View
215
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
1
Experimento Global do Ano Internacional da Química
Desafio do Destilador Solar Este documento contém uma descrição da Atividade do Desafio do Destilador Solar, parte do
Experimento Global que será feito durante o Ano Internacional da Química, 2011. Nesta atividade os alunos farão um destilador solar e medirão sua eficácia. Eles desenvolverão
seus conhecimentos sobre o estado líquido e o estado gasoso da água e sobre como a destilação
pode ser usada para purificá-la. Depois serão desafiados a projetar e fazer um destilador mais
eficiente. O destilador solar mais eficiente da classe terá seu diagrama e sua fotografia enviados
para o Banco de Dados do Experimento Global, junto com as informações sobre sua eficiência.
A atividade pode ser feita como parte de um conjunto de quatro atividades que compõem o
Experimento Global, ou pode ser feita de forma individual para que os alunos participem do Ano
Internacional da Química.
Conteúdo
Instruções para o envio dos resultados ao Banco de Dados Global 1 Instruções para a atividade (Aluno) 2 Folha de resultados dos alunos 4 Observações para os professores 6 Como o destilador funciona 8 Resultados das amostras 10 Projeto alternativo para o destilador 12
Enviando os resultados ao Banco de Dados Global As informações abaixo devem ser enviadas ao banco de dados global. Caso os dados sobre a
escola e local já tenham sido enviados junto com uma das outras atividades, esses resultados
devem ser vinculados aos dados enviados anteriormente.
Data das amostras:
Natureza da água: (torneira, rio, mar, etc.)
Nome do arquivo do diagrama: Nome do arquivo da fotografia: _____________
Eficácia do destilador:
Número de alunos envolvidos: _____
Número de registro da escola / classe: ______________
2
d
Desafio do Destilador Solar
O Desafio
Nesta atividade você construirá um destilador solar e descobrirá como ele purifica a
água. Depois será desafiado a usar seus conhecimentos para construir um destilador
solar mais eficiente.
A água cobre a maior parte da Terra (cerca de 70%), mas essa quantidade está quase
toda nos oceanos e é salgada. A maioria da água na terra ou no solo também é salgada
ou inadequada ao uso humano. O desafio de descobrir formas de purificar a água
aumenta junto com a população humana.
O destilador solar é um aparelho que usa a energia solar para purificar a água. Versões
diferentes do destilador são usadas para dessalinizar a água do mar, em equipamentos
para sobrevivência no deserto e para a purificação de água caseira.
(Ao final do documento foi incluído um método alternativo para a Parte A, sugerido
para classes com acesso a equipamentos de laboratório.)
Método – Parte A – Construindo um destilador solar
1. Coloque uma quantidade calculada de água quente (cerca de 1 cm) na tigela.
2. Acrescente um pouco de corante alimentício e cerca de uma colher de
chá de sal à água da tigela.
3. Leve todo o equipamento para um
local plano e ensolarado.
4. Coloque o copo ou a xícara no meio da
tigela, garantindo que nenhum respingo de água caia dentro dele.
5. Cubra a tigela com papel filme (sem esticá-lo), grudando o
papel à borda da tigela. (Use fita adesiva ou barbante caso necessário.)
Equipamento Tigela grande de metal ou plástico Xícara ou copo pequeno e raso
(limpo)
Proveta ou jarra medidora
Papel filme (maior que a tigela)
Pedra pequena (seixo)
Água quente
Corante alimentício e sal
6. Coloque a pedra no centro do papel
filme e acima da xícara.
7. Deixe o destilador repousar por no
mínimo uma hora (quanto mais tempo, melhor) e depois verifique se há água na xícara.
8. Leve o destilador para um local coberto, retire o papel filme e retire a xícara sem derrubar a água dela na tigela ou vice--versa.
9. Meça a quantidade de água na xícara.
Destilador solar Papel filme - Seixo - Recipiente
Água salgada com corante - Copo
4
11. Calcule a porcentagem de água que foi purificada:
% de água
purificada
volume coletado
volume colocado no destilador
100
12. Observe seus resultados e veja se você pode explicar o que aconteceu com a água.
Por que ela é chamada de “água purificada”? Escreva suas sugestões na Folha de Resultados, abaixo da Pergunta Um.
Parte B – O desafio do projeto
Seu desafio é modificar o destilador solar ou fazer um mais eficiente do que o que
você fez na Parte A.
13. Escreva algumas ideias sobre como o destilador pode ser
melhorado. Por exemplo: você pode tentar usar
recipientes de cores diferentes para ver qual absorve a luz solar de forma
mais eficaz.
14. Discuta suas ideias com seu professor e solicite a permissão dele para prosseguir
com o experimento.
