Livro experimentacao

Atividades Experimentais de Química no Ensino Médio reflexões e propostas

Grupo de Pesquisa em Educação Química Instituto de Química Universidade de São Paulo Secretaria de Estado da Educação Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógica

Atividades Experimentais de Química no Ensino Médio reflexões e propostas

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Governo do Estado de São Paulo Governador José Serra Vice-Governador Alberto Goldman Secretário da Educação Paulo Renato Souza Secretário-Adjunto Guilherme Bueno de Camargo Chefe de Gabinete Fernando Padula Coordenadora de Estudos e Normas Pedagógicas Valéria de Souza Coordenador de Ensino da Região Metropolitana da Grande São Paulo José Benedito de Oliveira Coordenador de Ensino do Interior Rubens Antônio Mandetta de Souza Equipe técnica de Química da CENP Dayse Pereira da Silva João Batista dos Santos Júnior Universidade de São Paulo Reitora Suely Vilela Instituto de Química USP Diretor Hans Viertler GEPEQ – IQUSP Coordenação Gera Maria Eunice Ribeiro Marcondes Coordenação do Curso de Formação Continuada Fabio Luiz de Souza e Luciane Hiromi Akahoshi

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Atividades Experimentais de Química no Ensino Médio reflexões e propostas

GEPEQ - Grupo de Pesquisa em Educação Química Instituto de Química Universidade de São Paulo

São Paulo, 2009

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Ficha catalogrรกfica

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Autores Anderson Melo Gaia Fabio Luiz de Souza Luciane Hiromi Akahoshi Maria do Carmo de Almeida Santos Maria Eunice Ribeiro Marcondes Maria Gislaine Pinheiro Sales Milton Machado de Oliveira Jr. Miriam Possar do Carmo Rita de Cássia Suart Simone Alves de Assis Martorano

Este livro foi produzido pelo GEPEQ a partir de um curso de formação continuada para professores de Química da Rede Estadual de Ensino, em parceria com a Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas SEE-SP v

Dedicamos este livro aos professores que compartilham uma visão do ensino de Química como um instrumento de formação humana, contribuindo para o desenvolvimento da autonomia e o exercício da cidadania de nossos estudantes

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Prezado educador (a) Esta é uma publicação especial produzida pelo Grupo de Pesquisas em Educação Química – GEPEQ- IQUSP, a partir de um curso de formação continuada para professores de Química da Rede Estadual de Ensino, resultado de uma parceria entre o Instituto de Química da Universidade São Paulo e a Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas – CENP da Secretaria de Educação de São Paulo. É apresentado um conjunto de atividades experimentais investigativas, que discute concepções, e aponta caminhos para superar dificuldades que o professor enfrenta ao desenvolver experimentos com seus alunos.

Nossa expectativa é de que esse material seja um importante subsídio na tarefa dignificante de formar pessoas, propiciando ao professor uma atuação de autonomia proficiente.

Valorizar esse tipo de atividade favorece ao estudante a elaboração de seu próprio conhecimento, a partir de fatos, observações e análises.

Nesse contexto, é tarefa de todos nós, educadores, buscar mecanismos capazes de instigar nossos educandos para que desenvolvam habilidades de alta ordem cognitiva.

A escola educa e socializa por meio das práticas que efetivamente nela ocorrem. 0 conjunto dessas práticas constitui a expressão de seu projeto pedagógico, que, por sua vez, assegura o desenvolvimento pessoal dos estudantes e a ampliação e consolidação de seus saberes e valores.

As práticas selecionadas e organizadas pela equipe escolar devem responder às necessidades e expectativas dos estudantes e, ao mesmo tempo, atender às demandas formativas que a sociedade contemporânea vem impondo. Aos órgãos normativos, como a CENP, cabe oferecer instrumentos para que os educadores possam realizar as melhores escolhas e fundamentar suas decisões.

Ao enfrentar essas questões, a CENP acredita que a equipe escolar poderá transformar a escola em um verdadeiro espaço de cultura e de experiências estimulantes e prazerosas, capazes de suscitar em seus alunos o desejo de aprender cada vez mais.

Valéria de Souza Coordenadora da CENP vii

Sumário Capítulo I - A experimentação no ensino de ciências: mitos e crenças institucionalizados.............. 2 Fundamentação teórica e documentos legais: objetivos das aulas experimentais ...................... 2 Concepções de ciência e ensino de ciências ............................................................................... 5 Dificuldades, potencialidades e limitações das atividades experimentais .................................... 9 Capítulo II – Atividades experimentais investigativas ..................................................................... 13 Atividade experimental investigativa de nível 1 .......................................................................... 15 Atividade experimental investigativa nível 2 ............................................................................... 18 Atividade experimental investigativa nível 3 ............................................................................... 20 Atividades experimentais tradicional e investigativa: comparando diferentes abordagens ........ 21 Capítulo III – Sugestões de atividades experimentais investigativas ............................................. 27 Corrosão de metais (orientação para o professor) ..................................................................... 27 Experimento 1: Enferrujamento de palha de aço .................................................................... 30 Experimento 2: Reação de metais com ácido......................................................................... 31 Experimento 3: Reação de metais com soluções contendo íons de metais ........................... 32 Experimento 4: Enferrujamento de pregos ............................................................................. 34 Transformações químicas em alimentos (orientação para o professor) ..................................... 37 Experimento 5: Teste de açúcar e amido em bananas verde e madura ................................ 39 Ação das enzimas digestivas (Orientação para o professor)...................................................... 41 Experimento 6: Ação da bromelina ......................................................................................... 44 Salinidade da água do mar (orientação para o professor) .......................................................... 47 Experimento 7: Salinidade da água do mar. ........................................................................... 49 Densidade e solubilidade (orientação para o professor)............................................................. 51 Experimento 8: Solubilidade e densidade ............................................................................... 53 Dureza da água (orientação para o professor) ........................................................................... 54 Experimento 9: Água dura ...................................................................................................... 56 Dissolução de gás em água (orientação para o professor) ........................................................ 58 Experimento 10: Dissolução de gás em água......................................................................... 60 Eletrólise da Salmoura e Condutividade Elétrica (orientação para o professor)......................... 62 Experimento 11: Condutibilidade Elétrica de Materiais ........................................................... 65 Experimento 12: Eletrólise da salmoura ................................................................................. 67 Capítulo IV - SEGURANÇA NO LABORATÓRIO – ALGUMAS REGRAS BÁSICAS..................... 71 Manuais sobre organização e segurança no laboratório ............................................................ 71 Regras básicas de segurança .................................................................................................... 72 Referências bibliográficas ............................................................................................................... 74

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Capítulo I - A experimentação no ensino de ciências: mitos e crenças institucionalizados Fundamentação teórica e documentos legais: objetivos das aulas experimentais A experimentação é considerada, por professores como por pesquisadores, uma atividade pedagógica importante no ensino de Química. Essa importância pode ser evidenciada, ao longo do tempo, pela presença do tema experimentação nos diversos documentos legais produzidos no Brasil. A Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional, promulgada em 1961, foi a primeira lei brasileira a estabelecer diretrizes da educação em todos os níveis de ensino, do pré-primário ao superior. Alguns dos objetivos da educação estabelecidos pela lei de número 4024/61 eram: “o desenvolvimento integral da personalidade humana e a sua participação na obra do bem comum, o preparo do indivíduo e da sociedade para o domínio dos recursos científicos e tecnológicos que lhes permitem utilizar as possibilidades e vencer as dificuldades do meio”, entre outros (Lei 4024, 20 de dezembro de 1961, Título I, Dos fins da Educação)1.

Nesse período a escola tinha maior liberdade para elaborar os seus próprios programas.

Em algumas delas ocorreu a introdução de projetos de ensino americanos2 elaborados no final da década de 60. No ensino de Química, esses projetos começaram a adotar uma abordagem metodológica voltada para a experimentação, ocorrendo, assim, uma maior valorização desse tipo de atividade no ensino de química brasileiro, que pode ser observada em livros didáticos que foram publicados nos anos seguintes. Entretanto, nesses projetos, as atividades experimentais eram propostas para que o aluno redescobrisse leis e princípios da Química, a partir de fatos e observações, o aluno deveria chegar às generalizações (Sicca, 1990).

Com a proposta curricular de Química formulada pela CENP/SE/SP3, em 1977, para o Estado de São Paulo, são valorizadas as atividades experimentais realizadas pelos próprios alunos, como é apontado pelos autores da proposta: “o trabalho de laboratório é essencial para o desenvolvimento do hábito de investigar e deve fazer parte integrante do planejamento do professor com a participação ativa dos alunos”. (São Paulo, 1977).

Embora possa se considerar um avanço a inserção de atividades experimentais no ensino, as atividades propostas nessa década possuem ainda viés empírico-indutivista, em que se 1

Essa LDB pode ser encontrada em http://www6.senado.gov.br/legislacao/ListaPublicacoes.action?id=102346, acesso em 25/9/2009.

2 Na área da Química foram traduzidos os projetos “Chemical Educational Material Study “ (Chem Study) e o “Chemical Bond Approach” (CBA) . Vide, por exemplo: Química. Uma ciência experimental. Volume 1. Texto organizado pelo Chemical Educational Material Study. EDART- São Paulo- Livraria Editora LTDA.1967.

3 Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas, Secretaria de Estado da Educação, São Paulo.

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pretende que o aluno aprenda determinados procedimentos que são característicos de um “método científico”, baseado na observação, na generalização e na formulação de uma teoria.

Pode-se observar esse caráter empírico-indutivista, na sugestão de atividade presente na proposta curricular para o 1º. ano do ensino médio: “de inicio o professor preocupar-se-á em desenvolver a capacidade de observar e coletar dados; à medida que o aluno for se familiarizando com a natureza da atividade cientifica, poderá chegar a conclusões e generalizações”. (São Paulo, 1977, p. 9).

Assim, pode-se entender que o objetivo do ensino de química seria o de formar cientistas e técnicos.

Deve-se considerar que esta visão de ciência e de método científico é bastante criticada atualmente, pois não considera as teorias e crenças que o pesquisador já possuiu ao fazer suas observações experimentais. Sabemos que as observações não são imparciais, que dependem de quem as faz, ou seja, de seus conhecimentos prévios, suas crenças, suas vivências.

Em 1988, é lançada a “Proposta Curricular para o Ensino de Química” pela CENP/SE/SP (São Paulo, 1988), tendo a experimentação como um de seus eixos, ao lado do cotidiano e da história. Nesse documento, o papel das atividades experimentais é revisto, e apresentado em bases muito diferentes da Proposta de 1977.

“Quando propomos a experimentação, não pretendemos apenas que os alunos utilizem materiais do laboratório, tampouco redescubram os conceitos criados pelos cientistas, (..), O que se prioriza é que o aluno entre em contato com fenômenos químicos e que tenha possibilidade de criar modelos explicativos para eles, através de suas observações, de seu sistema lógico, de sua linguagem,” (São Paulo, 1988, p 12).

Como se pode perceber, as atividades experimentais têm a finalidade de permitir explorações conceituais, valorizando conhecimentos que os alunos possam ter desenvolvido previamente.

Na Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional de 1996, as finalidades do ensino médio são revistas, e assim definidas: “... a consolidação e o aprofundamento dos conhecimentos adquiridos no ensino fundamental, possibilitando o prosseguimento de estudos; a preparação básica para o trabalho e a cidadania do educando, para continuar aprendendo, de modo a ser capaz de se adaptar com flexibilidade a novas condições de ocupação ou aperfeiçoamento posteriores; o aprimoramento do educando como pessoa humana, incluindo a formação ética e o desenvolvimento da autonomia intelectual e do pensamento crítico, entre outras.” (LDB 9394/96)4.

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Essa lei pode ser encontrada em: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/LEIS/l9394.htm, acesso em 29/09/2009.

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Assim, segundo essa visão, o ensino médio não tem como finalidade a formação de minicientistas, nem a preparação para a universidade. Há que se repensar o ensino de Química, não apenas nos aspectos de conteúdo, mas também seus objetivos e metodologias de ensino.

Os Parâmetros Curriculares Nacionais, lançados pelo MEC em 1999 como uma resposta à nova Lei de Diretrizes e Bases (LDB/96), têm a finalidade de proporcionar orientações para o professor. Assim como na Lei de Diretrizes de 1996, os Parâmetros Curriculares Nacionais (Brasil, 1999) evidenciam que o objetivo do ensino não é somente proporcionar ao aluno do ensino médio uma formação específica, técnica, mas sim proporcionar uma formação geral, contextualizada, de forma a permitir que estes alunos exerçam de forma consciente as suas escolhas na comunidade em que vivem.

O documento específico sobre o ensino de Química (Brasil, 1999) ressalta o papel pedagógico das atividades experimentais: “Deve ficar claro aqui que a experimentação na escola média tem função pedagógica,

diferentemente

da

experiência

conduzida

pelo

cientista.

A

experimentação formal em laboratórios didáticos, por si só, não soluciona o problema de ensino-aprendizagem em Química. [...] Qualquer que seja a atividade a ser desenvolvida, deve-se ter clara a necessidade de períodos pré e pós atividade, visando à construção dos conceitos.

Dessa forma, não se desvinculam “teoria” e “laboratório” (Brasil, 1999, p.36).

O documento propõe, também, diferentes modalidades de atividades experimentais, como o experimento de laboratório, as demonstrações em sala de aula e estudos do meio. Sua escolha depende de objetivos específicos do problema em estudo, das competências que se quer desenvolver e dos recursos materiais disponíveis. Entretanto, qualquer que seja o tipo de atividade proposta, os PCNs – Química, evidenciam a importância de planejá-la de maneira a contribuir para o desenvolvimento de habilidades cognitivas e afetivas: “Ainda

na

elaboração

das

atividades,

deve-se

considerar

também

o

desenvolvimento de habilidades cognitivas, tais como controle de variáveis, tradução da informação de uma forma de comunicação para outra, como gráficos, tabelas, equações químicas, a elaboração de estratégias para a resolução de problemas, tomadas de decisão baseadas em análises de dados e valores, como integridade na comunicação dos dados, respeito às idéias dos colegas e às suas próprias e colaboração no trabalho coletivo”. (Brasil, 1999, p. 37).

Fica evidente que o sentido de se realizar uma aula experimental não é a de reproduzir o trabalho do cientista, tampouco o de seguir um método para desvendar a ciência. Como bem apontam os PCNs, a experimentação é importante no ensino das ciências quando elaborada de maneira a permitir ao estudante “diferentes e concomitantes formas de percepção qualitativa e quantitativa, de manuseio, observação, confronto, dúvida e de construção conceitual” (Brasil, 2002).

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A atual proposta curricular do Estado de São Paulo (São Paulo, 2008) para o ensino de química, também valoriza as atividades experimentais na perspectiva do desenvolvimento de competências e construção de conhecimentos. De acordo com esse documento: “as estratégias de ensino e de aprendizagem devem permitir que os alunos participem ativamente das aulas, por meio de atividades que os desafiem a pensar, a analisar situações usando conhecimentos químicos, a propor explicações, soluções e a criticar decisões construtivamente. Devem, enfim, favorecer a formação de indivíduos que saibam interagir de forma mais consciente e ética com o mundo em que vivem, ou seja, com a natureza e a sociedade.” (São Paulo, 2008, p.44).

Podemos perceber uma evolução no papel atribuído às atividades experimentais no ensino de Química nos documentos oficiais que orientam a nossa educação no nível do ensino médio de Química. Estamos assim, frente a um desafio de saber planejar atividades que superem a simples ilustração de conteúdos dados em sala de aula, que proporcionem a elaboração de conceitos químicos, que sejam instrumentos de desenvolvimento de habilidades de pensamento e de um processo coletivo de construção de conhecimentos.

Concepções de ciência e ensino de ciências Muitas vezes não nos damos conta que, ao ensinar Ciências, estamos transmitindo uma maneira de concebê-la. Alguns pesquisadores sugerem que grande parte dos professores de Ciências, embora tenha tido uma formação científica específica, ainda transmite em suas aulas uma visão deformada do trabalho científico (Hodson, 1994; Matthews, 1991). Como discutido anteriormente, o desenvolvimento de atividades experimentais como proposto em alguns materiais didáticos, pode veicular uma visão indutivista da Ciência, pouco aceita hoje em dia.

A escola hoje, em suas aulas de Ciências, quer seja Física, Biologia ou Química, muitas vezes acaba mostrando um único “método científico” para os alunos, como se a atividade cientifica fosse uma seqüência rígida de passos a serem seguidos pelos cientistas para encontrar a “verdade”; dando-se demasiada ênfase às observações, as quais são apresentadas como neutras, imparciais e não influenciadas por teorias e conhecimentos prévios. Ainda, se veicula no ensino uma imagem estereotipada do cientista, como um gênio, alheio ao convívio social, descobridor de conhecimentos que, via de regra, não precisam ser validados pela comunidade científica. Essas visões empobrecidas podem desencorajar ou desestimular os estudantes no processo de aprendizagem das ciências. A apresentação da Ciência como método infalível, individualista, enraizada em concepções positivistas e empíricas, pode gerar nos alunos visões distorcidas sobre o que é a investigação científica e o trabalho dos pesquisadores, distanciando os alunos do processo de construção e da evolução dos conhecimentos científicos. Algumas visões deformadas da ciência mais comuns, segundo Cachapuz et al (2005) são: 5

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Concepção empírico-indutivista: que defende o papel da observação e da experimentação “neutra”, esquecendo o papel essencial das hipóteses como norteadoras das investigações e dos corpos de conhecimento;

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Visão descontextualizada e neutra: parece não haver interesses e influências da sociedade, esquecendo-se dimensões essenciais das atividades científica e tecnológica;

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Concepção individualista e elitista: os conhecimentos científicos aparecem como obra de gênios isolados, ignorando-se o papel do trabalho coletivo, dos intercâmbios entre equipes, essenciais para favorecer a criatividade necessária para abordar situações abertas;

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Visão rígida, algorítmica e infalível: o método científico é apresentado como uma seqüência de etapas definidas, em que as “observações” e as “experiências rigorosas” desempenham um papel destacado, contribuindo com a “exatidão e objetividade” dos resultados obtidos;

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Visão aproblemática e a-histórica: transmissão de conhecimentos já elaborados, ignorando quais foram os problemas que se pretendiam resolver, a evolução dos conhecimentos, as dificuldades encontradas e as perspectivas. É preciso deixar claro para os alunos que não existe um único método científico e que a

atividade não ocorre de forma isolada, padronizada, neutra de valores e pré-concepções, mas que o desenvolvimento da ciência é conseqüência de um processo histórico da construção do conhecimento. Uma abordagem histórica contextualizada pode promover reflexões e não apenas a transferência de conceitos já elaborados. De acordo com os PCNEM (Brasil, 1999): “A consciência de que o conhecimento científico é assim dinâmico e mutável, ajudará o estudante e o professor a terem necessária visão critica da ciência. Não se pode simplesmente aceitar a ciência como pronta e acabada e os conceitos atualmente aceitos pelos cientistas e ensinados nas escolas como verdade absoluta”. (Brasil, 1999, p. 31)

Podem-se observar tais concepções equivocadas da Ciência em alguns livros didáticos de Química que apresentam um único método científico, não valorizando as hipóteses e as teorias prévias norteadoras das atividades cientificas. Muitas vezes é dada a idéia de que o cientista vai ao laboratório “descobrir” algo, e não que este realiza investigações baseados em conhecimento prévios, hipóteses e proposições. Além disso, muitos livros apresentam uma visão estereotipada dos cientistas, apresentando-o mal vestido, isento de valores, despojado, isolado da sociedade, de uma inteligência atípica e sempre realizando experimentos que soltam fumaça, aparecem cores ou explodem.

Uma visão contemporânea sobre a ciência admite que o conhecimento é construído com base em teorias que orientam a observação, ou seja, uma observação depende da teoria; o conhecimento científico é visto como um conjunto de hipóteses que são modificáveis e que tendem a fazer uma descrição da realidade e o método científico não é entendido como uma

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sucessão linear de etapas, mas antes um processo conducente à elaboração de idéias sucessivamente mais complexas (Martorano, 2007).

