FICHA PARA IDENTIFICAÇÃO
CADERNO PEDAGÓGICO: PRODUÇÃO DIDÁTICO – PEDAGÓGICA
TURMA - PDE/2012
Título:
A Química e as Mídias Educacionais: uma ferramenta facilitadora do aprendizado.
Autor
Rosiana Aparecida de Assis Vincenzi
Disciplina/Área (ingresso no PDE)
Química
Escola de Implementação
Projeto e sua localização
Colégio Estadual Pe. Sigismundo – Ensino Fundamental,
Médio, Normal e Profissional
do
Município da escola
Quedas do Iguaçu
Núcleo Regional de Educação
Laranjeiras do Sul
Professor Orientador
Eduardo Santos de Araújo
Instituição de Ensino Superior
Universidade do Centro-Oeste - Unicentro
Relação Interdisciplinar (indicar,
caso haja, as diferentes disciplinas
compreendidas no trabalho)
Química, Física e Biologia.
Resumo:
O desenvolvimento deste projeto visa o uso de tecnologias que
se utilizam do computador e da internet a fim de melhorar o
desempenho escolar dos estudantes, propiciando melhor
compreensão das complexidades que envolvem a disciplina de
química e tem como objetivo principal a melhoria na qualidade
da aprendizagem; fazer relação entre teoria e prática; ter
percepção dos aspectos microscópicos das reações;
compreensão relacional da química como um todo.
Para isso serão utilizadas as simulações desenvolvidas pela
University of Colorado e o software livre PhET.
Palavras-chave (3 a 5 palavras)
Química, software, educação, tecnologia, conhecimento.
Formato do Material Didático
Caderno Pedagógico
Público Alvo
Alunos do 1º Ano do Ensino Médio
(indicar o grupo para o qual o
material didático foi desenvolvido:
professores, alunos, comunidade..)
1
PARANÁ
SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO – SEED
SUPERINTENDENCIA DA EDUCAÇÃO – SUED
DIRETORIA DE POLÍTICAS E PROGRAMAS EDUCACIONAIS - DPPE
PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL – PDE
GOVERNO DO ESTADO
PRODUÇÃO DIDÁTICO- PEDAGÓGICA
1. DADOS DE IDENTIFICAÇÃO:
Professor PDE: Rosiana Aparecida de Assis Vincenzi
Área/Disciplina PDE: Química
NRE: Laranjeiras do Sul
Professor Orientador IES: Prof. Dr. Eduardo Santos de Araújo
IES vinculada: Universidade do Centro Oeste - Unicentro
Escola de Implementação: Colégio Estadual Pe. Sigismundo – Ensino
Fundamental, Médio, Normal e Profissional.
Público objeto da intervenção: Alunos do Ensino Médio e Formação de Docentes.
1.1 TEMA DE ESTUDO DO PROFESSOR PDE:
SOFTWARES EDUCATIVOS NO ENSINO DE QUÍMICA
1.2 TÍTULO:
A Química e as Mídias Educacionais: uma ferramenta facilitadora do aprendizado.
2
UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA I
2.0.
UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA I
2.1. PRIMEIROS MODELOS ATÔMICOS
2.2. APRESENTAÇÃO
A elaboração dessa unidade didática possui atividades pedagógicas que
contemplam a interação do aluno com softwares educacionais desenvolvidos pela
University Of Colorado denominado PhET, um programa de software livre cujo
objetivo é facilitar a aprendizagem da disciplina de química fazendo com que o
aluno observe as atividades
intrínsecas
das reações químicas e o
comportamento das partículas que formam as unidades formadoras da matéria.
(UNIVERSITY OF COLORADO, 2012).
A escolha por esse software deu-se em função de que é um programa
livre e está disponível para uso universal com possibilidades de interação entre o
homem e a tecnologia.
O ensino de química não deve ser o ensino da lógica pela lógica porque
dessa forma não tem sentido. É preciso dar significados reais à lógica da
aprendizagem em química para que possa ser compreendida em sua total
dimensão. Assim ,segundo Vieira Pinto (2001),
“educação é no sentido mais amplo da palavra o que diz respeito à
existência humana em toda a sua duração e em todos os seus aspectos
e ainda que é a transmissão de alguma coisa que alguém já possui para
outra pessoa que ainda não tem, isto é, o encontro de consciências com
formação cultural diferentes e em patamares diferentes”. (VIEIRA
PINTO, 2001).
À aprendizagem de Química faltam eixos de ligação entre os mais
diversos contextos, pois esta é extremamente complexa denotando uma das mais
difíceis disciplinas no Ensino Médio sendo um verdadeiro quebra cabeças sem
solução.
1
Desse modo, é preciso que novas soluções sejam proposta efetivas de
um novo modo de ensinar.
Sendo a química fundamental para o conhecimento sobre como ela tem
funcionalidade aplicativa em todos os setores da vida, da medicina, da indústria
alimentícia, farmacêutica e o próprio cotidiano.
Os aplicativos PhET proporcionam uma ampla visão de como ocorrem as
investigações científicas em torno das mais variadas descobertas e aplicabilidade
da ciência química.
O objetivo principal destas atividades é o entendimento e compreensão
das atividades macroscópicas e microscópicas das reações químicas com a
utilização das simulações (SIMs) PhET sobre os modelos atômicos e soluções,
que abrangem conhecimentos sobre o átomo, sua constituição, propriedades
coligativas da matéria, saturação.
Ao falar em educação tecnológica ou digital, cresce sua importância frente
às implicações sociais, políticas, econômicas e culturais a que está ligada.
Informatizar a educação significa desmistificar toda a informação a
respeito do que se prega sobre o mito do computador, de que ele substituirá os
educadores em sala de aula. Parece um estigma quando se trata de inserir novas
tecnologias e estratégias para a melhoria na qualidade de ensino, como se estas
se constituíssem em obstáculos ao aprendizado.
Em Vincenzi (2009) observa-se a importância do uso da tecnologia da
informática e da internet concomitantes na aprendizagem escolar:
“A internet propicia maior possibilidade de interação do aluno com o
conhecimento e apropriação de conceitos, pois desperta a curiosidade e
as expectativas que vão surgindo estão relacionadas aos conceitos de
familiaridade e interesse pela exploração do ambiente para se dar o
processo de apreensão do conhecimento”. (VINCENZI, p. 5, 2009).
Quando se trata de informática e química, os destaques às diversidades a
que estão ligadas ficam ainda mais complexas, e isto faz com que a reflexão
acerca desses dois conceitos se acirre ainda mais, principalmente diante de sua
importância para a sociedade.
2
As diversas formas de informação digital possuem metodologias
específicas para serem utilizadas como ferramentas no auxilio do processo de
ensinar e aprender, já que, essas duas ações possuem papéis diferenciados e,
para tanto, é preciso observar fatores como objetivos e metas para trabalhar com
tais informações.
Levy apud Claveria (1998) deixa bem clara a ideia da cibernetização
inclusive dos ambientes escolares:
”El creciente proceso de cibernetización e informatización de la sociedad
actual – expresado de un modo masivo en el uso de las tecnologías de
las comunicación e información- están provocando un cambio, cuya
connotaciones son la globabilidad y el surgimiento de una nueva visión
del
entorno
socio-cultural
como
exprexión
del
progreso
1
humano.”(CLAVERIA, 1998, p.2)
A sociedade atual requer conhecimentos de informática e domínio de
algumas funções específicas para o desempenho de atividades financeiras,
sociais, e também, escolares. Portanto, é necessário que valores da ciência sejam
resgatados dentro da escola e que a formação de um cidadão conhecedor de
seus direitos seja visto como necessário para uma real mudança nos paradigmas
sociais, educacionais e culturais, excluindo limitações e derrubando preconceitos.
