Què és allò que té una ‘pell’ dura, que pot fer ‘desaparèixer’ una muntanya de sucre, que pot mantenir freds els elefants i que pot trencar còdols gegants?

Què és allò que té una ‘pell’ dura, que pot fer ‘desaparèixer’ una muntanya de sucre, que pot mantenir freds els elefants i que pot trencar còdols gegants?

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

Una endevinalla com la que recull aquesta pregunta desperta l’interès de l’alumnat per trobar la resposta. A partir d’ella es pot experimentar i conversar al voltant de 4 propietats-clau de l’aigua, que fan que sigui tan diferent d’altres líquids i possibiliti la vida a la Terra: tensió superficial alta, molt bon solvent, calor específica alta i densitat anòmala entre 0ºC-4ºC.

L'aigua té una pell molt dura
L'aigua pot fer desaparèixer una muntanya de sucre
L'aigua pot mantenir freds els elefants?
L'aigua pot trencar còdols gegants?
L'aigua té una pell molt dura

Una experiència prototípica per identificar la propietat de la tensió superficial, és la de posar un clip (o pólvores de talc -més fàcil-) sobre la superfície d’aigua, i comprovar que no s’enfonsa. Una vegada observat el fenomen afegim una gota de detergent i observem com el clip o clips s’enfonsen. També es pot disminuir la tensió superficial a partir d’escalfar l’aigua. En canvi, si afegim sucre, augmenta. És important que abans de fer cada pas de l’experiment els infants prediguin què creuen que passarà, i després contrastin la seva predicció amb l’observació i explicitin perquè creuen que passa.

Per explicar el fenomen necessitem imaginar la matèria formada per parts, molt petites, que s’atreuen entre elles en totes direccions. Tanmateix, les partícules de la superfície, com no n’hi ha d’altres per dalt, s’atreuen entre elles, horitzontalment, i formen com una membrana.

Algunes preguntes interessants que ens podem fer i ens ajudem a pensar en les conseqüències ambientals al contaminar l’aigua són:

 

  • Quina relació podem establir entre el que mostra la fotografia del sabater sobre l’aigua i l’experiment que hem fet?
  • Si a l’aigua dels rius s’hi han abocat molts detergents i sabons, què creieu que els passarà als sabaters?
  • D’on provenen els detergents que porten molts rius?
  • Què hauríem de fer per evitar que l’aigua dels rius tingui molts detergents?

Una explicació del fenomen es pot trobar a: Museu de l’aigua.

L'aigua pot fer desaparèixer una muntanya de sucre

En aquest cas l’experiència per comprovar-ho serà dissoldre sucre (solut) en aigua (dissolvent)  i afegir-ne fins que ja no es dissolgui (quedi saturada). En aquest moment, podem escalfar la dissolució que ja tenim i comprovar que ara podem dissoldre més sucre. Una observació a destacar és que les dissolucions líquides i gasoses són transparents (encara que siguin acolorides), i podem veure objectes a través d’elles. 

Recordem la importància de preguntar-nos sempre que fem experiments: Què tenim?, Què fem?, Què creiem que passarà?, Què passa? i, Com és que passa?

Per explicar-ho, de nou ens hem d’imaginar l’aigua i el sucre formats per partícules. Al introduir cristalls de sucre, les partícules d’aigua atreuen les de sucre amb una forçà més gran que no pas la que manté unides les de sucre, i aquestes es separen i reparteixen per l’aigua. Com són tan petites, no s’observen a ull nu (ni amb un microscopi) i la dissolució és transparent, però podem notar el seu gust.

Algunes preguntes interessants que ens podem fer són: Com pot ser que a vegades veiem els rius nets però en canvi estan contaminats? Com hem d’actuar perquè no contaminem l’aigua? Com pot afectar l’augment de la temperatura de l’aigua del mar i dels rius pel canvi climàtic, a l’increment de la contaminació per substàncies que s’aboquen? 

Font: Chemistrytalk. 

L'aigua pot mantenir freds els elefants?

Per experimentar al voltant de la calor específica partim del que ja coneixen els infants, com és que els elefants, quan tenen calor, es refresquen amb l’aigua del riu i mouen les orelles com si fossin ventalls.

Per generar una primera explicació, poden experimentar la sensació que es nota quan amb un pinzell s’estén una capa fina d’aigua sobre la mà i es bufa al damunt. També es pot comparar si quan es posa oli és diferent, i es pot parlar de si són sensacions de fred, calor, humitat, dolor… 

L’explicació no és fàcil perquè hem de pensar que perquè l’aigua s’evapori, necessita que es transfereixi calor del cos a l’aigua (per canviar d’estat líquid a gas), i quan passa, el nostre cos envia al cervell la informació que està perdent energia (i d’aquí la sensació de frescor). 

