunos, apresentação de atividades práticas e leitura de textos com os alunos, além de exibição de vídeos para sistematização dos conhecimentos.   

Atividade inicial: Observando os estados físicos             

Professor, num primeiro momento da aula, leve a turma para o laboratório de ciências e faça com eles uma atividade de observação dos estados físicos dos materiais. Providencie o material necessário:   

Materiais necessários: 

- Água

- Panela

- Ebulidor

- Pó de Gelatina

- Vasilha

- Gelo  

Modo de preparar: 

Primeiro, mostre à turma a gelatina em pó. Pergunte as características deste material. Prepare a gelatina, colocando-a na água e dissolvendo-a, para que os alunos percebam que aquele pó agora estava dissolvido na água, ficando diferente de como era antes.

Coloque a gelatina preparada na geladeira ou freezer e deixe lá enquanto realiza a outra parte da atividade.

Mostre o gelo para a turma, deixe que eles toquem, sentindo sua textura, temperatura, e percebendo suas características.

Agora pegue o ebulidor e a panela com água, ligue o aparelho e deixe a água ferver. Peça que os alunos observem o que acontece, deixe que eles coloquem as mãos sobre a panela, a uma certa distância para não queimarem, sentindo o vapor. Peça que percebam as características deste vapor.               

Discuta com a turma sobre o experimento que acabaram de realizar. Sonde o que perceberam, o que pensam ter acontecido com a água quando ferveu, e com o gelo depois que derreteu. Por que isso aconteceu? O que saiu da panela quando a água ferveu? Este vapor é o quê? Por que o gelo derrete e vira água? O que acontece? E a gelatina: por que ela fica durinha quando vai à geladeira? Deixe os alunos exporem suas opiniões, contando suas experiências.             

Comente que todos os materiais, inclusive a água, podem estar em três estados diferentes: sólido, líquido ou gasoso. O estado sólido da água, por exemplo, é chamado de gelo. O estado líquido é a água mesmo, e o estado gasoso é o vapor. Mas estes três são a mesma substância: a água. E esta substância vai estar em um dos formatos de acordo com as condições do meio, ou seja, quando a água é resfriada, ela vira gelo, que quando esquentado de novo, volta a ser água. Mas quando a água é esquentada demais, ela passa a ser vapor, saindo em forma de gás e se misturando ao ar. A gelatina também passa por isso: quando ela é dissolvida na água e vai para a geladeira, é resfriada e passa a ser sólida, mas se esquentada de novo fica líquida.   

Atividade prática 1: Entendendo os estados físicos             

Professor, após as observações da atividade anterior, prepare para a turma mais uma atividade, para compreensão dos estados físicos dos materiais. Para tanto você precisará de:   

Materiais necessários: 

- Bolinhas de isopor pequenas

- Vasilha de plástico transparente   

Modo de preparar: 

Coloque as bolinhas na vasilha de forma organizada ficando uma sobre a outra. Mostre a turma e questione se elas estão mais paradas e ocupando um espaço menor na vasilha. Depois movimente levemente a vasilha e questione como está o movimento das bolinhas, se elas agora estão organizadas, qual o espaço ocupado por elas na vasilha. Agora movimente de forma mais acelerada as bolinhas e novamente pergunte como está o movimento, qual a organização, qual o espaço ocupado pelas bolinhas nesta situação.               

Pergunte aos alunos o que perceberam desta atividade: o que a organização das bolinhas tem a ver com a sua movimentação? E isso influencia no espaço ocupado por elas? Será que isso se relaciona com os materiais e seus estados físicos? Deixe os alunos emitirem suas opiniões.             

Relacione as bolinhas às moléculas que formam os materiais. Então, quando as moléculas estão paradinhas, organizadas, qual deve ser o estado físico do material? E quando as moléculas estão agitadas, ocupando todo o recipiente onde estão, qual o estado físico?             

Em um sólido, as moléculas (bolinhas) estão dispostas em um padrão determinado e não se movimentam.

Por isso, os sólidos (como o gelo, uma barra de ferro e outros) têm formato definido, que não muda. As moléculas estão organizadas e nem um pouco agitadas. Em um líquido, o padrão de disposição não é o mesmo. As moléculas têm liberdade para se movimentar, mas ainda se mantêm próximas umas das outras. Elas estão um pouco agitadas, mas não tanto para ficarem afastadas demais umas das outras. Por isso, o líquido assume o formato de seu recipiente, mas não escapa dele. Em um gás, as moléculas estão bastante afastadas umas das outras, pois ficam agitadas, se movimentando muito. Assim, ocupam todo o espaço que estiver disponível, e se o recipiente não estiver fechado, as moléculas saem.   

