APRENDENDO POR OSMOSE ATIVIDADE 2

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1 APRENDENDO POR OSMOSE ATIVIDADE 2 CARO ALUNO Vamos iniciar as atividades fazendo uma revisão do que foi visto nas aulas 27 de Biologia, 1 e 2 de Química. Nelas irão recordar vários conceitos, explicações e exemplos que irão colaborar para o entendimento do texto abaixo. Em muitos lugares do Brasil a carência de água potável é grande. Por isto perfuram-se poços, artesianos ou não, para suprimento de água. Entretanto, em muitas regiões, particularmente na proximidade do mar, a água apresentase salobra, isto é, levemente salgada. Seu consumo contínuo é nocivo ou mesmo impossível. Para retirar o sal dissolvido nesta água, somente utilizando o Processo de dessalinização. Leia o texto abaixo, ele irá auxiliá-lo no entendimento de como ocorre o processo de dessalinização, reflita e discuta com seus colegas! O PROCESSO DE DESSALINIZAÇÃO POR OSMOSE REVERSA Alguns dessalinizadores funcionam segundo o princípio da osmose reversa. Este fenômeno, conhecido dos cientistas desde o fim do século passado, passou a ser aplicado em processos industriais na década de 60. Desde a década de 80 o emprego de membranas semipermeáveis sintéticas em aplicações industriais passou a se difundir, ampliando o campo de aplicação deste processo. Isto resulta em contínuas reduções de custo, não só pela maior escala de produção permitida como também pelo crescente conhecimento tecnológico adquirido. Nos anos recentes, os avanços científicos no campo de indústria de micro chips e da biotecnologia provocaram uma demanda por água de elevada pureza. Por outro lado, a consciência de preservação do meio ambiente da sociedade implica, também, em tratamentos de rejeitos industriais mais sofisticados e de maior eficiência. Nestes campos, a osmose reversa tem se desenvolvido bastante. A escassez de água potável em muitas regiões do planeta também determina uma demanda por processos de dessalinização seguros e econômicos. Assim, o processo de dessalinização por osmose reversa tem se difundido, seus custos vem decrescendo e sendo colocado até ao alcance do indivíduo, viabilizando muitos projetos antes impensáveis. Procuraremos explicar aqui os fundamentos do processo de dessalinização, para atender um amplo público sem conhecimento específico no assunto. Dentro das ciências naturais, a osmose reversa é melhor estudada e compreendida nos cursos de engenharia química e química industrial. BIOLOGIA E QUÍMICA 1 atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 1

2 SOLUÇÕES SALINAS Chama-se de solução salina a dissolução de um sal (soluto) em um líquido (solvente), sendo este líquido normalmente a água. Se dissolvermos uma colher de sal de cozinha (cloreto de sódio) em um copo d água pura, teremos uma solução salina de cloreto de sódio. Se pusermos mais colheres de sal no mesmo copo, a solução ficará mais salgada, isto é, a concentração do sal ficará maior, até a saturação do solvente, a partir desse ponto, o sal passará a se depositar e por mais soluto que se adicione a solução não ficará mais salgada. Os diferentes sais existentes na natureza apresentam diferentes capacidades de se dissolverem na água. Existem os que se dissolvem muito pouco ou nada (insolúveis) até os que se dissolvem em grandes quantidades e com facilidade (cloreto de potássio). Existem ainda substâncias que se dissolvem em água com facilidade, como a sacarose (açúcar), mas resultam em soluções um pouco diferentes das soluções salinas, pois não são soluções eletrolíticas, isto é, não conduzem a corrente elétrica. As águas salgadas encontradas na natureza têm inúmeros sais nela dissolvidos. A água doce, potável, apresenta pequena quantidade de sal dissolvido, o que possibilita o consumo. A água dita salobra é a proveniente de poços com uma salinidade bem menor do que a água do mar, mas ainda acima do limite de potabilidade e de uso doméstico. É a famosa água de poço que não faz espuma quando se lava alguma coisa com ela. CONCENTRAÇÃO Os cientistas usam o termo concentração para medir e comparar a quantidade de sal de uma determinada solução salina. A solução pode ser pura ou não, ou seja, apresentar apenas um ou várias tipos de sais dissolvidos. Normalmente se emprega no estudo da dessalinização a unidade ppm, que significa parte por milhão, ou seja, quantidade de partes do soluto (sal) dissolvidas em um milhão de partes do solvente (água). MEMBRANA SEMIPERMEÁVEL As membranas semipermeáveis, existentes na natureza, têm a capacidade de deixar passar somente um líquido (a água), ou solvente, mas não deixam passar sais nela dissolvidos. Na verdade, o que se verifica é uma propriedade seletiva, isto é, o solvente água passa de um lado para o outro da membrana. As paredes das células dos seres vivos são membranas semipermeáveis naturais, regulando a passagem de sais e nutrientes para dentro da célula ou para fora dela. Os cientistas descobriram que existem membranas sintéticas que exibem a mesma propriedade. Talvez a mais comum delas seja o acetato de celulose (celulóide), aquele papel transparente que costuma envolver os maços de cigarro. Com uma folha de acetato de celulose pode-se efetuar uma experiência de osmose, fenômeno descrito a seguir. 2 atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 2

