EXPERIMENTOS TEMÁTICOS NO ENSINO DE FÍSICO-QUÍMICA.

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ensino de Química

Autores

Santos, M.A.B. (UEPA-CAMPUS XVI-BARCARENA) ; Teixeira, A.M. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO PARÁ, CAMPUS XVI-BARCARE) ; Estumano, L.D. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO PARÁ, CAMPUS XVI) ; Almeida Jr, C.F. (UEPA-CAMPUS XVIII, CAMETÁ)

Resumo

A utilização de experimentos temáticos envolvendo a unidade físico-química foi utilizada durante a disciplina Estudo experimental sobre energia e os processos dinâmicos das reações químicas, do Curso de Licenciatura em Ciências Naturais, da Universidade do Estado do Pará. O objetivo consistiu no desenvolvimento de aulas práticas pelos acadêmicos. Os experimentos selecionados envolveu os conteúdos Termoquímica, Equilíbrio químico e Eletroquímica. A metodologia consistiu na pesquisa qualitativa do tipo intervenção pedagógica. Inicialmente os estudantes realizaram pesquisas orientadas sobre físico-química, seguido da etapa de pré-laboratorial e laboratorial. Os resultados evidenciaram maior comprometimento e participação dos estudantes na construção do conhecimento dos assuntos.

Palavras chaves

Termoquímica; Eletroquímica; Cinética e equilíbrio

Introdução

A físico-química tem desempenhado um importante papel na ciência moderna, pois contribui para o entendimento básico dos processos físicos e químicos, além de interligar várias disciplinas específicas; dos materiais aos métodos analíticos, da energia ao meio ambiente e da biometria aos sistemas biológicos (KAMAT et al, 2015). Fox e Fox e Rohring (2015) realizaram uma pesquisa nos cursos de físico-química de universidades a fim de investigar o currículo e a metodologia de ensino dos professores nestes cursos, de modo que, os resultados demonstram que a utilização de exercícios teóricos e um intenso formalismo matemático são as principais práticas adotadas no ensino e na aprendizagem. Para Maldaner e colaboradores (2016) existe grande diferença entre ter conhecimento dos conteúdos de Química e saber ministrar o assunto em sala de aula. Para o autor, muito da estagnação metodológica observada nas aulas de Química no ensino superior é devido a formação do professor ser predominantemente bacharelado ou tecnológico, sem o contexto da mediação pedagógica. O ensino de Química requer, além do domino de conceitos específicos da área, a execução de experimentos concretizadores do conteúdo transmitido pelo docente, pois essa ciência tem caráter puramente experimental e, por exigir grande capacidade de abstração dos estudantes, pode resultar na má interpretação dos fenômenos estudados e consequente causando um desinteresse advindos dos discentes. A prática experimental torna-se um caminho a ser explorado como estratégia didática articuladora dos conteúdos científicos e o senso comum, objetivando o ensino significativo e a autonomia na construção do conhecimento (BUENO, KOVALICZN, 1999). Esta também tem como proposta trazer à esfera universitária a visão interdisciplinar da química, dinamizar as aulas permitindo ao aprendiz a interação direta com o docente que, partindo deste princípio, adquire a função de orientar, mediar e ser o assessor do conhecimento através de questões investigativas relacionadas aos problemas situados na sociedade contemporânea. Sithole (2004) propõe que o ensino de Ciências da Natureza decorra acompanhado de atividades experimentais, a fim de aproximar a teoria a prática, porém o que se observa é a pouca aplicação de aulas práticas e quando são realizados, utilizam apenas experimentação demonstrativa, a qual se baseia na exposição oral dirigindo o aluno para a repetição de procedimentos, tornando o ensino da disciplina em algo mecânico. Zanon e Silva (2000) ressaltam que muitos professores apresentam uma visão simplista dos experimentos, imaginando ser possível comprovar a teoria no laboratório; ou que a partir do laboratório se possa chegar a teoria. Dessa forma, pode- se considerar que as atividades experimentais pouco contribuirá para a aprendizagem significativa. Santos e colaboradores (2017) aplicou experimentos temáticos no ensino/aprendizagem diversos assuntos, tais como, de proteínas, cinética química, óleos essenciais, eletrólise, solução tampão entre outros, durante as disciplinas de Química Geral e Físico-química do Curso de Tecnologia de Alimentos da Universidade do Estado do Pará. Os resultados do uso desta metodologia evidenciam que o envolvimento dos acadêmicos nas atividades experimentais desde o planejamento até a execução/exposição favoreceu significativamente a aprendizagem pois os estudantes foram encorajados a superar as dificuldades de falta de materiais e equipamentos nos laboratórios de ensino, de tal forma que, percebeu-se o avanço deste estudantes em relação aos entendimento dos conceitos fundamentais de Química. O presente estudo tem como objetivo principal desenvolver atividades experimentais no ensino de físico-química para elucidar e contribuir de maneira eficaz na assimilação de conteúdos de físico-química e na formação de futuros professores.