Atividade 2: Discutindo outros materiais             

Professor, após as discussões sobre as moléculas e os estados físicos, peça que a turma cite exemplos de materiais do cotidiano que mudam de fase ou que estão em diferentes estados físicos. De acordo com os exemplos apresentados pela turma, discuta como é o processo de mudança de estado físico dos materiais, nomeando estas mudanças. Explique que quando um líquido muda para sólido, este processo é chamado de Solidificação. Mas quando o sólido derrete, ou seja, vira líquido, este processo é a Fusão (lembre que fundir é derreter). Se o líquido passa a ser vapor, temos a Vaporização, mas se o vapor volta a ser líquido, é a Condensação. É possível que os alunos não consigam visualizar como pode haver a condensação. Exemplifique com a água fervente: ao colocarem a mão para sentirem o vapor, este virou gotinhas de água na mão, pois a mão estava mais fria que o vapor.   

Alguns exemplos que você poderá citar:   

Refrigerante: estado líquido e gás.

Retirado de: http://www.ping.blog.br/wp-content/uploads/2010/08/historia+refrigerante.jpg (consultado em 14/11/10, às 19h14min).    

Botijão de gás: líquido no botijão e gás fora.

Retirado de: http://www.copagaz.com.br/dicas_seguranca/images/img_glp_no_botijao.gif (consultado em 14/11/10, às 19h15min).    

Nuvens: vapor.

Retirado de: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/nuvem/imagens/nuvem-23.jpg (consultado em 14/11/10, às 19h16min).    

Chuva: sólido (gelo) e líquido (chuva).

Retirado de: http://4.bp.blogspot.com/_n6Cd3ODnjCQ/SNG-60updTI/AAAAAAAAAQc/Ie5KRTvuHak/s320/chuva+de+granizo+005.jpg (consultado em 14/11/10, às 19h17min).    

Jarras de vidro: sólido e para moldar as formas estava em estado líquido. 

Retirado de: http://www.pontodavidracaria.com.br/attachments/Image/soprar%20vidro.jpg (consultado em 14/11/10, às 19h18min).      

Naftalina: sólido e gás.

Retirado de: http://4.bp.blogspot.com/_VTZg8qrNkRg/SpxmJh3PUwI/AAAAAAAAAeE/t8IUZUfgOBQ/s400/naftalina.jpg (consultado em 14/11/10, às 19h19min).    

Texto para os alunos:             

Professor, após as discussões sobre as atividades anteriores, entregue para os alunos um texto informativo sobre o assunto. Peça que eles façam uma leitura atenta, individualmente ou em duplas, destacando as informações mais relevantes. Depois da primeira leitura, discuta com a turma as ideias centrais do texto, perguntando o que cada aluno achou mais interessante. Depois peça que eles escrevam no caderno estas informações.

Sólido, líquido, gasoso e outras possibilidades

As substâncias podem assumir muitas formas diferentes.  

Você já deve ter notado que a água é como um mutante. Ela passa de líquida a gelo, se estiver num lugar muito frio, como o congelador da geladeira da sua casa. Passa também a vapor, se estiver muito quente, como acontece quando alguém a ferve para fazer café ou chá. Mas, por acaso, você já pensou em como e por que isso acontece? As formas que as substâncias assumem são chamadas “estados físicos”, sendo o estado sólido, o liquido e o gasoso os mais conhecidos. Um jeito legal e simples de entender sobre os estados físicos é observar o que acontece com a própria água, que está bem presente nas nossas vidas.

O estado físico da água muda com a temperatura. Se ela está líquida e a sua temperatura aumenta, ela evapora, vira gás, vapor. Se a sua temperatura diminui, o vapor vira líquido de novo. E se o líquido é resfriado o suficiente – como acontece em locais muito frios, como o congelador ou o pólo Sul e o pólo Norte – vira gelo. Se a temperatura aumenta, o gelo derrete e a água volta a ser líquida.

Outras possibilidades

Além de sólido, líquido e gasoso, porém, existem outros estados físicos que podem ser muito diferentes desses três. Um exemplo disso é o plasma, um gás especial. Especial por quê? Porque, diferentemente dos gases comuns, ele conduz eletricidade e pode emitir luz. Sua aparência é diferente também: repare só as lâmpadas fluorescentes funcionando. O que circula dentro delas é o plasma, presente ainda nos relâmpagos, no Sol e em muitos locais do Universo.