3 APRENDENDO POR OSMOSE ATIVIDADE 2 OSMOSE Osmose é uma palavra adicionada aos nossos dicionários desde o final do século passado. A palavra vem do grego (osmós) e significa impulso. Popularmente, os estudantes caracterizam a tentativa de aprender por osmose como a prática de andar com um livro debaixo do braço. A brincadeira conceitua bem o fenômeno: o conhecimento (a essência) seria absorvido, ficando as páginas do livro. Fig. 1 BIOLOGIA E QUÍMICA A osmose natural ocorre quando duas soluções salinas de concentrações diferentes encontram-se separadas por uma membrana semipermeável. Neste caso, a água (solvente) da solução menos concentrada tenderá a passar para o lado da solução de maior salinidade. Com isto, esta solução mais concentrada, ao receber mais solvente, se dilui, num processo impulsionado por uma grandeza chamada pressão osmótica, até que as duas soluções atinjam concentrações iguais. OSMOSE REVERSA Conceitos Básicos A Osmose é um fenômeno natural físicoquímico. Quando duas soluções, com diferentes concentrações, são colocadas num mesmo recipiente separados por uma membrana semipermeável, ocorre naturalmente a passagem do solvente da solução mais diluida para a solução mais concentrada, até que se encontre um equilíbrio. Fig atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 3

4 Esta diferença entre colunas de solução se denominou Pressão Osmótica. A Osmose Reversa é obtida através da aplicação mecânica de uma pressão superior à Pressão Osmótica do lado da solução mais concentrada. Fig. 3 DESSALINIZADORES São equipamentos destinados a produzir água potável a partir de água do mar ou salobra, empregando o processo de osmose reversa e membranas osmóticas sintéticas. As condições de trabalho de um dessalinizador são bastante severas, pois aliam um elemento altamente corrosivo (íon cloreto) a altas pressões (400 a 1200 psi). São equipamentos de custo relativamente elevado, mas, comparando-se com os custos normais de água encanada, pagam o investimento entre 4 a 6 anos. Para auxiliar na discussão, seguem algumas questões. Mas não se prendam somente a elas, contem o que vocês já vivenciaram sobre esse assunto. 1 O texto nos permite conhecer a importância do processo de dessalinização. Em que momento isso fica evidente? 4 MEMBRANA SINTÉTICA As membranas osmóticas empregadas em dessalinizadores, são membranas sintéticas que imitam as membranas naturais. Existem poucos fabricantes e fornecedores destas membranas, pois trata-se de uma tecnologia bastante avançada. Estas membranas normalmente são fornecidas para os vários fabricantes de dessalinizadores já na sua forma de utilização final, acondicionadas em cilindros de diversas capacidades. Um fabricante, pode, inclusive, utilizar membranas de diferentes fornecedores. 2 Você é capaz de dar um exemplo ligado ao seu cotidiano que demonstre o processo de osmose? atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 4