Logo, o uso de tecnologias computacionais pode ter seu espaço no
cotidiano escolar em todos os níveis de ensino e sob diversas formas de
abordagens nas mais variadas disciplinas curriculares como apoio pedagógico
para o ensino e melhoria da qualidade do aprendizado.
A importância do uso dessas tecnologias nas escolas pode ser fator
relevante para diminuir a defasagem frente ao conhecimento que as instituições
de ensino público enfrentam.
A busca constante de novas metodologias precisa estabelecer um
programa digital no qual desde a infância até a adolescência o discente possa ter
desenvolvido o potencial da pesquisa em busca do conhecimento com o fim de
aprimorá-lo e transformá-lo.
1
O crescente processo de cibernetização e informatização da sociedade atual expresso de um modo massivo no uso das
tecnologias de comunicação e informação- estão provocando uma troca cujas conotações são a globabilidade e o surgimento de
uma nova visão do entorno sociocultural como expressão do progresso humano. (CLAVERIA, 1998, p.2)
3
A temática sobre a tecnologia computacional e sua relação com o
aprendizado em sala de aula busca indicar caminhos para a inclusão de
tecnologias inovadoras dentro da escola que influencie o meio social do individuo
e oportunize acesso e domínio dos contextos tecnológicos disponíveis na
sociedade.
Deve-se observar que as aulas de química ministradas nos laboratórios e
nas salas de aula não conseguem proporcionar aos estudantes a completa
compreensão do todo que envolve uma determinada transformação química e/ou
física, nem tampouco sua visualização em nível molecular.
Os livros didáticos trazem ilustrações e representações estáticas das
moléculas e suas ligações sem possibilidade de manipulação dos elementos.
Conceitos de átomos, elementos, moléculas, ligações químicas e reações
químicas são dispostos de tal forma que a visualização de todos os dados
envolvidos em uma reação química torna-se inviável.
Alguns autores discutem a ideia clara de que os computadores e a
internet são o meio muito rápido e fácil de promover a igualdade na educação e
apreensão dos conceitos do mundo. (MORIN apud AXT, p.54, Set./ 2000).
Como a comunicação é inerente ao ser humano que a possui como sua
característica básica, deve-se levar em consideração que o computador e a
internet tem propiciado interação em tempo real de diversas pessoas com
diversas culturas em frações de segundos e que esse tipo de comunicação tem
se difundido amplamente entre os jovens.
Pensando
o
ensino
como
conhecimento
fundamental
para
o
desenvolvimento do ser humano e suas ações no mundo, esta unidade didática
foi desenvolvida para estreitar os laços que devem unir o ensino e a
aprendizagem.
UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA I
2.3. MODELOS ATÔMICOS
2.4. Primeiras Noções de Modelo Atômico
(carga horária: 4h)
4
2.5. As origens da química e a descoberta dos átomos
As origens químicas são tão antigas quanto à humanidade. As pessoas
da idade da pedra provavelmente não tinham noção de que as observações
acerca das transformações que ocorriam nos alimentos, os cheiros, gostos,
consistência dos materiais, a princípio somente observadas, se transformaria na
base para a ciência química dos dias atuais.
Nessa época, provavelmente por acidente, o homem descobriu que o
aquecimento de minério de cobre produzia cobre metálico.
Por volta de 3000 a.C., a arte de fazer vidros florescia no Egito, bem como
a técnica de manufatura de corantes, pigmentos, gemas artificiais e bebidas
alcóolicas. (RUSSEL. pg.03. 1929).
Em meados de 6000 a.C., surgem os primórdios da teoria química. Nesta
mesma época, diversas proposições surgem e, dentre elas, a de Leucipo e
Demócrito, dois filósofos atomistas gregos que viveram no séc. V a.C.(idem).
Leucipo viveu por volta de 450 a.C., e propôs que a matéria era
descontínua e formada por partículas muito pequenas que após sofrerem
sucessivas divisões chegariam a um elemento que não mais poderia ser dividido
o qual denominaram átomo.
A = não
TOMOS = partes
ÁTOMO = não divisível
Demócrito era discípulo de Leucipo e viveu por volta de 470 a 380 a.C., e
afirmava que a matéria era descontínua. Para uso da linguagem da época ele usa
as combinações de matéria formada por átomos de quatro elementos básicos:
água, ar, terra e fogo.
Leucipo e Demócrito propuseram a existência do átomo, porém, não
conseguiram explicá-lo na forma de um modelo atômico que pudesse servir de
exemplo.
Nessa época também, suas ideias se contrapunham às de Aristóteles,
que os rebateu e seus ideários permaneceram por mais dois mil anos, até o
modelo atômico de Dalton.
5
3.0. MODELO ATÔMICO DE DALTON
John Dalton, professor de Ciências e Inglês, sugeriu que a maior parte
das observações químicas realizadas na séc. XVIII poderiam ser explicadas
admitindo-se que a matéria é constituída por átomos e propôs que toda ela é
composta por partículas fundamentais e que eles são permanentes e indivisíveis,
não podem ser criados ou destruídos e que os átomos de um determinado
elemento são idênticos nas suas propriedades e que elementos de diferentes
átomos possuem diferentes propriedades e um alteração química é uma
combinação, separação ou rearranjo de átomos.
Os compostos são constituídos de átomos de elementos diferentes
em proporções fixas. (RUSSEL. pg. 115. 1929).
Assim, Dalton explicou a Lei da Conservação das Massas, propondo
que, se cada átomo possui massa própria, esta não se altera numa reação
química. Logo, a massa dos produtos deve ser a mesma dos reagentes.
John Dalton trouxe inúmeros progressos para a ciência química e
física de sua época e seus trabalhos de pesquisa buscou sempre responder do
que, e como eram constituídos os átomos. A literatura ainda assemelha seu
átomo a uma bola de bilhar, isto é, o átomo seria maciço e indivisível, porém, não
explica sua matéria elétrica.
Outro aspecto importante é que Dalton ainda estava confuso com a
distinção entre molécula e átomo. (RUSSEL. pg.115. 1929).
3.1. Atividades Modelos Atômicos I - Unidade Didática I
1. Cada aluno deve pegar alguns canudos plásticos e atritá-los com uma folha de
papel toalha. Após esse atrito, deverá tentar grudar os canudos pelo ambiente
da sala. Após a observação desses fatos anotar o que aconteceu. Discutir e
introduzir alguns conceitos de eletricidade.
2. Após o experimento acima os alunos construirão, em duplas, um eletroscópio
com fio de meia, papel alumínio e haste feita com canudos e um suporte.
6
Atritar novamente o canudo e eletrizar a esfera de alumínio e aproximar e
afastar o canudo. Observar o que ocorre e anotar.
3. Discutir sobre a natureza elétrica da matéria e nominar seus componentes,
como sendo elétrons de carga negativa e prótons de carga positiva.
4. Os alunos irão assistir um videoclipe com duração de 4min sobre a descoberta
do elétron e após será feita uma discussão a respeito do assunto abordado e
dos meandros das descobertas retratadas no vídeo.
5. Tomando-se por base as condições em que viviam os homens da idade da
pedra e os dias atuais demonstre em um quadro comparativo essas diferenças
explicando as diferenças entre eles.
IDADE PRIMITIVA
ATUALMENTE
VESTIMENTAS
VIDA EM SOCIEDADE
MORADIA
ALIMENTAÇÃO
ORIENTAÇÃO PARA O
TRABALHO
TIPO DE ALIMENTO
PRODUÇÃO QUÍMICA
6. Leucipo e Demócrito viveram em torno de 450 a 380 a.C. Nesse momento
histórico a Filosofia fazia parte do cotidiano de todas as Ciências. Cite
algumas
contribuições
que
a
ciência
dessa
época
trouxe
para
o
desenvolvimento da química enquanto cientificidade nos dias atuais.
