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Propriedades químicas da água

VEJA na Sala de Aula

Conteúdo relacionado

Este plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:

Apresente aos alunos as principais características químicas dessa substância tão fundamental à vida. Aproveite para abordar conceitos como solubilidade, concentração molar e forças intermoleculares

 Água. Imagem: DEDOC

Objetivos
- Compreender o papel das ligações intermoleculares que formam a substância água
- Entender os conceitos e as diferenças entre água pura, potável e mineral
- Aprimorar os conhecimentos sobre água poluída e as formas de tratamento
- Apropriar-se da explicação dos mecanismos de separação de substâncias
- Analisar a composição das bebidas para hidratação por meio dos rótulos das embalagens

Conteúdos
- Mudanças no estado físico
- Forças intermoleculares (ligações de hidrogênio)
- Água pura, potável e mineral
- Solubilidade
- Água poluída e formas de tratamento
- Purificação da água
- Soluções: tipos e cálculo de concentração de sais presentes

Tempo estimado

Três aulas

Anos
Ensino Médio

Materiais Necessários
- Cópias da reportagem "Não Espere a Sede" (Veja, 2316, 10 de abril de 2013, disponível no Acervo digital de Veja a partir de 12 de abril de 2013)
- Aparelho de áudio para reproduzir a música ou computador com acesso à internet
- Música "Planeta Água" de Guilherme Arantes (disponível neste link)
- Garrafa PET (capacidade de 2 litros, no mínimo)
- Água
- Terra (de preferência, barro)
- Areia fina e areia grossa
- Cascalho fino e cascalho grosso
- Algodão
- Tesoura
- Figuras que representem o sistema de destilação
- Rótulos de bebidas como água mineral, refrigerante, suco, isotônico e água de coco
- Tabela periódica (se preferir, você pode baixar uma tabela periódica neste link)


Desenvolvimento

1º etapa
Para introduzir o tema, organize os alunos em duplas e peça que escutem com atenção a música "Planeta Água", de Guilherme Arantes. Você pode apresentar apenas a música ou mostrar o vídeo abaixo para os estudantes.



Escreva no quadro o seguinte trecho da canção:

Água dos igarapés
Onde Iara, a mãe d'água
É misteriosa canção
Água que o sol evapora
Pro céu vai embora
Virar nuvens de algodão...

Gotas de água da chuva
Alegre arco-íris
Sobre a plantação
Gotas de água da chuva
Tão tristes, são lágrimas
Na inundação...


A seguir, proponha aos adolescentes que, em duplas, utilizem imagens para reproduzir os versos destacados. Depois, para analisar o ciclo da água, você pode apresentar à turma um esquema semelhante a este:

 Ciclo da água. Imagem: Cetesb

2º etapa
Nesta etapa, relembre os nomes de todas as transformações entre os estados (sólido, líquido e gasoso). Explique que essas alterações são causadas pela variação da intensidade da força que une as moléculas, que muda conforme o tipo de movimento que elas podem fazer.

Lembre aos adolescentes que as mudanças de estado da água ocorrem devido à ligação entre o átomo de hidrogênio de uma molécula com o átomo de oxigênio de outra. No estado sólido, a intensidade das forças é tamanha que as moléculas estão muito unidas e apenas vibram. Elas não conseguem realizar muitos movimentos. Enquanto que no estado líquido as forças  intermoleculares são menores, o que permite que as moléculas tenham mais liberdade para o movimento. Já no estado gasoso, as moléculas possuem tanta energia de movimento que não existem mais as forças entre uma molécula de H2O e sua vizinha.

3º etapa
Comece esta etapa com uma interrogação: "Como os peixes e outros seres aquáticos respiram, já que o gás oxigênio que é usado por eles não provém da quebra das ligações na molécula de água?". Anote as respostas no quadro. Elas serão úteis para os próximos passos.

Logo após, distribua cópias da reportagem "Não Espere a Sede" (Veja, 2316, 10 de abril de 2013, disponível no Acervo digital de Veja a partir de 12 de abril de 2013) e conduza uma leitura coletiva. Interrompa a leitura no trecho "Nem toda água é igual, porém..." e copie-o no quadro. Desafie a curiosidade e a capacidade de raciocínio e reflexão dos alunos questionando quais as diferenças e semelhanças entre água potável, água pura e água mineral.

Durante o debate, anote as principais ideias no quadro. Depois, introduza os conceitos dos três tipos de água. Fale que o termo potável significa que a água é própria para o consumo humano, ou seja, livre de quaisquer tipos de contaminação ou substâncias que ofereçam riscos para os seres vivos que a consomem.