5 APRENDENDO POR OSMOSE ATIVIDADE 2 3 O que são dessalinadores? 4 Ainda no texto, verificamos que a osmose natural ocorre quando duas soluções salinas de concentrações diferentes encontram-se separadas por uma membrana semipermeável natural. Mas no caso dos dessalinadores existe a necessidade de membranas sintéticas. Qual é a membrana sintética mais comum que encontramos para comprar? Experiência: osmose Material: 2 copos transparentes 2 ovos crus de tamanhos semelhantes 250g (gramas) de açúcar 250ml (mililitros) de vinagre 1 colher Procedimento: primeira fase Lave um ovo e coloque-o em um copo contendo 250 ml de vinagre. BIOLOGIA E QUÍMICA Ocorre a seguinte reação: Acetato de cálcio gás carbônico 2CH 3 - COOH+CaCO 3 - [CH 3 -COO 2 ] 2 Ca+H 2 O+CO 2 Após essa reflexão percebemos que as aulas 2 e 3 do material do Telecurso 2000 de Química e 27 de Biologia, nos permite entender o texto sobre o processo de dessalinização, ou melhor, nos fazendo compreender vários processos que acontecem ao nosso redor. Ácido acético ( vinagre ) Carbonato de Cálcio (casca de ovo ) água Deixe-os em repouso por um ou mais dias, anotando suas observações no quadro abaixo. Para vivenciar e testar nossos conhecimentos sobre os conceitos vistos nas aulas mencionadas nessa 2ª atividade, sugerimos a seguinte experiência: Data Observações 5 atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 5

6 Conclusão da primeira fase da experiência Após os dois dias de observação, o que aconteceu com o ovo? Observação: A experiência consiste em retirar a água do interior do ovo que estava no vinagre, usando também o fenômeno da osmose. Proceda assim: Prepare uma solução supersaturada de açúcar em água, adicionando 250g de açúcar em 250ml de água quente. Continuando o aquecimento e mexendo até que a dissolução esteja completa, a solução ficara amarela e viscosa. Deixe-a resfriar e coloque-a no copo, já contendo o ovo. Deixe o sistema em repouso por pelo menos mais um dia. Agora compare o tamanho deste ovo com o outro, que não foi colocado no vinagre. O que justifica essa alteração? O que observamos no dia seguinte? Segunda Fase Com cuidado para não romper a membrana do ovo, retire o vinagre do copo, segurando o ovo. A seguir, lave-os apenas com água e recoloque-o no copo também lavado. Para vocês se acostumarem com essa metodologia, ou seja, com a parceria dos componentes de Biologia e Química, vamos realizar uma atividade que é na verdade, exemplos de questões que podem aparecer nas avaliações. 6 atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 6

7 APRENDENDO POR OSMOSE ATIVIDADE 2 1 Observe a imagem abaixo: Fig. 4 d) Por estarem separadas por uma membrana semipermeável, nunca será possível o equilíbrio entre as duas soluções. e) O equilíbrio entre a concentração de soluções é importante somente para o estudo da Biologia. 2 Na presença de luz as células dos estômatos realizam fotossíntese mais intensamente do que as células vizinhas, produzindo maior quantidade de glicose. A concentração de glicose dessas células será maior que a das células vizinhas. BIOLOGIA E QUÍMICA Sabendo-se que temos em um mesmo recipiente duas soluções de concentrações diferentes, que estão separadas por uma membrana semipermeável, podemos afirmar o seguinte: a) Para igualar a concentração, o solvente da solução menos concentrada irá se movimentar para solução mais concentrada. b) A membrana semipermeável não permitirá o equilíbrio entre as soluções. c) Para igualar a concentração das soluções, o soluto da solução de maior concentração irá se movimentar para a solução de menor concentração. Então, pelo processo de, a água passará das células vizinhas (menos concentradas) para as células do estômato (mais concentrada). A alternativa que preenche corretamente a lacuna é: a) evasão b) osmose c) digestão d) respiração e) transferência Que legal! Agora vocês já entenderam na prática, o que é solvente, soluto, solução e como ocorre o processo de osmose. Caso tenha ficado alguma dúvida, não fique quieto! Converse com seus colegas ou retome com seu monitor. Nosso objetivo é que vocês sejam capazes de aplicar esses conhecimentos em outras situações. 7 atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 7

