Com netejar l’aigua?

Com netejar l’aigua?

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

L’aigua que arriba a les cases necessita ser potabilitzada. Per aconseguir-ho, a les plantes potabilitzadores es fa passar l’aigua per un seguit d’operacions, tant per netejar-la eliminant substàncies que l’embruten (formen una mescla) i microorganismes que poden ser perjudicials per a la salut.

A l’aula es pot reproduir el procés. Primer embrutarem l’aigua afegint-hi sorres, restes de plantes, gotes de tinta i d’oli… i construirem una depuradora casolana amb una ampolla de plàstic, on hi afegirem sorra, grava, carbó actiu, cotó fluix i alúmina (veure dibuix). A continuació dissoldrem en l’aigua bruta una cullerada d’alúmina i mantindrem aquesta mescla durant uns 10 minuts. Després la filtrarem, ben a poc a poc.

Finalment ens podem preguntar si l’aigua filtrada seria potable i reconèixer que hi poden quedar microorganismes. Per eliminar-los caldrà afegir unes gotes de lleixiu. 

En aquest experiment s’han aplicat diferents mètodes:

Floculació

Procés químic que té lloc quan afegim alúmina, substància que possibilita que partícules molt petites barrejades amb l’aigua s’uneixin entre elles formant flòculs (per tant, partícules més grans que seran atrapades en el moment de filtrar).

Filtració

Procés físic per separar les partícules de substàncies sòlides (també els flòculs) barrejades amb l’aigua.

Tractament amb carbó actiu

Procés físic-químic per separar algunes substàncies que conté l’aigua (especialment les que són acolorides o oloroses). El carbó actiu és molt porós i absorbeix (atreu) les partícules que es filtren a través d’ell, que queden atrapades als seus forats.

Desinfecció

Procés biològic per eliminar gèrmens que hi poden haver a l’aigua filtrada. A les plantes potabilitzadores s’utilitza clor o ozó amb aquesta mateixa finalitat.

Altres preguntes que es poden plantejar, a més de les relacionades amb els diferents mètodes que s’apliquen per potabilitzar l’aigua, poden ser:

Amb aquest procediment, s’eliminen totes les substàncies que estaven mesclades amb l’aigua? Per què?

En quins casos l’aigua que conté substàncies dissoltes és potable i en quins no ho és?

Com és que no es recomana beure aigua de fusió de la neu o de rius a alta muntanya?, Com és que hi ha fonts en les que l’aigua és potable i a d’altres no potable?

Què fa que un solut es dissolgui o no en un dissolvent?

Què fa que un solut es dissolgui o no en un dissolvent?
Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

Tots tenim l’experiència de barrejar sal o sucre amb aigua i comprovar que es dissolen i, en canvi, que no passa el mateix al mesclar aigua i oli. En el primer cas, les substàncies interaccionen amb l’aigua, que ‘trenca’ el solut, i es separen les partícules, que es reparteixen per l’aigua (dissolvent). Com les partícules són molt petites, no es veuen a ull nu i fins i tot, passen a través d’un paper de filtre. En canvi, en el segon cas, l’oli i l’aigua no interaccionen, i es separen en dues capes en funció de la seva densitat (que, recordem, no és el mateix que el pes).

Els infants poden imaginar què passa en cada cas i representar-ho. Es pot observar que les maneres de dibuixar-ho poden ser molt diverses, però el més interessant és conversar al voltant d’elles. Una de les dificultats és imaginar que l’aigua també està formada per partícules i quan es coavaluen, és una de les característiques que destaquen. També la manera ben diversa de representar la interacció entre el solut i el solvent i la dispersió de les partícules d’un i altre.

