Laboratório virtual de purificação da água: destilação

Este laboratório virtual de purificação da água corresponde à prática obrigatória do AQA GCSE Chemistry sobre análise e purificação de amostras de água de fontes diferentes. Os alunos medem o pH da água da torneira, do mar, da chuva e de rio e filtram o barro que houver. Depois evaporam um volume conhecido numa cápsula pesada para achar a massa de sólidos dissolvidos em g/dm³. Por fim, destilam uma amostra e testam o destilado: o pH, o ponto de ebulição e se ele deixa resíduo. Cada pesagem aparece numa balança, então os alunos fazem a conta eles mesmos. Eles também podem montar o condensador ou o termômetro de forma errada e ver o que dá errado.

Alinhamento com o currículo

• AQA GCSE Chemistry 4.10.1.2 (água potável) e sua prática obrigatória: análise e purificação de amostras de água, incluindo pH, massa de sólidos dissolvidos e destilação. A mesma prática aparece no AQA GCSE Combined Science: Trilogy.

O Simulic não é afiliado à AQA nem endossado por ela.

Antes do laboratório (5 min)

Peça aos alunos que se comprometam com uma previsão:

"Você destila água do mar, que contém cerca de 35 g de sólidos dissolvidos por dm³. Quanto sólido dissolvido o destilado vai conter?"

Alguns alunos esperam que o sal vá junto com o vapor. Deixe a pergunta em aberto.

Método na simulação

1. Ajuste Amostra em Água do mar, Volume evaporado em 50 cm³, marque Filtrar antes de evaporar, Balança 0,01 g e Montagem correta.
2. Siga os botões numerados: meça o pH, filtre, pese a cápsula vazia (m₁), adicione a amostra, evapore e pese de novo (m₂). Calcule os sólidos dissolvidos = (m₂ − m₁) ÷ volume em dm³.
3. Destile 100 cm³ de amostra. Observe a temperatura do balão e o termômetro do braço lateral, recolha pelo menos 20 cm³ e depois desligue o aquecimento.
4. Teste o destilado: pH, ponto de ebulição e resíduo depois de evaporar.
5. Repita com água da torneira, da chuva e de rio. Para a água de rio, use 100 cm³ e a balança de 0,001 g, e faça um ensaio filtrado e outro sem filtrar.
6. Experimente a Montagem: termômetro no líquido, e água de refrigeração entrando por cima.

Amostra	pH	Filtrada?	V (cm³)	m₁ (g)	m₂ (g)	Resíduo (g)	Sólidos dissolvidos (g/dm³)
Mar		sim	50
Torneira		sim	100
Chuva		sim	100
Rio		sim	100
Rio		não	100

Resultados esperados

Leituras da simulação (pH pelo pHmetro; o indicador arredonda para números inteiros):

Amostra	pH	Sólidos dissolvidos (g/dm³)
Mar	8,1	35,0 (resíduo de 1,75 g em 50 cm³)
Torneira	7,4	0,300
Rio, filtrada	7,0	0,200
Rio, sem filtrar	7,0	0,350
Chuva	5,6	0,010 (resíduo de só 0,001 g)

• A água do mar tem de longe a maior quantidade de sólidos dissolvidos. A água de rio barrenta, depois de filtrada, tem menos sólido dissolvido que a água da torneira. O barro está em suspensão, não dissolvido.
• A filtração remove os 0,15 g/dm³ de sedimento da água de rio, mas nada da água do mar: o sal atravessa o papel de filtro.
• A água da chuva é ácida (pH 5,6) por causa do CO₂ dissolvido, mas quase não tem sólidos. O resíduo dela fica perto da resolução da balança, então o resultado é muito incerto.
• Na destilação, a água do mar no balão ferve a 100,5 °C. Ela chega a 101,5 °C à medida que se concentra, enquanto o termômetro do braço lateral marca 100,0 °C.
• O destilado tem pH 7,0 (pHmetro 6,9–7,1), ferve exatamente a 100,0 °C e deixa 0,00 g de resíduo.
• Com o bulbo do termômetro no líquido, ele marca 101,4 °C em vez da temperatura do vapor. Com a água de refrigeração entrando por cima, o vapor escapa e o modo automático recolhe 29 cm³ em vez de 53 cm³.

Perguntas para os alunos

1. (Previsão, repetida depois do laboratório) Quanto sólido dissolvido o destilado da água do mar vai conter?
2. Qual variável precisa ser controlada quando você compara os sólidos dissolvidos de amostras diferentes?
3. Qual é a massa de sólidos dissolvidos na água do mar, em g/dm³?
4. A partir de dois ensaios com água de rio, qual é a massa de sólidos em suspensão por dm³?
5. Quais resultados mostram que o destilado é água pura, e por que a destilação funciona?

Respostas para o professor: (1) Quase nada: 0,00 g de resíduo. (2) Se a amostra é filtrada antes de evaporar. (3) 35,0 g/dm³ (aceite 34,6–35,4). (4) 0,35 − 0,20 = 0,15 g/dm³ (aceite 0,13–0,17). (5) pH 7, ponto de ebulição constante de 100,0 °C e nenhum resíduo. A água evapora e condensa, e os sólidos dissolvidos ficam no balão.

Erros conceituais comuns

• "A água turva tem mais sólidos dissolvidos." A turvação é sedimento em suspensão. A água de rio filtrada tem menos sólido dissolvido que a água da torneira.
• "Filtrar deixa a água pura." O papel de filtro só remove partículas insolúveis. Os sais dissolvidos passam direto.
• "Água limpa tem de ser neutra." A água da chuva quase não tem sólidos, mas tem pH 5,6.
• "Água potável é água pura." A água da torneira é segura para beber, mas ainda deixa 0,300 g/dm³ de sais dissolvidos.

Extensão

• Amostra desconhecida: escolha Amostra desconhecida e identifique-a pelo pH e pelos sólidos dissolvidos. Pode ser água salobra de estuário, água mineral, um riacho ácido de turfeira ou água de lagoa.
• Precisão: evapore 10 cm³ de água da torneira na balança de 0,01 g e depois 100 cm³ na balança de 0,001 g. Pergunte por que o primeiro resultado quase não serve.

Perguntas frequentes

Os resultados são os mesmos para todos os alunos?

Para as quatro amostras conhecidas, sim, tirando o arredondamento da balança, de cerca de ±0,01 g. É por isso que as perguntas 3 e 4 aceitam uma faixa pequena. Só a Amostra desconhecida é aleatória.

Por que evaporar em banho-maria?

O banho-maria aquece com suavidade, então o resíduo não espirra para fora da cápsula. A simulação faz o mesmo.

Por que a temperatura do balão passa de 100 °C?

Os sólidos dissolvidos elevam o ponto de ebulição da solução. À medida que a água sai, a solução fica mais concentrada, e o ponto de ebulição dela sobe aos poucos. O vapor que chega ao braço lateral é água pura a 100 °C.

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