Material e métodos

A pesquisa qualitativa, segundo Moreira (2011), permite compreender melhor um fenômeno no contexto em que ocorre e do qual é parte, devendo ser analisado numa perspectiva integrada. Deste modo, o pesquisador vai a campo buscando analisar o fenômeno em estudo a partir dos sujeitos envolvidos, considerando os pontos de vista relevantes. Os vários tipos de dados coletados servem para se entender o fenômeno a ser investigado. Isso possibilita a compreensão e a interpretação, contribuindo para que os pesquisadores tracem comentários referentes aos dados obtidos. A pesquisa foi desenvolvida com 35 acadêmicos do curso de Licenciatura Plena em Ciências Naturais- Química da UEPA, Campus de Cametá-PA, durante a disciplina Estudo Experimental sobre energia e os processos dinâmicos das reações químicas. A estratégia metodológica utilizada constituiu-se em leituras de artigos científicos, pesquisa e seleção de experimentos relacionados a físico-química, avaliação da viabilidade de execução (estágio de pré-laboratório) e exposição por meio de seminários. Pois nas novas tendências para o ensino desvelam que o aluno deve participar efetivamente junto com seu professor de maneira ativa em todo o processo de ensino- aprendizagem tornando-o eficaz e dinâmico. Orientou-se os acadêmicos a pesquisarem atividades experimentais em periódicos especializados em química. Os seguintes experimentos foram selecionados: (1) Queima da sacarose; (2) Reação exotérmica do permanganato de potássio/ácido sulfúrico; (3) Equilíbrio químico/ Princípio de Le Chatelier; (4) Equilíbrio de solubilidade; (5) Célula eletroquímica Cobre/Zinco (6) eletrofloculação e (7) Cinética química de formação do gás hidrogênio ([H][/2]). Na etapa laboratorial, ocorreu a realização dos experimentos temáticos , onde os alunos observaram que a teoria estava presente na prática, neste momento surgiram dúvidas sobre o que estava acontecendo, nas reações mostradas a eles. Para Guimaraes (2009) pode-se perceber que a experimentação tem sido abordada como estratégia pedagógica em diferentes objetivos. No ensino de química, a experimentação pode ser uma estratégia eficiente para a criação de problemas reais que permitam a contextualização e o estímulo de questionamentos de investigação. Nessa perspectiva, o conteúdo a ser trabalhado caracteriza-se como resposta aos questionamentos feitos pelos educandos durante a interação com o contexto criado.