Exemple de representacions inicials d’una dissolució de sal i aigua.  Esc. Coves d’en Cimany, Teresa Pigrau, 5èP
Exemple de representacions inicials d’una dissolució de sal i aigua.  Esc. Coves d’en Cimany, Teresa Pigrau, 5èP

Els infants poden arribar a imaginar la matèria formada per partícules però, al mateix temps, creuen que ha d’haver-hi una matèria contínua, que les conté, com es pot observar en la representació que fan de la mescla d’oli i aigua. Aquesta idea es manté molts anys i comporta, per exemple, que quan són més grans puguin considerar que la propietat de ser ‘dolç’ del sucre és una part diferenciada de la substància, i que està dins d’ella.  

Una altra de les dificultats és la confusió entre els conceptes de pes i densitat. Tots aquests aspectes poden ser objecte d’intercanvi de punts de vista en una conversa a l’aula.

Esc. Coves d’en Cimany, Victòria Carbó, 2nP

Exemples de representació inicial d’una mescla d’oli i aigua, on es reflecteix la idea alternativa de que el fet de surar es deu el pes (i no a la densitat). 

Després de la conversa, es va acordar que l’explicació del perquè l’oli no es dissol en l’aigua podria ser: “ Per què la unió entre les parts d’oli és molt forta i no deixa que les parts d’aigua entrin”

L’aigua neteja tot tipus de taques? En quines condicions neteja millor? 

L’aigua neteja tot tipus de taques? En quines condicions neteja millor? 

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

Una pregunta que ajuda a contextualitzar l’aprenentatge sobre l’aigua com a dissolvent és plantejar com treure les taques que habitualment embruten la roba. Es poden tacar 12 trossos petits de roba de cotó blanc, 3 amb oli, 3 amb carbó, 3 amb tinta i 3 amb fang, i situar-los, un darrera l’altre, en tres recipients. Les variables a tenir en compte són: afegint detergent o no, i amb aigua calenta o freda (i també si es frega o no). 

Experimentem

Clica sobre la taula per baixar-te o imprimir la proposta d’experimentació. 

Per completar l'activitat es pot consultar aquest material (clicar sobre la imatge)

A continuació es recullen alguns exemples de respostes diverses donades per alumnes de CM, que possibiliten comparar-les i que la conversa sigui molt interessant. Al mateix temps es poden revisar idees alternatives i les formes d’expressar-les, i pot ser una oportunitat per parlar de la importància d’intentar no tacar-nos i així no necessitar sabons o detergents, que contaminen les aigües.

Es pot demanar fer un informe (o també conversar), i preguntar quin seria l’objectiu de la recerca que s’ha fet, quins són els resultats i com s’interpreten. 

En relació a l'objectiu

(Recordem que és important que les criatures identifiquin l’objectiu d’aprenentatge de les tasques que fan, atès que és una condició perquè l’aprenentatge sigui significatiu):

“Arribar a entendre perquè unes vegades l'aigua renta millor;

Comprovar en quines condicions l'aigua neteja millor;

Saber si l’aigua neteja tot tipus de taques;

Saber quan l'aigua neteja millor la roba;

Dissenyar un experiment per saber de quina manera d’aigua renta millor;

Descobrir i comprovar en quines condicions neteja millor l'aigua.”

En relació als resultats

Es refereixen a variables que poden influir:

“Quan rentem amb aigua calenta, detergent i fregant, la brutícia es dissol;

L'aigua calenta no neteja millor que l'aigua a temperatura ambient, però sí que influeixen les altres condicions;

No influeix ni la temperatura de l'aigua, ni afegir detergent.

Sí que influeix el fregar; Influeix si tenim aigua calenta i ‘restreguem’ alhora, però no si només ‘restreguem’... .”

En relació a la interpretació dels resultats

Una bona part de l’alumnat redueix la justificació a dir que “és perquè l’aigua és un bon dissolvent” sense més explicacions;

una altra part repeteix els resultats: “perquè l’aigua estava més calenta, té detergent, freguem...” sense interpretar-ho;

i d’altres fan referència a que “l’aigua atreu (o no) la brutícia; si hi posem detergent, aquest ajuda a que l’aigua atregui més la porqueria; fregar ajuda a que surtin les partícules de les taques”.

En aquest cas, són exemples d’inici de bones explicacions.

