• Comparar a densidade dos gases com a de outros materiais;
• Observar o comportamento dos gases relacionado a sua pequena densidade;
• Investigar aplicações práticas e industriais da pequena densidade dos gases;
• Criar um protótipo de um pequeno barco de embalagem PET;
• Entender as questões relacionadas ao transporte de gases.

• Propriedades dos materiais
• Estados físicos

Iniciar a aula relembrando alguns pontos referentes à densidade: sua definição, fórmula (d = m/V), determinação prática. Pedir aos alunos para comparar (qualitativamente) os valores de densidade de alguns materiais: água, óleo, madeira (diferentes tipos), aço, isopor, chumbo. O exemplo de uma vara de pescar serve para comparar bem a densidade de dois materiais: chumbo (chumbada do anzol) e isopor (boia presa à linha). Insistir na relação entre densidade e grau de compactação da matéria.

Propor aos alunos aprofundarem no estudo da densidade, comparando o comportamento dessa propriedade nos gases e nos outros materiais.

1ª atividade: Comparando a densidade do ar com a densidade do álcool e da areia

Prática: encher uma garrafa de 500 mL com cada um dos materiais para que sejam colocados em uma bacia (ou balde) com água. Se o colégio dispuser de uma piscina é uma boa oportunidade para se fazer uma discussão ao ar livre. Solicitar aos alunos para exporem suas opiniões, ouvir suas previsões e as explicações que eles criam para os resultados esperados. Colocar os três recipientes na bacia com água.Ver o comportamento. Tentar afundar a garrafa com ar e a garrafa com álcool, observar.

Foto 1: garrafas PET contendo areia (esquerda), ar (centro) e álcool (direita). Repare que a garrafa com areia encontra-se submersa, a com ar boiando na superfície da lâmina de água e a com álcool boiando com uma pequena área acima da água.

Confrontar os resultados obtidos com aqueles previstos pelos alunos. Houve coincidência em todos, algum aluno havia feito uma proposta discordante?

Mostrar aos alunos que o movimento descrito pelos recipientes é explicado pela densidade de cada material e também pela densidade do meio onde se encontram (água). A areia, material com composição rica em silicatos, apresenta um elevado grau de compactação da matéria. Sua densidade sendo maior que a da água faz com que o recipiente afunde. O álcool tem uma densidade praticamente igual à da água, porém um pouco menor, e faz com que o recipiente fique boiando. Quando levado para o fundo, retorna à superfície lentamente. Já o ar tem uma densidade muito menor que a da água, fruto da organização da matéria no estado gasoso. Relacionar com a teoria cinético-molecular e a proposta de partículas espalhadas, espaçadas, praticamente sem forças atrativas, com movimentação caótica e incessante. Insistir que esse espalhamento determina pouca massa ocupando um grande volume, ou seja, pequena densidade.

Questão:

Quando falamos em grau de compactação da matéria, pensamos a nível atômico-molecular, mas o aluno pode tentar estender esse conceito para o mundo macroscópico. Assim, materiais com alta densidade devem ser materiais duros, resistentes, impenetráveis? Discutir com os alunos quais relações são realmente verdadeiras: denso e duro, denso e resistente, denso e impenetrável.

Discutir com os alunos algumas aplicações práticas para a pequena densidade do ar: submarinos, barcos feitos de embalagens PET vazias.

Sugestões de vídeos:

Barco de garrafa PET - http://www.estanciapiraju.com.br/barcopeti/barcogarrafapet.htm

Caiaque de garrafa PET - http://www.youtube.com/watch?v=u_lLiuc9aR4

Submarino de garrafa PET - http://www.youtube.com/watch?v=yeQkcIsW-Ys

2ª atividade: Propondo a construção de barcos de garrafa PET

Neste momento utilizaremos materiais que seriam descartados para aplicar e desenvolver novos conhecimentos.

Tendo sido investigada pelos alunos a densidade dos gases, podemos propor uma atividade onde os alunos vão aplicar os conhecimentos adquiridos e de uma forma lúdica. Além disso, novas habilidades serão envolvidas, como criatividade, habilidade motora, trabalho em grupo, inovação.