7. Quais fatores dessa época em que viveram os filósofos impediram que suas
ideias fossem relevantes para a ciência a respeito da existência do átomo?
8. Explique como os filósofos descreviam a matéria em meados de 450 e 380
a.C.
9. Hoje em dia sabemos que a tecnologia e a internet invadiram o cotidiano de
todos desde a invenção do computador. Analisando esse contexto, exponha
suas ideias sobre o assunto.
7
a- Em que a tecnologia melhora o cotidiano no mundo do trabalho em
geral?
b- Em seus estudos costuma fazer uso das novas tecnologias de informação
e comunicação (TIC)?
c- O que você já ouviu o nome software? O que ele significa?
d- Em educação é possível fazer uso de softwares que melhorem a qualidade
de sua aprendizagem?
10. A partir do simulador PhET Modelo de Átomo de Hidrogênio e Espalhamento
de Rutherford faça observações que ocorrem com o átomo de Dalton ao
receber bombardeio com partículas α e explique o que ocorre segundo sua
teoria atômica.
11. Após o uso de software, relate sua análise sobre as facilidades e dificuldades
enfrentadas com o seu uso.
12. É possível compreender melhor os meandros da história da química fazendo
uso desse simulador? Explique.
4.0. O modelo atômico de Joseph John Thomson
4.1. A natureza elétrica da matéria
(Carga horária: 4h)
Após as proposições de John Dalton sobre a existência do átomo, outros
pesquisadores químicos e físicos continuaram seus experimentos utilizando um
procedimento denominado eletrólise.
A eletrólise é um procedimento no qual é usada uma corrente elétrica para
produzir uma reação química. (RUSSEL. p.115. 1994).
Em 1800 William Nicholson e Antony Carlisle realizaram a decomposição
da água em H (hidrogênio) e O2 (oxigênio); mais tarde em 1932 Humphrey Davy e
Michael Faraday realizaram intensos estudos, sendo que Faraday demonstrou a
relação quantitativa que há entre a quantidade de eletricidade usada e a
quantidade de produtos formados durante a eletrólise. (RUSSEL. p.15. 1994;
MAHAN e MEYERS. P.266.1996).
8
Esses experimentos serviram para a suscitação da ideia de que havia
carga elétrica compondo o átomo.
Desse modo, J.J.Thomson propôs um novo modelo atômico baseado nas
pesquisas de Faraday sobre a natureza elétrica da matéria e os postulados de
Dalton sobre a massa que constitui o átomo.
Thomson demonstrou que quando os raios catódicos são desviados de
modo a se chocarem com o eletrodo de um eletrômetro, o instrumento causa uma
carga negativa.( MAHAN e MEYERS. p. 267.1996)
Essa experiência com tubos foi realizada por E. Goldstein em 1886. Ele
produzia vácuo num tubo e aplicava uma voltagem alta entre os eletrodos.
Observou uma linha luminosa que emergia da fenda do cátodo no lado oposto ao
ânodo, ao que ele chamou de raio canal.
Simplificando, o raio catódico é constituído por um feixe de elétrons que
deixa o cátodo e vai em direção ao ânodo contendo em seu interior um gás como
mostra figura abaixo.
Figura Ampola de Crookes
Fonte: Diário de Um Químico
Alguns elétrons se chocavam com a molécula de gás com força suficiente
para retirar elétrons. Com menor quantidade de elétrons essas moléculas ficam
carregadas positivamente.
Thomson fez algumas considerações acerca
de
como estariam
distribuídas as cargas positivas e negativas dentro do átomo.
Nesse momento, físicos e químicos já consideravam que o átomo
normalmente é neutro, então deveria possuir carga positiva igual em módulo à
carga negativa de seus elétrons.
9
Seguindo essa linha de raciocínio considerou-se na época também que a
massa do elétron seria muito menor ao ser comparada com a massa do átomo.
Elétrons podem ser retirados de um átomo deixando um íon positivo, com massa
maior do que um elétron.
Com base nessas informações concluiu-se que talvez o átomo fosse
composta de uma parte grande, positiva e pesada e uma quantidade de elétrons
menores e mais leves como mostra figura abaixo.
Figura Modelo Átomo de Thomson
Fonte: Gobierno de Canarias
Thomson então postulou que os elétrons estavam dispostos em anéis
movendo-se em órbitas circulares através da esfera positiva.
Este modelo foi aceito por físicos e químicos até que Ernest Rutherford,
Geiger e Marsden demonstraram que o modelo de Thomson apresentava alguns
pontos sem explicação como, por exemplo, o fato de que partículas α sofriam
desvios (espalhamento) em suas trajetórias quando bombardeavam folhas finas
de diferentes materiais.
Os experimentos de W. Rontgen, H. Becquerel, Mari e Pierre Curie
denotam a existência de substâncias radioativas, isto é, que se desintegram após
algum tempo, logo, o átomo não era indestrutível. (RUSSEL. p. 120.1929).
4.2. Unidade I – Atividades Modelos Atômicos II
1. Assistir um videoclipe sobre o experimento com a Ampola de Crookes para
entender a proposta dos raios catódicos. Após fazer um esquema em forma de
mapas conceituais para explicá-lo.
10
2. Utilize o PhET com a SIM Lei de Faraday e descreva o comportamento das
partículas elétricas e o experimento de Faraday. Conclua suas observações
baseando-se nos experimentos que ele pesquisou e suas considerações a
respeito desse comportamento.
3. Com a Sim Lei de Faraday introduza o campo magnético com as espirais e
explique os fenômenos que ali ocorrem.
4. Utilizando a SIM Modelo de Átomo de Hidrogênio, compare as conclusões de
Thomson com a Lei de Faraday.
5. Observe a trajetória do feixe de partículas α que bombardeiam o átomo de
Thomson e explique o que ocorre a partir do proposto em seu modelo atômico.
6. Explique como o uso da SIM Modelo de Átomo de Hidrogênio e Lei de
Faraday melhorou sua compreensão sobre os estudos a respeito das
propostas de modelos atômicos feitos naquela época.
5. Encaminhamentos Metodológicos
O uso de tecnologias tem propiciado um estreitamento grande entre o
ensino e a aprendizagem levando-se em consideração que essas estão no dia-adia de todos e facilita a comunicação, a liberdade de expressão, o contato com
novas e diferentes culturas e a descoberta do novo a cada instante.
Essas tecnologias tem mudado o modo como se vê o mundo e como se
faz interligações através de seu uso.
Moran ainda enfatiza que “em relação a internet é preciso procurar que os
alunos dominem as ferramentas da WEB, que aprendam a navegar e que todos
tenham seu endereço eletrônico (e-mail)”. (MORAN, 2000, p.139).
John Dewey que em seu livro Democracia e Educação (apud MACHADO,
1916) refere-se às escolas dessa forma:
“Em escolas equipadas com laboratórios, lojas e jardins, que livremente
introduzem dramatizações, jogos e desporto, existem oportunidades para
reproduzir situações da vida, e para adquirir informação e ideias num
progressivo impulso de experiências continuadas. As ideias não são
segregadas, não formam ilhas isoladas. Animam e enriquecem o decurso
normal da vida. Informação é vitalizada pela sua função; pelo lugar que
11
ocupa na linha de ação”. (John Dewey em Democracia e Educação apud
MACHADO, 1916)
Isto significa que, para Dewey, tendo a escola todo o suporte técnico
e humano o conhecimento se desenvolve de forma substancial, operacionalizada
nos meios de transmissão do saber.
O uso do computador na educação consiste na informatização dos
meios tradicionais de instrução e pode enriquecer os ambientes de aprendizagem
do estudante que tem a possibilidade de interagir com os objetos desse ambiente
com maiores chances de construir seu conhecimento baseado em recursos
tecnológicos muito mais atrativos para ele.
