• Coletar e medir volumes gasosos;
• Comparar a leitura de volumes de sólidos, líquidos e gases;
• Compreender a importância dos gases em processos vitais, industriais e ambientais.

Volume de sólidos regulares; estados físicos da matéria, densidade.
 

O professor pode iniciar o processo com a discussão a respeito das propriedades gerais da matéria. O que todos os materiais com que lidamos apresentam em comum? Massa, extensão, impenetrabilidade etc. Chamar a atenção para uma delas, a extensão, que é a propriedade que a matéria tem de ocupar um lugar no espaço. Lembrá-los que o volume mede a extensão de um corpo.

Agora, como medir o volume de um corpo? Dar alguns exemplos como um sólido regular (geladeira, celular), um sólido não regular (prego, anel), líquidos (água, refrigerante) e pedir para os alunos proporem técnicas para medição do volume. Apresentar algumas questões aos alunos: como medir o volume de um gás? Como provar que o ar atmosférico, um exemplo de uma mistura de gases, ocupa volume – se não podemos vê-lo? Quanto de ar tem na sala de aula? E em um bujão de gás de cozinha? E em nossos pulmões? O volume de um gás é uma das variáveis que definem o estado gasoso. Ao contrário dos estados sólido e líquido, o volume de um gás depende do recipiente onde se encontra, da temperatura e da pressão.

1ª Atividade: Apresentar uma maneira para coletar e medir o ar presente em nossos pulmões.

Encha uma garrafa pet de 500 mL com água, até a boca. Vire-a, com cuidado para não perder nada de água, dentro de uma bacia com água (ou uma piscina, ou mesmo em um pet de 2 L cortado ao meio), de modo que fique com a boca virada para baixo, dentro do líquido. Agora, com o auxílio de um canudo ou mangueirinha, como uma das pontas dentro da garrafa de 500 mL, sopramos na outra extremidade, mandando ar dos nossos pulmões para dentro da garrafinha. Qual será o resultado? Começamos a ver que o nível da água começa a descer dentro da garrafa para dar lugar ao ar que vai entrando. Se tivermos bastante fôlego podemos tirar toda a água de dentro da garrafinha. Se os alunos acharem muito fácil com a garrafa de 500 mL pode-se utilizar uma maior de 1,5 ou 2 L. Uma possibilidade é marcar alguns volumes conhecidos por fora da embalagem, com uma caneta própria, para se acompanhar a medição do ar introduzido na garrafa.

Foto 1: Ar coletado dentro da garrafa, em destaque para o nível de água ainda presente na garrafa (foto do autor).

Questões:

• Podemos falar que a garrafa, que antes tinha água, agora ficou vazia? Evidentemente que não, pois agora é ar que ocupa o espaço antes ocupado pela água. Essa é uma boa oportunidade para discutir as características do ar como matéria, sua composição e propriedades.
• Qual o volume máximo de ar que conseguimos expirar? Essa é uma característica que varia de pessoa para pessoa, e pode ser comprovado com vários alunos participando da experiência. Mostrar que as diferenças dependem do tamanho da pessoa, sua atividade física, a presença de doenças como bronquite.
• Se fizermos essa experiência em uma piscina, e pedirmos para um colega segurar a garrafa embaixo da água, até qual profundidade conseguiremos colocar ar dentro da garrafa? Por que será que isso acontece? (Ah, a mangueira tem que ser bem comprida nesse caso, não é mesmo?). Se não houver a possibilidade de fazer esse experimento, o professor pode informar aos alunos da incapacidade de nossos pulmões receberem ar quando a pressão aumenta em torno de 20% da pressão ambiente. Em pressões maiores que 1,2 atm  necessitamos de equipamentos adequados para respirar.
• Se o gás fosse solúvel em água, isto é, se dissolvesse completamente na água,  poderíamos utilizar esse mesmo experimento ou seriam necessárias modificações? Discutir com os alunos que é importante o gás, nesse caso, não se solubilizar no líquido pois assim o gás é forçado a ocupar um volume próprio e com isso podemos fazer as medições adequadas.

2ª Atividade: Apresentar uma maneira de medir volume de líquidos.

A medida correta de volumes é fundamental para o sucesso do trabalho no laboratório de química. Assim, além dos gases pode ser necessária a medição do volume de líquidos e sólidos. Em trabalhos de laboratório, as medidas de volume aproximadas são efetuadas, na quase totalidade dos casos, com provetas graduadas. A medida de volume do líquido é feita, comparando o nível do mesmo, com os traços marcados na parede do recipiente.  