L’aigua dissol tot tipus de substàncies?

L’aigua dissol tot tipus de substàncies?

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

Es pot experimentar barrejant aigua amb diferents materials: sal, sucre, sorra, sulfat de coure, farina, oli, alcohol, tinta, vinagre, etc. L’alumnat pot comprovar en quins casos s’obté una solució o bé una mescla heterogènia. 

Cliqueu sobre la Imatge per veure les fotos de l’experiment

Font: Esc. La Muntanya (Aiguafreda) I5

També es pot comprovar si a l’escalfar l’aigua es pot dissoldre més solut. 

En cada exemple serà important reflexionar sobre què ha passat, com saber si s’ha format una dissolució o no  (si la mescla és homogènia i transparent, si passa la llum a través de la solució…), i perquè ha passat. Poden dibuixar com s’imaginen la distribució de les partícules d’aigua i de solut, abans de fer la barreja i després. I finalment, classificar els materials en funció de la seva solubilitat.

Com és que l’aigua és tan bon dissolvent?

Com és que l’aigua és tan bon dissolvent?

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

És normal trobar aigua en moltes solucions perquè la molècula té una estructura, amb un pol negatiu i l’altre positiu, i per això, com que té càrregues oposades als dos pols, es diu que la molècula d’aigua és polar. Aquest fet és el que li permet dissoldre materials ben diversos.

 S’explica perquè les molècules d’aigua actuen com a imants. El pol positiu d’una molècula interacciona amb el pol negatiu d’una altra molècula. Així, per exemple, la molècula del sucre també és polar, i el seu pol negatiu i el pol positiu de la molècula d’aigua s’atreuen. La sal (clorur de sodi: NaCl) és una substància iònica que al dissoldre’s en aigua es trenca perquè la molècula d’aigua atreu les parts positives (ió Na+) i les parts negatives (ió Cl-). En ambdós casos, les partícules de la substància que es dissol (el solut) es dispersen en el dissolvent (aigua).

Model que explica la dissolució de sal en aigua
Model que explica la dissolució de sucre en aigua

Es poden dissoldre en aigua sòlids, líquids i gasos. L’alcohol és un exemple de líquid que es dissol en aigua i les begudes carbonades contenen gas dissolt. Quan l’aigua fa olor, sovint és perquè té un gas dissolt o una substància líquida o sòlida molt volàtil. 

En els cas dels líquids i dels sòlids, generalment, a més temperatura es pot dissoldre més quantitat de solut (una excepció és el clorur de sodi -sal comuna- donat que no varia la seva solubilitat amb la temperatura -fet que sí passa amb el sucre-). En canvi, en el cas dels gasos, a més temperatura, menys solubilitat (per exemple, podem comprovar que en una beguda que conté gas carbònic, no s’observen quasi bombolles si es freda (el gas està dissol en la beguda), en tant que quan s’escalfa, comença a separar-se el gas del líquid (no se’n pot dissoldre tant perquè les partícules es mouen més) i és quan es veuen les bombolles. 

La solubilitat dels gasos depèn també de la pressió (que força les molècules a ajuntar-se més les unes amb les altres). Es pot observar que a l’obrir una beguda amb gas, com que disminueix la pressió, el gas dissolt s’escapa.

Quina diferència hi ha entre aigua natural i aigua pura? I entre els altres tipus d’aigües?

Quina diferència hi ha entre aigua natural i aigua pura? I entre els altres tipus d’aigües?

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

Font imatge: https://issuu.com/colquimcat/docs/npq_449/20

Habitualment s’utilitzen com a idees coincidents els termes ‘aigua natural’ (no contaminada, que brolla de fonts a la muntanya) i ‘aigua pura’ (destil·lada).