Valente e Mattar acreditam que a evolução das interfaces gráficas
afetam as interações humanas. (VALENTE & MATTAR, p. 154, 2007)
Second Life é uma interface que pode receber diversas
denominações como realidade virtual, mundo cibernético ou ambiente virtual. Isso
representa um conjunto de tecnologias que, quando combinadas, fornecem uma
interface para um mundo tridimensional gerado por computador, de tal forma que
o usuário acredita realmente nesse mundo, e intuitivamente passa a interagir com
esse ambiente imersivo e dinâmico. (idem, p.155)
Segundo Martins (2005), o professor deve utilizar-se da tecnologia
da informática levando em consideração o processo ensino-aprendizagem
baseado em critérios que estejam de acordo com as diretrizes curriculares,
contribuir para a formação de cidadãos críticos, participativos e responsáveis.
Ainda
deve
ser
levando
em
consideração
os
aspectos
tecnológicos, pedagógicos e metodológicos e os tipos de softwares, pois estes
precisam necessariamente estar em consonância com a aprendizagem de
determinados conceitos que estejam de acordo com a proposta curricular.
Para escolher um software é preciso levar em consideração a
interface deste. Ela deve ser de fácil aprendizado e apresentar atrativos como
cores, imagens e animações. Este software precisa despertar o interesse e a
curiosidade do aluno, estimular sua reflexão, raciocínio e proporcionar a
construção do seu conhecimento.
Nas diretrizes curriculares, em virtude de seu caráter de formação
de cidadãos críticos e capazes de se apropriar dos conhecimentos químicos com
12
o fim de refletir sobre eles e sua ação na vida cotidiana há uma abertura para que
o uso da tecnologia computacional seja inserido no contexto escolar como meio
facilitador da aprendizagem e subsídio para a apropriação devida do
conhecimento desta área. (PARANÁ, 2008).
Nessa abordagem, cabe ao professor escolher o software que
melhor atender às necessidades reais do processo ensino e aprendizagem,
visando melhorar a compreensão e visualização de modelos complexos das
estruturar moleculares que se apresentam com muitas abstrações nos livros
didáticos.
Ainda é necessário que haja o estudo sobre os propósitos ao se
lançar em um estudo cuja pesquisa termine em novas adequações da realidade
atual.
É o que ocorre no caso dos modelos atômicos que ao longo da
história da ciência baseada em pesquisa foram sendo adequados e modificados
conforme novas tecnologias disponíveis.
Para
usar
uma
simulação
é
preciso
entrar
na
página
http://phet.colorado.edu, e encontrar a SIM que deseja trabalhar e clicar em um
dos ícones para baixar temporariamente ou fazer o download permanente no
computador.
Sempre que o professor fizer acesso à página pode buscar atualizações
do simulador que está usando, pois as mesmas estão sempre atualizadas.
Para esta unidade didática será utilizada a SIM Modelo de Átomo de
Hidrogênio e Espalhamento de Rutherford que possuem os modelos atômicos
propostos até o momento. Usando diferentes comprimentos de onda de luz podese observar o comportamento das partículas que compõem o átomo em seus
diferentes modelos.
O sistema é composto com o modelo atômico, espectrômetro (fótons
emitidos), e controle de luz branco e monocromático nos modelos de Dalton e
Thomson.
Esta SIM produz experimentos com vários modelos de disparos de luz no
átomo simulando resultados verificados experimentalmente. Explica a relação
entre a imagem física das órbitas no diagrama de nível de energia de um elétron e
permite a construção de modelos atômicos.
13
Esta atividade está relacionada à explicação dos diferentes modelos de
átomo, previsões experimentais de cada modelo, a crença em um ou outro
modelo e o porquê de sua inadequação, relação entre a imagem física das órbitas
e o diagrama de nível de energia de um elétron, como ilustra a figura .
Figura Models of the Hydrogen Atom
Fonte University of Colorado
Simula a estrutura do átomo de Rutherford onde ele observa partículas
alfa que saltam fora dos átomos e determinou que eles devessem ter um pequeno
núcleo.
Essa SIM descreve a diferença qualitativa entre dispersão fora do núcleo
carregado positivamente do átomo eletricamente neutro e, para o núcleo
carregado descreve como o ângulo de deflexão depende da partícula incidente,
do parâmetro de impacto.
A SIM Espalhamento de Rutherford faz comparações entre o átomo de
Dalton e o átomo de Rutherford em relação ao bombardeio de partículas α (alfa)
no núcleo atômico, conforme.
Figura Rutherford Scatering
14
Fonte: University of Colorado
O uso da SIM Lei de Faraday coloca o estudante em contato com as leis
do eletromagnetismo e lhe dá a ideia de como são as forças eletromagnéticas que
atuam em um campo.
Figura: Lei de Faraday
Fonte University of Colorado
Acendendo uma lâmpada e agitando um ímã esta demonstração da Lei
de Faraday mostra como reduzir a sua fatura de energia elétrica investindo em
materiais comuns.
Para auxiliar na compreensão da descoberta do elétron é preciso que o
professor introduza o assunto com um experimento simples a fim de que o aluno
vivencie como se dá a transmissão de cargas elétricas entre os diferentes
materiais como atrito, fazer uso de videoclipes que podem ser encontrados nos
15
sites da internet, por exemplo, o youtube, dia-a-dia educação na página da
disciplina e sites das universidades no Brasil.
6. Avaliação
A avaliação deve ser um instrumento que oriente a prática pedagógica e
propicie a melhoria do ensino para que a aprendizagem seja efetiva.
No processo educativo, a avaliação deve se fazer presente, tanto como
meio de diagnóstico do processo ensino-aprendizagem quanto como
instrumento de investigação da prática pedagógica, sempre com uma
dimensão formadora, uma vez que, o fim desse processo é a
aprendizagem, ou a verificação dela, mas também permitir que haja
reflexão sobre a ação da prática pedagógica. (PARANÁ. p.31. 2008 )
Assim, é preciso encontrar meios que busquem a melhoria da qualidade
do ensino para que este seja relevante e suscite novas formas de aprender e criar
novos conceitos e aprimorar conhecimentos para que se formem cidadãos críticos
que possam transformar a realidade da sociedade atual.
Desse modo, a avaliação deve ser concebida de forma qualitativa que
tenha relevância no aprendizado adquirido pelo aluno em suas concepções,
diálogo com o novo, ideias propagadas em seu próprio comportamento diante do
conhecimento inserido de forma dialética.
A avaliação deve ponderar sobre aspectos que indiquem a mudança de
conceitos na linguagem expressa de forma oral e escrita. A oral deve
compreender o uso correto de termos linguísticos que observem a clareza dos
conceitos adquiridos no contexto abordado da disciplina. A escrita deve dar
ênfase ao uso da abordagem de termos científicos designados no aprendizado
dos conceitos expostos.
Os experimentos propostos devem estar de acordo com o conteúdo
abordado de forma que a interação entre teoria e prática possa colocar o aluno
em contato com as reais possibilidades de provar o conhecimento científico de
forma simples e contextualizada.
7. Considerações Finais
16
A interatividade oferecida pelo programa PhET Simulações torna seu uso
uma estratégica ferramenta no processo de ensino e aprendizagem promovendo
o intercâmbio da linguagem escrita e tecnológica com propósito de facilitar a
análise de dados e a interpretação por parte dos alunos.
O foco desse trabalho centra-se em fornecer dados concretos sobre a
utilização de softwares educacionais para a disciplina de química mantendo o
aluno voltado a aprendizagem dessa área que apresenta tanta complexidade.