15. Prossiga com o experimento registrando o volume de água com o qual você começou e o volume que foi purificado.
16. Calcule a porcentagem de água purificada e registre-a na Tabela de Resultados.
17. Caso tenha tempo, você pode desenvolver mais ainda seu projeto. Assegure-se de ter a permissão do professor para cada experimento que fizer.
18. Desenhe o diagrama de seu destilador mais eficiente, mostrando porque ele é mais eficiente que o primeiro. Se puder, tire uma foto de seu destilador.
19. Complete as outras perguntas da Folha de Resultados.
20. Entregue os resultados para seu professor. Assim, o destilador mais eficiente será selecionado e terá seus dados enviados ao Banco de Dados do Experimento Global.
5
Folha de Resultados dos alunos
Registre seus resultados e calcule a porcentagem de água purificada. Teste
Volume de água colocado (mL)
Volume coletado (mL)
% de água purificada
Parte A – Primeiro destilador
Parte B –
Parte A
1. Com suas próprias palavras, explique como o destilador funciona.
2. Escreva uma forma de fazer com que seu destilador funcione melhor.
6
Parte B
3. Descreva o projeto de um destilador que funcione de forma mais eficaz que o
destilador feito na Parte A. Depois, discuta suas ideias com seu professor.
4. (Depois de acabarem os testes com seu novo destilador.) Desenhe um diagrama
para mostrar como seu novo destilador funciona.
5. Cole aqui uma foto de seu novo destilador:
7
Observações para os professores
Instruções para a atividade
Duas abordagens diferentes para a atividade são apresentadas neste documento. A primeira é
apropriada para todos os alunos, usa objetos domésticos para fazer o destilador e é simples de
se fazer e usar. A segunda é apropriada para alunos mais avançados que tenham acesso a
vidraria e recursos de laboratório.
Desafio do Destilador Solar A atividade terá mais sucesso se os alunos
trabalharem em pares, mas pode ser feita
individualmente.
Primeiro, na Parte A, os alunos fazem um
destilador simples e usam-no para purificar um
pouco de água. Eles são convidados a
desenvolver suas explicações de como o
destilador funciona.
Uma discussão com a classe pode ser feita
para concluir a Parte A e verificar se os alunos
têm uma explicação científica de como o
destilador funciona (veja a seguir).
Segurança
Esta atividade é de baixo risco. As regras
padrão de segurança laboratorial sugerem
que os alunos não provem ou cheirem os
produtos das atividades. No entanto, o
teste mais fácil para verificar o sal é o de
sabor, e ele pode ser feito se os padrões
de higiene e segurança alimentar (como os
das aulas de economia doméstica) forem
aplicados.
Depois, na Parte B, os alunos são desafiados a melhorar a produção de água purificada
modificando o destilador ou a forma como ele é usado.
Deve-se verificar a segurança das propostas dos alunos. Eles devem ser orientados para
que desenvolvam projetos que utilizem sua compreensão do funcionamento do destilador.
Depois de realizar seus experimentos, os alunos devem desenhar um diagrama explicando
como seu novo projeto aumentou a % de água purificada, que é a forma de medir a eficiência
do destilador. Caso seja possível, deve ser incluída uma fotografia do destilador solar
melhorado.
Ao término da atividade recolha os trabalhos de todos os grupos que tiverem completado o
desafio e selecione a inscrição vencedora do desafio. Caso seja apropriado, isso pode ser
feito em um evento especial para o Experimento Global, e a classe pode se envolver na
seleção.
O diagrama e a fotografia do destilador de mais alto rendimento devem ser enviados ao Banco de Dados do Experimento Global.
8
Resultados pedagógicos
Durante esta atividade, os alunos irão:
Aprender sobre o estado líquido e o estado gasoso da matéria (água) e sobre a mudança de
um desses estágios para o outro (evaporação e condensação).
Aprender sobre o uso da destilação para purificar a água.
Desenvolver um nível apropriado de explicação científica para o processo de destilação.
Usar seus conhecimentos sobre destilação para realizar um processo tecnológico,
melhorando a eficiência de um destilador solar.
Dicas para o destilador solar funcionar – Parte A:
Realize a atividade em um dia sem nuvens, preferencialmente no meio do dia.
Use água quente para agilizar o início do processo, a não ser que seja um dia muito quente.
Ajude os alunos a garantirem que seus destiladores estejam hermeticamente fechados,
evitando assim a perda de água.
O uso de água colorida e salgada é uma forma prática de verificar se o destilador está
funcionando corretamente.
Se não houver luz do sol, a atividade pode ser feita usando um recipiente adequado, como
uma grande panela aquecida lentamente em uma chapa. Nesse caso, o copo ou xícara
deve ser isolado do fundo da panela.