Dentro do assunto também poderá ser abordada a questão do meio ambiente e atitudes que promovem a sua preservação. Tratar do assunto de lixo jogado em vias públicas é sempre uma boa oportunidade para conscientização dos jovens e para que eles atuem em suas comunidades de origem.

A turma será dividida em grupos (no mínimo 4 alunos) e serão repassados a eles as instruções e tarefas. O trabalho será realizado em casa ou na própria escola, havendo disponibilidade de horário. Cada grupo deverá documentar suas atividades e fazer um registro em vídeo do teste do barco.

O objetivo é montar um barco com 1 ou 2 garrafas PET inteiras, de capacidade de 2 ou 2,5 litros, e que tenha algum sistema de propulsão (pás de madeira, balão de gás, motor elétrico, alguma reação geradora de gás como vinagre e bicarbonato).

O vídeo (duração 12:07) pode dar uma ideia inicial: Como fazer um barco de garrafa PET -  http://vimeo.com/15851059

Para apresentação dos resultados obtidos poderemos reunir os barcos em uma competição. Poderá ser agenda a utilização da piscina do colégio ou de um clube esportivo. Não havendo essa possibilidade, podemos pedir aos alunos para registrarem o teste em vídeo e medirem o deslocamento do barco. Em sala de aula serão computados os deslocamentos de todos os grupos e declarado o(s) grupo(s) vencedor(es) do torneio.

3ª atividade: Armazenamento e transporte de gases

Discutir com os alunos um problema decorrente da pequena densidade dos gases: como fazer seu armazenamento e transporte? Grandes massas de gás ocupam grandes volumes. Como a indústria pode contornar esse problema? Explicar a importância de se trabalhar com gás comprimido. O aumento da pressão permite uma drástica redução no volume. O professor pode utilizar o momento para apresentar e trabalhar a Lei de Boyle para os gases (relação entre pressão e volume).

Assistir ao vídeo (duração 3:20) com os alunos: Lei de Boyle corretamente trabalhado -  http://www.youtube.com/watch?v=dwjJbMLNrUM

Solicitar aos alunos que pesquisem como é feito o transporte de gases combustíveis ou aqueles usados em indústrias e hospitais.

Proponha uma questão para aplicarem o conhecimento adquirido:

Considere um cilindro de oxigênio de uso hospitalar com carga de 8 kg de gás oxigênio. O volume ocupado, à temperatura e pressão ambientes seria de 6,25 m³. Calcule a pressão a que o gás está submetido no recipiente para que seu volume ocupe 0,45 m³.

Resolução: Aplicando a Lei de Boyle (P x V = K), temos que em uma transformação isotérmica P₁ x V₁ = P₂ x V₂. Substituindo-se os valores (1 x 6,25 = P₂ x 0,45), obteremos o resultado de 13, 9 atm.

Os seguintes sites poderão servir de consulta aos alunos e professores para conhecer um pouco mais sobre o assunto de gases combustíveis e hospitalares, seu transporte e armazenamento:

Companhia de Transporte de Gás SA - http://www.transgas.com.br/

Transporte do gás natural - http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema003/gasosos/gnatural/transpor.htm

Petrobrás Gás natural - http://www.petrobras.com.br/pt/energia-e-tecnologia/fontes-de-energia/gas-natural/

SEBRAE Gás natural - http://www.sebrae.com.br/setor/petroleo-e-gas/o-setor/gas-natural

Transporte de gás butano e propano - http://www.imtt.pt/sites/IMTT/Portugues/TransportesRodoviarios/TransporteMercadoriasPerigosas/EsclarecimentosIMTT/Paginas/Esclarecimenton%C2%BA6.aspx

Segurança do trabalho Gases medicinais - http://segurancaesaudedotrabalho.blogspot.com.br/2009/09/gases-medicinais.html

 A avaliação pode se concentrar em dois pontos:

- construção do barco de garrafa PET: o professor poderá solicitar a documentação de todo o processo (em texto e em fotos) e o vídeo do resultado final;

- pesquisa sobre o tema Armazenamento e Transporte de Gases e socialização com o restante da turma.