Ao aluno é preciso que seja inserido modos de significar o conhecimento
utilizando-se de tecnologias computacionais com mediação pelos meios
tecnológicos tornando-o reflexivo sobre sua própria aprendizagem a fim de que o
mesmo repense formas diferenciadas de apropriar-se do conhecimento
sistematizado e historicamente construído pela humanidade.
O aluno deve dispor de meios que viabilizem a compreensão dos
conceitos e contextos abordados bem como a utilização discursiva do objeto de
estudo interagindo em forma de seminários, mapas conceituais e expressões
linguísticas relevantes em sua escrita.
O estudante deve ser capaz de interagir de forma dinâmica com a história
do estudo apresentado a respeito dos modelos de átomo e da introdução da
tecnologia em seu aprendizado.
A história remonta a fatos que abordam diversas correntes filosóficas que
prevaleceram desde a Antiguidade até os dias atuais e ressuscita a ideia do
homem completo em sua formação de modo que possa interagir com a sociedade
e modifica-la, seja em seu entorno ou no âmbito mais amplo social.
Para tanto é necessário que sujeitos sejam dotados de ação reflexiva
sobre os conhecimentos produzidos através da história de um povo, de uma
nação e que por beneficiar o todo, espalha-se mundo afora e ganha espaço na
vida do cidadão.
UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA II
8.0. UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA II –
8.1. RADIOATIVIDADE
17
8.2. APRESENTAÇÃO
A ciência Química tem experimentado os desenvolvimentos produzidos
pela Física para adequar seus modelos e seus experimentos produzidos em
laboratório para melhoria da compreensão do quanto é complexa a dimensão
atômica da matéria e o quanto se faz necessário esse conhecimento a partir da
área tecnológica, em especial, os meios computacionais.
“A Química, como ciência experimental, sempre desenvolveu
seus métodos de síntese a partir de reações realizadas em
laboratório. Entretanto, hoje, os químicos contam com
ferramentas poderosas da Física Quântica, que permitem,
por meio de sofisticados programas de computador, a
modelagem de novas moléculas e a previsão das suas
propriedades, o que auxilia a compreender as observações
experimentais”. (QUÍMICA & SOCIEDADE. p. 684. 2006)
Pode-se perceber que a partir de pesquisas conceituadas o mundo
passou a enxergar o auxílio destas em suas vidas de forma substancial. As
pessoas se interligaram mais a partir da revolução tecnológica que introduziu os
componentes micro, com a produção em massa de processadores portáteis que
cabem na palma da mão de uma criança.
Os avanços tecnológicos deram novos significados para a medicina,
farmacologia, produção e expansão dos conhecimentos a respeito de tudo o que
ocorre no mundo das ciências em menor espaço de tempo.
Segundo Claveria (p.2.1998), devem-se procurar novas propostas de
trabalho com inserções pedagógicas que ofereçam novas visões a ciência e a
tecnologia que possibilitem uma reflexão do campo epistemológico, ético e
cultural, resultados da ciência cognitiva como produtos do avanço científico em
diversas áreas da cultura atual, propiciando a reavaliação do aprendizado e do
ensino em sua totalidade.
Ao falar em educação tecnológica ou digital, cresce sua importância frente
às implicações sociais, políticas, econômicas e culturais a que está ligada.
Informatizar a educação significa desmistificar toda a informação a respeito do
que se prega sobre o mito do computador, de que ele irá substituir os educadores
em sala de aula. Parece um estigma quando se trata de inserir novas tecnologias
18
e estratégias para a melhoria na qualidade de ensino, como se estas se
constituíssem em obstáculos ao aprendizado.
Quando se trata de informática e química, os destaques às diversidades a
que estão ligadas ficam ainda mais complexas, e isto faz com que a reflexão
acerca desses dois conceitos se acirra ainda mais, principalmente diante de sua
importância para a sociedade.
As diversas formas de informação digital possuem metodologias
especificas para serem utilizadas como ferramentas no auxilio do processo de
ensinar e aprender, já que, essas duas ações possuem papéis diferenciados e,
para tanto, é preciso observar fatores como objetivos e metas para trabalhar com
essas informações.
A sociedade atual requer conhecimentos de informática e domínio de
algumas funções especifica para o desempenho das atividades escolares e
sociais.
É preciso, portanto, que os valores humanos sejam resgatados dentro da
escola e que a formação de um cidadão pleno de conhecimentos e direitos sejam
vistos como necessários para uma real mudança nos paradigmas sociais,
educacionais e culturais, excluindo preconceitos, derrubando limitações.
Nesse sentido, o uso de tecnologias computacionais pode passar a fazer
parte do cotidiano escolar em todos os níveis de ensino e sob diversas formas de
abordagens nas mais variadas disciplinas curriculares como apoio pedagógico
para o ensino e melhoria da qualidade do aprendizado.
Diante dessa realidade, a proposta do presente trabalho consiste em uma
pesquisa que tem por objetivo identificar novas práticas pedagógicas para o
ensino de química com o uso de softwares educacionais que seja compreensível,
possua a linguagem acessível ao aluno e ao professor e tenha melhor adequação
ao contexto educacional.
É preciso tirar o aluno do senso comum que o acompanha para coloca-lo
em um patamar de consciência crítica de seu aprendizado para que critique o
mundo a sua volta de forma a interagir nele e constituir uma sociedade mais
igualitária.
Gramsci detém suas ideias no contexto de que a partir do intelecto o ser
humano aprende a ter uma visão globalizada de mundo e assim pode atuar nos
19
processos de transformação histórica. (GRAMSCI apud FERRARI. 2012. não
pag.)
A importância do uso dessas tecnologias nas escolas é importante para
diminuir a defasagem frente ao conhecimento que as instituições de ensino
público enfrentam A busca constante de novas metodologias precisa estabelecer
um programa digital no qual desde a infância até a adolescência o discente possa
ter desenvolvido o potencial da pesquisa em busca do conhecimento com o fim de
aprimorá-lo e transformá-lo.
A temática sobre a tecnologia computacional e sua relação com o
aprendizado em sala de aula busca indicar caminhos para a inclusão de
tecnologias inovadoras dentro da escola que influencie o meio social do individuo
e oportunize acesso e domínio dos contextos tecnológicos disponíveis na
sociedade.
John Dewey que em seu livro Democracia e Educação (apud MACHADO,
1916) refere-se às escolas dessa forma:
“Em escolas equipadas com laboratórios, lojas e jardins, que livremente
introduzem dramatizações, jogos e desporto, existem oportunidades para
reproduzir situações da vida, e para adquirir informação e idéias num
progressivo impulso de experiências continuadas. As idéias não são
segregadas, não formam ilhas isoladas. Animam e enriquecem o decurso
normal da vida. Informação é vitalizada pela sua função; pelo lugar que
ocupa na linha de ação”. (John Dewey em Democracia e Educação apud
MACHADO, 1916)
Isto significa que, para Dewey, tendo a escola todo o suporte técnico e
humano o conhecimento se desenvolve de forma substancial, operacionalizada
nos meios de transmissão do saber.
John Dewey ficou conhecido como o grande filósofo da educação
moderna. Psicólogo, filósofo e pedagogo norte-americano, não havia a crença em
que a escola que segue uma linha baseada na obediência tenha sucesso. Seus
trabalhos se alinhavam com o pensamento liberal norte-americano e influenciou
vários países, dentre eles o Brasil no movimento da Escola Nova. Suas
concepções pedagógicas sempre foram em defesa da escola pública, da
legitimidade do poder político e a necessidade de autogoverno dos estudantes.
Em seu livro Democracia e Educação. Dewey enfatiza sua ideia de uma
sociedade capitalista mais socializada e mais humana. Para ele, o crescimento e
20
o desenvolvimento são a chave do seu pensamento filosófico, cuja finalidade é a
solução das tensões e melhoria das relações sociais. Como psicólogo, sustentou
a ideia de que todas as formas de relação conduzem a uma adaptação ao meio.