Resultado e discussão

O experimento 1, mistura do permanganato de potássio com ácido sulfúrico, que produz um líquido esverdeado que lembra um lodo e que é uma mistura entre sulfato de potássio (K2SO4), água (H2O) e heptóxido de dimanganês (Mn2O7). O heptóxido, quando entra em contato com qualquer material orgânico, promove uma violenta. Essa reação é extremamente exotérmica, ou seja, libera uma grande quantidade de energia na forma de calor, gerando uma chama que pode se propagar por todo o material inflamável. O experimento 2 consistiu na mistura do açúcar comum (C12H22O11) com bicarbonato de sódio (NaHCO3). Quando a sacarose queima, ocorre a sua combustão completa e, assim como ocorre com todos os compostos formados por carbono, hidrogênio e oxigênio, os produtos liberados são dióxido de carbono e água. Ocorre também a decomposição térmica do bicarbonato. Além disso, nesse processo também ocorre a combustão incompleta da sacarose, em que um dos produtos é o carbono, constituinte do carvão, formando uma estrutura de cor preta. O gás carbônico liberado tanto na combustão completa da sacarose quanto na decomposição do bicarbonato faz a estrutura de carbono inflar, crescendo. Os experimentos 1 e 2 eram aplicados ao desenvolvimento da termoquímica, onde os acadêmicos priorizaram a demonstração da experiência para depois explorar os conteúdos de reações endotérmica e reações exotérmicas. Na ocasião surgiu inúmeros questionamentos sobre a combustíveis inflamáveis e os motivos da espontaneidade destas reações. No experimento 3, equilíbrio químico, objetivou-se a demonstração dos efeitos externos que influenciam no deslocamento do equilíbrio, proporcionando a visualização e uma associação cognitiva oriunda dos discentes. Para a realização deste experimento misturou-se 100mL de ácido nítrico concentrado e pedaços de fio de cobre em um erlenmeyer, fechando-o em seguida. Neste instante notou-se a liberação de um gás castanho durante a reação. Após isso, imergiu-se o sistema em banho frio/quente. Durante a demonstração experimental, questionou-se aos acadêmicos o porquê da mudança de coloração em cada estágio de temperatura, aplicando de maneira eficaz e dinamizada o princípio de Le'Chatelier, onde, dependendo da temperatura, haverá o deslocamento do equilíbrio químico entre o dióxido de nitrogênio e tetróxido de dinitrogênio. O experimento (4) sobre equilíbrio químico envolvendo reações de precipitação envolvendo hidróxidos insolúveis teve o objetivo de compreender e relacionar a constante do produto de solubilidade (Kps) com equilíbrio de dissolução/ionização das substâncias. Os testes qualitativos consistiu na identificação de ferro, alumínio e cobre. Para a preparação dos reagentes iniciais, solicitou-se que cada grupo prepare uma solução 0,5 mol/L de cloreto férrico e nitrato de chumbo (II). Na ocasião pôde-se observar a dificuldade dos acadêmicos na determinação da massa do soluto para a preparação da solução. A partir deste momento, uma aula teórica foi aplicada pelo docente, para avançar na atividade experimental. Na ocasião, perguntou- se a compreensão sobre concentração em quantidade de matéria, e notou-se problemas conceituais sobre os princípios básicos de soluções. Posteriormente, os acadêmicos realizaram a mistura para a realização dos testes qualitativos de metais. Após a preparação da solução questionou-se aos acadêmicos o seguinte: Quais substancias devem precipitar aos misturar substancias desconhecidas com solução de hidróxido de sódio? Quais fatores levam as substâncias precipitarem? Adicionalmente solicitou-se as equações moleculares, equação iônica total e equação líquida. Percebeu-se novamente extrema dificuldade dos acadêmicos em representar as misturas por meio de equação química balanceada. Neste momento, uma série de perguntas foram realizadas pelos estudantes e intenso debate para chegarem as respostas das questões. Os estudantes puderam notar a importância e a necessidade de terem uma base sólida e abrangente dos conteúdos básicos de química e que somente a demonstração dos experimentos (testes qualitativos) não eram suficientes para compreender as reações de precipitação. Para lidar quantitativamente com sistemas em equilíbrio de solubilidade, em geral, a constante de solubilidade (Kps) é a constante de equilíbrio do composto iônico pouco solúvel, ou necessariamente insolúvel. Os experimentos temáticos (5) e (6) envolvem a unidade eletroquímica.Montou- se os sistemas e diversos testes e ajustes foram usados devido a pequena infraestrutura laboratorial disponível. Estas dificuldades foram debatidas e orientou-se o estudo de adequação e substituição dos materiais por produtos comerciais de fácil aquisição. Para a representação da pilha de Daniel (Foto 1A) utilizou-se fios de cobre e parafusos de zinco e recipiente para cubo de gelo. O experimento (6) sobre eletrofloculação foi selecionado, após instigação por meio da seguinte pergunta: Como despoluir um rio utilizando corrente elétrica? Sugeriu-se a leitura e estudo de artigos sobre o tema e simulação do tratamento por eletrofloculação poluição Para

(A) Célula galvânica Cu/Zn; (B) Eletrofloculação; (C) Equilíbrio dióxido de nitrogênio/tetróxido de dinitrogênio; (D) Cinética de formação de gás H2.


Descrição dos experimentos; conteúdo de química e objetivos relacionados.

Conclusões

Pela analise dos conteúdos expostos concluiu-se que os experimentos temáticos são eficazes no ensino e na aprendizagem de conceitos básicos de físico- química. A metodologia proposta mostrou que estratégias que inserem os alunos como protagonista de sua própria aprendizagem proporciona melhoria no ensino de físico-química tornando-o mais fácil e o uso de aulas práticas promove maior motivação dos estudantes. Os experimentos demonstrativos apesar de aguçar a curiosidade, necessita de maior embasamento teórico de química para melhorar a relação teoria e a prática. Por fim, os acadêmicos, futuros professores de Ciências, vivenciaram situações e problemas reais do magistério e foram encorajados a superação dos desafios.

Agradecimentos

A Universidade do Estado do Pará, Campus Universitário de Cametá, pelo apoio no desenvolvimento das atividades laboratoriais.

Referências

BUENO, Regina de Souza Marques; KOVALICZN, Rosilda Aparecida. O Ensino de Ciências e as dificuldades das Atividades Experimentais. Paraná, p. 01-21,

FOX, Laura J.; ROEHRIG, Gillian H. Nationwide Survey of the Undergraduate Physical Chemistry Course. J. Chem. Educ., 2015, 92 (9), pp 1456–1465. DOI: 10.1021/acs.jchemed.5b00070

GUIMARÃES, Cleidson Carneiro. Experimentação no ensino de Química: Caminhos e Descaminhos Rumo à Aprendizagem significativa. Química Nova na Escola. Vol. 31, N° 3, p.198-202, AGOSTO, 2009.

KAMAT, Prashant V. et al. Reaching Out with Physical Chemistry. J. Phys. Chem. Lett., 2016, 7 (1), pp 103–104. In: DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b02734

SANTOS, Marcos A. B. Experimentos temáticos no curso de graduação de Ciências Naturais da UEPA. Semana Acadêmica da UEPA Altamira, 2016.

SITHOLE, G. Z. Resgate dos materiais e das culturas locais para o ensino de química. Tese de doutorado. Pontifícia Universidade Católica, PUC, São Paulo, 2004.