Organização do desafio do projeto – Parte B:
Esta é uma oportunidade para os alunos usarem sua engenhosidade para melhorar a eficácia
do destilador solar. Ao mesmo tempo, aprendem sobre a relação entre tecnologia e ciência. O
processo tecnológico geralmente requer critérios a partir dos quais o produto tecnológico
pode ser julgado.
Nesse caso, o critério para o desafio do projeto deve ser claramente explicado. O critério
simples de % de água purificada é um bom início para alunos do ensino fundamental I, mas
deve ser mais sofisticado para alunos mais velhos. Por exemplo: o critério deve especificar a
duração do processo de coleta da água.
Os alunos podem explorar diversos fatores, incluindo:
Duração do processo;
Tipo de recipiente;
Cor do recipiente;
Quantidade de água;
Formato do destilador;
Mecanismo de coleta.
9
Como o destilador funciona Resumo
À medida que a água dentro do destilador aquece, aumenta o volume da água que evapora
para o ar. Essa água se condensa em superfícies frias, como o filme plástico, voltando ao
estado líquido. Então, a água é condensada no papel filme e vai se juntando em gotículas que
escorrem pelo plástico até o seixo, caindo dentro da xícara.
A purificação funciona porque tanto o sal quanto o corante não evaporam.
Uma explicação mais aprofundada pode ser dada caso os alunos já conheçam a constituição da
matéria por partículas elementares e o conceito de energia:
A luz solar que entra no destilador é absorvida pela água e pelo recipiente. Como resultado, as
moléculas e os íons absorvem a energia. Algumas das moléculas de água absorvem energia
suficiente para saírem da água em estado líquido e se tornarem moléculas gasosas que flutuam
dentro do recipiente. Algumas dessas moléculas flutuantes colidem com o filme plástico,
perdendo energia para o plástico e aderindo a ele. As moléculas de água perdem mais energia
conforme se juntam, formando gotículas de água pura que descem até a xícara.
Contexto
Apesar da atividade estar no contexto de purificação da água, os alunos devem ser informados
de que esse é o processo universal para líquidos e gases. Ele é essencial para se entender
diversos eventos cotidianos, desde o motivo para sentirmos frio ao ficarmos parados no vento
até como a geladeira funciona, ou como o mundo consegue água fresca através do ciclo da água.
Evaporação Energia
LÍQUIDO
água
GASOSO água
(invisível)
Condensação
LÍQUIDO
água
GASOSO
água
(invisível) Energia
A ideia central para compreender o processo envolve o papel da energia que é exigida para a evaporação e liberada na condensação. No caso de sentir frio quando o vento sopra, podemos entender o efeito compreendendo que o vento evapora a umidade da pele e a energia do corpo é absorvida, fazendo com que sintamos frio. No caso do destilador solar, é preciso energia para evaporar a água e, nesse caso, aproveitamos a energia gratuita que vem da luz solar.
Entender o processo de evaporação e condensação oferece aos alunos a oportunidade de
analisar o projeto do destilador solar e desenvolver ideias sobre como melhorá-lo (para o
Desafio do projeto). No entanto, isso não os ajuda a compreender como a purificação da água
ocorre.
A purificação da água no destilador acontece porque algumas substâncias evaporam com mais
facilidade do que outras. Por exemplo: sal e corantes alimentícios são quase impossíveis de se
evaporar. Elementos biológicos perigosos presentes na água, como bactérias e vírus, também
não evaporam facilmente.
10
(No entanto, outras substâncias que muitas vezes estão presentes na água evaporam
rapidamente, como o álcool. São necessários destiladores projetados com muito mais cuidado
para separar o álcool da água.)
O termo volatilidade é usado para descrever a facilidade de evaporação. Sal e corantes
alimentícios não são voláteis, enquanto álcool e água são muito mais voláteis. O motivo para
esses diferentes resultados pode ser facilmente entendido se as substâncias forem examinadas
pelo nível molecular.
No nível molecular, os sais são feitos de íons. É preciso muita energia para separar íons,
tornando a evaporação quase impossível.
No caso de corantes alimentícios, as moléculas são maiores e iônicas, e portanto não são
voláteis.
A água é menos volátil que o álcool (etanol), o que parece surpreendente, já que as moléculas
da água têm menos massa que as do álcool. No entanto, as moléculas da água se unem de
forma especialmente forte. Os químicos chamam essa interação de ligação de hidrogênio. Ela é
responsável por várias das propriedades mais importantes da água. No caso da evaporação,
mais energia é necessária por conta das muitas ligações de hidrogênio entre as moléculas de
água.