8 CARO MONITOR GABARITO COMENTADO Sugestão: A experiência requer momentos de observação, que no total levará em média 3 dias. Para que não se perca a continuidade dessa atividade, sugerimos o seguinte: No dia realize a experiência junto com os alunos, mas faça como nesses programas de culinária no qual o chefe de cozinha ensina, no ar, todo o procedimento e logo após os comerciais aparece com o prato pronto, sendo que na verdade levaria muito mais tempo de preparo. O que estamos tentando dizer: seria interessante nos três dias que antecedem a realização da atividade, você efetuar a experiência longe dos alunos. Na primeira fase: faça em duplicidade, pois assim você poderá preparar uma delas para demonstrar também a segunda fase. Dessa forma, você poderá realizar a experiência com os alunos e dar condições a eles de observarem o que acontecerá após os dois dias. Assim, não teremos interrupções das atividades e nem comprometimento das aulas posteriores. Caso não seja possível essa prática, sugerimos que você realize a montagem da experiência três dias antes, no final da aula. Oriente os alunos a observarem as alterações que irão ocorrer, fazendo as anotações no quadro de observações. No terceiro dia, realizar a 2ª fase que deverá ser concluída no dia destinado a essa atividade. Questões para reflexão: 1 Nessa questão o aluno deverá concluir que o processo de dessalinização está ligado à necessidade de uma demanda por água, de elevada pureza cada vez maior, devido aos avanços científicos no campo de industrias de microchips e da biotecnologia. A preservação do meio ambiente e a escassez de água potável em muitas regiões também deverão entrar na discussão. 2 Os alunos poderão comentar que eles observam esse processo quando temperam a salada, pois quando colocam sal, por exemplo, na folha de alface esta libera água é o resultado da perda de água das células da alface para o meio externo. Outro exemplo está relacionado aos meios de conservação, no qual é utilizado esse processo para desidratar um determinado alimento para aumentar seu prazo de validade. Como por exemplo: Frutas secas e carnes Outro exemplo que eles podem comentar, está relacionado a uma brincadeira de criança, que consiste em jogar sal em uma lesma. O que acontece é o processo de osmose que acaba desidratando e levando à morte esse pequeno ser vivo. 8 atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 8

9 APRENDENDO POR OSMOSE ATIVIDADE 2 GABARITO COMENTADO (continuação) 3 No texto está bem claro que dessalinizadores são equipamentos destinados a produzir água potável a partir de água do mar ou salobra. Retome com os alunos a aula 2 do livro do Telecurso 2000 de Química e verifique que solução eles podem dar para o título dessa aula, ou seja: Dá para separar o sal da água do mar? 4 A membrana sintética mais comum é o acetato de celulose, como por exemplo, aquele papel transparente que costuma envolver os maços de cigarro. BIOLOGIA E QUÍMICA Experiência: Osmose Primeira Fase Toda a casca foi removida e restou apenas a membrana que recobre o ovo. Vale a pena ressaltar que se trata da tal membrana semipermeável mencionado no processo de osmose. Será possível verificar durante o processo a liberação de bolhas que formam uma espécie de espuma. Neste caso é o gás carbônico que está sendo liberado. Após o acompanhamento dessa experiência o aluno deverá ser capaz de concluir que o ovo que ficou mergulhado no vinagre por dois dias pelo menos ficou inchado, pois a água penetrou por sua membrana, através da osmose. Isso ocorreu, porque a concentração de solutos dentro do ovo é maior do que no vinagre. A atividade deverá ter como resultado a seguinte seqüência de imagens: Segunda Fase O aluno deverá observar o seguinte fato: o ovo diminui de tamanho, porque a água saiu do seu interior pela osmose, ou seja, a concentração de solutos no ovo demonstrou ser menor do que na solução de açúcar. Questões Finais 1 2 A B 9 atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 9

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Material do Telecurso 2000 de Biologia e Química 10 atividade_02_biologia e quimica_ok.pmd 10