Dewey ressalta, em seu livro Democracia e Educação alguns aspectos
importantes que, mais tarde, ele reforça em seus escritos. Tais aspectos referemse à importância do ensino, o valor do conhecimento e a sua transmissão
estruturada.
Para Lèvy (apud TEIXEIRA, 2000, p. 50) “o que existe é um campo de
novas tecnologias intelectuais, aberto, conflituoso e parcialmente indeterminado”.
Isso quer dizer que o uso das tecnologias não está determinado e seu domínio
está nas mãos de poucos que procuram limitar os rumos e os objetivos de sua
utilização e nem sempre levam em consideração o desenvolvimento e a
emancipação social dos indivíduos.
No entanto, mesmo com o risco da manipulação da informação o uso do
computador e da internet, podem ser a ferramenta adequada que permitirão aos
alunos das classes sociais menos favorecidas o acesso ao aprendizado
tecnológico e ao conhecimento sistematizado, já que a velocidade da informação
é extremamente alta.
Com isso, a tecnologia está em constante movimento de readequação e
atualização e o processo de evolução das tecnologias da informação que antes
era analógico passou a ser digital.
A escola como meio de propagação do saber não pode simplesmente
virar as costas às tecnologias que batem a sua porta, é necessária aquisição de
uma postura que possa inserir a escola e os seus nas diversas formas de
tecnologias para que o diálogo entre o mundo de desenvolvido e o em
desenvolvimento possam ter oportunidades iguais de acesso ao conhecimento.
Para Gramsci apud Ferrari (2012), a escola democrática deve seguir
tendências que visem à formação do cidadão:
“A tendência democrática de escola não pode consistir apenas em que
um operário manual se torne qualificado, mas em que cada cidadão
possa se tornar governante.” (GRAMSCI apud FERRARI. 2012. npg).
21
Falar em tecnologia na educação significa dizer que mesmo com a
defasagem intelectual e conceitual das diversas formas de produção do saber, a
escola pode e deve caminhar para a diminuição dessa desigualdade e dessa
distância entre as diversas culturas do mundo. Pensar um mundo informatizado é
pensar em um povo que busca incessantemente o saber e se mostra como um
povo que sabe criar e recriar sua própria realidade a partir do conhecimento de
outras culturas. O saber transforma o indivíduo e produz nele novas formas de
saber e conhecer.
Esta visão está presente na proposta pedagógica históricocrítica que vem
sendo defendida nas DCEs. (PARANÁ. 2008)
8.3. Unidade Didática II – Radioatividade
8.4. A visão que mudou os modelos atômicos.
(Carga horária: 3h)
Nosso mundo está cercado de micros. A cibernética é o futuro da
humanidade. Vivemos conectados o tempo todo graças a microeletrônica que se
desenvolveu a partir da produção de transistores e microcircuitos.
As tecnologias derivadas do emprego do raio laser, o desenvolvimento da
nanotecnologia possibilitou a miniaturização dos equipamentos eletrônicos e
contribuíram para a melhoria da própria tecnologia até então empregada.
(QUÍMICA & SOCIEDADE. p. 683. 2006)
E isso só foi possível graças aos conhecimentos provenientes da Física
Quântica que vem sendo aplicada à Química e que beneficia toda a população.
Essas vantagens tornaram-se possíveis porque em 1870, o físico inglês
William Crookes desenvolveu uma ampola de vidro de cristal na qual se podiam
observar raios luminosos que ficaram conhecidos como raios catódicos.
Em 1895, o físico alemão Wilhelm Rõntgen fez estudos com esses tubos
e descobriu os raios X e, em 1895, o físico francês Henri Becquerel quando
desenvolvia estudos sobre os raios X, identificou a radiação natural produzida por
cristais de sais de urânio. (QUÍMICA & SOCIEDADE. p. 683. 2006)
22
Em 1987, um operário na cidade de Goiânia, abriu uma cápsula de um
aparelho de radioterapia e provocou um acidente radioativo com graves
consequências nesta localidade. (QUÍMICA & SOCIEDADE. p. 683. 2006)
Porém, se acidentes como esse provocam medo também abrem caminho
para as novas tecnologias empregadas na saúde e no bem estar social e derivam
incontáveis revoluções e descobertas relativas ao comportamento da matéria.
Existem diversos tipos de radiação como a eletromagnética que inclui a
luz ou a radiação de partículas provenientes de um núcleo atômico.
Diferentes tipos de radiações estão presentes no dia-a-dia das pessoas
como, por exemplo, a energia que passa por uma lâmpada incandescente
interage com os átomos do filamento metálico e eles liberam parte da energia
absorvida em forma de luz. Essa radiação é devida a transições dos elétrons em
níveis energéticos da eletrosfera.
Algumas substâncias fosforescentes também liberam energia luminosa,
porém, de forma lenta como ocorre com os interruptores elétricos quando são
desligados.
Diferente dessas radiações existe aquelas que causam muito medo às
pessoas, que são as chamadas radiações nucleares muito utilizadas nas usinas
nucleares para produção de energia elétrica, vários componentes para
tratamentos medicinais e também para a produção de bombas nucleares
atômicas.
A radioatividade é um fenômeno natural ao qual estamos expostos a todo
instante, pois o planeta é radioativo porque possui elementos em seu estado
natural que emitem radiações.
“...o ar que respiramos, as ruas por onde andamos, a água que bebemos, enfim, toda
matéria contém uma dose de radiação.”(QUÍMICA &
SOCIEDADE. p. 684. 2006)
Analisando esse pensamento vemos que tudo o que nos cerca, as
rochas, águas, ar, e o cosmos, tudo contém uma dose de radiação que é
suportável para o organismo que aqui vive, seja ele uma árvore, animais e seres
humanos.
No Brasil existem algumas regiões em que as condições geológicas
propiciaram maior acúmulo de minerais contendo substâncias radioativas e os
habitantes dessas localidades estão sujeitos a doses de radiação bem mais
23
elevadas que a média do planeta. Exemplos dessas regiões são a costeira de
Guarapari, no Espírito Santo, que possui areias monazíticas, ricas em minerais
que contem substâncias radiativas devido à presença de átomos de tório.
(QUÍMICA & SOCIEDADE. p. 685. 2006)
Outro exemplo de radiatividade natural é a estância hidromineral de
Poços de Caldas em Minas Gerais, famosa por possuir mina de urânio localizada
no Morro Velho. (QUÍMICA & SOCIEDADE. p. 685. 2006)
Em alguns locais o nível de radiação é aumentado devido a atividades
com o uso de equipamentos que produzem radiação como aparelhos de raios X,
micro-ondas, televisores e bombas de césio utilizadas como tratamento
radioterápico.
E todos esses estudos e conclusões foram possíveis a partir de estudos
feitos por Wilhelm Rõntgen, Becquerel e, também, Marie Curie, que com suas
pesquisas sobre radioatividade revolucionou a Física e a Química.
Marie Curie começou seus estudos a partir dos estudos de Becquerel
sobre os raios X acerca das radiações emitidas por compostos de urânio. Ela
descobriu os elementos polônio, tório e rádio que naturalmente emitiam radiações
e se desintegravam em núcleos cada vez menores, derrubando a teoria da
indivisibilidade do átomo. Isso comprova que o átomo era divisível e apresentava
instabilidades em determinadas condições.
Marie e seu esposo Pierre Curie, estabeleceram a ponte para a
alavancada na busca de explicações sobre os fenômenos radioativos. (REIS.
p.566-569. 1993)
A partir desse ponto os físicos e químicos estabeleceram novas leis e
modelos, entre elas as leis da radioatividade que explica os decaimentos de
partículas alfa e beta de um núcleo atômico.