Assim, parece conveniente que nós professores reflitamos sobre nossas concepções sobre a ciência e o método científico, de forma a evitar que nossos alunos construam visões distorcidas da ciência e da construção do conhecimento científico. Segundo Cachapuz et al. (2005) “As concepções docentes sobre a natureza da ciência e a construção do conhecimento científico seriam, pois, expressões dessa visão comum, que nós os professores de ciências aceitaríamos implicitamente devido à falta de reflexão crítica e a uma educação científica que se limita, com freqüência, a uma simples transmissão de conhecimentos já elaborados”. (Cachapuz et al., 2005, p.53)

Essas concepções, ainda muito disseminada nas escolas, podem ser percebidas nas atividades laboratoriais, pois, muitas vezes, são apresentados experimentos com a pretensão de criar a ilusão de que seguindo o método científico obtêm-se resultados análogos aos dos cientistas. Hodson (1988) alerta para os cuidados com relação à maneira como as atividades experimentais são conduzidas. O autor argumenta que é criado um mito de que a observação e o experimento fornecem dados objetivos, confiáveis e independentes de teorias, dos quais surgem as generalizações e por fim as explicações teóricas. Dessa forma, o aluno atribui uma importância excessiva aos dados experimentais, como se esses dados pudessem isoladamente conduzir a uma teoria e serem facilmente validados. O autor ainda argumenta que os experimentos na ciência são muito mais que simples observações e coleta de dados, mas sim, um processo onde as hipóteses geradas serão rigorosamente testadas e avaliadas, contribuindo para a construção e reconstrução de teorias. Assim, devemos atentar para os diferentes significados que têm a experimentação conduzida pelos cientistas e a experimentação, com finalidade pedagógica, proposta em sala de aula aos nossos alunos. Não se pode querer equiparar o trabalho científico à experimentação em sala de aula. Corroborando essa idéia, Hodson (1988, p. 62)5 argumenta: “Por exemplo, muitos experimentos em classe não “funcionam”, ou dão resultados inesperados. Ainda assim se sugere que os alunos aceitem uma teoria com a qual esses experimentos manifestamente não estão de acordo, atribuindo-se quaisquer anomalias a técnicas inadequadas ou à falta de sorte. Isto ocorre porque a função pedagógica de muitos “experimentos” no ensino da ciência é ilustrar um ponto de vista teórico em particular, ao passo que na ciência o propósito é auxiliar o desenvolvimento de teorias. A intenção de promover uma visão particular, enquanto se mantém uma fachada de investigação aberta, cria enormes dificuldades e é a principal responsável pelas visões distorcidas que os alunos têm a respeito dos experimentos e da metodologia científica”. (Hodson, 1988, p. 62)

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Tradução nossa.

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Tendo em vista favorecer a construção dos conhecimentos científicos em sala de aula, GilPerez e Valdéz Castro (1996) apontam os seguintes aspectos que devem ser considerados na proposição de uma atividade:

1) Apresentar situações problemáticas.

2) Favorecer a reflexão dos estudantes sobre a relevância e o possível interesse das situações propostas.

3) Potencializar análises qualitativas, significativa, que ajudem a compreender e acatar as situações planejadas e a formular perguntas operativas sobre o que se busca.

4) Considerar a elaboração de hipóteses como atividade central de investigação científica, sendo este processo capaz de orientar o tratamento das situações e de fazer explícitas as pré-concepções dos estudantes.

5) Considerar as análises, com atenção para os resultados (interpretação física, confiabilidade), a partir dos conhecimentos disponíveis, das hipóteses manejadas e dos resultados das demais equipes de estudantes.

6) Análise detalhada dos resultados.

7) Considerar possíveis perspectivas do estudo com outros níveis de complexidade, relacionando possíveis aplicações e repercussões negativas.

8) Esforços de integração do estudo realizado com outros campos do conhecimento.

9) Conceder uma importância especial a memória científica que reflita o trabalho realizado e possa ressaltar o papel da comunicação e do debate na atividade científica.

10) Ressaltar a dimensão coletiva do trabalho científico, por intermédio de grupos de trabalho, que interajam entre si.

O papel das hipóteses é de fundamental importância nas atividades experimentais, pois pode exigir capacidade criativa e elaboração conceitual por parte dos alunos. A elaboração de hipóteses exerce um papel essencial para a construção do conhecimento científico, pois está vinculada à elaboração de estratégias para a coleta e análise de dados e, conseqüentemente, à resolução de uma situação problema. É preciso haver previsões plausíveis de serem investigadas à luz do quadro teórico para se analisar os dados.

Ainda, devemos considerar que abordagens como a proposta por Gil-Pérez e Valdéz Castro podem auxiliar na construção de uma idéia mais adequada da ciência. Em uma perspectiva empirista-indutivista da atividade experimental, as hipóteses são desconsideradas ou até desprezadas e os dados são coletados para que o aluno descubra ou verifique uma dada regularidade, enquanto que numa perspectiva racionalista-construtivista, as experiências são precedidas da formulação de problemas e os alunos são incentivados a selecionar dados e observações que corroboram ou não as hipóteses (Campos e Cachapuz, 1997).

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Dificuldades, potencialidades e limitações das atividades experimentais Como vimos discutindo, as atividades de natureza experimental, embora possam ser significativas para a aprendizagem, são pouco utilizadas pelos professores. Mesmo considerando a possibilidade de realização de tais atividades por demonstração em sala de aula, a experimentação não faz parte, de maneira geral, do processo de ensino-aprendizagem em muitas escolas.

O planejamento e a preparação de atividades experimentais requerem conhecimento, disponibilidade de tempo por parte do professor e materiais de laboratório. Mesmo que se possam utilizar materiais alternativos à vidraria convencional, nem sempre podemos substituir os reagentes necessários para uma dada aula experimental. Também, organizar os alunos no laboratório ou na sala de aula para a realização da atividade exige esforço do professor em promover o desenvolvimento de comportamentos e atitudes nos estudantes de compromisso com o trabalho, de atenção, seriedade e respeito. Nesse sentido, o professor deve evitar improvisações que possam comprometer sua própria segurança e a dos alunos, e exibir comportamentos, ao manusear os materiais, que possam servir de exemplos.

Selecionar experimentos que, ao mesmo tempo, atendam objetivos formativos e sejam de fácil realização, pode exigir a busca de informações e eventuais testes e adaptações para a realidade que se tem na escola. Este é um trabalho importante e, muitas vezes, a experiência adquirida nesse processo não é compartilhada com outros colegas, pois são poucas as oportunidades que os professores de Química têm de se encontrarem para trocar informações e discutir questões pertinentes ao ensino. Meios de comunicação, como revistas de ensino como a Química Nova na Escola ou a Revista Brasileira de Ensino de Química entre outras, poderiam ser mais bem exploradas para a divulgação de experiências pedagógicas exitosas.

Considerando o potencial formativo que as atividades experimentais podem apresentar, devemos considerar os diferentes tipos de abordagem que a experimentação possibilita, tendo em vista privilegiar a aprendizagem significativa dos conteúdos. Afinal, com tantas situações poucos favoráveis para a implementação de uma aula experimental, devemos nos preocupar em aproveitá-la da melhor maneira possível para promover o desenvolvimento de habilidades cognitivas nos nossos alunos.

Muitas vezes, são propostas aulas de laboratório cujo principal objetivo é ilustrar a teoria dada em sala de aula. Nessas atividades, não raramente, são valorizados principalmente aspectos como a manipulação de materiais e a comprovação de teorias. Os alunos seguem um procedimento já pronto, como uma receita, sem entenderem, muitas vezes, o que estão fazendo.

Assim, pode-se transmitir aos alunos uma visão equivocada da ciência, como se fosse uma verdade definitiva, como se a experimentação não fizesse parte da construção dos conhecimentos. A atividade experimental, realizada dessa maneira, parece ser empregada no sentido motivador, no qual se cria um ambiente diferente do de costume, não se valorizando a

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reflexão sobre os resultados do experimento, e o aluno parece realizá-lo sem saber o porquê e para quê.

Realizar um experimento apenas como uma mera atividade física dos alunos, na comprovação de uma teoria, não desenvolve potencialidade cognitiva dos mesmos e muito menos os oportunizam a se posicionarem de forma crítica diante de um problema, seja este de ordem social ou não. Também, como já vimos, pode reforçar uma visão não adequada da ciência e da atividade científica.

Assim, quando planejamos uma aula experimental, devemos considerar não que o aluno obtenha dados para confirmar uma teoria ou ilustrar um conteúdo, mas sim que tenha a oportunidade de refletir sobre os dados coletados. Dessa maneira, as aulas experimentais devem ser planejadas para promover a aprendizagem significativa dos alunos, o que envolve “considerar o desenvolvimento de habilidades cognitivas, tais como controle de variáveis, tradução da informação de uma forma de comunicação para a outra, como gráficos, tabelas, equações, a elaboração de estratégias para a resolução de problemas, tomadas de decisões baseadas em análise de dados e valores, como integridade na comunicação dos dados, respeito às idéias dos colegas e às suas próprias e colaboração no trabalho coletivo” (Brasil, 1999).

Segundo DOMIN (1999), a experimentação deve favorecer objetivos educacionais do processo cognitivo que incluem: conhecer, compreender, analisar, sintetizar e avaliar.

Segundo Rosito (2003): “Um verdadeiro experimento é aquele que permite ao aluno decidir como proceder nas investigações, que variáveis manipular, que medidas realizar, como analisar e explorar os dados obtidos e como organizar seus relatórios” (Rosito, 2003, p. 199)

Podemos considerar diferentes estilos de atividades experimentais tendo em vista o favorecimento do desenvolvimento cognitivo dos alunos. Um desses estilos, como aponta Domin (1999), é conhecido como descoberta ou investigação guiada, em que o conteúdo não é apresentado ao aluno de maneira acabada, mas sim por meio de um problema, cuja solução pode ser buscada pela realização de um experimento em que, a partir de um procedimento conhecido, dados são obtidos pelos estudantes e analisados seguindo certa direção, apresentada pelo professor.

Por exemplo, conhecendo a interação entre ácido sulfúrico (chuva ácida) e papel de tornassol (ou outro indicador adequado disponível) e entre o ácido e carbonato de cálcio (mármore), dado um conjunto de materiais (que se dissolvam em água), o aluno pode investigar quais são ácidos, básicos ou neutros, elaborando um conceito para definir essas propriedades (vide Interações e Transformações I, GEPEQ, 2005). O problema é dado pelo professor (p. ex., há outros materiais que possuem comportamento análogo ao ácido sulfúrico?), bem como o procedimento. Compete ao aluno coletar e analisar os dados, elaborando sua própria classificação e conclusões, orientado, evidentemente, pelo professor. O aluno, assim, poderia descobrir relações, conceitos, leis etc. que o professor quer que ele aprenda. Pode, ainda, receber do 10

professor uma amostra de um material para que identifique se trata-se ou não de um ácido, por exemplo.

A aula experimental no estilo descoberta pode apresentar algumas limitações no que se refere ao desenvolvimento de certas habilidades de pensamento, uma vez que o aluno é direcionado a um tipo de análise previamente determinada pelo professor. É claro que este tipo de abordagem muito pode contribuir para a aprendizagem de conteúdos e de raciocínios e sua utilização é recomendada, mas não como a única estratégia de se propor aulas experimentais. Há outras abordagens que podem permitir o desenvolvimento de outras competências.

O estilo de aula experimental que se baseia em problemas, em que um problema aberto é apresentado pelo professor aos alunos, que devem aplicar seus conhecimentos para propor caminhos para sua resolução é uma dessas abordagens que facilitam o desenvolvimento de habilidades de raciocínio. Os próprios alunos desenvolvem procedimentos experimentais na tentativa de buscar as respostas. Por exemplo, pode-se problematizar a formação da ferrugem em materiais de ferro, como portões, latarias de automóveis, vergalhões, etc. e os alunos elaborariam procedimentos para verificar qual seria o papel da água, do ar atmosférico, de ambientes marinhos no enferrujamento. Dessa maneira, poderiam propor roteiros de maneira a controlar variáveis como a água, o oxigênio, sais dissolvidos em água, etc. Questões do tipo: como eliminar o oxigênio dissolvido na água, como eliminar a umidade do ar, como impedir o contato do material com o ar atmosférico, certamente apareceriam, ou o professor as introduziria, auxiliando o aluno na busca de informações que os ajudassem a respondê-las e propor um procedimento.

Experimentos que abordam de que depende o enferrujamento e como evitá-lo, podem ser encontrados no Projeto Interações e Transformações – Química para o ensino médio (GEPEQ, 2005, p. 157; 2002, p. 80), e podem auxiliar o professor a propor uma atividade de resolução de problemas.

A aula experimental no estilo de resolução de problemas pode ser um instrumento de aprendizagem muito poderoso, pois, além de conhecimentos específicos, estão envolvidas habilidades de raciocinar logicamente sobre a situação, controlar variáveis, apresentar conclusões plausíveis, entre outras. Como limitação, poder-se-ia argumentar que as habilidades desenvolvidas poderiam ficar restritas à situação problema estudada. Também, tem-se o desafio de propor problemas que possam interessar os alunos e cuja busca de soluções esteja ao alcance deles.

Ainda, a aula experimental pode ser organizada no estilo investigativo, que requer que o estudante formule o problema, crie hipóteses, faça previsões sobre os possíveis resultados, execute a investigação, analise os dados e tire suas próprias conclusões, mediado pelo professor.

Para isso o professor deve tornar-se orientador na sala de aula e conduzir seus alunos para a resolução do problema apresentado. O aluno deixa de ser um agente passivo da aula e passa a agir sobre o processo de pensamento, questionando, elaborando e participando da construção das idéias. O professor deixa de ser o transmissor de conhecimentos e passa a questionar seus 11

alunos, conduzindo-os na elaboração de respostas condizentes com a visão científica, gerando questões e problemas que serão discutidos e refletidos, num processo de envolvimento, de forma a respeitar as idéias e opiniões que surgirem.

Por exemplo, pode-se desenvolver uma atividade experimental investigativa a partir do estudo sobre a temperatura de ebulição da água. Os alunos podem ser questionados sobre o que acontece com a temperatura de ebulição da água quando uma dada amostra é aquecida. Pode ser que apenas mencionem que a temperatura vai subir até que entre em ebulição, mas, é provável, ou o professor pode encaminhar a discussão, que apontem que o aquecimento da água depende de certos fatores. Assim, explorando tal situação, o professor pede aos alunos que apresentem suas hipóteses e elaborem roteiros experimentais que lhes permita testá-las. É comum os alunos sugerirem que a temperatura de ebulição depende da intensidade da fonte de calor, da quantidade de água, da procedência da água, do tempo de aquecimento, do material do recipiente, da temperatura inicial em que a água se encontra. Os alunos elaboram seus roteiros, supervisionados pelo professor, e os executam, podendo, pela análise dos dados obtidos, validar ou não suas idéias iniciais.

Atividades assim elaboradas, em que os alunos participam ativamente da formulação de hipóteses, elaboração do planejamento, coleta e análise dos dados e de formulação de conclusões, podem contribuir para o desenvolvimento de autonomia e responsabilidade, além dos conhecimentos específicos referentes ao tema tratado. Uma análise de uma atividade investigativa aplicada em uma escola de ensino médio mostrou que os estudantes participaram ativamente, manifestando habilidades cognitivas de alta ordem (Suart e Marcondes, 2008). É claro que elaborar atividades dessa natureza é um desafio para o professor, pois exige que ele, de alguma maneira, selecione as hipóteses que os alunos apresentaram ou que faça questões para que hipóteses importantes sejam formuladas. Também, é preciso auxiliar os alunos na elaboração de seus procedimentos, para que percebam a necessidade de controlar variáveis, escolham materiais adequados, etc. Ainda, o professor poderá ter de lidar com diferentes procedimentos sendo executados em uma mesma aula. Há maneiras de propor uma atividade investigativa mais simples, como por exemplo, os alunos apresentam suas hipóteses e apenas uma ou duas são escolhidas para serem testadas. As demais podem ser exploradas em discussões com a classe, em que o professor vai construindo o procedimento com os alunos e fornece resultados típicos para que os alunos possam analisar e elaborar suas conclusões.

Desta forma, uma atividade experimental elaborada de forma a privilegiar o envolvimento do aluno nas etapas de investigação, ou seja, permitindo que a sua participação na resolução de um problema, elaborando hipóteses, analisando dados e propondo soluções, tem-se demonstrado promotora de habilidades cognitivas e da aprendizagem de conceitos científicos escolares.

12

Capítulo II – Atividades experimentais investigativas Como abordado no capítulo anterior, é indiscutível a importância da experimentação no ensino de Ciências. Devemos reconhecer, entretanto, que existem diferentes abordagens de atividades experimentais relacionadas às competências que se pretende desenvolver no aluno.

Dessa maneira, é muito importante que saibamos propor experimentos que sejam potencialmente significativos para a aprendizagem.

Podemos comparar dois tipos de atividades experimentais, a conhecida como tradicional, na qual estão incluídas demonstrações, ilustrações, verificações e comprovação de teorias, e um segundo tipo, chamada de experimentação investigativa, que envolve a participação do aluno na resolução de um problema.

Na atividade experimental com enfoque tradicional o aluno faz o que o professor determina, seguindo um roteiro tipo receita culinária (Tamir, 1977; Domin, 1999) e geralmente conhece de antemão os resultados que serão obtidos. Não é apresentada uma problematização, a qual pode motivar e estimular o aluno a pensar, e a interagir com seus pares, tampouco o envolve na formulação de hipóteses e na elaboração de conclusões. A solicitação ao aluno se limita ao relato dos dados e o professor, como detentor do saber, fornece explicações, utilizando o resultado do experimento para comprovar teorias ou conceitos já anteriormente apresentados ao aluno.

Essa maneira de organizar a atividade experimental é muito diferente do enfoque investigativo, o qual tem como base o envolvimento do aluno na resolução de um problema. Como apontam Zanon e Freitas (2007, p. 95), nesse tipo de atividade o professor “suscita o interesse dos alunos a partir de uma situação problematizadora em que a tentativa de resposta dessa questão leva à elaboração de suas hipóteses”. O experimento não se resume à simples manipulação de materiais e coleta de dados, pois é planejado para que o aluno reflita, tomando consciência de suas ações e propondo explicações (Carvalho, 1999). Ainda, os alunos com a mediação do professor, poderiam elaborar seus próprios experimentos, na tentativa de testar suas próprias hipóteses para a resolução do problema.

O aluno desempenharia, portanto um papel ativo na construção do seu conhecimento, o que lhe permite maior autonomia e responsabilidade (Suart e Marcondes, 2009; Zuliani, 2000; Carvalho et al., 1999).

Os papéis desempenhados pelo professor e pelos alunos nas diversas etapas envolvidas em uma atividade com características investigativas podem definir diferentes graus de liberdade conferidos ao aluno (Pella, 1961).

Considerando as seguintes etapas: proposição de um problema, elaboração de hipóteses, elaboração de um procedimento experimental, coleta e análise dos dados e elaboração das conclusões, cada uma delas pode ser, em princípio, realizada pelo professor ou pelo aluno, o que 13

significa maior ou menor envolvimento intelectual e afetivo dos estudantes na realização da atividade. Quanto maior é a solicitação feita ao aluno, maior é o nível de abertura do experimento e, conseqüentemente, maior grau de liberdade ele terá para tomar decisões no sentido de resolver o problema.

No quadro a seguir são apresentadas diferentes possibilidades de realização de cada etapa pelo professor ou pelo aluno, considerando 3 níveis de abertura (ou graus de liberdade).

Para efeito de comparação incluímos a experimentação tradicional.

TRADICIONAL

INVESTIGATIVA NIVEL 1

Elaboração do Não há

Professor

NIVEL 2 Professor

NIVEL 3 Aluno

Problema Elaboração de Não há

Não

hipótese

professor

Elaboração

Professor

há,

ou Aluno

Aluno

Professor

Aluno

Aluno

Aluno

Aluno

Aluno

Aluno

Aluno

Aluno

Aluno

Aluno

Aluno

dos procedimentos Coleta

de Aluno

dados Análise

dos Professor

dados Elaboração da Aluno/ Professor conclusão Níveis de abertura de atividades experimentais (Pella, 1961) O problema a ser investigado, em qualquer uma dessas abordagens não tradicionais, precisa ser elaborado de forma que os alunos sintam interesse pela investigação, ou seja, deve ser relacionado à realidade do aluno, ao contexto em que está inserida a escola, ou aos conceitos estudados em sala de aula. Ainda, o problema deve ser proposto em um nível de dificuldade adequado para que os alunos não se sintam desmotivados e desistam da atividade.

