Atividade prática - Estudando a água – Parte 7
9º ano do Ensino Fundamental e 1º ano do Ensino Médio
Objetivo
Diversos experimentos, usando principalmente água e materiais de fácil obtenção, são possíveis e
importantes para vivenciar as principais propriedades físicas e químicas da água, bem como sua
interação com outras substâncias.
É desnecessário falar da importância de se conhecer as propriedades da água, principalmente em
tempos que anunciam a escassez desse recurso. Além disso, o estudo da água também permite
introduzir a compreensão das propriedades de outras substâncias, ampliando os horizontes do
entendimento científico de diversos fenômenos do cotidiano; que, por sua vez, são inerentes às
questões ambientais, industriais, culinárias, medicinais e muitas outras.
Introdução
Uma das características mais peculiares da água é a estranha variação de sua densidade.
Normalmente, as substâncias costumam sofrer contrações de volume quando são resfriadas; e, da
forma oposta, sofrem dilatação quando aquecidas. Isso acontece porque a temperatura de um
corpo corresponde ao grau de agitação média das partículas que o constituem.
Sendo assim, quando aquecemos um corpo qualquer, a agitação das suas partículas aumenta,
forçando a diminuição das forças de atração, e criando mais espaço entre elas. Com mais espaço
entre as unidades, o volume geral do corpo aumenta; ou seja, ele sofre uma “dilatação”.
Da forma oposta, quando resfriamos um corpo qualquer, a agitação das partículas diminui
progressivamente, aumentando as forças de atração e diminuindo os espaços entre elas. Isso
diminui o volume geral do corpo, caracterizando uma “contração”.
Já que a massa (m) do corpo permanece constante, pois não há aumento nem diminuição da
quantidade de partículas, a densidade (d) diminui com o aumento do volume (V), no aquecimento;
e aumenta com a diminuição do volume, no resfriamento. Lembre-se de que a densidade (d = m/V)
é a quantidade de massa contida em uma unidade de volume.
Mas, no caso da água não é bem assim.
Resfriando a água, o volume decresce, sim,
progressivamente, e a densidade aumenta,
até cerca de 4ºC; ponto abaixo do qual o
volume recomeça a aumentar e a densidade,
a diminuir.
Quando há o processo de congelamento, o
gelo formado possui, então, mais volume e
menos densidade do que a água líquida
circundante, que está gelada, em torno de 1
ou 2ºC. É por isso que o gelo flutua na água,
ao contrário das outras substâncias cujos
sólidos sempre afundam em seus próprios
líquidos.
Variação da densidade da água pura de zero a 10ºC.
Disponível (acesso: 20.03.2015): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Density_of_water.jpg
Observando com atenção, percebe-se que um objeto que flutua em um líquido, sempre fica com
parte submersa e parte exposta. A proporção de volume submerso e de volume exposto está
diretamente relacionada ao quanto menor a densidade do sólido é menor que a do líquido.
No caso do gelo na água, por exemplo, a proporção de sólido acima do nível do líquido é bem
pequena, comparada ao volume de gelo submerso. Da mesma forma que um pedaço de gelo em
um copo, os icebergs possuem muito mais volume “oculto” sob a água do que volume exposto.
Disponíveis (acesso: 20.03.2015): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cold_water_%281733066814%29.jpg e
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Old_Wikisource_logo_used_until_2006.jpg
No caso dos icebergs, há uma peculiaridade: apesar de estarem flutuando em água salgada, são
formados de água doce, de origem continental. Portanto, a densidade dos icebergs é de
0,99985g/mL, enquanto a água do mar em seu entorno tem densidade um pouco maior (1,03g/mL)
que a da água pura gelada, que varia em torno de 0,99990g/mL. Portanto, os icebergs apresentam
um percentual de volume exposto acima da água levemente maior do que o do gelo comum em um
copo d’água.
Sempre que há sais dissolvidos, a água se apresenta mais densa que a água pura. Isso porque a
variação de volume é bem pequena a partir da adição dos sais, enquanto a massa aumenta
sensivelmente.
Percentual em massa dos íons presentes
na água do mar. “Chlorine” significa o
ânion cloreto (Cl1-), “sodium” é o cátion
sódio (Na1+), “magnesium” é cátion
magnésio (Mg2+), “súlfur” é o enxofre na
forma de sulfeto (S2-), sulfito (SO32-) e
sulfato (SO42-) e “calcium” é o cátion cálcio
(Ca2+).