De tipus d’aigües n’hi ha molts. Al ser l’aigua un bon solvent, a la natura sempre la trobem formant dissolucions. Segons el tipus i quantitat de substàncies dissoltes tenim diferents tipus d’aigües, que es classifiquen de maneres diverses:

Aigües naturals I aigua pura

Les primeres poden ser superficials (llacs, glaceres, rius...), subterrànies (que brollen en fonts, mines..., i sovint s’anomenen aigües ‘minerals’), o atmosfèriques (pluja, aigua dels núvols). Totes elles contenen substàncies dissoltes (que segons els tipus es diferencien en aigües carbonatades, ferruginoses, etc.). En canvi, l’aigua pura és el resultat d’aplicar tècniques de destil·lació o desionització per eliminar aquestes substàncies.

Aigües dolces i aigües salades

La diferència rau en la quantitat de sals dissoltes. En el segon cas contenen molta proporció de sal comú (clorur de sodi). Cal recordar que la densitat de l’aigua augmenta amb la concentració de sals -al Mar Mort, es sura molt més que als oceans i en aquests, molt més que als llacs-.

Aigües dures i aigües blanes o toves

Es diferencien per la quantitat de carbonats de calci que contenen. Les aigües dures donen poca escuma amb els sabons i provoquen l’obturació de canonades.

Aigües potables i no-potables

Es diferencien per si són aptes pel consum humà, i depèn no sols de la quantitat i tipus de substàncies dissoltes, sinó també dels microorganismes que contenen.

Aigües contaminades

Es caracteritzen per contenir substàncies i microorganismes que impedeixen el desenvolupament de la vida. Les aigües residuals són aigües contaminades degut al consum humà, agrícola i industrial.

Com podem comprovar si una aigua natural és pura?

Aprofitant una sortida, els infants poden recollir aigües provinents de rius o rierols, fonts, basses…, i a l’aula ens preguntem si són pures i com ho podríem saber, atès que a l’observar-les totes són incolores i transparents, A partir de les seves propostes, que poden incloure des de provar-la (que ens portarà a parlar sobre perquè no és una bona opció donat que podria estar contaminada), fins a “treure l’aigua i veure si queda alguna cosa”. També surt el dubte sobre si totes les aigües contenen la mateixa quantitat (i tipus) de substàncies dissoltes. 

 Per ‘treure’ l’aigua podem evaporar-la. Com la quantitat de solut és molt poca, és recomanable que abans d’aplicar el procediment a l’aula amb l’alumnat, els mestres haguem concentrat alguna de les aigües (partint com a mínim de 1 l.) perquè, en cas contrari, el procés és molt lent. Una vegada concentrada, acabem el procediment amb els nens i nenes, que poden observar el residu sòlid que s’obté. 

Com normalment la quantitat de sals dissoltes és molt poca, també es pot fer amb aigua de mar, que en conté moltes més. En aquest cas, a més, l’aigua es pot acabar d’evaporar deixant-la al Sol o damunt d’un radiador, accions que poden dur a terme els infants.

Font: Esc. Pompeu Fabra (Llançà) https://mitjapompeu.blogspot.com/2017/11/experiment-levaporacio.html

Com podem recollir l’aigua que s’ha evaporat? ¿Serà pura? ¿Serà potable?

 El pas següent serà preguntar-nos si podríem recollir l’aigua que s’ha evaporat i així tenir una aigua pura, sense substàncies dissoltes. En aquest cas, el procediment a aplicar és el de la destil·lació (cal fer el muntatge de l’aparell).

Un possible tema per a la conversa és si les aigües naturals i les pures són bones per beure. En el cas de les naturals, convé reflexionar sobre el tipus de substàncies que poden contenir en dissolució, el seu possible caràcter nociu per als humans i el grau de concentració a cada aigua (per exemple, la sal no és nociva, però com que el nivell de concentració a l’aigua del mar és molt alt, aquesta aigua no és apta per consumir). També es pot fer referència als microorganismes que pot contenir l’aigua i que fan que sigui no-potable, fins i tot la provinent de fonts subterrànies. 