Devemos enfatizar, também, a importância do papel do professor, qualquer que seja o nível de abertura com que um experimento investigativo é proposto, pois cabe a nós professores a mediação do processo, provendo condições para que os alunos compreendam o que estão fazendo e possam construir relações conceituais que justifiquem o problema que estão resolvendo.

Como o experimento pressupõe um problema a ser resolvido, é necessário que haja atividades pré e pós-laboratório. É importante, do ponto de vista do envolvimento cognitivo do aluno, introduzir inicialmente a situação problematizadora, discutir as idéias principais e dar 14

oportunidades para que os alunos pensem sobre o problema e proponham suas hipóteses. A aula pós-laboratório pode ajudar os estudantes a pensar sobre os dados obtidos, como os analisar e como conectar esses dados com os conceitos estudados. As discussões, realizadas durante o pré e o pós-laboratório, podem permitir que os estudantes façam conexões significativas entre o fenômeno observado e os dados e os conceitos desenvolvidos nas aulas.

Para que possamos evidenciar com mais clareza os níveis de abertura em uma atividade experimental do tipo investigativa, em termos das possibilidades de formação de conceito e desenvolvimento de habilidades de raciocínio, vamos apresentar e discutir, alguns pontos essenciais.

Atividade experimental investigativa de nível 1 Na abordagem investigativa nível 1 cabe ao professor propor uma situação problema e também fornecer o procedimento dos experimentos. Ao aluno cabe coletar e analisar os dados, elaborar uma conclusão e também propor soluções para o problema em questão.

A seguir, apresenta-se um exemplo de atividade com essas características.

Atividade 1: Utilizando a densidade para identificar materiais.

A identificação de substâncias se baseia, de maneira geral, na determinação de propriedades características. Assim, é comum verificar a temperatura de fusão, de ebulição, a densidade, a reatividade frente certas substâncias, as propriedades relativas à absorção ou emissão de radiações (espectros), a análise elementar, etc.

No experimento proposto a seguir, a idéia de identificar um metal será utilizada para introduzir o conceito de densidade de sólidos como uma propriedade característica.

Situação problema Na perspectiva de introduzir o conceito de densidade e aplicá-lo na identificação de um material, podem ser apresentadas várias situações problemas. Um exemplo é dado a seguir.

A falsificação de jóias é uma prática ilegal realizada com fins de lucratividade. Vendem-se peças supostamente de ouro, que na verdade contêm outros metais menos nobres, de menor valor comercial, pelo preço de uma legítima.

Ao comprar uma jóia de ouro, seu comprador desconfiou que pudesse ter sido enganado.

Como saber se a jóia comprada é verdadeira, sem danificá-la?

Atividade pré-laboratório Para suscitar a apresentação de hipóteses pelos alunos, tendo em vista a resolução do problema, o professor pode propor questões que despertem idéias a respeito da utilização de 15

propriedades características das substâncias para sua identificação e sugerir, caso os alunos não o façam, uma consideração sobre a verificação da densidade e, a partir daí, propor conhecer mais sobre esta propriedade.

Laboratório Procedimento 1 O objetivo dessa primeira parte é construir o conceito de densidade. Para tal, podem ser medidas massas e volumes de amostras de um mesmo metal, como por exemplo, pedaços de alumínio, cobre, pregos de ferro, etc, conforme descrito no procedimento a seguir. É importante que todos os alunos façam com o mesmo metal, para que possam pesquisar a relação procurada, válida para cada metal.

Materiais e Reagentes •

balança

•

amostras de metal

•

proveta de 100 mL (ou de volume adequado ao tamanho das amostras)

Procedimento •

Construa uma tabela semelhante à fornecida para registrar dados obtidos por todas as equipes.

•

Determine a massa da amostra recebida pela equipe e anote na tabela. (O professor pode, se achar conveniente, fornecer a amostra juntamente com o valor de sua massa. Dessa forma, não é necessário pesá-la).

•

Coloque certa quantidade de água numa proveta de 100 mL, de maneira que sua amostra fique imersa completamente. Determine o volume da amostra do metal mergulhando-o, cuidadosamente na água contida na proveta e medindo o aumento de volume causado.

Equipe

Massa (g)

Volume (cm3)

Relação entre massa e volume (g/cm3)

Análise dos dados Tendo em vista que o aluno perceba a constância da razão m/v, podem-se analisar os dados por meio da questão apresentada a seguir.

16

1. Muitas relações matemáticas podem ser estabelecidas entre os valores de massa e volume de amostra do mesmo metal, porém apenas uma assume valor numérico constante.

Considere as relações: M+V= M–V= MxV= M:V= Qual delas assume valor numérico constante quando aplicada aos dados obtidos?

2. A relação encontrada representa a densidade de um material, que pode ser expressa pela equação: d= m/v.

A densidade de um material depende de sua massa?

Procedimento 2 O objetivo dessa segunda parte é o de aplicar o conceito de densidade a outros metais, de maneira a perceber que é possível identificá-los por esta propriedade. Assim, o aluno deve determinar a densidade de dois ou três outros metais e compará-la com outros dados apresentados pelo professor. Podem ser utilizados: alumínio, ferro, cobre, estanho, chumbo.

Você está recebendo duas amostras de metais diferentes. Determine a massa e o volume de cada amostra, calcule a densidade e procure identificá-los utilizando a tabela de densidade de metais fornecida. Apresente os dados coletados em uma tabela.

Amostra de metal

Massa (gramas)

Volume (cm3)

Densidade (g/cm3) temperatura (ºC)

A B C Metal

Densidade (g/cm3) a Metal

Densidade (g/cm3) a

25ºC

25ºC

Alumínio

2,7

Mercúrio

13,5

Chumbo

11,3

Ouro

19,3

Cobre

8,9

Platina

21,4

Ferro

7,8

Prata

10,5

Magnésio

1,7

Titânio

4,5

Densidade de vários metais a 25ºC Analisando a tabela de densidade de metais, é possível identificar quais são os metais das amostras recebidas?

17

Atividade pós Laboratório O objetivo dessa etapa é a de que o aluno conclua que a densidade pode ser utilizada na identificação de materiais e que aplique os conhecimentos construídos para responder a questão inicial.

Dessa maneira, o professor pode pedir que os grupos apresentem seus resultados e que expliquem como chegaram à conclusão de qual metal haviam recebido. Como se tratam de dados experimentais é provável que os alunos não encontrem valores idênticos aos dados da literatura (fornecidos na tabela), o que pode gerar dúvidas. Essa é uma oportunidade para o professor discutir com os alunos as possíveis incertezas nas medidas experimentais, provenientes dos instrumentos de medida e da acuidade com que as leituras dos dados foram feitas. Assim, comparações entre diferentes valores que os alunos obtiveram e entre estes e os valores apresentados na literatura, além de contribuir para que os alunos entendam um pouco mais sobre a natureza da ciência, são importantes para que se possa decidir sobre a identificação do metal.

Para retomar o problema inicial, os alunos podem ser convidados a propor um procedimento para identificar se uma jóia de ouro é verdadeira, sem danificá-la. Conhecendo o valor da densidade do ouro empregado em joalheria (em geral, uma liga metálica, conhecida como ouro 18 quilates, cuja densidade é 16,5 g/cm3), eles podem fazer suposições sobre o valor da densidade, maior, menor ou igual, e relacionar com a jóia ser verdadeira ou não.

Algumas considerações A atividade, apresentada dessa maneira, possibilita aos alunos a construção do conceito de densidade, bem como sua aplicação em outras situações. A coleta de dados e o estabelecimento de uma relação entre eles, além de lhes dar uma vivência, possibilita o desenvolvimento de habilidades relacionadas à conservação e à proporção. Também, ao compararem os dados que obtiveram com os da literatura, os alunos poderão desenvolver competências que os permitam avaliar possíveis diferenças, reconhecendo variáveis que podem justificá-las (medidas da massa e do volume), comparar, inferir e tirar conclusões a respeito dos metais que constituem as amostras. A apresentação de possíveis soluções e a elaboração de previsões que a atividade propicia são habilidades de alta ordem cognitiva, importantes no desenvolvimento do aluno. Um experimento de determinação de densidade realizado de maneira tradicional dificilmente permitiría que habilidades dessa ordem cognitiva fossem alcançadas.

Atividade experimental investigativa nível 2 Na abordagem investigativa de nível 2 de abertura, o professor propõe uma situação problema e ao aluno cabe a elaboração de hipóteses, escolha dos procedimentos experimentais,a coleta e análise dos dados, a elaboração de conclusões e a proposta de soluções para o problema em questão.

18

Atividade 2 – Como determinar e corrigir o “pH de solos” Vamos considerar, por exemplo, uma situação problema relativa ao controle do pH do solo, ou seja, porque certos cultivos que são favorecidos em solos que apresentam determinados valores de pH. O controle do “pH do solo” em que ocorrerá a plantação é importante, tendo em vista o melhor desenvolvimento da cultura. Devemos lembrar que não é correto do ponto de vista químico se referir a pH de um material sólido, pois tal conceito é definido para soluções aquosas, mas como esse é o termo geralmente encontrado, estamos adotando-o.

No experimento proposto a seguir, a idéia de identificar o pH de amostras de solos e propor sua adequação para um dado cultivo será explorada.

Situação problema Um exemplo de situação problema, tendo em vista que os próprios alunos apresentem sugestões e elaborem procedimentos é dado a seguir.

A mandioca é um alimento muito apreciada pelos brasileiros. Seu cultivo se dá em todo o país, necessitando de solos não compactados (soltos) e se adapta melhor em meio ácido.

O cultivo de mandioca se adapta melhor em solos ácidos, cujo pH varia de 5,5 a 6,5. Antes de se iniciar uma plantação, deve-se conhecer as características do solo, determinando-se, entre outras propriedades, o pH e, se for necessário, fazer uma correção de maneira a adequá-lo ao cultivo pretendido.

Como você verificaria a acidez de um dado solo e como procederia para corrigí-lo, caso necessário?

Atividade pré-laboratório Os alunos são convidados a apresentar sugestões para a resolução do problema. O professor pode suscitar algumas idéias, questionando-os a respeito do que já sabem sobre ácidos e bases, sobre transformações químicas, etc. Os alunos podem sugerir verificar a acidez pela utilização de indicadores,como papel de tornassol, fenolftaleína, ou ainda repolho roxo, ou feijão preto. Podem ocorrer idéias sobre a correção da acidez por meio de uma reação ácido-base, ou sugestões de lavagem do solo com água, aquecimento, etc.

A seguir, os alunos, em grupos, devem elaborar um plano de trabalho para investigar algumas das sugestões. O professor pode orientá-los a apresentar os materiais que necessitariam, o procedimento e as previsões a respeito dos resultados esperados. Cada plano de trabalho deve ser analisado pelo professor, tanto no aspecto da segurança, quanto no da viabilidade experimental. É importante que o professor discuta com os alunos o controle de possíveis variáveis, como, por exemplo, quantidade de água a ser empregada, temperatura, toxicidade dos reagentes para o cultivo, relação custo-benefício, etc 19

Laboratório Aprovados os procedimentos pelo professor, os grupos, então, realizam seus experimentos e são convidados a apresentar suas conclusões.

Dadas as diferentes demandas que poderiam acontecer com a realização de vários procedimentos experimentais, o professor, juntamente com os alunos, pode selecionar duas ou três das sugestões apresentadas e direcionar as atividades para elas.

Atividade pós laboratório: O período pós-laboratório é muito importante na construção do conhecimento, pois os alunos terão oportunidade de expor suas conclusões à classe e avaliar as conclusões de outros grupos. Deve ser considerado que a atividade demanda dos alunos, para sua resolução, habilidades cognitivas de altas ordens, como: identificar e estabelecer processos de controle de variáveis, analisar relações causais, elaborar hipóteses, etc.

Outras sugestões Um outro exemplo de atividade com esse grau de abertura pode ser dado no estudo de cinética química. O controle da rapidez com que uma reação ocorre é muito importante no sistema produtivo e em muitos aspectos de nossa vida diária. Por exemplo, é desejável que se retarde o processo de corrosão de portões de ferro, assim como é desejável que a polimerização de uma resina aplicada em tratamentos dentários ocorra em tempo curto. Nesse contexto, os alunos podem ser questionados sobre de que depende a velocidade de uma transformação química, ou que fatores podem influenciar a rapidez com que uma transformação química ocorre.

Na atividade pré-laboratório, os alunos são convidados a apresentar suas hipóteses. Idéias como: temperatura, quantidade dos reagentes, tempo de contato, tipo de recipiente, recipiente aberto ou fechado, etc., podem surgir. Caso os alunos não proponham hipóteses relevantes, o professor pode sugerí-las, pedindo que as avaliem. Como no exemplo anterior, os alunos selecionam uma variável para estudar e propõem um procedimento, bem como hipóteses sobre possíveis resultados. Na atividade pós-laboratório os alunos, analisando seus dados e os dos colegas, terão oportunidade de construir conceitos sobre cinética química, bem como de desenvolver competências de altas ordens cognitivas.

Atividade experimental investigativa nível 3 Diferentemente das abordagens investigativas Nível 1 e Nível 2, nas quais o professor propunha o problema a ser investigado, na abordagem investigativa de nível 3 de abertura cabe ao aluno a proposição de uma situação problema, bem como a elaboração de hipóteses, a escolha dos procedimentos experimentais, além de coletar e analisar os dados, 20

elaborar uma conclusão e também propor soluções para resolver ou minimizar o problema em questão. Este tipo de abordagem ocorre, com mais freqüência, quando os alunos desenvolvem projetos ou atividades em feiras de ciências.

Atividades experimentais tradicional e investigativa: comparando diferentes abordagens Uma atividade experimental pode ser elaborada na abordagem tradicional ou investigativa, cabe ao professor analisar as possibilidades, dificuldades, pontos positivos e negativos de cada uma. Dessa forma, apresentamos abaixo uma discussão sobre os principais aspectos das duas abordagens, comparando a elaboração de duas atividades com os mesmos objetivos conceituais, entretanto executadas de maneira distinta uma da outra, e Podemos comparar dois tipos de atividades experimentais, uma tradicional e uma investigativa de nível 1 de abertura, utilizando o mesmo roteiro experimental, mas desencadeadas de forma distinta, o que pode levar a diferentes resultados de aprendizagem.

Abordagem tradicional Atividade Experimental Objetivos: Identificar soluções ácidas, básicas e neutras

Materiais e Reagentes: •

Estante para tubo de ensaio

•

10 tubos de ensaio vidro de relógio

•

conta-gotas

•

espátulas

•

2 vidros de relógio

•

água

•

ácido clorídrico

•

vinagre

•

suco de limão

•

hidróxido de sódio

•

sabão em pó

•

leite de magnésia

•

sal

•

açúcar

•

papel de tornassol azul e vermelho

•

fenolftaleína 21

Procedimento: •

Coloque em 1 tubo de ensaio aproximadamente 2 cm de água e adicione 5 gotas de ácido clorídrico.

•

Coloque em um vidro de relógio um pedaço de papel de tornassol azul e em outro vidro de relógio um pedaço de papel de tornassol vermelho. Com um conta-gotas pingue uma gota da mistura água e ácido clorídrico em cada um dos papéis de tornassol. Anote na tabela 1 as cores observadas.

•

Acrescente o tubo de ensaio que contém água e ácido clorídrico 2 gotas de fenolftaleína.

Anote na tabela 1 a cor observada.

•

Lave os tubos de ensaio, os vidros de relógio e o conta-gotas para repetir os procedimentos anteriores com os outros materiais. Para os sólidos, adicione aos tubos de ensaio uma quantidade equivalente a um grão de arroz. Anote na tabela as cores observadas com o papel de tornassol azul, o rosa e a fenolftaleína.

Reagente

Papel

Papel tornassol Fenolftaleína identificação da solução

tornassol azul vermelho

(ácida, básica ou neutra)

Água Água + ácido clorídrico Água + vinagre Água + suco de limão Água + hidróxido de sódio Água + sabão em pó Água

+

leite

de

magnésia Água + sal Água + açúcar

Análise dos resultados Classifique cada uma das soluções como ácida, básica ou neutra, utilizando as informações apresentadas a seguir.

Solução Tornassol Azul Tornassol Vermelho Fenolftaleína Ácida

Vermelho

Vermelho

incolor

Básica

Azul

Azul

rosa

No contexto do experimento Tradicional: Supõe-se que os conceitos de ácido e base já tenham sido introduzidos em aula. Assim, os alunos já têm informações sobre mudanças de cor de indicadores na presença de soluções 22

aquosas ácidas, básicas e neutras. Mesmo que essas informações não tenham sido discutidas em sala, basta ao aluno classificar as soluções utilizando as informações contidas na tabela. A experimentação, nesse contexto, tem como objetivo a verificação de fatos, ou a comprovação de conceitos já abordados.

Algumas considerações O experimento apresentado dessa maneira possibilita aos alunos conhecer empiricamente fatos da Química. São poucas as competências envolvidas. O aluno deve observar e comparar suas observações com dados fornecidos. O aluno não é convidado a elaborar uma síntese ou fazer previsões. O experimento parece subutilizado, ou seja, não é explorado todo o potencial pedagógico.

Abordagem Investigativa (nível 1) – ácidos e bases Nessa atividade, diferentemente da tradicional, os alunos construirão os conceitos de soluções ácidas, básicas e neutras, em nível operacional, ou seja, por meio do fenômeno mudança de cor do indicador. Além disso, procurarão responder a questão apresentada, aplicando os conceitos construídos. Vamos retomar o exemplo do controle do pH do solo, explorando-o, agora, para introduzir o conceito, em nível operacional, de ácido e base.

Questão problema O feijão é um alimento muito apreciado pelos brasileiros. O Brasil é um dos maiores produtores de feijão do mundo, sendo cultivado em todo o país. A cultura do feijão se adapta melhor em meio ácido. Assim, os agricultores necessitam conhecer as características do solo quanto à acidez, antes de iniciar a plantação.

Como você identificaria as características ácidas ou básicas do solo de um terreno antes de iniciar a uma plantação de feijão?

Formação do conceito Para que o aluno elabore o conceito, será utilizado o mesmo procedimento experimental descrito anteriormente sem constar, entretanto, a tabela com as informações sobre as cores dos indicadores em solução ácida e básica. Também são propostas de questões para que os alunos possam analisar os resultados.

Materiais e Reagentes: •

Estante para tubo de ensaio

•

10 tubos de ensaio vidro de relógio

•

conta-gotas

•

espátulas 23

•

2 vidros de relógio

•

água

•

ácido clorídrico

•

vinagre

•

suco de limão

•

hidróxido de sódio

•

sabão em pó

•

leite de magnésia

•

sal

•

açúcar

•

papel de tornassol azul e vermelho

•

fenolftaleína

Procedimento: •

Coloque em 1 tubo de ensaio aproximadamente 2 cm de água e adicione 5 gotas de ácido clorídrico.

•

Coloque em um vidro de relógio um pedaço de papel de tornassol azul e em outro vidro de relógio um pedaço de papel de tornassol vermelho. Com um conta-gotas pingue uma gota da mistura água e ácido clorídrico em cada um dos papéis de tornassol. Anote na tabela 1 as cores observadas.

•

Acrescente o tubo de ensaio que contém água e ácido clorídrico 2 gotas de fenolftaleína.

Anote na tabela 1 a cor observada.

•

Lave os tubos de ensaio, os vidros de relógio e o conta-gotas para repetir os procedimentos anteriores com os outros materiais. Para os sólidos, adicione aos tubos de ensaio uma quantidade equivalente a um grão de arroz. Anote na tabela as cores observadas com o papel de tornassol azul, o rosa e a fenolftaleína.

Reagente

Papel tornassol azul Papel tornassol vermelho Fenolftaleína

Água Água + ácido clorídrico Água + vinagre Água + suco de limão Água + hidróxido de sódio Água + sabão em pó Água + leite de magnésia Água + sal Água + açúcar 24

Análise dos dados Apresentamos sugestões de questões para serem discutidas em sala ou para os alunos responderem (GEPEQ, 2007). É possível classificar os materiais estudados em grupos diferentes? Em caso afirmativo, quais critérios você utilizou ao propor essa classificação?

O ácido clorídrico, formado pela interação do cloreto de hidrogênio gasoso e água, torna a água ácida, o que pode ser evidenciado pela mudança de cor do papel de tornassol azul. Entre os materiais estudados, quais tornam a água ácida? Esses materiais apresentam outras propriedades em comum?

