• Comprovar que os gases são impenetráveis como qualquer outro tipo de materia;
• Relacionar a propriedade da impenetrabilidade com a composição da matéria;
• Visualizar aplicações práticas para essa propriedade da matéria.

Propriedades da matéria, estados físicos da matéria.
 

O professor pode inicar a aula lançando a pergunta: dois materiais podem ocupar o mesmo lugar no espaço? E avançando: outro material pode ocupar o mesmo lugar que um gás?

1ª Atividade: comprovando a impenetrabilidade dos gases.

O professor  poderá demonstrar que um gás pode servir como uma barreira à movimentação de outros materiais e movimentos de gases podem interferir na distribuição de diferentes matérias. Conhecer um pouco mais desse comportamento, que interfere no armazenamento e transporte de gases.

O professor pode realizar a seguinte experiência dentro de sala: pegar a garrafa de 500 mL seca, cheia de ar e tampar a sua boca (com a sua tampinha ou com a mão mesmo). Vamos virá-la e colocá-la com a boca virada para baixo dentro de um balde com água (ou dentro de outra garrafa pet de 2 ou 3 litros, com a parte de cima cortada). O que acontece? A água vai entrar na garrafa ou não? Ouvir as respostas dos alunos e suas explicações. Comprovar da seguinte maneira: fechar a boca da garrafa novamente (com a mão ou com a tampinha), levantar a garrafa e então abrir sua tampa. Os alunos poderão observar que não sai água de dentro da garrafa.

Conclusão: a água não entrou na garrafa! Por que isso acontece dessa maneira? Devido à propriedade da impenetrabilidade: dois materiais não têm como ocupar o mesmo lugar no espaço ao mesmo tempo. E nessa hora, é o ar que está dentro da garrafa.

Apesar de não podermos ver o ar atmosférico, suas partículas de matéria impedem a presença da água. A presença do ar funciona com uma barreira à entrada da água - é essa a propriedade que está sendo discutida na aula, a impenetrabilidade.

Questões:

• Se aumentarmos muito a pressão da água, será que alguma quantidade do líquido consegue entrar na garrafa? O que aconteceria com o volume do ar dentro da garrafa? E com a pressão do ar?  À medida que a coluna de água aumenta sobre a garrafa, aumenta a pressão sobre a coluna de ar. Com isto, há uma redução no volume do ar, propiciando a entrada de uma quantidade proporcional de água.
• E se colocássemos uma mangueira unindo o ar, sob pressão dentro da garrafa, com o ar atmosférico? Será que aconteceria alguma coisa? Haveria passagem do ar para a atmosfera, permitindo a entrada de água na garrafa, preenchendo-a totalmente.

Atividade proposta: pedir aos alunos para testarem em casa a impenetrabilidade de diferentes materiais no estados sólido e líquido e registrar os achados. Podem ser feitos vídeos para documentar os experimentos. Sugestões:

• testar a introdução de um arame em um copo com água e outro com gelatina;
• testar a introdução de um prego em diferentes materiais: madeira, isopor, terra;
• deixar uma bola de gude cair sobre um copo com água e um copo com gelatina.

2ª Atividade: trocando o ar pela água.

Essa dinâmica complementa o raciocínio da atividade anterior: para que consigamos colocar água dentro da garrafa, o ar precisa sair. No dia-a-dia, não percebemos muito esse procedimento, mas é exatamente isso que acontece. Às vezes, quando despejamos um líquido em uma garrafa através de um funil, é comum de o líquido ficar parado no funil e não descer pela garrafa. Isso acontece porque não estamos permitindo que o ar presente na garrafa possa sair e dar lugar ao líquido. Se levantarmos um pouco o funil, o líquido voltará a escoar.

Colocamos novamente a garrafa com ar tampada dentro do balde. Tiramos sua tampa e apertamos a garrafa, de modo a expulsar parte do ar que se encontra dentro e bolhas serão vistas na água. Quando apertarmos a garrafa estamos aumentando a pressão dentro dela e fazendo com que parte do ar saia da garrafa; assim, algumas bolhas serão vistas na água (é o ar saindo) e permitindo, agora, a entrada de um tanto de água. Fechamos novamente sua tampa, tiramos a garrrafa do balde e, com a ponta ainda para baixo, retiramos a tampa. Os alunos observarão que uma certa quantidade de água escoará de dentra da garrafa.