Disponível (acesso: 20.03.2015):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Compositi
on_of_ocean_water.svg
Mas, qual é a causa microscópica para que o gelo ocupe mais espaço que a água?
Enquanto o resfriamento se processa, as moléculas de água tendem a ficar mais próximas, devido
à menor agitação. Nesse processo, a intensidade das “ligações de hidrogênio” aumenta. Mas,
como cada molécula é angular, formando um “V”, na medida em que as moléculas vão se
aproximando, tendem a formar um arranjo cristalino na forma de “hexágonos” adjacentes, com seis
moléculas cada um.
Acontece que a formação desses hexágonos deixa grandes vazios no meio, que não existem na
água líquida. Ou seja, apesar de as moléculas ficarem mais próximas nas “linhas” do hexágono,
abrem um vácuo no centro. Isso acaba por aumentar o volume geral do sólido, tornando-o menos
denso que a água líquida.
Modelos de arranjos das moléculas de água no gelo.
Disponível (acesso: 20.03.2015):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:%E5%86%B0%E6%99%B6%E7%BB%93%E6%9E%84.png e
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:%E5%86%B0%E6%99%B6%E7%BB%93%E6%9E%842.png
Experimento – A “mágica” do gelo
Material
A) Um jarro, copo grande, aquário ou qualquer outro frasco com as bordas uniformes, de vidro
transparente e incolor.
Obs.: Os béqueres possuem um “bico” para facilitar o escoamento dos líquidos, que pode
comprometer o experimento.
B) Gelo comum caseiro.
C) Água de torneira.
D) Câmera filmadora ou celular com câmera.
E) Mesa ou bancada de cimento, para evitar que balance ou vibre.
F) Pano para secar.
Procedimento
1. Leve todo o material necessário para uma superfície estável, de preferência de cimento, para
que não vibre.
2. Coloque gelo no recipiente até pelo menos a metade do seu volume vazio; depois, complete o
volume com água, de forma que o nível chegue bem próximo da borda.
3. Vá preenchendo com água o restante do volume, lentamente, até quase transbordar.
Obs.1: Caso alguma quantidade transborde, pare de adicionar líquido e seque em torno do
recipiente. Perceba que uma parte do volume do gelo ficará acima da borda do recipiente.
Obs.2: O ideal é que a preparação do experimento seja feita com muito cuidado, para que, ao
iniciar, dê a sensação de que qualquer alteração no sistema irá provocar o derramamento de
líquido pela borda.
4. Posicione a câmera filmadora apoiada em um tripé ou sobre algum objeto plano, de forma que
ela seja capaz de registrar caso alguma gota escorra pelas bordas do recipiente. Se quiser, pode
posicionar mais câmeras para captar imagens de ângulos diferentes.
Obs.3: Caso a câmera tenha opção de filmagem em velocidade reduzida, configure-a para que
depois a gravação possa ser assistida em velocidade acelerada.
5. Ligue a câmera e aguarde o derretimento do gelo. Enquanto isso, colete a opinião dos outros
componentes do seu grupo sobre se haverá ou não transbordamento de água para fora do
recipiente.
Observações e questões
1) Qual foi o resultado do experimento? Houve ou não o transbordamento de água do recipiente?
Reveja o filme e constate se não perdeu algum acontecimento durante o experimento. Comente.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2) Quantos componentes de seu grupo acreditavam que haveria transbordamento após o
derretimento do gelo e quantos não acreditavam? Alguém mudou de opinião antes da conclusão
do experimento? Comente.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3) Como você explica o ocorrido, considerando que parte do volume do gelo estava acima do nível
do líquido? Na sua resposta, use corretamente as expressões “volume”, “empuxo”, “densidade”,
“contração” e “aquecimento”.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4) Um corpo sólido, insolúvel em água, de densidade aproximada de 0,5g/mL, colocado sobre a
água, terá qual percentual de seu volume exposto acima do nível do líquido? Comente e explique,
usando o conceito de “empuxo”, “peso” e “equilíbrio”.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5) Um corpo sólido, insolúvel em água, de densidade aproximada de 0,8g/mL, colocado sobre a
água, terá qual percentual de seu volume exposto acima do nível do líquido? Comente e explique,
usando o conceito de “empuxo”, “peso” e “equilíbrio”.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
6) Um objeto aquecido tem sua densidade aumentada, diminuída ou inalterada? Comente e
explique.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________