Os materiais que, ao interagirem com água, fazem com que ela se torne ácida, são chamados de ácidos. Considerando essa informação e suas respostas às questões anteriores, defina o que é um ácido.

Além dos ácidos, há materiais que são classificados como neutros ou como básicos, tendo como critério de classificação as propriedades que esses materiais conferem ou não à água após interagirem com ela. Baseado em seus dados, defina material neutro e alcalino.

Aplicação do conceito para a resolução do problema proposto O aluno deve testar o comportamento do solo frente aos indicadores. Para tal, o professor pode fornecer amostras de diferentes solos, ou sugerir que os alunos coletem amostras de solo na escola ou tragam de suas casas. Para realizar o teste, deve ser adicionada água ao solo e agitar por alguns minutos a mistura. Os alunos podem fazer a filtração ou esperar sedimentar e utilizar o sobrenadante para os testes com os indicadores. Para exemplificar, um procedimento é apresentado a seguir.

Materiais e Reagentes •

2 copos plásticos ou béqueres

•

1 tubo de ensaio

•

1 conta-gotas (opcional)

•

Indicadores ácido-base

•

Amostra de solo

•

Água

Procedimento •

Colocar em um copo plástico ou béquer cerca de duas colheres de uma amostra de solo.

25

•

Colocar em outro recipiente cerca de 50 mL de água. Pode-se utilizar um copinho de café, enchendo-o quase que completamente e transferi-los para o copo que contém o solo, agitando por alguns minutos.

•

Esperar algum tempo para que o sólido sedimente.

•

Transfira, com cuidado, uma parte do líquido sobrenadante para um tubo de ensaio e adicione algumas gotas de um indicador que você escolher. Repita para outros indicadores.

•

Transferir a água sobre o solo.

No contexto do experimento Investigativo: Os alunos deverão construir os conceitos de soluções ácidas, básicas e neutras, em nível operacional, ou seja, por meio do fenômeno mudança de cor do indicador e o aplicá-lo na resolução do problema, ou seja, para reconhecer se um dado solo está ácido, neutro ou alcalino.

São apresentadas questões para ser discutidas em sala, cuja finalidade é dar certa direção ao processo de análise dos dados obtidos, de maneira a que o aluno elabore algumas das conclusões esperadas pelo professor.

Algumas considerações O experimento apresentado dessa maneira possibilita aos alunos elaborar conhecimentos químicos, bem como desenvolver várias competências. O aluno, além de observar, irá elaborar um critério de classificação e aplicá-lo na resolução do problema proposto.

O aluno pode elaborar uma síntese e fazer previsões a respeito da acidez ou basicidade de materiais.

Comentários finais Qualquer que seja a atividade experimental proposta aos alunos, devemos considerar, em seu planejamento, as possibilidades de explorações conceituais e de desenvolvimento de habilidades cognitivas de alta ordem. Pode não ser tarefa das mais simples, transformar um experimento apresentado nos moldes tradicionais, que atinge certos objetivos formativos, em um investigativo, que pode promover competências mais complexas, mas parece valer a pena esse esforço, se consideramos os ganhos que os alunos podem ter.

26

Capítulo III – investigativas

Sugestões

de

atividades

experimentais

Corrosão de metais (orientação para o professor) As transformações químicas envolvendo metais constituem parte importante da Proposta Curricular de Estado de São Paulo, sendo abordadas mais detidamente no 3º e 4º bimestres da primeira série do ensino médio, ao tratar do tema produção e uso de metais, e no 4º bimestre da segunda série, quando se discute a reatividade de metais e processos eletroquímicos. O tema metais deve ser discutido em diferentes etapas do ensino, de modo a construir uma visão abrangente com certo nível de aprofundamento dos diversos aspectos que envolvem sua compreensão. Para estudantes que estão iniciando o estudo da química é importante a compreensão das relações entre propriedades específicas dos metais e seus muitos usos em nossa sociedade. Nesta mesma etapa, podem-se discutir as transformações químicas que dão origem ao metais, quando estes não são obtidos em forma nativa, bem como os impactos envolvidos neste processo. Em outros momentos da educação química os estudantes, já mais maduros cognitivamente e detendo conhecimentos básicos sobre transformações químicas e estrutura da matéria, podem se ater aos processos que envolvem transformações dos metais, sobretudo, a corrosão, pilha e eletrólise. Nessa etapa, uma gama de conceitos próprios da eletroquímica, tais como oxidação, redução, potenciais, pólos, eletrodos, dentre outros, são introduzidos numa ampliação da linguagem científica e da compressão das transformações químicas.

Nesta atividade, tem-se como foco a corrosão metálica e os fatores que a influenciam.

Espera-se que os estudantes, após a realização e discussão dos experimentos propostos, possam compreender os processos de corrosão metálica como sendo transformações químicas sofridas pelos metais em que estes sofrem oxidação ao interagirem com o oxigênio do ar, com a umidade do ambiente, com materiais ácidos (ou básicos) ou com algumas soluções contendo íons de metais menos reativos (Figura 1). Espera-se também que os estudantes possam compreender, avaliar e propor formas de proteção contra corrosão metálica, aplicando, para tanto, conceitos próprios da eletroquímica (Figura 2).

(a)

(b)

27

(c)

Figura 1[6], [23] e [37]: Diferentes formas de oxidação de metais: (a) Enferrujamento da palha de aço em presença de ar e umidade (Experimento 1); (b) Reação de metais (cobre, zinco, ferro e magnésio) com ácido clorídrico (Experimento 2); 2+ 2+ 2+ (c) reação de metais (ferro, cobre e magnésio) com soluções contendo os cátions Fe , Cu e Mg (Experimento 3).

Artigos da literatura científica apontam a existência de algumas concepções alternativas que devem ser levadas em conta durante a discussão dos experimentos sobre corrosão metálica.

Dentre essas idéias, destaca-se a crença de alguns estudantes de que “a formação de ferrugem está relacionada à ação de fungos ou outros seres vivos”. O fato de observarem que a formação de ferrugem ocorre principalmente em locais úmidos e que estes locais também são propícios à formação de bolor, leva alguns estudantes a explicarem a corrosão do ferro usando frases como “A ferrugem comeu o ferro” ou similares. Além dessas idéias, outras concepções alternativas podem se manifestar quando se solicita aos estudantes que proponham hipóteses sobre as condições necessárias para a ocorrência de corrosão ou sobre as formas de preveni-la. Assim, fica evidente a necessidade de conhecer as idéias iniciais dos estudantes sobre os fenômenos que serão estudados, dando-lhes oportunidades de exporem suas hipóteses, explicações e conjecturas. Espera-se que, desse modo, o professor possa preparar-se para melhor estruturar suas intervenções e auxiliar os estudantes no processo superação de concepções não-científicas sobre a corrosão dos metais.

Os quatro experimentos propostos para esta atividade são bons exemplos de como o controle de variáveis na elaboração de um roteiro experimental pode auxiliar na compreensão dos princípios científicos necessários à compreensão dos fenômenos observados. O primeiro experimento (enferrujamento de palha de aço) tem como objetivo que os estudantes percebam que para que ocorra a formação da ferrugem é necessário que o ferro esteja em contato com oxigênio do ar e umidade. Assim, as variáveis controladas neste experimento são a presença de ferro, ar e água nos sistemas. Já no quarto experimento (enferrujamento de pregos), que tem como objetivo conhecer formas de minimizar a ocorrência da corrosão dos metais, além das variáveis anteriores (presença de ar e umidade), analisa-se também se o contato com diferentes metais pode diminuir a corrosão (Figura 2). Estes exemplos mostram que existe uma forte relação entre as varáveis que são controladas e os objetivos pedagógicos de cada experimento, devendo, portanto, ter essa discussão como um ponto a priorizar na condução da aula.

Figura 2[47]: Fatores que influenciam a corrosão do ferro (Experimento 4): (0) Fe, (1) Fe + CaCl2 (secante), (2) Fe + água de torneira, (3) Fe + água fervida (sem O2), (4) Fe + água com NaCl, (5) Fe + Zn, (6) Fe + Sn, (7) Fe + Cu e (8) Fe + Mg

Os quatro experimentos propostos não apresentam grandes riscos à segurança dos estudantes, podendo ser realizados pelos mesmos desde que orientações básicas de segurança sejam fornecidas pelo professor. Deve-se também estar atento às instruções do roteiro do 28

experimento para evitar erros em sua realização, o que poderia provocar resultados inesperados e dificultar a análise dos dados e elaboração das conclusões por parte dos estudantes.

Corrosão de metais Basta uma rápida olhada ao nosso redor para percebermos quantos metais temos presentes em nosso dia-a-dia. Panelas, parafusos, circuitos elétricos, motores e aviões; são quase incontáveis os exemplos de objetos que apresentam metais em sua constituição.

Não tão grande é a diversidade de metais utilizados pelo ser humano para produção desses objetos, não passando de algumas dezenas. Entretanto, dificilmente metais puros são utilizados. Geralmente preferimos utilizar ligas metálicas, ou seja, misturas homogêneas formadas por um metal e outra substância, que pode ser ou não metálica. Aço, ouro dezoito quilates e latão são alguns exemplos de ligas muito utilizadas atualmente.

Alguns metais e ligas são conhecidos há alguns milhares de anos, como ferro, bronze, ouro e cobre, ao passo que outros só foram descobertos graças ao desenvolvimento científicotecnológico ocorridos nos séculos XIX e XX, como é o caso, por exemplo, do alumínio e dos metais alcalinos sódio e potássio. Isto porque alguns metais podem ser retirados diretamente da natureza, enquanto que outros só são obtidos por meio de transformações químicas envolvendo seus minérios e energia térmica ou elétrica.

Esses fatos estão relacionados à facilidade que alguns metais tem de sofrer reações químicas quando expostos ao ambiente. Ferro, por exemplo, é um metal que dificilmente encontramos na forma nativa. Pense por um instante: O que aconteceria se uma “pepita de ferro” estivesse no fundo de um rio ou enterrada no solo de uma floresta? Possivelmente sofreria corrosão completa em poucas semanas. O mesmo acontece com muitos dos objetos metálicos que vemos em nosso dia-a-dia: sofrem corrosão.

Podemos então levantar os seguintes questionamentos: O que é a corrosão de metais?

Existem formas de evitá-la?

As respostas a estas questões – ou, pelo menos, algumas pistas – estão nos fenômenos que observamos em nosso cotidiano, mas que muitas vezes não paramos para refletir.

Antes de prosseguirmos

1) Descreva um objeto de ferro antes e depois de enferrujar.

2) Se colocarmos 3 pregos em locais diferentes, um enterrado no jardim, um sobre a mesa da cozinha e outro no banheiro, em qual desses casos ocorrerá maior enferrujamento?

Explique.

3) Se quisesse proteger da corrosão os pregos da questão anterior sem tirá-los de seus respectivos locais, como faria?

29

Experimento 1: Enferrujamento de palha de aço6 Objetivo: reconhecer os materiais necessários à formação da ferrugem.

Materiais e Reagentes •

3 tubos de ensaio iguais (diâmetro = 1 cm; comprimento = 10 cm)

•

1 bastão de vidro

•

3 placas de Petri

•

esponja de aço

Procedimento Ensaio I: •

Umedeça um tubo de ensaio e coloque dentro uma pequena mecha de esponja de aço.

Com o auxílio do bastão de vidro, distribua-a a te que ocupe cerca de 1/3 do cumprimento do tubo.

•

Coloque água em uma placa de Petri de maneira a quase preenchê-la.

•

Inverta o tubo de ensaio e, mantendo-o nessa posição, coloque-o na placa de Petri.

Ensaio II:

•

Coloque um tubo, vazio e invertido, numa placa de Petri contendo água.

Ensaio III:

•

Repita o procedimento indicado para o ensaio I, agora com uma placa de Petri vazia.

Figura 3: Ensaio dos fatores que influenciam no enferrujamento da esponja de aço.

Registro de dados Complete o quadro a seguir com uma descrição detalhada do estado inicial de cada sistema (ensaio). Deixe o experimento guardado em um local seguro por 3 ou 4 dias e, após esse período, faça novas observações, descrevendo o estado final dos sistemas (ensaios) na mesma tabela.

6 GEPEQ/IQ - USP. Interações e Transformações I: Elaborando Conceitos sobre Transformações Químicas. 9ª ed. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo (Edusp), p. 157-161. 2005.

30

ENSAIO

ESTADO INICIAL

ESTADO FINAL

I II III

Questões Pós-laboratório 1. Quais as alterações observadas nos ensaios I, II e III? 2. O que aconteceu com o nível da água no interior dos tubos nos ensaios I e II? Proponha uma explicação para essas observações.

3. Considerando as respostas dadas às questões anteriores, quais materiais teriam interagido na formação da ferrugem?

4. Sabendo os materiais que participam da formação da ferrugem, explique como a pintura de um portão de ferro com tinta óleo o protege da corrosão.

Experimento 2: Reação de metais com ácido7 Objetivo: conhecer a reatividade de diferentes metais.

Materiais e Reagentes •

4 tubos de ensaio

•

1 estante para tubos de ensaio

•

4 etiquetas ou caneta marcadora de vidro

•

raspa de cobre metálico (Cu)

•

raspa de zinco metálico (Zn)

•

raspa de ferro metálico (Fe)

•

raspa de magnésio metálico (Mg)

•

ácido clorídrico 4 mol/L (HCl)

Figura 4[9]: Materiais e Reagentes necessários para a realização do Experimento 2.

7

GEPEQ; Interações e Transformações: Química para o Ensino Médio: Livro de Laboratório; coords. Luiz Roberto de Moraes Pitombo e Maria Eunice Ribeiro Marcondes; volume 1; São Paulo: EDUSP; p. 23; 1998.

31

Procedimento •

Numerar os tubos de ensaio de 1 a 4.

•

Colocar cerca de 2 mL de ácido clorídrico em cada tubo.

•

Contando com o auxílio dos colegas de grupo, colocar os metais, um em cada tubo, ao mesmo tempo e observar o que ocorre.

Registro de dados Número

do Metal

tubo

Evidência de interação com Classificação HCl (aq)

decrescente

quanto à rapidez da reação

Questões Pós-laboratório 1. A partir das observações feitas no experimento de reatividade de metais organize os metais utilizados (Fe, Cu, Zn e Mg) em ordem decrescente de reatividade. Que critério você utilizou para estabelecer esta classificação?

2. Sabe-se que o gás desprendido na reação do ácido clorídrico (HCl) com esses metais é o hidrogênio (H2) e que nestas reações formam-se soluções contendo cloretos desses metais com fórmulas gerais do tipo MCl2, em que M representa os cátions metálicos Fe2+, Zn2+ e Mg2+.

Escreva equações químicas balanceadas que representem as reações que ocorreram.

Exemplo: Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl2(aq) + H2(g) 3. Considere a equação química apresentada como exemplo na questão anterior. Ela representa a corrosão sofrida pelo ferro ao interagir com ácido clorídrico. a) Determine o número de oxidação de cada átomo presente nesta equação química e identifique as espécies que sofreram redução (ganho de elétrons) e oxidação (perda de elétrons). b) Faça o mesmo para as equações químicas que representam as reações entre Mg e HCl e entre Zn e HCl.

Experimento 3: Reação de metais com soluções contendo íons de metais8 Objetivo: conhecer a reatividade de diferentes metais.

Materiais e Reagentes •

Ferro (pregos ou raspas)

•

Cobre (em pedaços ou raspas)

8

SEE; Caderno do Professor: química; ensino médio 2° série 4° bimestre; Maria Fernanda Penteado Lamas e Isis Valença de Sousa Santos; São Paulo: SEE; 2009.

32

•

Magnésio (em aspas)

•

Solução de um sal de ferro II

•

Solução de um sal de cobre II

•

Solução de um sal de magnésio

•

9 tubos de ensaio

•

1 proveta de 10 mL

•

1 estante para tubos de ensaio

•

Caneta para marcar tubos ou fita crepe e lápis

Figura 5[27]: Materiais e Reagentes necessários para a realização do Experimento 3.

Observação: as soluções podem ser de cloretos, sulfatos ou nitratos desses metais. O que de fato importa são os cátions dos metais presentes nelas.

Procedimento •

Enumere os tubos de 1 a 9.

•

Coloque 2 mL de solução de um sal de ferro II nos tubos 1, 2 e 3.

•

Adicione um pedaço de ferro no tubo 1.

•

Adicione um pedaço de cobre no tubo 2.

•

Adicione um pedaço de magnésio no tubo 3.

•

Observe os aspectos dos pedaços de metais e das soluções contidos nos tubos 1, 2 e 3 por cerca de 1 minuto. Anote as observações na tabela a seguir em T1, T2 e T3.

•

Coloque 2 mL de solução de um sal de cobre II nos tubos 4, 5 e 6.

•

Adicione um pedaço de ferro no tubo 4.

•

Adicione um pedaço de cobre no tubo 5.

•

Adicione um pedaço de magnésio no tubo 6.

•

Observe os aspectos dos pedaços de metais e das soluções contidos nos tubos 4, 5 e 6 por cerca de 1 minuto. Anote as observações na tabela a seguir em T4, T5 e T6.

•

Coloque 2 mL de solução de um sal de magnésio nos tubos 7, 8 e 9.

•

Adicione um pedaço de ferro no tubo 7.

•

Adicione um pedaço de cobre no tubo 8.

•

Adicione um pedaço de magnésio no tubo 9.

•

Observe os aspectos dos pedaços de metais e das soluções contidos nos tubos 7, 8 e 9 por cerca de 1 minuto. Anote as observações na tabela a seguir em T7, T8 e T9.

33

Registro de dados Metais

Soluções contendo os íons de metais Fe2+

Fe Cu Mg

Cu2+

Mg2+

T1 T2 T3

T4

T7

T5

T8

T6

T9

Questões Pós-Laboratório 1. A partir da análise da tabela, coloque os metais em ordem crescente de reatividade. Qual é o metal mais reativo? E o menos reativo?

2. Sabe-se que a metal cobre (Cu0) apresenta cor avermelhada (quando em lâminas, raspas ou fios) ou marrom escura (quando na forma de um pó muito fino) e que os íons cobre II (Cu2+) presentes no sal de cobre apresentam cor azul. Explique o que deve ter ocorrido na superfície do pedaço de ferro mergulhado na solução de cobre II. 3. Sabendo que o íon Fe2+ tem cor amarelada, o que deve ocorrer com a cor da solução de contendo íons Cu2+ em contato com Fe ao longo do tempo? Explique sua resposta.

4. Para que o cobre II sofra redução na superfície do ferro este deve sofrer oxidação. Represente as semirreações de oxidação do ferro e redução dos íons cobre.

5. Para guardar uma solução de contendo íons Fe2+ poderia ser utilizado um recipiente de cobre?

E de zinco? Explique suas respostas.

Experimento 4: Enferrujamento de pregos9 Objetivo: conhecer os fatores que provocam o enferrujamento e aqueles que o impedem.

Materiais e Reagentes •

9 pregos limpos e polidos

•

9 tubos de ensaio

•

1 estante para tubos de ensaio

•

1 béquer de 250 mL

•

Raspas de magnésio

•

Raspas de zinco

•

Raspas de estanho

9 GEPEQ. Interações e Transformações I: Elaborando Conceitos sobre Transformações Químicas. 9ª ed. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo (Edusp), p. 157-161. 2005.

34

•

Raspas de cobre

•

Cloreto de cálcio anidro

•

Óleo ou vaselina

•

Sal de cozinha

•

Água fervida (para retirar o ar dissolvido na água, deve-se previamente fervê-la deixando que permaneça em ebulição por cerca de 5 minutos)

•

Algodão

•

Caneta para marcar os tubos ou fita crepe e lápis

Figura 6[51]: Materiais e Reagentes necessários para a realização do Experimento 4.

Procedimento •

Numere os tubos de ensaio de 0 a 8 e coloque-os na estante.

•

No tubo 0, coloque 1 prego (sempre coloque os pregos com a “cabeça do prego” para baixo e com o tubo de ensaio inclinado para não quebrá-lo).

•

No tubo 1, coloque alguns grãos de cloreto de cálcio anidro. Em seguida, coloque um prego e tape o tubo com um pedaço de algodão.

•

No tubo 2, coloque um prego e cubra-o com água da torneira.