Lembre que água mineral, segundo o código de águas do Brasil (Decreto-lei nº 7.841 de 08/08/45), é aquela proveniente de fontes naturais ou artificialmente captada, com composição química, propriedades físicas ou físico-químicas distintas das águas comuns. Conte também que a água pura é totalmente livre de outras substâncias e contém apenas moléculas de H2O. Ela é usada industrialmente para preparação de soluções químicas ou para higienização de materiais nos laboratórios, por exemplo.

Comente brevemente que o corpo humano é constituído de aproximadamente 66% de água, o que faz com que ela seja de extrema importância para o funcionamento biológico. No entanto, os recursos hídricos estão cada vez mais escassos, inclusive por causa da poluição.

Neste momento, aproveite para perguntar quais são os tipos de poluentes que contaminam a água e se os alunos conhecem alguma empresa que faça tratamento em estações ou em casa. Aproveite os tópicos levantados pelos estudantes para explicar que as principais causas de deterioração dos rios, lagos e oceanos são causadas pela contaminação por meio de lixo, esgoto e dejetos químicos industriais. Por fim, lembre que a reportagem de Veja será utilizada mais uma vez nas etapas futuras.

4º etapa
Após introduzir o conteúdo teórico dos tipos de água e da qualidade delas para o consumo, faça uma conexão prática com o cotidiano. Monte um filtro artesanal em sala e explique o processo de filtração. Corte uma garrafa PET de 2 litros ou mais, formando um funil com a parte superior, e acrescente nessa ordem: algodão, areia fina, areia grossa, cascalho fino e cascalho grosso.
Uma dica importante para que o experimento tenha êxito é colocar camadas grossas de cada material. Monte o filtro, misture a água e a terra em um recipiente, jogue esse barro no filtro e espere a filtração.

Enquanto a água é filtrada, explique para o grupo a ordem das camadas. Mostre que as maiores partículas do barro são retidas pelas barreiras que possuem materiais com maior tamanho, no início da filtração, e que as partículas com menor tamanho são retidas ao final da filtração pelos materiais com menor tamanho, como uma seletividade que garante que a água saia "limpa" ao final do tratamento. Questione os alunos sobre a garantia da limpeza da água obtida no experimento e se ela poderia ser consumida. Enfatize que o sistema montado foi de um filtro simples, porém existem sistemas de filtração e tratamento mais sofisticados que deixam a água própria para o consumo.

5º etapa

Após a realização do experimento, oriente a classe a ler novamente o trecho da página 110 da reportagem publicada em Veja. Explique como funciona o tratamento químico da água no qual é adicionado cloro ou ozônio (para eliminar micro-organismos causadores de doenças) e certa quantidade de cal hidratada ou carbonato de sódio (para corrigir a acidez da água e preservar a rede de encanamentos de distribuição).

Outra forma de tratamento de água que pode ser apresentada é a destilação. Uma vez que a água já está filtrada e passou pelo tratamento químico, ela pode ser distribuída para a população. Entretanto, isso não significa que ela é pura. Para que seja purificada, é necessário que a água passe por um processo chamado destilação, que garante que, ao final do tratamento, só exista a substância pura formada por moléculas de H2O.

 

Processo de destilação. Imagem: site SoBiologia

Apresente o destilador para a classe ou uma figura que o represente, explicando as partes que o compõe e suas funções. Se desejar, você pode usar a imagem ao lado como referência.  Fale sobre as mudanças de estados que a água irá sofrer neste processo: líquido – vapor – líquido. Conte que ao aquecer a água em um balão de fundo redondo (1) com o bico de Bunsen ou uma fonte de aquecimento(2), suas moléculas se agitam e o líquido sofre ebulição (vaporização) a 100 ºC ao nível do mar. O aumento da temperatura é acompanhado pelo termômetro (3). Após o início da vaporização, o líquido é resfriado no condensador através da passagem de água de refrigeração externa ao sistema. Por fim, o líquido puro passa para um segundo frasco, no caso da figura, um erlenmeyer (5). Explique os conceitos de pressão de vapor e as diferenças nas temperaturas de ebulição para diferentes líquidos.

6º etapa
Pergunte aos estudantes quais bebidas eles costumam consumir. Anote-as em uma lista e reserve. Com base nesta lista, selecione algumas embalagens de bebidas, como água mineral, refrigerante, isotônico e água de coco, entre outras. Esta lista será utilizada na próxima etapa, em companhia da reportagem publicada em Veja.

