1. Com base na informação disponibilizada (texto e vídeo) infere-se que a compressa estaria à temperatura ambiente e que terá arrefecido após ter sido torcida, apertada e agitada. Conclui-se que estas ações foram essenciais para o seu arrefecimento, o que sugere que a compressa teria compartimentos com diferentes substâncias que se misturam quando, com a torção e aperto da compressa, ocorre a rutura desses compartimentos.
O arrefecimento deverá ter sido causado por um processo endotérmico e isso deve ser relatado pelos alunos.
As compressas frias instantâneas são compostas por uma embalagem resistente com água e uma substância sólida solúvel em água. A água encontra-se num frágil saco interno selado para não se misturar com o sólido. Quando se pretende utilizar a compressa, esta é torcida e apertada para romper o saco interior de água e ocorrer a mistura com o sólido. A substância sólida utilizada nestas compressas é solúvel em água num processo de dissolução endotérmico, em que ocorre absorção de energia por calor, o que resulta numa diminuição da temperatura da compressa e meio envolvente, dado que o sistema não é isolado. Após a rutura do saco interior de água, a compressa é agitada para uma dissolução mais rápida.
O composto mais comum utilizado nas compressas frias é o nitrato de amónio, um sólido cristalino que, quando se dissolve em água, se dissocia em iões amónia e iões nitrato. Neste processo, as moléculas de água transferem alguma da sua energia, levando a uma diminuição da temperatura.
Este processo de dissolução é um processo endotérmico pelo que, de acordo com o princípio de Le Châtelier, o aumento de temperatura do sistema favorece a dissolução, pois o equilíbrio entre o soluto sólido e dissolvido evolui no sentido de contrariar essa perturbação (aumento de temperatura), aumentando a solubilidade dos solutos.
Em alternativa ao nitrato de amónio, as compressas frias podem conter ureia ou cloreto de amónio.
Link sugerido para consulta: https://www.youtube.com/watch?v=A5q0NUDbGp8
3. Embora seja possível realizar a atividade experimental com nitrato de amónio, a utilização de ureia é mais aconselhada, devido à toxicidade do nitrato de amónio. Os alunos poderão realizar a dissolução de ureia em água (por exemplo, 100 g de ureia em 100 mL de água desionizada) e, através da medição da temperatura inicial e da temperatura final, verificar que é um processo endotérmico.
Os alunos também podem investigar o aumento da solubilidade deste soluto com o aumento da temperatura. Esta atividade pode ser feita através da preparação de soluções saturadas e consequente dissolução. Observando os valores de solubilidade deste soluto em água, a diferentes temperaturas, verifica-se que a solubilidade aumenta com o aumento de temperatura o que reforça a conclusão da sua dissolução em água ser um processo endotérmico.
4. Os alunos deverão registar os dados relativos à temperatura inicial da água e temperatura final da solução de ureia em água.
No caso do estudo da solubilidade da ureia em água, os alunos devem fazer registos da quantidade de soluto adicionado (até saturação) e da temperatura final da solução (temperaturas sugeridas: 20 ºC, 40 ºC e 60 ºC).
5. A quantidade de energia, sob a forma de calor envolvida no processo de dissolução, pode ser calculada através da equação: Q = c m (T2 -T1)
Em que:
Q ou E = energia transferida sob a forma de calor (J)
c = capacidade térmica mássica da água (J.kg-1.K-1 )
T1 = temperatura inicial (K)
T2 = temperatura final (K)
Esta equação permite o cálculo da energia que é transferida da água para a ureia, de forma a alterar a temperatura da solução de uma T1 inicial para uma T2 final.
6. Macroscopicamente os alunos observam que a dissolução da ureia em água é um processo que resulta numa diminuição da temperatura da solução. No caso de explorarem a variação da solubilidade com a temperatura, partindo de soluções saturadas, os alunos irão observar, num nível microscópico, a dissolução do soluto à medida que a temperatura aumenta. Quanto mais aumentarem a temperatura, mais quantidade de soluto será dissolvida.
A um nível submicroscópico, os alunos poderão fazer a representação da dissolução da ureia que, sendo uma substância molecular não iónica, não dissocia em iões. Ao invés disso, ocorrem interações intermoleculares (ligações de hidrogénio) entre as moléculas de ureia e as moléculas de água. Desta forma, os alunos deverão fazer a representação deste tipo de interações.
A representação simbólica será: (NH2)2CO(s) ⇄ (NH2)2CO(aq)
7. As compressas funcionam por dissolução de um composto, geralmente nitrato de amónio, em água. Este processo é um processo endotérmico, pelo que ocorre com diminuição da temperatura.
8. Tal como existem compressas frias instantâneas, também existem compressas quentes. As compressas quentes instantâneas são compostas por um soluto (por exemplo, o cloreto de cálcio ou o sulfato de magnésio) que se dissolve em água num processo exotérmico com libertação de energia por calor, provocando, em sistemas não-isolados, um aumento da temperatura da vizinhança. Nestes casos, a formação de ligações intermoleculares irá libertar energia, sob a forma de calor, para a água, fazendo com que a sua temperatura aumente.
Link sugerido: sciencing.com/chemicals-used-heat-packs-7441567.html