•

No tubo 3, coloque um prego e cubra-o com água fervida. Adicione um pouco de vaselina ou óleo sobre a água fervida contida no tubo.

•

No tubo 4, coloque um prego e cubra-o com água contendo um pouco de sal de cozinha dissolvido.

•

No tubo 5, enrole uma parte do prego com uma raspa de zinco. Coloque-o no tubo e adicione água da torneira até cobrir.

•

No tubo 6, enrole uma parte do prego com uma raspa de estanho. Coloque-o no tubo e adicione água da torneira até cobrir.

•

No tubo 7, enrole uma parte do prego com uma raspa de cobre. Coloque-o no tubo e adicione água da torneira até cobrir.

•

No tubo 8, enrole uma parte do prego com uma raspa de magnésio. Coloque-o no tubo e adicione água da torneira até cobrir.

•

Anote na tabela as observações relativas a cada sistema em seu estado inicial. Deixe o experimento guardado em local seguro por 3 ou 4 dias e, após esse período, faça novas observações, descrevendo o estado final dos sistemas na mesma tabela.

35

Registro de dados Tubo

Sistema

Estado inicial

Estado final

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Questões Pós-Laboratório 1. Em qual dos sistemas notou-se maior quantidade de ferrugem no estado final? Que materiais constituíam esse sistema no estado inicial?

2. Em algum sistema não se observou formação de ferrugem? Que materiais constituíam esse sistema no estado inicial?

3. Com base em suas observações em nas respostas às questões anteriores, que condições você considera que favorecem o enferrujamento? E quais o evitam?

4. Compare as observações relativas aos tubos 2, 5, 6, 7 e 8 e responda as seguintes questões: a) Em quais dos tubos observou-se formação de ferrugem? b) Observou-se evidência de transformação nos sistemas em que não se formou ferrugem?

5. Quais metais utilizados interagem com água e ar mais facilmente do que o ferro nas condições do experimento?

6. Quais metais utilizados neste experimento aumentam a corrosão do ferro? E quais evitam a corrosão?

7. Ordene os metais Fe, Sn, Zn, Cu e Mg do mais reativo para o menos reativo.

8. Um procedimento utilizado para impedir o enferrujamento de navios é amarrar ao casco, que é de ferro, blocos de magnésio metálico. Como você justifica esse procedimento?

9. Alguns alimentos são distribuídos para consumo em latas revestidas interna e externamente com estanho. Entretanto, recomenda-se ao consumidor escolher latas que não estejam amassadas ou arranhadas. Qual a razão desse cuidado?

10. Proponha e justifique alguns procedimentos que permitam retardar o enferrujamento.

36

Transformações químicas em alimentos (orientação para o professor) A humanidade vem há cerca de 1,5 milhões de anos (idade da Pedra Lascada) retirando materiais da natureza para possibilitar sua sobrevivência. Atualmente, acumulamos conhecimento suficiente para transformar os recursos naturais e obter materiais cada vez mais úteis a nossa espécie, embora muitas vezes o façamos sem refletir sobre os problemas ambientais que possam surgir por conta desses processos.

A transformação química é um dos conceitos que esta no cerne do conhecimento químico, pois este conhecimento nos permite compreender o mundo físico a nossa volta, evidencia a nossa capacidade de pensar, acumular conhecimento e melhorar as nossas condições de vida.

“No início do estudo da Química, é importante apresentar aos alunos fatos concretos, observáveis e mensuráveis acerca das transformações químicas, considerando

que

sua

visão

do

mundo

físico

é

preponderantemente

macroscópica. Nessa fase inicial, a aprendizagem é facilitada quando se trabalha com exemplos reais e perceptíveis.” (Brasil, 2002).

Neste experimento, a partir da identificação de açúcares (amido, glicose e frutose) em frutos maduros e verdes, procura-se discutir as transformações químicas que ocorrem no processo de amadurecimento (Figura 7). Busca-se, desta maneira, superar concepções alternativas sobre as transformações que ocorrem em sistemas biológicos ao evidenciar a formação de glicose e frutose a partir do amido no processo de amadurecimento da banana. A dificuldade apresentada por alguns estudantes em reconhecer que processos que ocorrem naturalmente em sistemas biológicos sejam transformações químicas é também mencionada na Proposta Curricular de Química do Estado de São Paulo: “Os estudantes podem não considerar fenômenos que ocorrem em organismos vivos, por exemplo, animais e plantas, como sendo transformações químicas, pois, segundo eles - são processos que ocorrem naturalmente.” (SEE, 2008).

(a)

(b)

Figura 7[85] e [62]: Transformações em banana verde e madura: (a) Teste de açúcar e (b) teste de amido

Para mudar esta concepção é fundamental deixar claro que uma transformação química ocorre quando há mudança na composição química de um material e que esta pode ser acompanhada por alteração na cor, liberação de gases, formação de sólidos e absorção ou liberação de energia.

37

Para a realização deste experimento devem-se tomar algumas precauções com relação à segurança dos alunos, pois será necessário utilizar uma lamparina a álcool para aquecer a água do banho-maria. É aconselhável que os alunos não manipulem a lamparina depois de acesa e que o professor seja responsável por acendê-la e apagá-la.

Transformação química em alimentos Uma das grandes preocupações de nossa sociedade é produzir alimentos em quantidade e qualidade adequadas para toda a população, que vem aumentando continuamente. Neste sentido, o papel do conhecimento científico e tecnológico para aprimorar os métodos de produção de alimentos e fertilização do solo passa a ter grande importância para a sociedade. Entretanto, mesmo sem a interferência do homem, a natureza nos fornece uma variedade imensa de alimentos, tais como frutas, verduras e cereais, que contém nutrientes fundamentais para a nossa sobrevivência.

O processo de produção de alimentos, em todas as suas etapas, é algo extraordinário. Se pararmos para pensar que aos poucos aquele fruto, antes verde, duro e azedo, passa a crescer, mudar de cor, tornar-se macio e exalar um cheiro maravilhoso, indicando que está pronto para o consumo, podemos perceber a complexidade e riqueza desse fenômeno.

Mas o que tudo isso tem a ver com Química?

Uma transformação química ocorre quando comparamos o estado inicial e o estado final de um sistema (porção do universo em estudo) e observamos mudanças na composição do material, tais evidências são acompanhadas de mudança de cor, liberação de gases, mudança de cheiro, absorção ou liberação de energia.

Quando deixamos um fruto amadurecer, estaríamos então observando um fenômeno químico? Ou o fato disso ocorrer de maneira natural significaria que esse processo não é uma transformação química?

Antes de prosseguirmos

1) Com o passar do tempo o homem adquiriu conhecimento para manipular os materiais através de transformações químicas, mas você saberia citar uma transformação química?

Justifique.

2) A natureza nos presenteou com diversas frutas saborosas, coloridas e nutritivas que aguçam nosso olfato, visão, tato e paladar. Naturalmente uma fruta como a banana amadurece e pode ser consumida, este fato pode ser entendido como um processo químico?

3) O que você entende por processos que ocorrem naturalmente? Eles podem ser físicos ou químicos?

38

Experimento 5: Teste de açúcar e amido em bananas verde e madura10 Objetivo: Identificar a presença de açúcares em alimentos (banana) usando o reagente de Benedict.

Materiais e Reagentes •

4 tubos de ensaio pirex

•

1 estante para tubos de ensaio

•

amostras de alimento (banana madura e verde)

•

béquer de 250 mL

•

bastão de vidro

•

1 vidro de relógio ou placa de Petri

•

3 espátulas plásticas pequenas

•

tripé e tela de amianto

•

bico de Bunsen ou lamparina com álcool

•

caneta para marcar os tubos ou fita crepe e lápis

•

fósforos

•

1 pinça de madeira

•

solução de iodo ou lugol

•

reagente de Benedict

•

água destilada

•

açúcar (frutose ou glicose)

•

amido

•

adoçante

(a)

(b)

Figura 8[76] e [61]: Materiais e Reagentes necessários para a realização de (a) Teste de açúcar e (b) Teste de amido em banana verde e banana madura.

10

FUNBEC; Laboratório Básico Polivalente de Ciências para o 1º grau: manual do professor; Rio de Janeiro: Editora FAE; 3ª edição; 1987.

SÃO PAULO (Estado) Secretaria da Educação; Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas; Subsídios para implementação da proposta curricular de química para o 2º grau; volume II; coordenador Marcello de Moura Campos; São Paulo: SE/CENP/FUNBEC; 1979.

NEWTON, D. E. ;Consumer chemistry – Projects for young scientists; United States: Franklin Watts Lib.; 1991.

39

Procedimento Teste de Açúcar •

Colocar cerca de 100 mL de água no béquer e aquecer até a fervura para fazer um banhomaria.

•

Numerar os tubos de ensaio de 1 a 4 e adicionar 2 mL de água destilada em cada um deles.

•

Adicionar uma ponta de espátula de açúcar (glicose e frutose) ao tubo 1 e agitar até a dissolução dos cristais.

•

Adicionar um pedaço da banana madura ao tubo 2.

•

Adicionar um pedaço da banana verde ao tubo 3.

•

Adicionar uma ponta de espátula de adoçante ao tubo 4 e agitar até a dissolução completa.

•

Adicionar 10 gotas de reagente de Benedict em todos os 4 tubos.

•

Colocar todos os tubos no banho-maria por cerca 5 minutos. Observar.

•

Observação: o Reagente de Benedict não sofre alteração ao ser aquecido no banho-maria, permanecendo azul (Figura 9).

Figura 9[92]: Aquecimento do Reagente de Benedict em banho-maria

Teste de Amido •

Colocar na placa de Petri ou vidro de relógio uma porção de amido, uma de banana verde e uma de banana madura, separadas uma das outras.

•

Adicionar 1 gota de solução de iodo ou lugol em cada uma das porções de alimento e observar.

Registro de dados Amostra de alimento

Observações Teste de açúcar

Teste de amido

Tubo 1: açúcar

------------------------

Tubo 2: banana madura Tubo 3: banana verde Tubo 4: adoçante Amido

-----------------------------------------------

40

Questões Pós-laboratório 1. Faça uma tabela relacionando as características observadas no experimento e seus conhecimentos.

Composição

Banana Verde

Banana Madura

Quantidade de açúcar Quantidade de amido 2. Com base nas observações experimentais podemos concluir que no amadurecimento da banana ocorreu mudança de sua composição? Pode-se considerar que no amadurecimento da banana ocorrem transformações químicas? Que outras evidências comprovam sua opinião?

3. Os adoçantes artificiais têm capacidade de adoçar os alimentos com maior intensidade do que a sacarose (açúcar comum). Assim, para obtermos o mesmo efeito de uma colher de açúcar precisaríamos de uma massa centenas de vezes menor de adoçante.

Adoçante

Poder adoçante

Ciclamato

50 vezes maior do que a sacarose

Sacarina

200 vezes maior do que a sacarose

Aspartame

220 vezes maior do que a sacarose

Sucralose

600 vezes maior do que a sacarose

Quando você fez o teste com o adoçante percebeu a presença de açúcar? Como podemos explicar a presença de açúcar nos adoçantes sólidos?

4. “Enquanto a fruta vai amadurecendo, vão se desenvolvendo também fatores internos que a apodrecerão. São as enzimas que romperão as grandes moléculas. O calor, a umidade, a luz, aceleram o amadurecimento da fruta e o posterior apodrecimento rápido. Ao contrário, o ar seco, a baixa temperatura e a ausência de luz retardam o amadurecimento”. (Lutfi, M.; “A vida e a morte de uma fruta”, apud GEPEQ, 1998) O apodrecimento de um fruto pode ser caracterizado como um processo químico?

Justifique comparando as evidencias propostas no texto introdutório.

Ação das enzimas digestivas (Orientação para o professor) Nesta atividade, propõe-se desenvolver o tema alimentação dando destaque ao processo de digestão e, sobretudo, à ação das enzimas na digestão dos alimentos.

A opção em relação ao nível de profundidade conceitual em que esse assunto será discutido deve ser tomada pelo professor considerando, entre outras coisas, o nível de desenvolvimento cognitivo de seus alunos, o interesse da turma pelo assunto e a pertinência desses conceitos dentro do planejamento e dos objetivos educacionais já estabelecidos. Assim, pode-se desenvolver esta mesma atividade com abordagem em níveis mais elementares, tendo como expectativa de aprendizagem que o estudante reconheça a importância das enzimas no 41

processo de digestão, até níveis de maior complexidade conceitual, em que se busque conhecer e relacionar as estruturas das enzimas com os mecanismos do tipo “chave-fechadura” que determinam suas especificidades, ou mesmo abordar os fatores que afetam a atividade das enzimas (pH e temperatura), como é proposto nas questões finais dessa atividade.

O entendimento da ação das enzimas em transformações químicas, bem como de outros fatores que afetam a rapidez desses processos, a saber, a concentração de reagentes, a temperatura do meio e o estado de agregação ou superfície de contato dos reagentes, são aspectos macroscópicos da cinética química de contribuem para um melhor entendimento de muitos fenômenos do mundo físico presentes em nosso cotidiano, na natureza ou no sistema produtivo. Estes conteúdos químicos são também previstos na Proposta Curricular do Estado de São Paulo, sendo, portanto, configurado como obrigatório o seu estudo para as turmas da 3ª série nas escolas de Ensino Médio.

Em termos práticos, um dos aspectos positivos desse experimento é o fato de se trabalhar com materiais de fácil obtenção e que não oferecem riscos de segurança aos estudantes, podendo ser desenvolvido tanto na escola, mesmo em sala de aula, quando não houver laboratório disponível, quanto em casa. Entretanto, deve-se ter especial cuidado com o controle das variáveis que se propõe discutir a partir desse experimento para que os estudantes possam perceber como se dá a ação das enzimas na digestão e a influência da temperatura e acidez do meio nesse processo.

A Figura 10 apresenta alguns resultados esperados para o experimento 6, que trata da ação da bromelina, uma enzima que facilita a digestão de proteínas. Pode-se perceber pelo aspecto das amostras de clara de ovo cozidas que a digestão ocorreu mais intensamente no copo 4 contendo suco de abacaxi em temperatura ambiente.

Figura 10[111]: Ação da bromelina na digestão de amostras de clara de ovo cozida. (1) clara de ovo cozida, (2) clara de ovo cozida + água, (3) clara de ovo cozida + suco de limão, (4) clara de ovo cozida + suco de abacaxi em temperatura ambiente e (5) clara de ovo cozida + suco de abacaxi na geladeira

É provável que durante a realização e discussão do experimento alguns estudantes manifestem concepções alternativas a respeito da alimentação e do processo de digestão. Pode ser que alguns ainda mantenham a idéia de que a digestão não envolve transformações químicas por ser um processo natural ou que ela ocorre por causa do ácido contido no estômago. Estas concepções podem ser superadas na medida em que os estudantes percebam como a composição do alimento muda durante o processo de digestão, resultando na formação de substâncias mais simples e que podem ser mais facilmente absorvidas e aproveitadas pelo organismo, e que esse processo não está ligado apenas à acidez do meio (ver copo 3 do

42

experimento 6), pois a digestão de determinados nutrientes ocorre preferencialmente em meios neutros ou alcalinos.

Ação das enzimas digestivas Uma das etapas mais importantes do processo de alimentação é a digestão. Quando ingerimos os alimentos, um conjunto complexo de transformações físicas e químicas passa a ocorrer desde a boca até o momento em que os nutrientes são absorvidos pelo aparelho digestório e, então, transportados para todos os locais do corpo. Este conjunto de transformações pelas quais passam os alimentos é o que se chama de digestão.

No percurso que o alimento faz pelo aparelho digestório, substâncias com papéis bem específicos passam a ser adicionadas ao bolo alimentar, atuando na transformação de grandes moléculas tais como amido, proteínas e gorduras, que formam a maior parte dos alimentos, em moléculas menores, mais simples e que possam ser facilmente absorvidas pelo corpo e aproveitadas para a geração de energia, construção de células, tecidos e órgãos e regulação das funções do organismo. As enzimas digestivas são o exemplo mais importante desse tipo de substâncias responsáveis pela digestão dos nutrientes que ingerimos. Elas são proteínas, ou seja, moléculas formadas pela associação de dezenas ou centenas de moléculas menores chamadas de aminoácidos. As enzimas apresentam funções bem determinadas em nosso organismo. Por exemplo, temos enzimas específicas para separar os aminoácidos que compõem as proteínas (proteases) que ingerimos ou aquelas que auxiliam digestão das gorduras ou lipídios (lípases).

Nem todas as enzimas são ligadas diretamente a digestão. Muitas atuam em outros sistemas do organismo, desempenhando uma infinidade de outras funções.

Você já reparou que alguns alimentos facilitam a digestão da comida? É comum, por exemplo, comer abacaxi após um belo churrasco. Seria isso apenas uma tradição ou costume?

Ou haveria alguma explicação científica que justifique esse hábito dos brasileiros?

Sabe-se que o abacaxi é uma fruta rica em uma enzima digestiva chamada bromelina.

Surgem então algumas questões: Como agem as enzimas? Que fatores influenciam a ação dessas proteínas especiais no processo de digestão dos alimentos?

Antes de prosseguirmos

1) Você sabe quais os principais componentes dos alimentos?

2) Você poderia dar exemplos de alimentos ricos em: a) proteínas? b) gorduras?

3) De que formas é possível modificar a rapidez com que uma reação química ocorre?

43

Experimento 6: Ação da bromelina11 Objetivos: conhecer a ação da enzima bromelina e os fatores que a influenciam.

Materiais e Reagentes •

5 copos plásticos descartáveis

•

5 pedaços pequenos (com cerca de 1 cm3) de clara de ovo cozida

•

100 mL de suco natural de abacaxi sem açúcar

•

50 mL de suco natural de limão sem açúcar

•

50 mL de água

•

Caneta ou etiqueta para identificar os copos

•

Filme plástico de PVC

Figura 11[97]: Materiais e Reagentes necessários para a realização do Experimento 6.

Procedimento •

Numere os seis copos plásticos de 1 a 5.

•

Adicione os materiais a seguir em cada um dos copos, conforme o quadro: Copo

Materiais

1

Clara de ovo cozida

2

Clara de ovo cozida + 50 mL de água

3

Clara de ovo cozida + 50 mL de suco de limão

4

Clara de ovo cozida + 50 mL de suco de abacaxi

5

Clara de ovo cozida + 50 mL de suco de abacaxi

•

Tampe os copos com filme plástico.

•

Guarde os copos 1 a 4 em um lugar reservado, seguro e em temperatura ambiente.

•

Guarde o copo 5 na geladeira (não no congelador).

•

Observe e anote o aspecto do pedaço de clara de ovo em cada copo uma vez por dia, durante 4 dias. Faça as observações, se possível, sempre no mesmo horário.

11

São Paulo (Estado) Secretaria da Educação; Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas; Subsídios para a implementação do guia curricular de Ciências; Caderno I; coordenadora Norma M. Cleffi; São Paulo: SE/CENP/CECISP; 1977.

44

Registro de dados Copo

Observações sobre o aspecto da clara de ovo 1° dia

2° dia

3° dia

4º dia

1 2 3 4 5

Questões pós-laboratório 1. Compare o aspecto das amostras de clara de ovo cozido ao final do experimento. Em que caso ocorreu maior digestão da clara de ovo?

2. Sabe-se que os sucos de abacaxi e limão são ácidos, apresentando valores de pH por volta de 4 e 2, respectivamente. Analisando os resultados obtidos na digestão das amostras 3 e 4, comente a seguinte afirmação: O abacaxi facilita a digestão, pois seu suco é ácido.

3. Analise os resultados obtidos para as amostras 4 e 5. a) Como a temperatura influencia a digestão da clara de ovo? b) Analise o gráfico a seguir que mostra a variação da ação da bromelina em função da temperatura. A que temperatura a ação da bromelina é maior?

Figura 12: Variação da atividade relativa da bromelina em função da temperatura

c) Analise o gráfico a seguir que mostra a variação da atividade da enzima bromelina, presente no suco de abacaxi, em função do pH do meio. O termo “atividade da enzima” expressa a capacidade que a enzima tem de transformar o substrato, ou seja, o material que sofre sua ação, em produto, dentro de uma unidade de tempo (Riegel, 2002).

45

Figura 13: Variação da atividade relativa da bromelina em função do pH do meio

A partir desse gráfico, em que meio (ácido, neutro ou básico) a ação da enzima bromelina é maior?

