Plano de Aula | Metodologia Tradicional | Propriedades Coligativas: Pressão de Vapor

Objetivos

Duração: (10 - 15 minutos)

A finalidade desta etapa do plano de aula é assegurar que os alunos compreendam claramente os principais objetivos que se espera que alcancem durante a aula. Ao definir de forma explícita o que será abordado e o que se espera que aprendam, os alunos podem focar sua atenção de maneira mais eficaz e entender a relevância do conteúdo para o contexto geral da disciplina de Química.

Objetivos principais:

1. Calcular a pressão de vapor de uma mistura ou componente único.

2. Relacionar a pressão de vapor com a temperatura.

3. Verificar quais compostos possuem maior ou menor pressão de vapor a uma dada temperatura.

Introdução

Duração: (10 - 15 minutos)

A finalidade desta etapa do plano de aula é captar a atenção dos alunos desde o início, fornecendo um contexto claro e interessante sobre a pressão de vapor e suas aplicações práticas. Ao engajar os alunos com curiosidades e exemplos do cotidiano, eles estarão mais propensos a se interessar pelo conteúdo a ser abordado, facilitando a compreensão e retenção das informações apresentadas durante a aula.

Contexto

Para iniciar a aula sobre propriedades coligativas com foco em pressão de vapor, faça uma breve introdução sobre o conceito de pressão de vapor. Explique que a pressão de vapor é a pressão exercida pelo vapor de um líquido em equilíbrio com seu líquido à mesma temperatura. Utilize um exemplo simples, como um copo de água, para ilustrar como as moléculas de água evaporam e criam uma pressão de vapor sobre a superfície do líquido. Destaque que a pressão de vapor é um fenômeno que ocorre em todos os líquidos e é fundamental para entender várias aplicações em química e no cotidiano.

Curiosidades

Você sabia que a pressão de vapor é a razão pela qual a água ferve a uma temperatura mais baixa em altitudes elevadas? Por exemplo, na cidade de La Paz, na Bolívia, que está a cerca de 3.650 metros acima do nível do mar, a água ferve a aproximadamente 88°C, em vez dos 100°C ao nível do mar. Isso ocorre porque a pressão atmosférica é menor em altitudes mais altas, o que significa que a pressão de vapor necessária para a ebulição é alcançada a uma temperatura mais baixa.

Desenvolvimento

Duração: (45 - 50 minutos)

A finalidade desta etapa do plano de aula é proporcionar uma compreensão aprofundada e detalhada sobre a pressão de vapor e suas implicações. Ao abordar tópicos específicos e essenciais, o professor garante que os alunos compreendam os conceitos fundamentais e suas aplicações práticas. As questões propostas ajudam a consolidar o conhecimento adquirido, promovendo a aplicação prática dos conceitos discutidos durante a aula.

Tópicos Abordados

1. Conceito de Pressão de Vapor: Explique o conceito de pressão de vapor em detalhe, ressaltando que é a pressão exercida pelas moléculas de vapor em equilíbrio com o líquido à mesma temperatura. Utilize diagramas para ilustrar o processo de evaporação e condensação em um sistema fechado. 2. Relação entre Pressão de Vapor e Temperatura: Detalhe como a pressão de vapor varia com a temperatura, usando o gráfico de pressão de vapor versus temperatura. Explique a lei de Clausius-Clapeyron e como ela descreve essa relação. Inclua um exemplo numérico para ilustrar como calcular a variação da pressão de vapor com a temperatura. 3. Influência das Propriedades Coligativas: Discuta como a adição de solutos afeta a pressão de vapor de um solvente, referenciando a Lei de Raoult. Explique a diferença entre solutos voláteis e não voláteis, e como cada tipo afeta a pressão de vapor de maneira distinta. Use exemplos práticos para ilustrar esses conceitos, como a adição de sal na água. 4. Aplicações Práticas: Apresente aplicações práticas da pressão de vapor em situações do cotidiano e na indústria, como em processos de destilação, na conservação de alimentos e na meteorologia. Faça uma conexão com o ponto de ebulição e pressão atmosférica para reforçar a compreensão dos alunos.

Questões para Sala de Aula

1. Calcule a pressão de vapor de uma solução contendo 0,5 mol de NaCl dissolvido em 1 kg de água a 25°C. Considere que a pressão de vapor da água pura a 25°C é de 23,8 mmHg. 2. Explique como a pressão de vapor de um líquido muda com a temperatura e forneça um exemplo prático dessa mudança. 3. Compare a pressão de vapor de dois líquidos diferentes, A e B, onde A tem uma pressão de vapor de 45 mmHg a 20°C e B tem uma pressão de vapor de 30 mmHg a 20°C. Qual dos dois líquidos tem maior tendência a evaporar e por quê?

Discussão de Questões

Duração: (20 - 25 minutos)

A finalidade desta etapa do plano de aula é consolidar o conhecimento adquirido pelos alunos através da discussão detalhada das questões resolvidas e da promoção de um engajamento ativo. Ao discutir as respostas e promover reflexões adicionais, o professor assegura que os alunos compreendam profundamente os conceitos abordados e possam aplicá-los em diferentes contextos.