7º etapa
Introduza os conceitos de solução, soluto e solvente, explicando que uma solução é formada a partir da mistura de dois componentes, sendo o soluto dissolvido no solvente. Dê exemplos de soluções homogêneas e heterogêneas. Explique também que as soluções podem ser encontradas nos três estados físicos da matéria: sólido, líquido e gasoso.

Destaque que a água é o solvente universal por ser a substância que dissolve maior quantidade de solutos e dê o exemplo da água do mar. Ela é uma solução aquosa que contém muitos sais (como NaCl, MgCl2, MgSO4, CaSO4 e KCl, entre outros). Dentre os sais presentes na água, seja ela obtida de rios, de fontes minerais ou do oceano, existem os sais minerais necessários ao bom funcionamento do organismo humano. Eles são responsáveis pelo controle da pressão arterial, pelo funcionamento dos órgãos e das glândulas do corpo.

Leia com a turma a página 109 da reportagem publicada em Veja e comente, durante a leitura, as substâncias e elementos adquiridos na obtenção da água mineral. Ressalte a importância de uma quantidade determinada de cada sal mineral na água para o consumo e que o excesso deles pode causar problemas de saúde, como mostram os trechos "O que deve ser observado no rótulo?" e "Água com pouco sódio ajuda a reduzir inchaços".

Dê o exemplo de casos nos quais é necessária a ingestão de líquidos para reidratação de uma pessoa (insolação, após exercício físico, diarreia). Use como exemplo a receita do soro caseiro, ressaltando a presença da glicose do açúcar e do cloreto de sódio (NaCl) no sal. Quando o corpo necessita de água, outros líquidos também são recomendados, como a água de coco e os isotônicos. Porém, é necessário tomar cuidado com a ingestão de bebidas que tenham muitos sais minerais, pois o excesso pode causar doenças, como bem informa a reportagem.

Enfatize que todas essas bebidas são soluções aquosas, isto é, possuem água como solvente. Contudo, é importante conhecer a quantidade das substâncias dissolvidas nessas soluções. Explique o conceito de concentração das soluções. A concentração de um determinado soluto na solução irá depender da relação entre sua quantidade (massa, em gramas) no volume em que ele está dissolvido (em mililitros ou litros). Utilize a fórmula Csoluto = massa soluto / volume da solução.

8º etapa

Outra importante relação que os alunos devem aprender é a concentração molar de uma solução, isto é, a quantidade de mols (quantidade de matéria) contida no volume da solução. Utilize uma tabela periódica para mostrar aos estudantes onde estão as massas atômicas dos elementos e, a partir delas, calcule a massa molar. Mostre que, por exemplo, o sal CaCl2 possui o cálcio (Ca) com massa atômica igual a 40 ua e dois cloros (Cl), com massa atômica igual a 35 ua. A massa molar do CaCl2 será igual a (1 x 40) + (2 x 35) = 110 gramas/mol. Para descobrir o número de mols (X) presente em uma determinada massa, utilize a regra de três que relaciona:

1 mol CaCl2 - >110 g
X - massa determinada -> X = massa determinada / 110 g

Proponha que os alunos calculem as concentrações de sódio em g/L e mol/L de NaCl a partir da informação dos rótulos das embalagens de bebidas (o sódio está presente também na forma de outros sais, porém considere que esteja somente na forma de NaCl). Após os cálculos das concentrações, peça à classe para elencar as bebidas por ordem crescente de concentração. Proponha também que comparem com a água mineral. A partir da atividade, mais uma vez, proponha um debate sobre quais bebidas são prejudiciais à saúde quando consumidas em excesso.

Avaliação
A avaliação do entendimento dos alunos quanto à importância da água e os conceitos teóricos abordados deve ser contínua, isto é, ao longo das aulas.

Apresente também dois exercícios para os alunos fazerem. O primeiro pode ser uma redação de 15 linhas sobre a importância da água na vida e como ela está presente no planeta Terra. Nesta redação, estimule os estudantes a opinarem sobre o problema da água poluída e suas consequências. No segundo exercício, distribua uma cópia de rótulo de bebidas para cada aluno. Se preferir, junte-os em dupla e peça para calcularem a massa molar da glicose (C6H12O6) presente no volume da bebida, considerando que todos os açúcares estão na forma desta substância.

 

Raquel Vichessi
Bacharel em Química pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)

Igor Rocha
Bacharel e Licenciado em Química pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)

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