4. Além das enzimas que podem ser ingeridas através da alimentação, existem diversas enzimas no corpo humano. a) A tabela a seguir apresenta três enzimas digestivas, suas funções e em que parte do sistema digestivo atuam.

Enzima

Função

Local em que atua

pH

ótimo

(maior

atividade da enzima) Pepsina

Digestão de proteínas

Estômago

Ptialina

Digestão de amido

Boca

Tripsina

Digestão de proteínas

Intestino delgado

O gráfico a seguir mostra como varia a ação de cada uma dessas enzimas em função do pH. Analise os gráficos e complete a última coluna da tabela.

Figura 14: Variação da velocidade de reação envolvendo as enzimas digestivas pepsina, ptialina (ou amilase salivar) e tripsina em função do pH do meio.

b) Explique qual a função do ácido clorídrico presente no suco gástrico (líquido contido no estômago que apresenta pH em torno de 2,5). Explique também porque a pepsina atua principalmente no estômago. c) Ao deglutirmos o alimento, ingerimos também grande quantidade de saliva contendo a enzima ptialina (ou amilase salivar), uma das responsáveis por iniciar a digestão do amido. A digestão do amido, que se iniciou na boca, prosseguirá no estômago? Explique.

46

5. O “leite” extraído da casca do mamão papaia é rico em papaína, uma enzima proteolítica, ou seja, capaz de aumentar a rapidez da digestão de proteínas. A papaína é um dos componentes de alguns amaciantes de carne. Explique o porquê do uso da papaína como amaciante de carnes.

Salinidade da água do mar (orientação para o professor) A maior parcela da água existente no planeta (97,3%) encontra-se nos mares e oceanos, sendo estes importantes fontes de materiais para a sociedade, dentre os quais se destacam o cloreto de sódio (sal de cozinha), sais de magnésio e outros. Devido à grande importância desses materiais para a sociedade, torna-se relevante a discussão do tema “Água do Mar” - e dos conceitos a ele relacionados - no contexto do ensino médio.

Entretanto, para se alcançar uma compreensão ampla do tema, há que se ter uma abordagem sistêmica em que conteúdos de outras áreas do conhecimento sejam contemplados.

Por exemplo, para entender a variação da salinidade em diferentes regiões devem-se dominar alguns conteúdos da geografia física desses locais. A relação entre a temperatura da água sua salinidade pode ser melhor compreendida quando discutida em termos de exemplos e dados reais (Figuras 15 a e b). Assim, espera-se que os estudantes possam relacionar o fato de um rio desaguar em determinada praia com a baixa salinidade da água do mar naquele local ou que possa explicar a elevada salinidade nas regiões equatoriais.

(a)

(b)

Figuras 15: (a) Variação da temperatura e (b) da salinidade das águas oceânicas superficiais (World Ocean Atlas 2005)12

A salinidade é definida como a massa de sais, em gramas, dissolvidos em 1 kg de águas naturais, sendo uma forma de expressar sua concentração salina. Por ser uma relação entre massas, a salinidade pode também ser expressa em porcentagem. Para desenvolver este conceito, sugere-se o experimento apresentado a seguir em que os alunos terão a oportunidade de aprender uma maneira prática, embora não muito precisa, de determinar a salinidade de uma amostra de água do mar (Figura 16).

12

Antonov, J.I., R.A. Locarnini, T.P. Boyer, A.V. Mishonov, and H.E. Garcia, 2006. World Ocean Atlas 2005, Volume 2: Salinity. S. Levitus, Ed. NOAA Atlas NESDIS 62, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 182 pp. (disponível em http://www.nodc.noaa.gov/OC5/indprod.html)

47

Figura 16[124], [126] e [139]: Determinação da salinidade de uma amostra de água do mar (Experimento 7). (a) massa do erlenmeyer seco e vazio, (b) massa do erlenmeyer com amostra de água do mar filtrada e (c) massa do erlenmeyer com resíduo (sais) após evaporação da água do mar.

Para a realização desse experimento devem-se tomar algumas precauções com relação à segurança dos alunos, pois será necessário utilizar uma lamparina a álcool para aquecer a água do mar. É aconselhável que os alunos não manipulem a lamparina depois de acesa e que o professor seja responsável por acendê-la e apagá-la. Cabelos compridos devem ser mantidos presos e os estudantes não devem tocar nos vidros quentes. É importante também utilizar água do mar filtrada no experimento, visto que a água do mar apresenta uma série de materiais (e seres vivos) em suspensão que podem afetar significativamente o resultado experimental.

Com esse experimento pode-se desenvolver diversos conceitos químicos como separação de misturas, soluções, solubilidade, densidade e cálculo de concentração. Além dos conceitos químicos, é possível a abordagem de conteúdos relativos a outras áreas do conhecimento, como a importância da água do mar para o ambiente e para a sociedade, a influência da salinidade na manutenção da vida no mar e as correntes marítimas ou a hidrografia de algumas regiões. O nível de abordagem conceitual dependerá do público alvo da atividade e também dos objetivos que o professor deseja atingir com esta atividade.

Os resultados experimentais obtidos pelos alunos podem ser influenciados por alguns fatores, tais como: perda de massa do sal por crepitação (o sal é projetado para fora do recipiente durante o aquecimento), secagem incompleta do sal durante o aquecimento, precisão da balança e erro de medidas.

O experimento pode ser complementado introduzindo uma etapa de filtração da água do mar antes de sua realização e, desta forma, discutir a importância das técnicas de separação de misturas no sistema produtivo.

Caso não haja balança no laboratório, é possível considerar que em 10,0 mL de água do mar tem-se uma massa de 10,0 g, desde que esta aproximação seja discutida com os alunos.

Desta forma a ausência de balança não inviabiliza a realização do experimento.

Salinidade da água do mar A maior parte da água do nosso planeta está nos oceanos, ou seja, na forma de água salgada. Para compreensão de como o homem explora e depende dos recursos presentes nas águas oceânicas é necessário conhecer sua composição, assim como algumas propriedades físicas e químicas.

48

A água do mar é uma importante fonte de sais, que podem ser obtidos em indústrias chamadas salinas. Para a implantação de uma salina é necessário levar em consideração alguns fatores importantes como o teor de sal contido nas águas, a taxa de evaporação do local, que está relacionada com sua temperatura média e com a incidência de ventos, e o índice pluviométrico (quantidade de chuva na região). Para expressar o teor de sal em uma amostra de água do mar utiliza-se o conceito de salinidade, que é uma medida da quantidade de sais dissolvidos nas águas naturais e pode ser adotado como parâmetro para comparar e classificar águas de diversos locais.

Para avaliar a viabilidade da construção de uma salina, deve-se antes conhecer a salinidade da água naquela região. Como podemos determinar a quantidade de sais contida em uma amostra de água do mar?

Antes de prosseguirmos

1) Qual a composição química da água do mar?

2) Tente explicar a diferença entre água doce e água salgada.

3) Como é possível extrair os sais da água do mar?

4) Você acha que é possível determinar a quantidade de sais presentes na água do mar? Se você acha que sim, como faria isso?

Experimento 7: Salinidade da água do mar13.

Objetivo: determinar a quantidade de sais dissolvidos em uma amostra de água do mar e calcular sua salinidade.

Materiais e Reagentes

13

•

1 erlenmeyer de 125 mL

•

água do mar filtrada

•

1 conta-gotas

•

1 balança com precisão de 0,01 g

•

1 lamparina à álcool ou bico de Bunsen

•

1 tripé (compatível com o sistema de aquecimento)

•

1 tela de amianto

GEPEQ – Grupo de Pesquisa em Educação Química. Projeto Laboratório Aberto. São Paulo: IQUSP, 2003.

49

Figura 17[115]: Materiais e Reagentes necessários para a realização do Experimento 7.

Procedimento •

Pesar o erlenmeyer vazio e seco. Anotar o valor da massa do erlenmeyer.

•

Adicionar aproximadamente 9 g de água do mar filtrada ao erlenmeyer, depois adicionar cuidadosamente, com o auxilio do conta-gotas, um pouco mais dessa água até atingir 10,00 g. Anotar o valor.

•

Acender a lamparina ou bico de Bunsen sob o tripé com a tela de amianto e aquecer a água do mar até a secura. Apagar a lamparina de acordo com as instruções do professor.

•

Esperar o erlenmeyer esfriar e pesá-lo novamente. Anotar a massa novamente.

•

Calcular a massa de sólido presente no erlenmeyer.

Registro de dados Massa do erlenmeyer vazio e seco Massa da amostra de água do mar Massa do erlenmeyer após aquecimento Massa de sais presente na amostra Salinidade da água do mar (em g de sais/kg de água do mar)

Questões Pós-laboratório 1. É possível separar os sais dissolvidos na água do mar utilizando o processo de filtração?

Explique sua resposta.

2. Descreva o processo utilizado neste experimento para realizar a obtenção de sais a partir da água do mar filtrada. Em quais propriedades dos materiais essa técnica é baseada?

3. Qual a massa de sal obtida a partir da evaporação de 10,00 g de água do mar? Qual a massa de sal presente em 1 kg de água do mar?

4. Sabemos que a salinidade das águas ao redor do planeta não é uniforme, por exemplo, a salinidade do Mar Morto, que é uma das maiores do mundo, é de cerca de 300 g/kg de água e a do Mar Báltico que é uma das menores é de cerca de 8 g/kg de água. Pesquise a localização e outras características geográficas do Mar Morto e do Mar Báltico e proponha explicações para essa diferença de salinidade.

50

5. A Lagoa de Araruama, localizada no Rio de Janeiro, é uma fonte natural para a extração de sal por apresentar alta salinidade e clima favorável. Ao longo da lagoa existem instaladas diversas salinas. Medições da salinidade da água foram realizadas em diversas regiões da lagoa e obtevese o resultado apresentado na tabela a seguir: Local

Região da lagoa

Salinidade (%)

A

Entrada do canal de Itujurú (comunicação com o mar)

3,5

B

Extremidade interna do canal de Itujurú

4,7

C

Em frente à ponta da Costa (enseada de Maracanã)

5,2

D

Centro da lagoa na ponta de Massambaba

6,9

a) Considerando esses dados, em qual região da lagoa seria mais indicada a instalação de uma salina? Justifique. b) Calcule a massa total de sais que poderia ser obtida utilizando 200 kg da água do local A. c) Calcule a massa de água do mar do local A que deve ser evaporada para obtenção de 1,0 kg de sal marinho. Faça o mesmo cálculo considerando a salinidade da água do local D.

Densidade e solubilidade (orientação para o professor) A solubilidade e a densidade da água são propriedades muito importantes, pois devido a essas a vida em nosso planeta foi capaz de surgir e se desenvolver. Levando em consideração a importância dessas duas propriedades, mostra-se de extrema relevância sua discussão com os alunos do Ensino Médio.

Para a abordagem desse assunto, é sugerido um experimento que consiga relacionar as duas propriedades sendo a exploração de diversos conteúdos que auxiliam na compreensão de fenômenos do cotidiano e do sistema produtivo. Com esse experimento é possível relacionar a solubilidade dos sais com a alteração de propriedades da água, sendo que o foco dessa atividade é a mudança da densidade. Espera-se que o aluno possa observar que a mudança da densidade da água ocorre na medida em que o sal é dissolvido em água e que substâncias pouco solúveis em água, como o óxido de cálcio, CaO, não causam alteração significativa na densidade da mistura resultante (Figura 18).

Figura 18[154]: (1) água + rolha de silicone, (2) água + CaO + rolha de silicone e (3) água + NaCl + rolha de silicone (Experimento 7). Perceba como a dissolução do cloreto de sódio no béquer 3 modifica a densidade do líquido resultante.

Com o auxílio dessa atividade o aluno poderá compreender melhor o conceito de solubilidade, também abordado no experimento 7 (Salinidade da água do mar). É importante que 51

se tenha em mente que os alunos já possuem algumas concepções sobre a densidade e que, na maioria das vezes, estas são concepções alternativas ao conceito científico. Dentre as idéias alternativas que os alunos possuem, a mais comum é confundir densidade com a massa ou peso, o que pode ser evidenciado após a aplicação do questionário prévio sugerido antes da realização do experimento.

O nível de abordagem conceitual dependerá dos objetivos que o professor tem em mente e também do público alvo, sendo esta atividade indicada para turmas do 1º, 2º e 3º anos do ensino médio. Em cada caso, entretanto, deve-se variar a complexidade conceitual, o estabelecimento de diferentes relações com outros conceitos e a discussão de aplicações desses conhecimentos em outras situações. Exemplo disso é a possibilidade de se desenvolver uma atividade de separação de plásticos por diferença de densidade ao se discutir conteúdos da química orgânica. Procura-se com isso ampliar a compreensão dos conceitos de solubilidade e densidade indo além da abordagem meramente mecânica comumente encontrada em livros texto. É possível que, na ânsia de tornar os com conceitos de solubilidade e densidade mais acessíveis aos alunos, alguns deslizes na linguagem empregada possam ocorrer. Cabe então ressaltar a importância do cuidado com a precisão conceitual por parte do professor, visto que muitas das concepções alternativas discutidas neste texto e em experimentos anteriores por vezes são reforçadas (senão geradas) nas aulas de ciências.

O questionário prévio proposto antes do experimento é somente uma sugestão, sendo de livre escolha do professor a adição ou modificação das questões, mas é interessante que sua aplicação seja realizada, pois trata-se de um instrumento importante para auxiliar o professor na condução da atividade e também na identificação dos pontos ainda incompreendidos pelos alunos.

Densidade e solubilidade A água dos oceanos possui diversos sais dissolvidos e isso faz com que suas propriedades sejam diferentes da água doce. Propriedades como temperatura de fusão e temperatura de ebulição são alteradas quando encontramos substâncias solubilizadas em água.

Por exemplo, quando adicionamos sal de cozinha (cloreto de sódio, NaCl) a água observa-se que seu ponto de ebulição é aumentado, ou seja, a água que antes chegava à ebulição a uma determinada temperatura entrará em ebulição a uma temperatura maior. Observa-se que muitas pessoas utilizam essa técnica em seu cotidiano e nem percebem isso. Por exemplo, ao cozinhar um ovo algumas pessoas têm o costume de adicionar um pouco de sal de cozinha a água o que acarreta no aumento do ponto de ebulição da água, então a água irá ferver a uma temperatura maior que antes e o ovo será cozido mais rapidamente. Tendo em vista essas observações como será que os sais dissolvidos podem alterar outras propriedades da água?

52

Antes de prosseguirmos:

1) O que ocorre quando colocamos uma colher de sal de cozinha (cloreto de sódio – NaCl) em um copo com água? E se continuarmos adicionando outras colheres de sal o que ocorrerá como tempo?

2) Quando adicionamos uma colher do sal carbonato de cálcio (CaCO3) em pó em um copo com água e agitamos, observa-se que a mistura torna-se turva e que o sal após algum tempo se deposita no fundo do copo. Explique essa observação.

3) Quando colocamos um cubo de gelo em um copo com água, observa-se que o cubo não afunda ficando na superfície do líquido. Como você explicaria esse fato?

Experimento 8: Solubilidade e densidade14 Objetivo: comparar a dissolução de alguns sólidos em água e seu efeito sobre a densidade da solução resultante.

Material e Reagentes •

3 béqueres 250 mL

•

cal (óxido de cálcio – CaO)

•

3 colheres de plástico (sobremesa)

•

sal de cozinha (cloreto de sódio – NaCl)

•

3 rolhas de silicone (não pode ser rolha de cortiça!)

•

1 garrafa com água

•

caneta marcadora de vidro ou fita crepe e lápis

Figura 19[144]: Materiais e Reagentes necessários para a realização do Experimento 8.

Procedimento •

Numerar os béqueres de 1 a 3.

•

Colocar em cada béquer 150 mL de água.

•

Colocar uma rolha de silicone em cada um dos béqueres numerados e observar o que ocorre.

•

No béquer 2 acrescentar uma colher cheia de cal, agitar com a colher por cerca de 1 minuto e observar.

14

GEPEQ – Grupo de Pesquisa em Educação Química. Projeto Laboratório Aberto. São Paulo: IQUSP.

53

•

No béquer 3 acrescentar, com outra colher, uma colher cheia de sal. Agitar bem por cerca de 1 minuto e observar. Caso o sólido se dissolva completamente acrescentar mais sal (agitando com a colher após cada adição) até observar alguma mudança com a rolha.

•

Colocar os três béqueres lado a lado e compará-los. Anotar suas observações.

•

Reserve a água com cal para utilização em outros experimentos.

Registro de dados Faça uma descrição e um desenho de cada sistema (béquer) ao final do experimento.

Questões Pós-laboratório 1. Conforme foram adicionadas as colheres de sal (cloreto de sódio) ao béquer com água o que ocorreu com a rolha de silicone?

2. Explique porque o que ocorreu no béquer contendo água e sal não foi observado no béquer contendo água e cal?

3. O Mar Morto possui uma concentração de sal maior que a de outros mares. Com base na afirmação anterior, explique porque uma pessoa não afunda no Mar Morto.

4. Ao colocarmos um pedaço de PET (politereftalato de etileno) e um de PP (polipropileno), ambos de mesma massa, em um copo com água (d = 1,0 g/mL), um desses plásticos fica na superfície e o outro afunda. a) Como você explicaria esse fato? b) Sabendo que a densidade do PET é 1,4 g/mL calcule o volume ocupado por um pedaço com massa de 750 g. c) Qual das amostras de plásticos apresenta maior volume? d) Se adicionarmos álcool (d = 0,8 g/mL) à água contendo um pedaço de PP (d = 0,9 g/mL) é possível que esse plástico afunde no líquido resultante? Explique.

Dureza da água (orientação para o professor) A água que encontramos na natureza é uma solução que contém vários sais dissolvidos, possuindo concentração variável dependendo da região onde é encontrada. Esses sais conferem algumas características à água sendo uma delas a dureza. A água é classificada como dura quando contém carbonatos (CO32-), bicarbonatos (HCO3-) ou sulfatos (SO42-) de magnésio (Mg2+) e de cálcio (Ca2+) dissolvidos. O desenvolvimento desse tema pode ser rico para abordar conceitos químicos e também situações que fazem parte do cotidiano do aluno e para isso é sugerido o experimento que está apresentado posteriormente. Nesse experimento aborda-se a questão da dureza da água onde os alunos poderão observar os efeitos promovidos pela água

54

dura em determinadas situações e serão estimulados a pensar uma possível explicação para suas observações.

A dureza é uma característica importante da água, pois pode causar uma série de inconvenientes em diversas atividades humanas como conferir paladar desagradável a água, provocar depósitos perigosos de sólidos em caldeiras e aquecedores, manchar louças e interferir na ação do sabão em atividades de limpeza. A dureza das águas é medida com base na concentração total de CaCO3 e é expressa em ppm (partes por milhão), que é equivalente a mg/L para soluções aquosas diluídas. Não há uma convenção formal para a classificação das águas baseada em sua dureza, existe somente uma portaria do Ministério da Saúde sobre o padrão de potabilidade que estabelece o valor máximo de 500 ppm para a água ser considerada potável.

Com o experimento proposto é possível desenvolver conceitos químicos como solubilidade e transformação química. Além disso, é possível discutir como a solubilidade dos sais pode influenciar nas atividades humanas e também em fenômenos naturais tais como a formação de corais e rochosas. O nível de abordagem conceitual dependerá do público alvo da atividade e também do objetivo que o professor deseja atingir.

O foco do experimento será explorar o efeito do sabão sobre as amostras de águas testadas (Figura 20), onde o aluno poderá observar que o sabão na água do mar formará pouca ou nenhuma espuma, quando comparado com água da torneira. Espera-se que seja observado também que na solução contendo sabão e íons cálcio e magnésio praticamente não haverá formação de espuma. Essa dificuldade é observada porque os íons Ca2+ e Mg2+ presentes na água reagem com os íons estearato e outros ânions orgânicos provenientes do sabão formando sais insolúveis em solução aquosa.

Figura 20[151]: Interação entre sabão e diferentes soluções aquosas: (1) água + sabão, (2) água + sabão + água do mar, (3) água + sabão + CaCl2, (4) água + sabão + MgCl2 e (5) água + sabão + NaCl. Perceba que há formação de espuma apenas nos tubos 1 e 5.

São sugeridas algumas questões prévias para o conhecimento das concepções dos alunos sobre alguns conceitos que poderão auxiliar o professor no desenvolvimento da atividade e identificar possíveis concepções alternativas.