En el cas de l’aigua pura -destil·lada- també es desaconsella beure-la perquè, entre d’altres raons, no conté alguns dels elements que complementen la nostra dieta (calci, magnesi, ferro, sodi…). En la mateixa línia tampoc és un bona opció beure aigua de la pluja (o directament de la neu), que és el resultat d’un procés similar al d’una destil·lació feta al laboratori. En aquest cas, a més del problema de la falta de minerals, s’afegeix el fet que al precipitar, dissol substàncies que hi ha a l’aire que poden ser contaminants i prejudicials per a la salut (per exemple, es parla de pluja àcida). 

L’aire s’embruta? On s’embruta més?

L’aire s’embruta? On s’embruta més?

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

Imatge: Escola Coves d’en Cimany, Victòria Carbó. 2n P

A partir de l’acció humana – quan es cuina, es fabriquen productes, es condueixen vehicles, es fuma, ens escalfem amb les estufes…-, es desprenen substàncies que es mesclen amb l’aire i aquest es contamina. Tot i així, moltes vegades no ho percebem, i per tant, és una bona activitat comprovar-ho i identificar en quins espais l’aire està més contaminat.

Per investigar-ho podem untar papers amb vaselina i situar-los (damunt d’un cartró) en diferents espais de l’escola: aula, passadissos, cuina, finestres que donen als patis i al carrer. Anotem en els cartrons els llocs on es situen, i dos dies després els observem amb una lupa. Ens preguntem què s’hi veu, com és que tenen un color més o menys fosc, quin pot ser el seu origen, quines són les partícules més freqüents…

 

Imatge: Pulmons d’un fumador i d’un no-fumador.

També podem posar els papers a la sortida del tub d’escapament d’alguns cotxes i comprovar quin és el que llença al medi més partícules i, per tant, contamina més (i establir possibles relacions amb la marca, antiguitat, temps que es va fer la darrera revisió, el tipus de combustible…).

Es pot fer el mateix experiment situant els papers en llocs on hi hagi molts fumadors, i reflexionar sobre on van a parar les partícules que es desprenen quan es fuma, i com afecten als pulmons i al procés de respiració.

La finalitat serà ajudar a entendre perquè el tabaquisme és un problema per a la salut i perquè ens cal respirar en ambients el menys contaminats possible. Un altre substància que comporta problemes respiratòries és l’amiant o asbest. En aquest cas, les fibres que es desprenen no es dissolen ni en l’aire ni en l’aigua, i queden en suspensió. Si es respiren provoquen cicatrius en els pulmons, entre d’altres problemes.

Idees per construir (substàncies pures i mescles)

Idees per construir (substàncies pures i mescles)

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

Idees per construir

Les idees bàsiques per treballar. Les idees habituals de l'alumnat per revisar

Els materials poden estar formats per un sol tipus de substància o per vàries.

Els materials poden estar formats per un sol tipus de substàncies o per vàries. Una substància és tota porció de matèria que comparteix determinades propietats característiques. Normalment l’anomenem “pura” per distingir-la de les mescles. Una substància pura pot ser un element (oxigen, hidrogen, carboni…), o un compost (aigua – H2O -, diòxid de carboni -CO2-…), segons estigui formada per un sol tipus d’àtoms o diversos. Els elements es diferencien entre els metalls (que tenen propietats específiques, com és la de conduir el corrent elèctric), i els no-metalls.

Les mescles poden ser homogènies i heterogènies

Una solució (o dissolució) és un tipus de mescla homogènia. No es diferencien els materials que la formen, i quan no és sòlida, és sempre transparent encara que sigui acolorida. En canvi, una mescla heterogènia, que pot ser un col·loide o una suspensió, emulsió..., és opaca i no possibilita veure objectes a través d’ella. 

Un col·loide està format per partícules disperses que no es perceben però que són més grans que les que formen una dissolució. Exemples de col·loides: llet, gelatina, mantega, detergents i xampús, molts aerosols… En canvi, en una suspensió, per exemple de farina i aigua, les partícules disperses són més grans i precipiten.

