Contextualização

• Diagramas de fase são gráficos que representam as fases de uma substância em diferentes condições de temperatura e pressão. Neles, é possível ver a existência de três regiões: sólida, líquida e gasosa. A transição entre essas fases acontece nas linhas que separam essas regiões, sendo cada ponto na linha correspondente à temperatura e pressão específicas na qual ocorre a mudança de fase.

• O diagrama de fases mais comum é o da água, frequentemente usado como exemplo em aulas de química, já que exibe uma característica única: a água expande ao congelar, o que não ocorre com a maioria das substâncias. Isso é representado pela inclinação negativa da linha que separa as fases sólida e líquida.

• Além disso, o diagrama de fases possui alguns pontos notáveis, como o ponto triplo, onde as três fases coexistem em equilíbrio, e o ponto crítico, acima do qual a distinção entre líquido e gás deixa de existir. Conhecer esses pontos e suas características é fundamental para a compreensão dos estados da matéria.

Entender a relação entre temperatura, pressão e fase de uma substância tem aplicações em muitos campos, desde a química até engenharia e astrofísica. Por exemplo, em engenharia de materiais, o conhecimento sobre diagramas de fase é essencial para entender e prever o comportamento de diferentes materiais sob diversas condições de temperatura e pressão.

O estudo dos diagramas de fase não se restringe apenas à teoria, mas também possui aplicações práticas no nosso cotidiano. Por exemplo, a pressão atmosférica afeta o ponto de ebulição da água, fazendo com que alimentos demorem mais para cozinhar em altitudes maiores. Além disso, refrigeradores e ar condicionados funcionam com base nos conceitos de mudanças de fase e pressão.

Para estudar mais sobre os diagramas de fase, os alunos podem consultar recursos confiáveis como o livro "Química: a ciência central", de Brown, LeMay e Bursten, ou a plataforma de ensino Khan Academy. Além disso, vídeos explicativos no YouTube, como os do canal Ciência Todo Dia, também podem ser utilizados para complementar o estudo.

Atividade Prática: "Explorando Diagramas de Fase"

Objetivo do Projeto

Os alunos, agrupados entre 3 a 5 componentes, vão construir um diagrama de fase para o éter dietílico, estudar suas características e fazer uma comparação com o diagrama de fase da água. Além disso, irão realizar uma pesquisa teórica para elucidar os conceitos e fundamentos envolvidos.

Descrição do Projeto

Os alunos trabalharão em conjunto para conduzir um experimento prático, registrar e analisar resultados, e então produzir um relatório detalhado sobre o projeto como um todo.

Materiais Necessários

• Éter dietílico
• Equipamento de destilação
• Termômetro
• Balança
• Material de segurança (luvas, óculos, avental)
• Papel millimetrado ou software para plotar gráficos

Passo a Paso para a Realização da Atividade

1. Preparação e Pesquisa Teórica: Os alunos devem inicialmente realizar uma pesquisa teórica sobre o que é um diagrama de fase, quais são suas partes, o que cada parte representa e como interpretá-lo. Deverão entender o conceito de ponto triplo e ponto crítico e identificar esses pontos em alguns diagramas. Devem pesquisar também sobre as características dos diagramas de fase da água e do éter dietílico.

2. Realização do Experimento: Cada grupo irá preparar uma solução de éter dietílico e realizará a destilação sob diferentes pressões. Para cada pressão, devem registrar a temperatura em que a substância começa a ferver e a temperatura em que passa completamente para o estado gasoso.

3. Criação do Diagrama de Fase: Utilizando os dados obtidos no passo anterior, cada grupo irá plotar seu próprio diagrama de fase do éter dietílico. As temperaturas registradas serão colocadas no eixo vertical e as pressões no eixo horizontal.

4. Análise do Diagrama: Os alunos irão interpretar o diagrama de fase do éter dietílico, identificando as regiões correspondentes às fases sólida, líquida e gasosa, bem como as linhas de transição de fase. Deverão identificar o ponto triplo e o ponto crítico, se conseguirem observá-los no seu experimento.

5. Relatório Final: O resultado final deverá ser um relatório dividido em quatro seções: Introdução (contextualização do tema, relevância e aplicação do diagrama de fases no mundo real, e o objetivo do projeto); Desenvolvimento (teoria sobre diagrama de fases, detalhes do experimento, metodologia utilizada e resultados obtidos); Conclusão (principais pontos do projeto, aprendizados obtidos e conclusões sobre o projeto); Bibliografia (fontes de informações utilizadas no projeto). As conclusões devem incluir a comparação entre o diagrama de fases da água e o do éter dietílico.

Entrega do Projeto

O trabalho será considerado concluído com a entrega do relatório final, que deverá incluir tanto a parte teórica quanto os resultados práticos do experimento. O relatório deve ser escrito de forma clara e precisa, demonstrando domínio dos conceitos associados aos diagramas de fase e habilidade na interpretação dos resultados do experimento.