Discussão

• Questão 1: Calcule a pressão de vapor de uma solução contendo 0,5 mol de NaCl dissolvido em 1 kg de água a 25°C. Considere que a pressão de vapor da água pura a 25°C é de 23,8 mmHg.

Explicação: Primeiro, determine a molalidade (m) da solução: m = mol de soluto / kg de solvente = 0,5 mol / 1 kg = 0,5 m. Considere que o NaCl se dissocia completamente em Na⁺ e Cl⁻, resultando em 1 mol de NaCl = 2 mol de partículas. Portanto, o fator de Van't Hoff (i) é 2. A pressão de vapor da solução (Pₛ) pode ser calculada usando a Lei de Raoult: Pₛ = Xₐ * P₀. Onde Xₐ é a fração molar do solvente e P₀ é a pressão de vapor do solvente puro. A fração molar do solvente (água) é Xₐ = nₐ / (nₐ + i * nₛ), onde nₐ é o número de mols de água e nₛ é o número de mols de soluto. Como 1 kg de água é aproximadamente 55,5 mols de água, Xₐ = 55,5 / (55,5 + 2 * 0,5) = 55,5 / 56,5 ≈ 0,9823. Então, Pₛ = 0,9823 * 23,8 mmHg ≈ 23,38 mmHg.

• Questão 2: Explique como a pressão de vapor de um líquido muda com a temperatura e forneça um exemplo prático dessa mudança.

Explicação: A pressão de vapor de um líquido aumenta com a temperatura porque, à medida que a temperatura aumenta, mais moléculas possuem energia suficiente para escapar da fase líquida para a fase gasosa. Isso significa que o número de moléculas em fase de vapor aumenta, aumentando assim a pressão de vapor. Um exemplo prático é a água: à medida que a temperatura aumenta de 20°C para 100°C, a pressão de vapor da água aumenta de aproximadamente 17,5 mmHg para 760 mmHg, o que é a razão pela qual a água ferve a 100°C ao nível do mar.

• Questão 3: Compare a pressão de vapor de dois líquidos diferentes, A e B, onde A tem uma pressão de vapor de 45 mmHg a 20°C e B tem uma pressão de vapor de 30 mmHg a 20°C. Qual dos dois líquidos tem maior tendência a evaporar e por quê?

Explicação: O líquido A tem uma pressão de vapor maior (45 mmHg) em comparação com o líquido B (30 mmHg) a 20°C. Isso indica que o líquido A tem maior tendência a evaporar porque mais moléculas de A conseguem escapar da fase líquida para a fase gasosa. A pressão de vapor maior de A sugere que suas moléculas interagem menos fortemente umas com as outras em comparação com as moléculas de B.

Engajamento dos Alunos

1. Qual é a relação entre a pressão de vapor e a temperatura? Como essa relação pode ser representada graficamente? 2. Como a adição de um soluto não volátil, como o sal, afeta a pressão de vapor de um solvente? Explique utilizando a Lei de Raoult. 3. Discuta por que a água ferve a uma temperatura mais baixa em altitudes elevadas. Como isso se relaciona com a pressão de vapor e a pressão atmosférica? 4. Considere um exemplo cotidiano onde a pressão de vapor é um fator importante, como na culinária ou na meteorologia. Explique a relevância da pressão de vapor nesse contexto. 5. Explique como a pressão de vapor pode influenciar processos industriais, como a destilação. Quais são as implicações práticas dessa influência?

Conclusão

Duração: (10 - 15 minutos)

A finalidade desta etapa do plano de aula é revisar e consolidar os principais pontos abordados, assegurando que os alunos tenham uma compreensão clara e completa do conteúdo apresentado. Ao conectar a teoria com a prática e destacar a relevância do tema, o professor reforça a importância do assunto e promove a aplicação prática do conhecimento adquirido.

Resumo

• Pressão de vapor é a pressão exercida pelo vapor de um líquido em equilíbrio com seu líquido à mesma temperatura.
• A pressão de vapor aumenta com a temperatura, conforme descrito pela lei de Clausius-Clapeyron.
• A adição de solutos não voláteis reduz a pressão de vapor do solvente, conforme a Lei de Raoult.
• A pressão de vapor tem aplicações práticas importantes, como na destilação e na meteorologia.
• A pressão de vapor está relacionada à ebulição, que ocorre quando a pressão de vapor iguala a pressão atmosférica.

Durante a aula, a teoria sobre pressão de vapor foi conectada com a prática através de exemplos numéricos e situações do cotidiano, como a ebulição da água em diferentes altitudes e a adição de sal na água. Isso ajudou os alunos a entenderem como os conceitos teóricos se aplicam em contextos reais e práticos.

Compreender a pressão de vapor é fundamental para várias atividades do dia a dia, como na culinária e na previsão do tempo. Por exemplo, saber que a água ferve a temperaturas mais baixas em altitudes elevadas pode influenciar a preparação de alimentos. Além disso, a pressão de vapor é crucial em processos industriais, como a destilação de líquidos.