Partindo de seus estudos surgem uma nova era na proposição e
compreensão da composição atômica da matéria. Assim, surgiram novos modelos
que fossem adequados para percepção do mundo microfísico e que serviram de
base para a revolução tecnológica conhecida nos dias atuais.
8.5.
Emissões alfa (α)
24
Em reações químicas ocorre o rearranjo de átomos, podendo ou não ter
alterações eletrônicas estruturais e seus núcleos permanecem inalterados.
A radioatividade é um fenômeno nuclear, que acontece a partir do núcleo
do átomo e tais fenômenos envolvem grandes quantidades de energia e
dependem muito pouco de fatores físicos como temperatura e pressão ou fatores
químicos como estado de oxidação e interações com outros átomos. A emissão
de radiação por um átomo depende basicamente de seus núcleos serem ou não
instáveis.
Esse processo envolve variação da cara nuclear que é positiva e também
provoca alterações na eletrosfera que possui carga negativa. Desse modo,
quando há alterações nucleares, há alterações nas substâncias.
As mais importantes radiações nucleares são a alfa, a beta e a gama.
Os estudos realizados por Henri Becquerel sobre a emissão de radiação
por substâncias contendo átomos de urânio despertaram a atenção do físico neo
zeolandês Ernest Rutherford que em seus experimentos observou diferentes
níveis de penetração da radiação alfa (α), em relação às demais radiações, como
mostrado na figura.
Figura: Experimento de Rutherford
Fonte Modelos Atômicos
Rutherford observou então que a maioria das partículas atravessava a
lâmina de ouro sem sofrer desvios, uma pequena quantidade atravessava sem
sofrer desvios e somente uma de cada 10.000 partículas retornava sem
atravessar a lâmina e sem sofrer desvios.
25
Desse modo, ele concluiu que havia mais espaços vazios que
preenchidos no núcleo e que essa partícula teria carga positiva.
8.6.
Emissões beta (β)
Átomos de alguns elementos químicos como urânio emitem um tipo de
radiação que foi denominada radiação beta (β), e em 1900, Becquerel, estudando
essa radiação, observou que quando submetida a um campo elétrico, ela se
desviava para o lado das cargas positivas, logo, ela possuiria carga negativa e
sua massa era muito menor do que as partículas alfa. Porém, essa radiação não
se origina na eletrosfera do átomo e sim de núcleos de átomos radioativos.
Quando um núcleo emite uma partícula beta, seu número de massa não se altera,
mas seu número atômico aumenta em uma unidade.
Becquerel concluiu que essa radiação é constituída por partículas iguais
aos elétrons emitidas a altíssimas velocidades por núcleos radioativos.
8.7.
Atividades Unidade Didática II – Radioatividade
1. Assistir aos videoclipes sobre a experiência de Crookes intitulado Ampola de
Crookes e Experimento de Rutherford e fazer discussões a respeito da
natureza elétrica da luz. Escreva alguns comentários relevantes a respeito da
utilização dessa ampola para a compreensão de novas propostas a respeito
do comportamento das partículas.
2. Pesquisando sobre regiões de incidências radiativas naturais formem grupos
para um seminário sobre a radioatividade e a saúde humana.
3. Analisando o texto procure explicar se pessoas que residem em regiões com
alta emissão radioativa devido a sua composição geológica podem ter efeitos
prejudiciais causadas por radiação.
26
4. Assista ao videoclipe sobre os descobrimentos da radioatividade por Marie
Curie e comente sobre suas descobertas e destaque a importância da mulher
nos descobrimentos científicos.
5. Utilize a SIM decaimento alfa (Alpha Decay), a SIM decaimento beta (Beta
Decay) a SIM Cisão Nuclear (Nuclear Fission) e faça uma análise profunda
sobre os modelos atômicos de Dalton e Thomson, relacionando com a
radioatividade.
6. Analise e explique em forma de seminário, o que melhorou em sua
compreensão como ocorre à desintegração de átomos radioativos.
7. Realize uma pesquisa sobre como desmontar um arsenal nuclear e desativar
bombas de hidrogênio e fale sobre o que está sendo feito com o material
radioativo que constituía essas bombas e destaque sobre o que tem sido feito
com os resíduos produzidos pelo urânio enriquecido com o polônio. Comente
ainda sobre a posição do Brasil em relação as normas do tratado de Não
Proliferação Atômica.
8. Explique como a utilização dessas SIMs melhorou o seu aprendizado sobre
radioatividade e as proposições dos modelos atômicos.
9.0. Encaminhamentos Metodológicos
Para compreensão dos modelos atômicos de Ernest Rutherford, Bohr, de
Broglie, Heisenberg e Quântico é necessário que o aluno tenha conhecimentos
prévios de como acontece flui a radioatividade e os decaimentos naturais e
artificiais dos elementos químicos radioativos.
Essa unidade didática aborda conceitos de decaimento de núcleos
atômicos e a descoberta da radioatividade com suas implicações socioculturais,
econômicas e éticas na produção do conhecimento científico.
Os aspectos levados em consideração neste trabalho relacionam-se a
fatos de produção científica no mundo acadêmico e que ressalta principalmente o
empenho de mulheres que mudaram a visão de mundo nos aspectos filosóficos
da ciência.
27
As descobertas e o empenho de cientistas que não mediram esforços na
busca pela verdade e pelo esclarecimento da população em geral e em específico
a grupos ligados a construção de equipamentos de precisão visando melhoria da
qualidade de vida das pessoas.
Enfatiza-se nesta unidade o fato de que radiações são emissões naturais
e que todos estão expostos de uma forma ou de outra a elas sem que as mesmas
nos causem danos severos.
Igualmente, destaca o fato de que esses conhecimentos tanto trouxeram
benefícios à sociedade como a utilização na produção de energia e também de
aparelhos medicinais que combatem o câncer, quanto criação de certas mazelas
na sociedade que é o fato da criação e utilização de armas químicas com alto
poder destrutivo.
Deve-se levar o aluno a compreender que a ciência possui os dois lados
de uma moeda: o bom e o ruim. E que tanto um quanto o outro deve ser medido
na sua utilização e produção.
Fatos como acidentes com elementos radioativos levam a crer que a
ciência deve estar mais perto da população no esclarecimento de suas
abrangências e alcance, porque podem tanto servir de auxílio quanto de prejuízo
as pessoas que expostas a grande quantidade de radiação podem sentir.
Esta unidade de ensino busca inserir conhecimentos acerca das
descobertas de elementos radioativos, sua utilização, sua produção e a ética de
seu uso.
Também, a inserção de tecnologias computacionais que auxiliem no
processo de ensino e aprendizagem de forma a que o aluno perceba a
importância de seu conhecimento para a fim de produzir ciência com
responsabilidade social.
Para isso serão utilizados alguns videoclipes que se referem a
descobertas da radioatividade e seu uso, dentre eles o vídeo ciênciasmariecurie01 disponível no site http://dia-a-diaeducação.pr.gov.br, o Experimento
de Rutherford, disponível em http://www.youtube.com, o vídeo Ampola de
Crookes, disponível em http://www.youtube.com.
O simulador de reações PhET, desenvolvido pela University of Colorado
at Boulder, com a SIM Nuclear Fission onde há visualização do início de uma
28
reação em cadeia, introdução de isótopos não reativos para se observar o que
acontece quando ele é introduzido na reação, controle de produção e energia em
um reator nuclear, decaimento alfa separado e cisão nuclear, isto é, a separação
dos núcleos numa reação que introduz a ideia de radioatividade de usinas e
bombas.
Figura Nuclear Fission
Fonte University Of Colorado
A SIM Beta Decay simula o decaimento beta que ocorre com uma coleção
de núcleos ou com um núcleo individual cujo objetivo de aprendizagem é
compreender os conceitos de física nuclear durante o processo de decaimento da
partícula beta.