El mateix passa quan utilitzem un ventilador per refrescar-nos: 

  • Quan suem eliminem aigua que s’evapora i l’aire dels voltants de la nostra pell es satura.
  • El ventilador mou aquest aire i fa que el que està ara en contacte amb la nostra pell admeti més vapor d’aigua.
  • Aquest vapor es forma quan es transfereix energia del cos a l’aigua de la suor i experimentem la sensació de ‘fred’ (es repeteix el fenomen que observem quan posem aigua sobre la mà). 

I com és que notem aquesta frescor en el cas de l’aigua i no de l’oli? L’explicació és per la propietat de la calor específica, és a dir la quantitat d’energia que es necessita per evaporar un gram de cada substància. L’aigua és una de les substàncies que té una calor específica més alta, i per tant, quan s’evapora absorbeix molta més energia que d’altres. Per aquest motiu s’utilitza com a refrigerant.

 Entendre aquest fenomen possibilita respondre a la pregunta inicial en relació als elefants i com és que mouen les seves orelles quan tenen calor. També a la de “Com és que quan tenim calor fem servir un vano?” o “Com és que la temperatura ambient dels pobles de la costa a l’estiu és més baixa que als del interior (i a l’hivern a la inversa)? -i per respondre ens caldrà pensar en que l’aigua del mar, a l’escalfar-se, necessita absorbir energia i, viceversa, quan l’ambient es fred, transfereix la molta energia que ha acumulat i així s’escalfa l’ambient-. Altres preguntes poden ser: “Com és que necessitem molt més temps per escalfar 1 litre d’aigua que 1 litre de l’oli? “I com és que en una paella, si el mànec és de ferro, ens cremem fàcilment”

Font imatge: 3/24 

L'aigua pot trencar còdols gegants?
Font imatge: Wikipedia.

Ens podem preguntar si és perillós congelar l’aigua o, com es possible que a la muntanya es trenquin roques de grans dimensions. Pot ser que alguns infants hagin passat per l’experiència de veure com una ampolla plena d’aigua (o de cava) posada al congelador es trenca. 

Aquestes preguntes i observacions poden ser un bon punt de partida per parlar d’una altra propietat de l’aigua sorprenent, com és la de que té una dilatació anòmala entre 0ºC i 4ºC, és dir, mentre totes les substàncies, sempre que es refreden, disminueix el seu volum, en el cas de l’aigua, entre aquestes temperatures augmenta. Per això, l’aigua que penetra en l’escletxa d’una roca o que omple una ampolla, a l’augmentar de volum exerceix una força que provoca els trencaments.

Un experiment per comprovar aquest canvi de volum és el relacionat amb fer un gelat:

Necessitem: vas de precipitats, suc de fruites, tub d’assaig, termòmetre, broquetes de fusta, sal, gel, retolador.

Procediment: En un pot alt preparem una mescla de gel triturat i sal i mesurem la temperatura (la finalitat és aconseguir temperatures per sota de 0ºC, però també podem utilitzar un congelador). Després posem en el tub d’assaig aigua o un suc de fruites i marquem amb el retolador fins on arriba el líquid, i mesureu la temperatura. Finalment, posem al mig del tub un pinxo de fusta. Ho introduïm al mig del recipient entre la mescla de gel i sal. Quan es congela el líquid, comprovem els canvis en el seu volum (a partir d’aquest experiment l’alumnat pot fabricar un gelat introduint una broqueta dins del tub d’assaig).

Font imatge: Storyofsnow

Per explicar el fenomen hem d’imaginar de nou com és l’aigua per dins, formada per partícules o parts molt petites. Al refredar-se, les partícules es mouen a menys velocitat i s’apropen, i per això el volum disminueix. Però, en el cas de l’aigua, al congelar-se es reorganitzen deixant un espai buit al mig (recordem que si mirem un i per això, en un primer moment, entre el 4C i 0ºC, el volum augmenta. A l’augmentar el volum, com la massa és la mateixa, la densitat disminueix i per això, el gel sura damunt l’aigua líquida.

Algunes preguntes interessants que ens podem fer són: “Com és que quan es congela l’aigua d’un llac o riu, el gel queda a la superfície i a sota continua sent aigua líquida i està més calenta que el gel?” (aquest pregunta ens permet pensar en com s’explica que la vida en oceans i mars on la temperatura ambient és molt baixa).

Una altra pregunta que ens podem plantejar quan fem l’experiment de fabricar el gelat afegint sal al gel, és la de com és que afegim sal a les carreteres per aconseguir fondre el gel, si la temperatura de congelació de la dissolució és molt més baixa?

Hem de recordar que quan es té una dissolució de substàncies en aigua les temperatures a la que es produeixen els canvis d’estat varien (és més baix el punt de congelació i més alt el d’ebullició). Una explicació la podem trobar a Centpeus.

Afegim sal a la neu amb enfocament STEAM per a primària

Clica sobre la Imatge per accedir a l’article

Per saber-ne més cliqueu a: Watercourse (Organization)Western Regional Environmental Education Council. (1996). Project WET: curriculum & activity guide. Houston, Tex. : Western Regional Environmental Education Council.