TÍTULO: Crescimento de Cristais por solução aquosa - Uma experiência para o ensino médio

AUTORES: SILVA, A.G. (IFG) ; SOUZA, D.A. (IFG) ; OLIVEIRA,L.R.S (IFG) ; FERREIRA, K.D. (IFG)

RESUMO: Este trabalho teve como objetivo principal levar o conhecimento para os alunos do ensino médio acerca do tema materiais cristalinos. Na execução do projeto foram utilizados questionários que avaliavam a visão e conhecimento dos alunos sobre o tema antes e depois do trabalho. O desenvolvimento do mesmo se deu por uma fundamentação teórica sobre materiais cristalinos, estruturas cristalinas e técnica de crescimento de cristais, ministrada através de aulas expositivas, e paralelamente, uma experiência de crescimento de cristais a partir de solução supersaturada. A acessibilidade e visualização do experimento e aula teórica proporcionaram uma boa aceitação e interesse entre os alunos, que tiveram uma boa aprendizagem sobre o tema.

PALAVRAS CHAVES: materiais cristalinos, crescimento de cristais, estruturas cristalinas

INTRODUÇÃO: Materiais cristalinos são aqueles que possuem uma distribuição característica e regular dos seus átomos no espaço. Devido a esta regularidade, a estrutura cristalina de um material não precisa ser representada por todos os seus átomos, mas por apenas um conjunto deles, denominada célula unitária. Os materiais cristalinos, dotados de interessantes propriedades, podem ser facilmente preparados em laboratório com elevado grau de pureza, através de técnicas simples de crescimento de cristais. O crescimento de cristais é, essencialmente, uma transição de uma fase original (sólido, líquido ou vapor) para uma fase sólida final, na qual os vários parâmetros físicos envolvidos devem ser controlados visando assegurar que a fase obtida seja monocristalina (ELWEEL, 1975). No ensino médio, a disciplina de Química é constituída por uma matriz curricular que contempla o ensino básico desta ciência. Muitas vezes a perspectiva de levar conhecimentos “extras” é frustrado pelo pouco tempo disponível para a disciplina. A área de crescimento de cristais e estruturas cristalinas é um exemplo disso. Este tema desperta muita curiosidade e interesse nos alunos. Este trabalho propõe um projeto de um curso básico de materiais cristalinos e crescimento de cristais, com experiências práticas de crescimento de cristais de Sulfato de alumínio e potássio hidratado(alúmen),Tartarato de sódio e potássio(sal de Rochelle), cloreto de sódio e sacarose pela técnica de supersaturação de solução. O objetivo é ampliar a visão do aluno sobre sólidos cristalinos e mostrar que o aprendizado pode ser facilitado pela visualização de um ensaio laboratorial simples e disponível em qualquer ambiente escolar.

MATERIAL E MÉTODOS: O trabalho iniciou-se com a aplicação de um questionário sobre o tema aos alunos do 2º ano do ensino médio do Colégio Estadual Dom Veloso da cidade de Itumbiara-GO. A intenção era identificar o conhecimento prévio e a concepção geral dos alunos sobre o tema. Elaborou-se aulas teóricas expositivas abordando o tema materiais cristalinos com os seguintes tópicos: estruturas cristalinas, crescimento de cristais por solução aquosa supersaturada e nucleação por lenta evaporação do solvente. Essas aulas foram ministradas aos alunos utilizando quadro/giz e recursos audiovisuais que facilitava a visualização de figuras e esquemas ilustrativos. Paralelamente a isso desenvolveu-se a parte prática. Soluções supersaturadas de Sulfato de alumínio e potássio hidratado, Tartarato de sódio e potássio, cloreto de sódio e sacarose foram preparadas utilizando 300 mL de água destilada aquecida a aproximadamente 60°C. Adicionou-se lentamente cada um dos reagentes a água e verificou-se a solubilização dos mesmos a cada adição. Quando todo o material dissolveu-se e restou uma porção no fundo sem solubilizar o sistema encontrou-se supersaturado. Ainda a quente, filtrou-se as soluções e tampou-se cada recipiente ( vidros, béquer, copos) com filme de PVC com pequenos furos de agulha, que proporcionava a lenta evaporação do solvente e deixou-as resfriar . Destas soluções em equilíbrio instável, retirou-se cuidadosamente, depois de alguns dias, cristais crescidos que foram secos. Ao final do projeto os alunos responderam ao mesmo questionário para avaliação do conteúdo aprendido.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: No questionário aplicado antes do projeto, de um modo geral, os alunos demonstraram muito pouco conhecimento sobre o tema. Possuíam a concepção de que cristais estavam relacionados apenas com pedras preciosas e não visualizavam nenhuma utilidade a eles, exceto ornamentação e aplicação em jóias. Partindo desse ponto, ministrou-se aulas explicando o conceito estrutural de cristais e as diferenças com os materiais amorfos. Posteriormente abordou-se os vários tipos de estruturas cristalinas, a forma de obtenção dos cristais por soluções supersaturadas e o desvio requerido nessas soluções para nucleação espontânea. As aulas ministradas tiveram boa aceitação e receptividade entre os alunos, que a todo tempo manifestavam curiosidade sobre o tema. O experimento de crescimento de cristais também foi bem sucedido. Cristais de diferentes formas geométricas foram obtidos das soluções. Os cristais de Sulfato de alumínio e potássio hidratado (alúmen) de coloração branco leitosa e Tartarato de sódio e potássio (Sal de Rochelle) transparentes apresentaram-se mais fáceis de crescerem e foram obtidos em 3 dias aproximadamente. Já os cristais de Cloreto de sódio e Sacarose, ambos transparentes, cresceram depois de um período mais longo de 15 a 20 dias em média. Os alunos acompanhavam todo o processo experimental anotando dados diários das soluções e cristais crescidos. Ao final do projeto, aplicou-se o mesmo questionário inicial aos alunos. Eles, em sua maioria, conseguiram explicar o conceito de sólidos cristalinos, diferenciavam-nos de outros materiais, citavam estruturas cristalinas e davam exemplos destes materiais no cotidiano. Isso evidenciou a contribuição do projeto na construção do conhecimento químico sobre o tema entre os alunos.

CONCLUSÕES: A construção do conhecimento químico pelos alunos é realizada continuamente através da observação de fatos cotidianos e experimentais. Esse trabalho alcançou seu objetivo de facilitar o processo ensino-aprendizagem sobre o tema materiais cristalinos, uma vez que, os alunos mostraram um ganho considerável de informações sobre o tema. Isso se deu, principalmente, porque paralelamente a aulas teóricas, eles tiveram contato e acesso a experiências de crescimento de cristais por solução supersaturada, uma técnica simples e acessível a qualquer escola, mesmo aquelas desprovidas de laboratórios.

AGRADECIMENTOS: Agradecemos ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás Campus-Itumbiara pelo apoio financeiro e ao Colégio Estadual Dom Veloso.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: D. ELWELL AND H.J. SCHEELL. Crystal Growth from High – Temperatura Solution. Academic Press, 1975.
PADILHA, Ângelo Fernando. Engenharia de Materiais: microestruturas e propriedades. Hemus livraria. Curitiba, Paraná, 2000.