Dureza da água A água que consumimos em nossas casas, nos estabelecimentos comerciais e nas indústrias possui diversos materiais dissolvidos, os quais conferem características importantes para a água. Existem normas do Ministério da Saúde que estabelecem algumas exigências para que a água possa ser considerada apropriada para o consumo humano e a quantidade de sais 55

dissolvidos é um desses parâmetros. Para fins industriais esses parâmetros dependerão do processo em que a água será utilizada. Assim, a composição da água utilizada para beber, produzir cerveja, dissolver um medicamento ou resfriar uma caldeira não é a mesma.

Nas águas naturais estão dissolvidos gases atmosféricos, sais, compostos orgânicos e outros materiais, sendo alguns desses necessários ao ser humano e outros indesejáveis, dependendo do uso que se fará da água.

Como a alta concentração de determinados sais pode influenciar na utilização da água tanto para fins domésticos e industriais?

Antes de Prosseguirmos

1) Explique por que não conseguimos enxergar o sal contido na água do mar.

2) Todos os sais são solúveis em água? Por quê?

3) Se uma pessoa quiser se lavar após um banho de mar é aconselhável que jogue no corpo um pouco de água “doce” antes de utilizar o sabão. Como você explica essa recomendação?

Experimento 9: Água dura15 Objetivo: identificar as causas e efeitos da dureza da água.

Materiais e Reagentes •

5 tubos de ensaio pequenos

•

5 rolhas

•

solução de sabão

•

estante para tubos de ensaio

•

água do mar filtrada

•

solução aquosa de NaCl

•

solução aquosa de MgCl2

•

solução aquosa de CaCl2 (ou água de cal filtrada)

•

caneta marcadora de vidro ou fita crepe e lápis

•

água da torneira

15 São Paulo (Estado), Sec. Da Educação, Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas, Subsídios para a Implementação da Proposta Curricular de Biologia do 2° grau, São Paulo: SE/CENP, Vol. 2, 1980.

56

Figura 21[147]: Materiais e Reagentes necessários para a realização do Experimento 9.

Procedimento •

Numerar os tubos de ensaio de 1 a 5.

•

Colocar no tubo 1 cerca de 2 mL de água da torneira.

•

Colocar no tubo 2 cerca de 2 mL de água do mar filtrada.

•

Colocar no tubo 3 cerca de 2 mL de solução aquosa de CaCl2.

•

Colocar no tubo 4 cerca de 2 mL de solução aquosa de MgCl2.

•

Colocar no tubo 5 cerca de 2 mL de solução aquosa de NaCl.

•

Em cada um dos tubos, acrescentar 10 gotas de solução de sabão.

•

Tampar cada tubo com sua rolha

•

Agitar os cinco tubos com igual intensidade por alguns segundos e observar.

•

Comparar a quantidade de espuma formada em cada um dos tubos.

Questões Pós-laboratório 1. Considerando as observações sobre o experimento o que ocorreu com os tubos 1 e 5? E com os tubos 2, 3 e 4?

2. Proponha uma explicação para o que aconteceu com o mistura de água do amar e sabão após a agitação.

3. O padrão de potabilidade proposto pelo Ministério da Saúde exige um limite em relação à dureza da água para que seja considerada apropriada para o consumo humano, sendo que a concentração máxima de CaCO3 (carbonato de cálcio) é de 500 ppm (mg/L). Já para a utilização na fabricação de cervejas o limite máximo é de 79 ppm. Foram coletadas algumas amostras de água em diferentes locais e realizadas medições da quantidade total de CaCO3 que estão na tabela a seguir: Local

Volume de amostra (mL)

Massa de CaCO3 (mg)

A

100

6,9

B

500

40,5

C

300

156,3

D

900

45,0

a) Considerando esses dados, em qual local seria mais indicada a instalação de uma indústria cervejeira? Justifique. b) Quais desses locais possuem água que pode ser considerada apropriada para consuma humano, considerando apenas sua dureza? Justifique sua resposta. c) Quantos miligramas de CaCO3 seriam encontrado em 1,4 L da água mais apropriada para a fabricação de cerveja?

57

Dissolução de gás em água (orientação para o professor) A água é uma substância muito importante, pois possui propriedades químicas e físicas bem interessantes. Dentre essas propriedades destaca-se capacidade de dissolver inúmeras substâncias. É de conhecimento geral que muitos sólidos e líquidos podem ser dissolvidos em água, mas quando se fala em dissolução de gases há divergências a respeito do fenômeno. Esse é um assunto que muitas vezes é negligenciado no ensino médio, mas é de extrema importância para o entendimento de muitos fenômenos e processos observados na natureza e no sistema produtivo. Por exemplo, como explicar o processo de formação da chuva ácida, o fato dos peixes conseguirem respirar embaixo d’água, ou mesmo a liberação do gás presente num refrigerante?

Para o desenvolvimento desse assunto é sugerido o experimento de dissolução de gás em água no qual os alunos poderão observar que o gás carbônico é solúvel em água e que esta solubilidade depende da temperatura do líquido. Com auxílio da atividade será possível explorar conceitos químicos como solubilidade, transformação química, pH, ácidos e bases. Além disso, outros conteúdos poderão ser abordados, tais como a influência da temperatura na dissolução de um gás, a importância da dissolução de gases em ambientes marinhos, a formação de corais e de estalactites e a dissolução de gases em processos industriais.

Para a realização desse experimento é necessário tomar algumas precauções com relação à segurança dos alunos, pois será necessário utilizar uma lamparina a álcool para aquecer a água com indicador universal. Cabelos compridos devem ser mantidos presos e é aconselhável que os alunos não manipulem a lamparina depois de acesa, sendo o professor responsável por acendê-la e apagá-la.

Dependendo do nível de abordagem conceitual, ao realizar a discussão do experimento, é possível apresentar as reações químicas que ocorrem durante o processo de dissolução do CO2(g) nas amostras.

Com a amostra que possui água de cal filtrada (Figura 22) ocorre a reação dos íons cálcio (Ca2+) com os íons carbonato (CO32-) formados pela dissolução do CO2 na água resultando na formação de um precipitado de carbonato de cálcio (CaCO3): CaO(s) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Ca2+(aq) + CO32-(aq) → CaCO3(s)

Figura 22[173], [174] e [175]: Dissolução do CO2 na água de cal filtrada. Perceba que o líquido fica turvo devido à formação do CaCO3(s).

Observação: A água de cal utilizada no Experimento 8 pode ser reaproveitada neste experimento, mas é necessário filtrá-la para retirar o sólido que não se dissolveu.

58

Com a dissolução de CO2 na água do mar (Figura 23) observa-se a mudança mais lenta do pH devido a presença de íons que provocam efeito tampão, o qual é responsável pela resistência à variação de pH. O efeito tampão é caracterizado pela mistura de ácidos fracos e suas bases conjugadas como, por exemplo, o sistema HCO3-/CO32- que é um dos responsáveis pelo efeito tamponante da água do mar.

Figura 23[176], [177] e [178]: Dissolução do CO2 na água do mar filtrada. Perceba que variação na acidez é pequena devido ao efeito tampão.

Com a amostra que contém água da torneira (Figura 24) ocorre a dissolução do gás carbônico e formação do ácido carbônico: CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq)

H2CO3 (aq) HCO3-(aq)

+ H+(aq)

CO32-(aq) + 2H+(aq)

Figura 24[179], [180] e [182]: Dissolução do CO2 na água de torneira.

Devido à complexidade do assunto, é interessante conhecer as idéias que os alunos possuem sobre os conceitos de solubilidade de sólidos, líquidos e gases, ácidos e bases e equilíbrio químico. Para isso, são propostas algumas questões prévias que podem desempenhar um importante papel na identificação de possíveis concepções alternativas dos estudantes sobre a dissolução de gases em água.

Dissolução de gás em água A água é uma substância que possui propriedades químicas e físicas bem interessantes, dentre as quais se destaca a capacidade de dissolução de outras substâncias. A água do mar é um exemplo desta propriedade, pois possui diversos sais dissolvidos. Além de promover a dissolução de substâncias sólidas, a água também é capaz de dissolver outros líquidos como, por exemplo, o álcool que possui alta solubilidade em água. Em virtude desta importante propriedade a água é conhecida popularmente como o solvente universal, fato que não deve ser entendido como totalmente verdadeiro, pois existem diversos sólidos e líquidos que não são solúveis em água como, por exemplo, metais e muitos compostos orgânicos. Tendo em vista que a água pode dissolver diversos sólidos e líquidos será que a água também seria capaz de dissolver gases?

59

Antes de prosseguirmos:

1) Ao abrir duas garrafas de refrigerante, uma gelada e outra em temperatura ambiente, observa-se maior liberação de gás no refrigerante que está em temperatura ambiente. Como você explicaria esse fato?

2) Você acha que gases se dissolvem em água? Explique.

3) Como os peixes respiram sob a água?

Experimento 10: Dissolução de gás em água16 Objetivo: observar se ocorre dissolução de gás em água.

Materiais e Reagente •

3 erlenmeyer

•

indicador universal verde com escala de pH

•

água de cal filtrada

•

água do mar filtrada

•

3 canudinhos de refresco

•

água da torneira

•

tripé e tela de amianto

•

lamparina a álcool

•

3 copos (de café) descartáveis

•

caneta marcadora de vidro ou fita crepe e lápis

•

fósforos

Figura 25[161]: Materiais e Reagentes necessários para a realização do Experimento 10.

Procedimento •

Numerar os erlenmeyers de 1 a 3.

•

Encher até a metade de um copo descartável com água de cal filtrada e transferir para o erlenmeyer 1.

•

Encher até a metade de outro copo descartável com água do mar filtrada e transferir para o erlenmeyer 2.

16

GEPEQ. Livro de Laboratório: Módulos I e II: Interações e Transformações: Química para o Ensino Médio/GEPEQ. São Paulo: EDUSP, 1999.

60

•

Encher até a metade de outro copo descartável com água da torneira e transferir para o erlenmeyer 3.

•

Acrescentar em cada erlenmeyer 10 gotas de indicador universal, agitar e observar.

•

Comparar a coloração com a escala de pH para o indicador.

•

Assoprar, vigorosamente, através dos canudinhos as três soluções contidas nos erlenmeyer de modo a fazer bolhas de ar por pelo menos 1 minuto ou até que se observe alguma mudança.

•

Aquecer a água com indicador (erlenmeyer 3) e observar novamente o que ocorre.

Registro de dados Observações

Erlenmeyer 1

2

-----------------

-----------------

3

Líquido testado Coloração com Indicador Universal Verde pH do líquido Classificação (ácido, básico ou neutro) Observação após soprar com o canudinho Modificações durante o aquecimento

Questões pós-laboratório 1. Em qual amostra observou-se maior pH no início do experimento?

2. O que causou as mudanças de pH observadas nas três amostras de água?. Explique sua resposta?

3. Quando se analisa o rótulo de uma água com gás observa-se que esta possui pH menor que a água convencional (sem gás). A água com gás é mais ácida ou mais básica que a água sem gás?

Explique o fato do pH da água com gás ser diferente da sem gás.

4. Em uma aula, dois estudantes afirmaram as seguintes frases: (Frase A) - Os peixes utilizam em sua respiração o oxigênio que está dissolvido na água.

(Frase B) – A molécula de água (H2O) fornece o oxigênio que os peixes respiram.

Em sua opinião, qual das frases está correta? Justifique.

5. Em indústrias que utilizam equipamentos que funcionam com circulação de água aquecida, como caldeiras e aquecedores, há uma preocupação com a qualidade da água que abastecem esses equipamentos, principalmente em relação à dureza da água. Explique a razão desse cuidado.

61

Eletrólise da Salmoura e Condutividade Elétrica (orientação para o professor) A água do mar é uma importante fonte de matérias-primas para a sociedade. Segundo as orientações para o ensino médio apresentadas na Proposta Curricular do Estado de São Paulo, faz parte dos conhecimentos necessários para a formação do cidadão compreender os processos industriais pelos quais obtemos materiais de importância social a partir da hidrosfera.

O homem tem produzido materiais a partir dos recursos disponíveis na natureza desde tempos imemoriais, e nesse processo vem modificando o ambiente e seu modo de vida. Portanto, é importante que se conheçam os materiais extraídos da hidrosfera, atmosfera e biosfera e os processos para sua obtenção. (São Paulo, 2008).

Nestes experimentos investigativos procura-se desenvolver o conceito de condutibilidade elétrica em soluções aquosas e conhecer a produção de cloro e soda a partir da eletrólise da salmoura. Estes assuntos são abordados na Proposta Curricular do Estado de São Paulo na 2ª e 3ª séries do Ensino Médio, respectivamente, e são importantes para a compreensão do tema “Hidrosfera como fonte de materiais”.

A proposta apresentada para o ensino de Química [...] pretende que o aluno reconheça e compreenda, de forma integrada e significativa, as transformações químicas que ocorrem nos processos naturais e tecnológicos em diferentes contextos, encontrados na atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera, e suas relações com os sistemas produtivo, industrial e agrícola. (Brasil, 2002) Cabe ao professor destacar a importância do contexto, pois os alunos devem perceber que um dos produtos obtido através da água do mar é fundamental para o tratamento da água que chega às nossas casas todos os dias, além de muitas outras aplicações.

O professor pode optar por desenvolver dois níveis de abordagem diferenciados, passando da análise macroscópica das observações e descrições dos fatos experimentais para a interpretação microscópica dos fenômenos.

Segundo Caramel (2006), os alunos do ensino médio apresentam diversas concepções alternativas sobre os processos que envolvem condução elétrica em células eletroquímicas e poucos são capazes de responder questões qualitativas que requerem conhecimentos mais elaborados de eletroquímica. Portanto, na discussão dos experimentos “condutibilidade elétrica” e “eletrolise da salmoura” devem ser levadas em consideração algumas concepções alternativas: a energia elétrica é conduzida através de um condutor metálico e não pela solução; os elétrons podem circular através da solução aquosa; o movimento de íons na solução não constitui uma corrente elétrica. Outra idéia bastante difundida entre alguns alunos é que a água destilada não conduz eletricidade. Na verdade a água destilada é apenas má condutora de eletricidade, pois as baixas concentrações dos íons H+ e OH- provenientes de sua auto-ionização lhe conferem uma condutividade elétrica pequena, mas observável (Figura 26).

62

Figura 26[215]: Condutibilidade elétrica da água destilada.

Na discussão da eletrólise da salmoura deve-se destacar o papel da ponte salina e a representação das espécies químicas presentes em cada recipiente antes e após a reação eletrolítica. O conhecimento das substâncias que compõem o sistema no início e no final da transformação química possibilita a elaboração das equações química e a compreensão do fenômeno estudado.

No experimento da eletrolise da salmoura (Figuras 27 e 28), os testes preliminares, ao serem comparados com as observações da eletrólise, fornecem informação das espécies químicas oxidadas (perdem elétrons) e a reduzidas (recebem elétrons), não sendo, portanto, solicitado o conhecimento relativo à tabela de potenciais padrão de redução (E°) das espécies químicas envolvidas.

Figura 27[232]: Tubo 1: teste com amido e KI para reconhecimento de cloro. Tubo 2: teste de pH para identificação da hidróxido de sódio, ambos produzidos na eletrólise da salmoura (Experimento 12).

(a)

(b)

Figura 28[238] e [243]: Eletrólise da salmoura (a) no início do processo (com indicador universal verde no béquer 1 indicando pH 7) e (b) no final do processo indicando formação de uma base (NaOH) no béquer 1 e de cloro no béquer 2 (teste com amido e KI no tubo 3).

Para a realização destes experimentos devem-se tomar algumas precauções em relação à segurança dos alunos, principalmente quanto aos riscos de choque elétrico com o aparelho de condutividade elétrica e de inalação de gás cloro produzido pela eletrólise da salmoura. O uso de baterias de voltagem superior pode acarretar na produção de quantidades excessivas de cloro, pondo em risco a integridade física dos estudantes.

Com esses experimentos podem-se desenvolver diversos conteúdos químicos como ligações químicas, ácidos e bases, dissociação iônica e ionização, transformações químicas, evidencias de transformações, estequiometria, oxidorredução, potenciais padrão de redução e diferença de potencial. Entretanto, não se deve perder de vista o objetivo desta atividade experimental investigativa que é auxiliar os estudantes na compreensão de uma situação 63

problema, a produção de cloro, que é um conhecimento químico tão importante quanto os conceitos científicos citados. A abordagem de conceitos que não são pertinentes ao contexto descaracteriza a atividade investigativa, recaindo num modelo de ensino mais calcado na transmissão de conteúdos, fugindo aos objetivos dessa proposta.

Eletrólise da Salmoura e Condutividade Elétrica A água do mar é uma importante fonte de matérias-primas para a sociedade. Na indústria, um dos seus principais componentes, o cloreto de sódio, é utilizado na conservação e condimentação de alimentos e como matéria-prima para produção de alvejantes, desinfetantes, plásticos, praguicidas, indústria têxtil, fertilizantes, explosivos, medicamentos, ácidos e outros.

O homem desenvolveu formas de tratamento da água que lhes possibilitaram melhores condições de vida e prevenção de doenças de veiculação hídrica, tais como amebíase, ancilostomose ou amarelão, ascaridíase, febre tifóide, cólera, dengue, hepatites infecciosas, poliomielite (paralisia infantil), leptospirose e esquistossomose. Estas conquistas só foram possíveis graças à obtenção do cloro a partir do sal cloreto de sódio presente na água do mar.17 Considerando a importância de conhecer a forma de produção de substâncias tão necessárias à nossa sociedade, surgem então algumas questões: Como podemos obter cloro a partir do cloreto de sódio presente na água do mar? São formados outros materiais neste processo?

Antes de prosseguirmos:

1) Qual a importância da água tratada para a vida do homem?

2) Para que serve a adição de cloro no tratamento de água?

3) Quais materiais você conhece que são obtidos a partir da água do mar?

4) Sabemos que a energia térmica é capaz de gerar transformações químicas em alguns materiais. Observamos isso quando deixamos um alimento queimar na panela, por exemplo.

A energia elétrica também pode gerar transformações químicas? Explique.

5) Existem diferençam entre os íons cloreto presentes na água do mar e o gás cloro obtido na eletrólise da salmoura?

17

Embora aqui se dê especial destaque ao uso de cloreto de sódio marinho no processo de eletrólise da salmoura, muitas vezes o sal utilizado neste processo não é retirado do mar, mas sim de minas de sal gema. No Brasil existem minas de sal gema apenas em algumas regiões do nordeste e sua produção é destinada exclusivamente à indústria cloro-álcalis (produção de cloro, soda cáustica e seus derivados). Em outros países o sal gema serve tanto a esse tipo de indústria quanto à indústria alimentícia.

64

Experimento 11: Condutibilidade Elétrica de Materiais18 Objetivo: conhecer os materiais que conduzem corrente elétrica.

Materiais e Reagentes •

1 aparelho de condutibilidade elétrica com lâmpadas de 2,5W (neon), 5W, e 100W

•

placas de ferro, cobre, zinco, chumbo e alumínio (ou outros metais)

•

pedaços de madeira, plástico e borracha

•

6 potes plásticos de 100 mL

•

1 béquer de 100 mL

•

3 colheres (café) de plástico

•

palha de aço

•

cloreto de sódio (sal de cozinha)

•

água de torneira

•

água destilada

•

açúcar

•

vinagre

•

água do mar filtrada

Figura 29[203] e [201]: Materiais necessários para realização do Experimento 11

Procedimento Parte A •

Com o aparelho de condutibilidade elétrica DESLIGADO, limpar os terminais com palha de aço.

•

Unir os fios desencapados e ligar o aparelho na tomada. Observar.

•

Desligar da tomada e separar os fios.

•

Com os fios separados e o aparelho ligado, encostá-los nas amostras de madeira, cobre, zinco, sal, plástico, ferro, borracha, alumínio e açúcar. Registrar as observações.

Parte B

18 SÃO PAULO (Estado) Sec. da Educação. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas. Subsídios para a implementação da proposta curricular de química para o 2º grau; coord. Marcello de Moura Campos. São Paulo: SE/CENP/FUNBEC, 1979, v 1.

SÃO PAULO (Estado) Sec. da Educação. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas. Subsídios para a implementação da proposta curricular de Ciências; 1º grau - 5ª a 8ª séries. Coord. Norma Maria Cleffi. São Paulo: SE/CENP/FUNBEC, 1985.