L’aire és una solució de gasos i és transparent, mentre que la boira és un col·loide format per aire i gotes molt petites d’aigua i no és transparent. Tampoc ho és la mescla d’aigua i farina. En el cas dels sòlids metàl·lics, les solucions s’anomenen aliatges (bronze, acer inoxidable…). 

El grau de dificultat en la construcció d’aquests conceptes ve donat en part per les accions a fer per obtenir-los.

Les accions per construir aquests conceptes es relacionen amb el mètodes o tècniques de separació o d’agregació. Els dos tipus d’accions associats als conceptes –separar i ajuntar- són necessaris per aprendre’ls. Per exemple, barregem substàncies i es formen mescles, o bé tenim mescles i filtrem, decantem, destil·lem, fem una cromatografia, atraiem amb un imant… i obtenim substàncies pures. 

El grau de dificultat en la construcció d’aquests conceptes ve donat en part per les accions a fer per obtenir-los. Els nivells representats en el gràfic següent també ens donen un criteri per seqüenciar el seu aprenentatge. En un primer estadi es poden classificar els materials en homogenis i heterogenis només observant a ull nu. En un segon, cal efectuar canvis de tipus físic (si les interaccions entre les substàncies que el formen són febles) com, per exemple, filtrar, decantar, destil·lar, fer una cromatografia…, i un de posterior (més complex) calen canvis químics (interaccions fortes) com, per exemple, escalfant fortament o fent una electròlisi.  

A l’alumnat els costa diferenciar entre una solució i un compost, perquè en els dos casos s’observa com si fos una sola substància, quan un és una mescla i l’altre una substància pura. Les diferències bàsiques són que en el cas de les solucions, les substàncies que les formen interaccionen de forma feble i es poden barrejar en diferents proporcions, mentre que en un compost els elements que el formen interaccionen de manera forta i la composició és constant. Així, per fer una dissolució d’aigua i sucre podem barrejar les dues substàncies en diferents proporcions. En canvi, la relació entre la quantitat d’hidrogen i d’oxigen a l’aigua (H2O) sempre és la mateixa.

Els materials poden ser substàncies pures o mescles

Els materials poden ser substàncies pures o mescles

Altres exemples de preguntes per reconèixer que els materials estan formats per partícules i aprofundir en les explicacions

<strong>Altres exemples de preguntes per reconèixer que els materials estan formats per partícules i aprofundir en les explicacions</strong>
Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 
Com ens imaginem el material per dins si és que podem canviar la seva forma, trencar-lo...?
Podem trencar (esmicolar) l’oli, un perfum, una fusta, un metall, un cabell o fil...? Com?
Com de petites poden arribar a ser les parts?
Com ens l’imaginem per dins abans de trencar-lo i després?
Si els materials són diferents, les parts seran diferents? En què es diferenciaran?
Què pensem que passa a les “parts” del material quan el trenquem, l’esmicolem, el barregem amb aigua, l’escalfem...
Com es ‘trenca’ un material amb l’aigua?
On estan les parts de la sal /sucre quan s’han dissolt a l’aigua?
El foc pot ‘trencar’ un material? Com ho fa? Com ens imaginem què els hi passa a les parts?
Com ens imaginem l’aire per dins (les seves parts) abans i després de comprimir-lo amb una xeringa? Quan estaran més juntes les ‘parts'? Hauran canviat de forma o de grandària o senzillament s’apropen o es separen?
Com podem dibuixar o representar què passa en tots aquest casos?
Com ens imaginem les parts de l’aigua quan està en estat sòlid (gel), estat líquid o estat gasós? Com estan distribuïdes en l’espai? Estaran ordenades o desordenades?
Podem representar-ho amb un dibuix? I amb el nostre cos?
En un vidre, les seves partícules estaran distribuïdes de manera més semblant a com en un cristall o com en un líquid? Com ho podem saber observant un cristall o un vidre?
Què creus que passarà amb les ‘parts’ d’un material quan li donem energia (escalfem)? –l’aigua, l’aire, un metall...-.
Quan ‘tens molta energia’, et pots moure més?