Foto 2: Mesmo volume de água (com corante) em uma seringa adaptada (e) e em uma proveta (d) (foto do autor).

 Questões:

• Pedir aos alunos para fazerem a leitura do volume posicionando a proveta (ou seringa) em diferentes níveis, acima dos olhos, abaixo ou no mesmo nível. Ocorre diferença nas leituras do volume? Ressaltar com eles que a leitura do nível para líquidos transparentes deve ser feita na parte inferior do menisco (superfície curva do líquido), estando a linha de visão do operador, perpendicular à escala graduada, para evitar erro de leitura.
• Será que o diâmetro do aparelho usado para leitura de volume interfere no valor final? Discutir com os alunos que um diâmetro maior implica em uma superfície do líquido maior; assim, uma pequena diferença na altura lida significa um grande volume de líquido. É desejável, portanto, recipientes mais finos para a leitura de volumes de líquidos.

3ª Atividade: Apresentar uma maneira de medir o volume de um sólido irregular.

No caso dos sólidos temos duas situações. Podemos lidar com sólidos de forma regular ou não. No caso de forma regular (esfera, cubo, pirâmide  etc), basta medir alguns comprimentos e aplicar fórmulas específicas. Se o sólido for irregular, determinamos o volume desse sólido pela variação do volume da água em uma proveta. Colocamos água até a metade do volume da proveta e após colocar o sólido, medimos a variação do volume. O aumento do volume do líquido corresponde ao volume do sólido acrescentado no recipiente. 

Utilizaremos no experimento um pedaço de borracha com forma regular e de dimensões conhecidas, pois o professor pode solicitar aos alunos a determinação do volume de duas maneiras: utilizando a aplicação de fórmulas e também a partir do deslocamento de líquido.

Foto 3: Sólido a ser utilizado (pedaço de borracha) e aumento de volume no líquido provocado pela introdução desse sólido na seringa (foto do autor).

 Questões:

• Existe diferença na determinação do volume utilizando um método ou outro? Pedir aos alunos para calcularem o volume do sólido utilizando suas medidas de comprimento, largura e altura e compararem com a leitura do líquido
• Qual o volume de um anel, ou de um pedaço de lápis, ou de uma pequena pedra? Solicitar aos alunos que meçam o volume de alguns objetos presentes em sala de aula ou no colégio.

Atividades que o professor poderá propor para que os alunos executem em casa (individual ou em grupo):

• Pedir para o aluno medir o volume de um sólido irregular presente em seu cotidiano, o volume de um líquido utilizando uma seringa ou outro equipamento similar e também o volume do ar expirado na sua respiração. O aluno deve registrar os valores e trazer para sala de aula para comparar com os valores obtidos pelos seus colegas.
• No ambiente escolar ou em casa, fazer um registro do volume de ar expirado por diferentes faixas etárias (criança, jovem, adulto, idoso), observando o porte físico da pessoa e registrando a ocorrência de doença respiratória ou prática de exercícios físicos. Montar uma tabela para apresentação dos resultados e facilitar a discussão.
• Utilizando objetos do dia-a-dia, solicitar aos alunos para compararem a determinação do volume de um sólido a partir do uso de fórmulas ou pelo deslocamento de volume de líquido. Cada aluno deve escolher um objeto (bola de gude - esfera, lápis - cilindro, borracha - cubo, prisma, pirâmide, paralelepípedo) e depois apresentar os resultados aos colegas.

Para finalizar a aula o professor pode comentar a respeito da importância dos gases para o meio ambiente (atmosfera, chuva ácida, efeito estufa, camada de ozônio). Para o ser humano, a importância do oxigênio e gás carbônico e os pulmões como local de troca gasosa entre o sangue e a atmosfera. Destacar a importância do vapor de água usado em indústrias, como no caso das refinarias de petróleo:

– fluido motriz, para acionamento de bombas, compressores, tubo-geradores.
– agente de aquecimento.
– agente de remoção de gases tóxicos ou combustíveis de equipamentos ou tubulações.
– agente de arraste das frações do petróleo nas torres de resfriamento.

Link com informações complementares:

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaColecaoAula.html?id=172

Sugestão de leitura: Apostila do Curso de Formação de Operadores de Refinaria, autoria de Carlos Augusto Arentz Pereira, Edison Luis Santério, Virgílio Lagemann e organização de Uzias Alves, disponível em http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/termodinamica.pdf

Avalie se o aluno consegue propor uma maneira de determinar o volume de um corpo utilizando a massa e a densidade.

Entregar para o professor coordenador os relatórios completos das atividades propostas para casa.