Direcionando o desafio O desafio aparece porque a eficiência do destilador depende de diversas variáveis. O tempo de
exposição ao sol é muito importante. Você pode querer fixá-lo em 3 ou 4 horas para facilitar a
decisão de qual destilador solar é mais eficaz. Outros fatores, apesar de importantes, são mais
sutis. Por exemplo: uma característica do projeto dos destiladores mais comerciais é a
separação dos estágios de evaporação e condensação em diferentes locais do destilador.
11
Resultados das amostras – Folha de
Resultados dos alunos (Amostra de aluno da 7ª série – 8º Ano)
Registre seus resultados e calcule a porcentagem de água purificada.
Teste
Volume de água colocado (mL)
Volume coletado (mL)
% de água purificada
Parte A – Primeiro destilador
100
12
12
Parte B – Segundo teste com o
1º destilador
50
16
32
Terceiro teste com o 1º destilador
50
22
44
Segundo destilador
50
27
54
Parte A
1. Com suas próprias palavras, explique como o destilador funciona.
O destilador funciona quando os raios de sol esquentam a água. Uma parte da água
vai para o ar, mas não podemos vê-la porque ela está em estado gasoso, e não
líquido. A água volta a ficar líquida quando toca o plástico, e podemos ver as gotas
descendo até a pedra e caindo na xícara.
2. Escreva uma forma de fazer com que seu destilador funcione melhor.
Podemos melhorar o destilador começando com menos água. Levou muito tempo para
as primeiras gotas se formarem porque o céu estava um pouco nublado e o sol não
estava tão quente. Uma quantidade pequena de água esquentaria mais rapidamente.
12
Parte B
3. Descreva o projeto de um destilador que funcione de forma mais eficaz que o
destilador feito na Parte A. Depois, discuta suas ideias com seu professor.
Primeiro tentamos tornar o destilador mais eficaz usando menos água, para que essa
pudesse aquecer mais depressa. Depois esquentamos a água antes de começar.
Ambas as mudanças fizeram o destilador funcionar melhor.
Depois cortamos um buraco no fundo do recipiente (pote de sorvete) e colocamos um
pedaço de mangueira através dele. Impedimos que a água escorresse com um selante,
e coletamos a água em uma xícara que se manteve fria à sombra do recipiente. Dessa
forma conseguimos coletar mais da metade da quantidade de água com que
começamos.
4. (Depois de acabar os testes com seu novo destilador.) Desenhe um diagrama para
mostrar como seu novo destilador funciona.
Colocamos o destilador em cima de duas cadeiras com a mangueira entre ambas.
Pusemos a xícara em cima de uma pilha de livros.
5. Cole aqui uma foto de seu novo destilador:
(Veja adiante um exemplo de destilador construído com vidraria de laboratório.)
Destilador de Jared e Aimie
Filme plástico Seixo
Pote de sorvete Selante
Tubo da mangueira Filme plástico
Copo na sombra (para se manter fresco)
13
Um projeto alternativo para o destilador usando equipamentos laboratoriais
Se for possível ter acesso a equipamentos de laboratório, os alunos poderão
desenvolver projetos mais variados. Por exemplo, o método a seguir descreve um
projeto que utiliza um funil grande e uma placa de Petri.
(O projeto permite que os alunos completem a medição de salinidade Atividade Três
– Águas Salgadas Veja adiante.)
Método
Feche a saída do funil de vidro com o
tampão de borracha.
Corte um pedaço de 50 cm do tubo de
plástico.
Encaixe o tubo de plástico ao redor da
borda do funil.
Coloque uma quantidade medida de água na placa de Petri (cerca 100 mL
é o bastante).
Cubra a placa de Petri com o funil
invertido e sele com fita adesiva.
Coloque a placa de Petri em cima do plástico preto.
Equipamentos
Uma placa de superfície
grande, como uma placa de Petri, Ø= 15 cm.
Um funil de vidro, Ø= 15 cm. Uma tampa de borracha que caiba
no escoadouro do funil.
Um tubo de plástico, Ø= 2 cm,
50 cm de comprimento.
Uma folha de plástico preto.
Fita adesiva.
Uma proveta para medir o volume da água.
Coloque o destilador na luz do sol até que o nível de água na placa de Petri tenha
mudado significativamente.
Cuidadosamente remova o funil e tire o tubo onde a água evaporada se condensou.
Coloque essa água tratada em um béquer ou uma proveta e meça seu volume.
Calcule a porcentagem de água que foi coletada.
14
Notas
1. Este método substitui a Parte A - Construindo um destilador solar anteriormente
descrita.
2. O destilador também pode ser usado para a pesquisa de salinidade descrita na Atividade
de Águas Salgadas. As atividades podem ser feitas em sequência ou juntas. Caso
sejam feitas juntas, deve ser empregado o método de Águas Salgadas.
Recommended