Questões:

• Valendo-se do observado nesse experimento, como o aluno pode explicar os resultados observados na atividade proposta para casa, anteriormente? No teste do prego, principalmente, exercemos diferentes forças para conseguir introduzir o objeto nos materiais testados. Estamos abrindo caminho por entre a matéria e permitindo a entrada de novo material.
• A impenetrabilidade depende do estado físico? Discutir com os alunos a influência do arranjo da matéria nos diferentes estados físicos e como isso pode interferir como obstáculo à introdução de outros materiais.
 

Atividade proposta: solicitar aos alunos para adicionarem sal a um copo cheio de água até a borda e observarem o que vai acontecer. Pedir aos alunos para explicarem o que aconteceu e relacionarem com o conteúdo estudado de impenetrabilidade.

E agora, como explicar aos alunos que o sal "sumiu"?  Ocorre violação da propriedade de impenetrabilidade? Promover o debate entre os alunos, boas formulações de resposta podem surgir nessa discussão. Esclarecer, caso seja necessário, que a estrutura cristalina (organizada) do sal se desfaz por interações com as moléculas de água e passam a ocupar espaços entre essas mesmas moléculas.

Aqui o aluno pode questionar o fato das emissões radioativas atravessarem até paredes de concreto! Como fica a questão da impenetrabilidade? O professor pode trabalhar com o aluno a existências de espaços vazios na matéria (conceito do átomo de Rutherford) e mostrar que as emissões atravessam por esses vazios. Mais próximo do nosso dia-a-dia, um experimento que comprova a possibilidade das interações entre as moléculas e os vazios da matéria é virar um copo com água sobre uma superfície de papel ou papelão: com o passar do tempo, o gotejamento se iniciará no papel, indicando que as moléculas de água atravessaram a superfície, graças às interações e aos espaços vazios.

3ª Atividade: como colocar uma folha de papel dentro de uma bacia com água sem deixar molhá-la.

Confiantes na propriedade da impenetrabilidade, o professor pode pedir aos alunos para afundar uma folha de papel em uma bacia com água sem deixar o papel se molhar. O professor pode solicitar aos alunos sugestões de como fazer isso.

Evidentemente que se simplesmente pegarmos uma folha de papel e mergulhá-la na água, ela vai se molhar. As interações intermoleculares entre a água e o principal componente do papel, a celulose, explicam o fenômeno. Então, como impedir esse contato do papel com a água? Colocamos a folha de papel dentro de um copo (um fundo de garrafa PET cortada ou mesmo um bequer) e então viramos o conjunto de cabeça para baixo (cuidado para o papel não cair!) e o mergulhamos de uma só vez na bacia com água. Ao retirarmos o copo costataremos que o papel se encontra seco! A presença do ar no copo não permitiu a entrada de água em seu interior, e sem água o papel permaneceu sequinho...

Foto 1: Copo contendo uma folha de papel é mergulhado no interior de uma bacia conendo água (e) e copo retirado mostrando papel completamente seco (d) (foto do autor).

Esse experimento só é possivel porque o ar não se solubiliza em água. O que aconteceria se o gás presente dentro do copo se dissolvesse no líquido no qual está sendo mergulhado? Discuta com os alunos as possibilidades de resultados: pequena ou grande dissolução. Em um desses extremos, se todo o gás se dissolvesse no líquido, haveria uma ascensão da coluna de líquido no copo e a folha de papel ficaria molhada!

Vale a pena acessar: Como funcionam os paraquedas: investigando as propriedades do ar (http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=25353)

No estudo da Física, a impenetrabilidade é importante na compreensão do fenômeno de empuxo. Na indústria, são desenvolvidos materias com elevada impenetrabilidade, como tintas e revestimentos, garantindo superfícies resistentes à corrosão e abrasão.

Alguns links com informações complementares:

Complementação de conteúdo: http://educar.sc.usp.br/ciencias/quimica/qm1.htm

Materiais e suas propriedades: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=22218

Atividades de experimentação: http://www.educacao.salvador.ba.gov.br/site/documentos/espaco-virtual/espaco-praxis-pedagogicas/BANCO%20DE%20SUGEST%C3%95ES%20DE%20ATIVIDADES/atividades%20interativas.pdf

• Entregar para o professor coordenador os relatórios completos das atividades propostas para casa.
• Realizar uma dinâmica em que um aluno cita um determinado material que tenha experimentado em casa e outro colega tenta julgar o nível de impenetrabilidade desse material. Avaliar a participação do grupo de alunos no questionamento proposto em sala de aula.