MELLO, F. A. F. Fertilidade do solo. São Paulo: Nobel, 1983.

65

•

Numerar os potes de 1 a 6. Colocar água destilada nos potes de 1 a 3 até a metade de sua capacidade.

•

No pote 1, adicionar uma colher de cloreto de sódio e misturar.

•

No pote 2, adicionar uma colher de açúcar e misturar.

•

No pote 3, não adicionar nada.

•

No pote 4, colocar água de torneira.

•

No pote 5, colocar vinagre até a metade de sua capacidade.

•

No pote 6 colocar água do mar filtrada até a metade de sua capacidade.

•

Colocar cerca de 80 mL de água destilada no béquer.

•

Com o aparelho de condutibilidade elétrica DESLIGADO, limpar os terminais com palha de aço.

•

Mergulhar os terminais do aparelho de condutibilidade elétrica em uma das soluções e observar a intensidade das lâmpadas.

•

Lavar os terminais mergulhando-os no béquer com água destilada a cada teste realizado.

•

Repetir o procedimento para as outras soluções.

•

Desrosquear as duas lâmpadas maiores (100W e 5W) e testar novamente a água destilada.

Registro de dados Preencha a tabela abaixo, a partir das observações experimentais de acende (sim) e não acende (não) a lâmpada conectada ao aparelho de condutibilidade elétrica: Material testado

Observações sobre a intensidade das lâmpadas e a condutibilidade elétrica do material

Madeira Cobre Zinco Sal Plástico Ferro (ou aço) Borracha Alumínio Açúcar Água com sal Água com açúcar Água destilada Água da torneira Vinagre Água do mar

66

Questões Pós-Laboratório 1. Classifique os materiais testados quanto à condutibilidade elétrica como bons condutores, maus condutores ou isolantes.

2. Explique o fato de que alguns materiais que são maus condutores ou isolantes elétricos quando puros (cloreto de sódio e água destilada, por exemplo), possam formar materiais condutores quando misturados e dissolvidos (água com sal dissolvido)?

Experimento 12: Eletrólise da salmoura19 Objetivo: Conhecer o processo de eletrólise da salmoura.

Materiais e Reagentes •

3 tubos de ensaio pequenos

•

1 estante para tubos de ensaio

•

1 caneta marcadora de vidro

•

2 béqueres de 50 mL

•

1 colher de plástico

•

1 suporte para 4 pilhas

•

4 pilhas

•

tubo em “U” (ponte salina)

•

3 conta-gotas

•

algodão

•

2 fios de aproximadamente 20 cm

•

2 bastões de grafite (ou pregos de aço inoxidável)

•

cloreto de sódio ou sal de cozinha

•

solução de amido ou amido sólido

•

solução de iodeto de potássio 1,8% m/m

•

solução indicador universal verde

•

solução de água sanitária 10% em volume recém preparada

•

solução de hidróxido de sódio 0,1 mol/L

•

água destilada

Figura 30[246]: Materiais necessários para realização do Experimento 12 19

GEPEQ – Grupo de Pesquisa em Educação Química: Projeto Laboratório Aberto. São Paulo: IQUSP, 2003.

67

Procedimento •

Numerar os tubos de ensaio de 1 a 3.

Testes Preliminares •

Adicionar água destilada no tubo 1 até a altura de aproximadamente 2 cm.

•

Adicionar cerca de 5 gotas de solução de amido ou uma ponta de espátula de amido sólido no tubo 1 e agitar.

•

Adicionar cerca de 5 gotas de solução de iodeto de potássio no tubo 1 e agitar.

•

Adicionar 2 gotas de solução de água sanitária no tubo 1 e agitar. Anotar o resultado.

•

Adicionar água destilada no tubo 2 até a altura de aproximadamente 2 cm.

•

Adicionar cerca de 2 gotas de solução de indicador universal verde no tubo 2 e agitar.

Anotar o resultado.

•

Adicionar cerca de 2 gotas de solução de hidróxido de sódio no tubo 2 e agitar.

Eletrólise da salmoura •

Numerar os dois béqueres e adicionar cerca de 30 mL de água destilada em cada um.

•

Adicionar meia colher de sal de cozinha em cada um dos béqueres e agitar para preparar a salmoura.

•

Preparar a ponte salina enchendo o tubo em “U” com a salmoura, preparada em um dos béqueres, usando um conta-gotas.

•

Tampar as extremidades da ponte salina com bolinhas de algodão umedecidas na salmoura.

•

Adicionar cerca de 5 gotas de solução de indicador universal verde no béquer 1.

•

Montar a aparelhagem conforme a figura a seguir:

Figura 31: Esquema para realização da eletrólise da salmoura.

•

Deixar o sistema funcionando por cerca de 3 minutos e observar.

•

Usando o conta-gotas, retire uma alíquota da salmoura do béquer 2 com cerca de 1 mL próximo ao eletrodo de carbono grafite e transfira para o tubo 3.

•

Adicionar 5 gotas de solução de amido ou uma ponta de espátula de amido sólido no tubo 3.

•

Adicionar 5 gotas de solução de iodeto de potássio (KI) no tubo 3. Agitar e observar.

68

•

Comparar os testes preliminares (tubos 1 e 2) com as observações feitas no béquer 1 e no tubo 3.

Registro de dados Conteúdo

Observação

Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Béquer 1

Questões Pós-laboratório 1. Os testes realizados nos tubos 1 e 3 indicam a formação de qual material no processo de eletrólise da salmoura? Explique.

2. Os testes realizados no tubo 2 e a observação do béquer 1 indicam a formação de que tipo de material na eletrólise da salmoura? Explique.

3. A semirreação de oxidação que ocorre na superfície do eletrodo de grafite que estava ligado ao pólo positivo das pilhas (béquer 2) pode ser representada pela equação química 2Cl-(aq) Æ Cl2(g) + 2e-. a) Esta equação química indica a formação de qual substância no pólo positivo? b) Quais observações experimentais confirmam essa explicação?

4. Na superfície do eletrodo de grafite que estava ligado ao pólo negativo das pilhas (béquer 1) ocorre a redução de moléculas de água, que produz o íon hidróxido (OH-(aq)) e liberação de gás hidrogênio. a) Quais observações experimentais confirmam essa explicação? b) Represente a semirreação de redução da água.

5. Proponha uma equação global que represente a reação de oxirredução que ocorre na eletrólise da salmoura.

6. A eletrólise ígnea do cloreto de sódio é feita utilizando o sal puro e fundido em elevadas temperaturas (sem estar dissolvido em água). Neste processo as únicas espécies químicas existentes na célula eletrolítica são os íons sódio (Na+) e cloreto (Cl-). A eletrólise ígnea ocorre em uma única célula eletrolítica, como esquematizado a seguir, não havendo o uso de ponte salina.

Figura 32: Esquema simplificado de uma célula de eletrólise ígnea de NaCl.

69

a) Neste processo, quais espécies químicas sofrem oxidação? E quais sofrem redução? Em que pólos esses processos ocorrem? b) Quais devem ser as substâncias obtidas na eletrólise ígnea do cloreto de sódio? c) Represente as semirreações de oxidação e redução e a equação global para esse processo.

7. Os íons cloreto (Cl–) e magnésio (Mg2+) são encontrados em abundância na água do mar, sendo esta uma fonte de obtenção do sal cloreto de magnésio (MgCl2). Proponha um esboço de uma célula eletrolítica que poderia ser utilizada para eletrólise ígnea do cloreto de magnésio e escreva as equações que representam a produção do magnésio e gás cloro através deste processo.

70

Capítulo IV - SEGURANÇA NO LABORATÓRIO – ALGUMAS REGRAS BÁSICAS Quando pensamos utilizar o laboratório, uma das questões que sempre nos fazemos diz respeito a aspectos de segurança que podem estar envolvidos na realização das atividades.

Como descartar adequadamente os resíduos, sem causar danos ambientais? Como evitar que os alunos se sofram acidentes como se cortar com a quebra de um material de vidro ou se queimar com a chama da lamparina? Como evitar, caso ocorra a quebra de um frasco de reagente, que ocorra algum dano ás pessoas no laboratório? São perguntas como essas e outras, que podem nos levar a ficar na dúvida quanto a usar ou não o laboratório. É claro que acidentes podem ocorrer, pois qualquer atividade que realizamos envolve riscos. Entretanto, alguns desses acidentes poderiam ser evitados se adotarmos algumas regras e comportamentos.

Além dos aspectos de segurança, nos preocupamos, ainda, com organização dos reagentes e da vidraria de maneira a facilitar a montagem dos experimentos, otimizar o espaço disponível e evitar acidentes. Também nesse caso, há sugestões e regras que podem nos auxiliar a organizar adequadamente o espaço do laboratório.

Manuais sobre organização e segurança no laboratório Estão disponíveis, na internet, manuais sobre segurança e organização do trabalho de laboratório que podem ser úteis para nós professores. Alguns desses manuais são mais gerais, tratando de laboratórios químicos e não especificamente do escolar, enquanto outros se referem a laboratórios de ensino.

Alguns manuais que podem ser consultados;

1. Manual de segurança do IQUSP Disponível em: http://www2.iq.usp.br/cipa/index.dhtml?pagina=741&chave=veR Este manual trata, entre outros, da segurança em laboratórios de química, destacando a estocagem e manuseio de materiais, os acidentes mais comuns, e normas de segurança.

2. "Guia de Laboratório para o Ensino de Química: instalação, montagem e operação", publicado pelo CRQ – IV (Conselho Regional de Química – IV região).

Disponível em: http://www.crq4.org.br/default.php?p=texto.php&c=publicacoes Este manual apresenta, inicialmente, um item sobre construção de laboratório e suas instalações. Em seguida, trás itens sobre segurança, armazenamento de reagentes e descarte de 71

materiais. Tem ainda, um item que apresenta orientações gerais para que as práticas de laboratório sejam realizadas adequadamente.

3. Organização e Segurança no Laboratório de Química no Ensino Médio, organizado pela CENP/SE. Disponível em: http://cenp.edunet.sp.gov.br/index.htm Clicar em “publicações“ Este manual apresenta, inicialmente, um capítulo sobre as condições gerais de um laboratório, que envolvem aspectos como piso, iluminação, armários, etc . A seguir, discute questões relativas à organização e armazenamento do material, as regras de segurança e primeiros socorros. Apresenta, também, sugestões para a organização das bancadas.

Regras básicas de segurança De maneira geral, é aconselhável o uso de óculos de segurança. Sabemos que a maioria das escolas não dispõe desse dispositivo, mas sugerimos que a escola adquira quantidade suficiente para uma turma. Os óculos podem ser facilmente lavados e utilizados por vários grupos de alunos.

Também, é aconselhável o uso de sapatos, e não sandálias, e aventais ou vestimentas que possam servir de proteção às pernas (calças, vestidos ou sais não muito curtos).

Um cuidado importante é o de não deixar frascos de materiais que não serão utilizados ao alcance do aluno. É preferível acondicionar os reagentes que serão manipulados pelos alunos em pequenos frascos, principalmente quando se tratar de materiais inflamáveis ou de toxicidade relevante.

Também, é importante que o professor organize os materiais de maneira que não seja necessária a movimentação do aluno entre as mesas ou bancadas do laboratório. É imprescindível que os alunos percebam que o ambiente exige certos cuidados pessoais.

Ainda, um cuidado que se deve ter é o de testar o experimento antes de sua realização, garantindo seu êxito.

Não se deve improvisar no que diz respeito a uma montagem experimental. Devem ser evitadas situações como aproximar a lamparina da tela de amianto colocando algum suporte não apropriado; pipetar com a boca; prender um tubo a uma garra não apropriada.

Deve-se conhecer a localização no laboratório do extintor de incêndio, verificando se está em condições de uso. Caso não haja extintor no local de realização da atividade, seria aconselhável providenciar um. As portas devem estar desbloqueadas, sem nada que impeça a saída dos alunos.

O professor deve lembrar que seu comportamento no laboratório é muito importante, pois pode refletir nas atitudes que os alunos terão durante as aulas. Dessa maneira, é importante que 72

não sejam permitidas brincadeiras e que sejam exigidas posturas por parte do aluno de respeito ao ambiente do laboratório, aos colegas e a si próprio.

Apresentamos, a seguir, algumas outras regras de conduta básicas, que podem contribuir para a realização com segurança de atividades experimentais.

1. Não coma ou beba no laboratório.

2. Não ingira ou beba qualquer material utilizado como reagente, mesmo que pareça inofensivo ou que seja um alimento fora do laboratório, como sal, açúcar, pão, água, etc .

3. Não coloque sobre a bancada cadernos, bolsas, livros, mochilas. Deixe somente o necessário para suas anotações.

4. Não toque os reagentes com as mãos, sem autorização do professor. Caso aconteça, comunique ao professor e proceda conforme as orientações recebidas.

5. Prenda os cabelos, principalmente se for trabalhar com fogo.

6. Não retorne reagentes aos frascos de origem.

7. Não misture reagentes sem a prévia autorização do professor.

8. Não aponte a boca do tubo de ensaio ou de outro frasco para seu colega.

9. Não jogue resíduos na pia ou na lixeira. Siga as orientações de seu professor para o descarte adequado dos reagentes.

10. Concentre-se em seu trabalho. Não se distraia com brincadeiras, conversas paralelas, jogos, ouvindo música, etc. Lembre-se que a segurança no laboratório depende de cada um.

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Referências bibliográficas BRASIL (país) Secretaria de Educação Média e Tecnológica - Ministério da Educação e Cultura (1999). Parâmetros Curriculares Nacionais - Ensino Médio: Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: MEC/SEMTEC, vol. 3, 1999.

BRASIL (país) Secretaria de Educação Média e Tecnológica - Ministério da Educação e Cultura.

PCN + Ensino Médio: Orientações Educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Brasilia:MEC; SEMTEC, 2002.

BRASIL (país). Lei de diretrizes e bases da educação nacional, Lei n° 9.394, de 20 de dezembro de 1996.

CACHAPUZ, A.; GIL- PÉREZ, D.; PESSOA, A. M.;PRAIA, J.; VILCHES, A. A necessária renovação do Ensino das Ciências. São Paulo: Cortez Editores, p. 263. 2005.

CAMPOS, C. e CACHAPUZ, A., Imagens de ciência em manuais de química portugueses, Química Nova na Escola. 6, 23-29, 1997.

CAMPOS, Eduardo Silveira. Purificação e Caracterização de Bromelina a Partir do Extrato Bruto de Ananas comosus por Adsorção em Leito Expandido. Dissertação de Mestrado.

Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, 2007.

CARAMEL, Neusa June Carlton. Conceitos de Eletroquímica e a circulação de corrente elétrica. Dissertação (Mestrado) - Universidade de São Paulo Instituto de Física – Depto. de Física Aplicada, São Paulo, 2006.

CARVALHO, A. M. P. et al. Termodinâmica: um ensino por investigação. São Paulo: FEUSP, 1999.

DOMIN, D. S. A Review of Laboratory Instruction Styles. Journal of Chemical Education. 76 (4), p. 543-547, 1999.

FUNBEC. Laboratório Básico Polivalente de Ciências para o 1º grau: manual do professor.

Rio de Janeiro: Editora FAE, 3ª edição, 1987.

GEPEQ. Interações e Transformações: Química para o Ensino Médio - Livro de exercício. volume 1, São Paulo: EDUSP, 1998.

GEPEQ. Interações e Transformações I: Química para o Ensino Médio. Guia do professor: livro do aluno. São Paulo: EDUSP, 2007.

GEPEQ. Química e a Sobrevivência: Hidrosfera – fonte de materiais. São Paulo: EDUSP, 2005.

GEPEQ. Interações e Transformações: Química e a Sobrevivência: Atmosfera – fonte de materiais. São Paulo: EDUSP, 1998.

GIL PÉREZ, D e VALDÉZ CASTRO, P. La orientación de lãs prácticas de laboratório como investigación:um ejemplo ilustrativo. Enseñanza de lãs Ciencias, 14 (2), 155-163, 1996.

74

HODSON, D. Experiments in Science and Science Teaching. Educational Philosophy and Theory, 20, p. 53-66, 1988.

HODSON, D. Hacia un Enfoque más critico del Trabajo de laboratório. Enseñanza de Las Ciências, 12(3), p. 299-313, 1994.

LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. São Paulo: Ed. Edgard Blüncher, 1999.

LOGUERCIO, R.; DEL PINO, J. C. Livros Didáticos: Mais que uma simples escolha, uma decisão que pode orientar os trabalhos em sala de aula. Porto Alegre: UFRGS; Área de Educação Química, 1995.

MARTORANO, S. As concepções de ciência dos livros didáticos de química, dirigidos ao ensino médio, no tratamento da cinética química no período de 1929 a 2004. Dissertação de mestrado, USP, 2007.

MATTHEWS, M. R. Science teaching. The role of history and philosophy of science. Philosophy of Education. New York: Routledge, 1994.

NEWTON, D. E. Consumer chemistry – Projects for young scientists. United States: Franklin Watts Lib., 1991.

PELLA, M. O. The laboratory and science teaching. The Science Teacher 28, p. 20-31, 1961.

Riegel, Romeo Ernesto. Bioquímica. 3.ed. São Leopoldo: Ed. UNISINOS, p. 548, 2002.

ROSITO, B.A. O ensino de Ciências e a experimentação. In: MORAES, R. Construtivismo e Ensino de Ciências Reflexões Epistemológicas e Metodológicas. 2ª ed. Porto Alegre: EDIPUCRS, 195-208, 2003.

SÃO PAULO (Estado) Sec. da Educação. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas.

Subsídios para a implementação da proposta curricular de biologia do 2° grau. São Paulo: SE/CENP, volume 2, 1980.

SÃO PAULO (Estado) Secretaria da Educação. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas. Subsídios para implementação da proposta curricular de química para o 2º grau. volume II, coordenador Marcello de Moura Campos. São Paulo: SE/CENP/FUNBEC, 1979.

SÃO PAULO (estado). Secretaria da Educação. Proposta Curricular de Química (Ensino Médio) – Estudo e ensino. Fini, Maria Inês (coord. geral). Secretaria da Educação, 2008 SÃO PAULO (Estado) Secretaria da Educação. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas. Proposta Curricular do Estado de São Paulo: CENP: Secretaria de Estado da Educação, 1977.

SÃO PAULO (Estado) Secretaria da Educação. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas. Proposta Curricular do Estado de São Paulo: CENP: Secretaria de Estado da Educação, 1988.

SÃO PAULO (estado). Secretaria da Educação. Caderno do professor; Química: ensino médio 1º série volume. ZAMBOM, D. M. et al. São Paulo; p. 15; 2008.

SICCA, N. A. L. A Experimentação no Ensino de Química- 2oGrau. Dissertação de mestrado.

UNICAMP-Faculdade de Educação; p. 23-95. 1990.

75

SILVA, L. H. S. Análise da Composição Cianobacteriana das Esteiras Pustulares em Salina, Araruama, Rio de Janeiro. Anuário do Instituto de Geociências - UFRJ, vol.30, 175-180, jan/2007.

SUART, R. C.; MARCONDES, M. E. R. As habilidades cognitivas manifestadas por alunos de ensino médio de química em uma atividade experimental investigativa. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, v. 2, 2008.

SUART, R. C. e MARCONDES, M. E. R, A manifestação de habilidades cognitivas em atividades experimentais investigativas no ensino médio de química. Ciências & Cognição. Vol 14 (1): 5074, 2009.

TAMIR, P. How are the laboratories used? Journal of Research in Science Teaching. 14 (4), p.

311-316, 1977.

ZANON, D. A. V e FREITAS, D. A aula de ciências nas séries iniciais do ensino fundamental: ações que favorecem a sua aprendizagem. Ciências & Cognição Ano 04, Vol 10: 93-103, 2007.

ZANON, Lenir B.; SILVA, Lenice H. A. A Experimentação no Ensino de Ciências. In: Roseli P. Schnetzler e Rosália M. R. Aragão (Org.). Ensino de Ciências: fundamentos e abordagens.

Campinas: CAPES / UNIMEP, p. 120-153, 2000.

ZULIANI, S. R. Q. A. A utilização da Metodologia Investigativa na Aprendizagem de Química Experimental. Tese de mestrado em Educação para as Ciências. Bauru: UNESP, 2000.

76