Outro exemplo de estado físico diferente é o de substâncias que parecem um meio-termo, isto é, se comportam tanto como líquidos quanto como sólidos. É o caso da gelatina, do gel que deixa o cabelo espetado,  dos cristais das telas de TV e computador conhecidos como LCD. Dependendo das condições, como a temperatura, essas substâncias podem ter mais jeito de sólido ou mais parecer um líquido. Quer ver como isso funciona? Agite bem um gel e repare que ele fica fluido, quase líquido. Em seguida, deixe ele parado e note como fica mais firme.

Temperaturas muito baixas ou muito altas, assim como pressões muito altas, podem fazer com que outros tipos de substâncias – que não a água – apresentem comportamentos pra lá de esquisitos. Tem material condutor de eletricidade que a temperaturas muito baixas se torna um supercondutor, ou seja, é capaz de conduzir eletricidade sem se esquentar. Isso é algo especial. Talvez você nunca tenha percebido, mas os fios de aparelhos como televisão e ferro de passar roupa se esquentam quando estão ligados, o que é um problema porque parte da energia que deveria ir para o aparelho é transformada no calor que esquenta o fio.

Enfim, os estados de uma substância, seja ela qual for, nada mais são do que formas diferentes de organização dos átomos, partículas minúsculas que podem ser comparadas a microscópicas pecinhas de lego. Essas peças, os átomos, podem ser mais ordenadas e certinhas (como acontece quando a água está sob a forma de gelo); menos ordenadas, como no caso da água líquida; ou menos ordenadas ainda, quando a água vira vapor. Então? Não é interessante o modo como as substâncias mudam de forma?!

Disponível em: http://chc.cienciahoje.uol.com.br/revista/revista-chc-2010/212/solido-liquido-gasoso-e-outros-possibilidades (consultado em 14/11/10, às 18h20min).      

Ferramentas tecnológicas – Atividades Visuais:             

Professor, após as discussões sobre o texto, apresente para a turma alguns vídeos informativos sobre os estados físicos dos materiais, para sistematizar os conhecimentos dos alunos. Depois de assistirem, peça que cada um anote no caderno o que compreendeu de cada vídeo, dizendo o que mais gostou e fazendo uma ilustração.             

Abaixo seguem sugestões de vídeos:   

Estados da Matéria - http://www.youtube.com/watch?v=AAZQjnT4HMY&p=0B4AA456947B5EC9&playnext=1&index=19 (consultado em 14/11/10, às 18h21min).    

LOS ESTADOS DE LA MATERIA - http://www.youtube.com/watch?v=Qb75G--wTNc&feature=related (consultado em 14/11/10, às 18h22min).    

Estados Físicos da Água - Método Inteligente! - http://www.youtube.com/watch?v=omd8M2zIwYk&feature=fvw (consultado em 14/11/10, às 18h23min).    

Mudança de Estado (animação) - http://www.youtube.com/watch?v=dHRLdx7v1pA&feature=related (consultado em 14/11/10, às 18h24min).    

Estados físicos da matéria - http://www.youtube.com/watch?v=MowG7qIy1Ao (consultado em 14/11/10, às 18h25min).    

Mudanças de estado físico - iPED - http://www.youtube.com/watch?v=BAKKcaw5v1A&feature=related (consultado em 14/11/10, às 18h26min).             

Recursos Complementares

Professor, abaixo seguem exemplos de recursos que poderão complementar suas aulas, caso seja necessário:  

http://www.soq.com.br/conteudos/em/introducao/p3.php (consultado em 14/11/10, às 18h27min).              

http://ensinofisicaquimica.blogspot.com/2007/10/mudanas-de-estado-fsico.html (consultado em 14/11/10, às 18h28min).     

Avaliação

Avaliar numa perspectiva formativa implica estar atento à construção de conhecimentos conceituais, comportamentais e atitudinais de nossos alunos. Por isso é importante estar atento a todo o percurso do aluno enquanto aprende: suas ideias iniciais, aquelas apresentadas durante a investigação, à maneira que relaciona com os colegas, sua atitude investigativa e crítica, no decorrer da aula. Feitas estas considerações, propomos mais um momento para que os alunos sejam avaliados.             

Peça que os alunos tragam de casa alguns materiais recicláveis, como embalagens de alimentos, objetos inutilizados, dentre outras coisas. Divida-os em grupos e peça que cada grupo monte modelos que representem os materiais e seus estados físicos. Estes modelos deverão mostrar como as moléculas do material se comportam em cada estado físico e quais as características destes estados.             

Depois de feitos os trabalhos, cada grupo deverá apresentar para o restante da turma o seu modelo, explicando os aspectos mais interessantes. Os trabalhos poderão ser expostos posteriormente na escola, para divulgação dos conhecimentos. Estes modelos poderão ajudá-lo, professor, a avaliar como foi o processo de ensino-aprendizagem de seus alunos.

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