Figura Beta Decay
Fonte: University Of Colorado
29
A SIM Alpha Decay, com o intuito de fortalecer o conhecimento empírico
do aluno para que o mesmo possa ter noções da dimensão do poder de uma
força nuclear.
Esta SIM explica a radiação alfa em termos de partículas alfa tunelamento
para fora do núcleo, o conceito de meia vida incluindo a natureza do mesmo.
Demonstra as forças que trabalham para manter um núcleo atômico em conjunto
(força nuclear forte) e as forças que trabalham para quebrar em pedaços
(Coulomb, isto é, carga elétrica, força). Apresenta fuga de partículas alfa de um
núcleo de polônio, causando deterioração de alfa radioativo e como o tempo de
decaimento aleatório se refere à meia-vida do elemento químico.
Figura Alpha Decay
Fonte University Of Colorado
Para
usar
estas
simulações
é
preciso
entrar
na
página
http://phet.colorado.edu, e encontrar as SIMs que deseja trabalhar e clicar em um
dos ícones para baixar temporariamente ou fazer o download permanente no
computador.
Sempre que o professor fizer acesso à página pode buscar atualizações
do simulador que está usando, pois as mesmas estão sempre atualizadas.
10. Avalição
A avaliação deve ser um processo contínuo no qual se busque
compreender a dimensão histórica do aprendizado do conhecimento proposto que
sirva como instrumento de (re) avalição da prática pedagógica.
30
Experiências em sala de aula têm demonstrado que o uso do
computador, desde que o profissional que está à frente da turma também tenha o
domínio da tecnologia, tem promovido muitos ganhos em termos de aquisição
qualitativa do conhecimento e sua manipulação tem se tornado mais fácil.
É inegável que muitos autores ainda visualizem com cautela o uso das
tecnologias de informação para promover a difusão do conhecimento dentro das
escolas.
No entanto, o fato de alguém conseguir navegar na internet em busca de
novidades faz com que ele entre em contato com novas formas de conceber o
conhecimento e isso enriquece sua bagagem cultural e científica promovendo a
necessidade de conhecer mais e saber mais. Isso, para a educação é um grande
avanço, pois o ambiente virtual leva a questionamentos e proposições jamais
vistas antes.
Por isso, a avaliação desta unidade deve levar em consideração as
aquisições conceituais que o aluno tenha feito para avaliar o grau de seu
conhecimento e adequá-lo de forma científica.
A avaliação deve estar diretamente ligada às concepções das
descobertas da radioatividade como fenômeno que mudou a visão de mundo e
espalhou-se pelos continentes como grande proposta científica de melhorar a
qualidade de vida das pessoas.
11. Considerações Finais
É sabido que o uso de simuladores tem proporcionado uma melhoria na
aprendizagem de sistemas complexos que envolvem cálculos matemáticos,
reações químicas que envolvam a apropriação de conceitos microscópicos que
possuam significados reais.
Ensinar química é primordial para o desenvolvimento de conceitos
pragmáticos que digam respeito ao cotidiano do indivíduo que aprende.
O ensino da lógica pela lógica não tem sentido. É preciso dar significados
reais a ela para que o aluno compreenda toda sua dimensão.
Por isso, o aluno deve aprender química e entender sua lógica de modo
significativo.
31
A introdução de tecnologias computacionais com softwares educativos
visando a melhor compreensão das complexidades que envolvem o mundo
moderno deve propiciar o entendimento das composições do macrocosmo e do
microcosmo para que o aprendizado seja lógico e significativo.
Normalmente o conhecimento a respeito da natureza microscópica da
matéria sequer possui abordagens mais significativas com o intuito de conter
profundidade.
Aspectos éticos devem ser considerados no âmbito escolar para que o
aluno possa discernir sobre a construção do conhecimento de forma ampla e
consistente com a disciplina.
A aplicação de metodologias que viabilizem a melhoria na aprendizagem
requer uma reflexão profunda sobre os aspectos que norteiam a prática
pedagógica de modo a promover mudanças no comportamento cognitivo do
aluno.
Usar métodos adicionais para facilitar a aprendizagem proporciona ao
aprendiz uma nova perspectiva de instruir-se e atuar de forma precisa sobre os
aspectos do conhecimento.
Esse estudo deve provocar no estudante a vontade de transformar-se em
pesquisador
visando
à
aquisição
de
novos
conhecimentos
acerca
da
radioatividade, seu uso e o impacto que causa no ambiente e nas pessoas.
UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA III
12.0. UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA III –
12.1.
MODELOS ATÔMICOS DE RUTHERFORD E BOHR
12.2. APRESENTAÇÃO
O homem primitivo não deve ter imaginado que a descoberta do fogo
fosse causar tanta transformação em sua vida e no futuro da humanidade.
Quanta transformação houve desde a descoberta do fogo até os dias
atuais em termos de conforto, praticidade, estrutura social, econômica, extração e
32
modificação de materiais, saúde e uma infinidade de bens que foram produzidos
pela ciência química.
“É claro que os homens que pela primeira vez dominaram o fogo não
tiveram noção de que executavam transformações químicas. O
desenvolvimento da química como ciência teve de acompanhar todas as
etapas de progresso da cultura humana.” (VANIN. p.12.2008).
O saber propagou-se com o domínio de técnicas desenvolvidas com o
aprimoramento
do
conhecimento
e
a
filosofia
veio
contribuir
para
o
aperfeiçoamento desses saberes, as regularidades no comportamento dos
materiais e hoje são expressos na forma de leis, princípios e propriedades.
O avanço tecnológico deu-se em virtude de estudos realizados ao longo
de muitos anos que propiciaram ao homem propor soluções de sistemas
complexos a partir de sistemas simples.
A criação de substâncias puras, misturas variadas deram origem a
diversos materiais de uso indefinido aplicado nas indústrias que desenvolvem
tecnologia de ponta.
A compreensão de como a matéria se comporta e suas propriedades
definidas contribuíram para o avanço de pesquisas que levaram ao crescimento
da humanidade em termos gerais.
A ciência química muito tem contribuído para o desenvolvimento de
diversas tecnologias nos mais diversos países mundo afora e isso promove a
capacidade do homem em lidar com dispositivos eletrônicos, microcomputadores,
celulares, televisão, etc.
As conquistas do homem para a humanidade através da química são
inúmeras, pois possibilita melhoria nos processos de desenvolvimento de
tecnologias de ponta, aumentando suas possibilidades de progresso em diversos
setores como laboratórios de análise química de precisão, supercondutores,
fabricação de polímeros e muitos outros materiais que mudaram a vida das
pessoas.
Portanto, a educação em química é extremamente importante porque
envolve desde os sistemas mais simples até os mais complexos meios de
33
subsistência humana, adequando seus processos e descobertas em benefício da
humanidade e seu conforto.
Nesse processo incessante de descobertas através dos tempos e do
desenvolvimento
do
conhecimento
científico
possibilitou
ao
homem
o
desenvolvimento de máquinas que facilitem seu processo de conhecer como o
mundo funciona.
Nessa era tecnológica, cabe a escola adaptar-se e também ao seu
estudante, a fim de colocá-lo em contato com as novas formas de informação e
comunicação, bem como o acesso à informatização do saber.
Claveria (1998) define bem esse papel da escola com relação à
informatização do saber produzido cientificamente que deve estar disposto ao
estudante para que esses processos educativos sejam efetivos.
“La escuela debe reflexionar sobre las características científicas,
tecnológicas y culturales que la sociedad actual que observa el creciente
proceso de informatización y cibernetización esto expresada por el uso
masivo de las tecnologías de la información y la comunicación, y cómo
2
estos procesos influyen en la práctica educativa" (Clavería, 1998, p.29) .
Analisando esse processo produzido pela humanidade, a escola deve
refletir sobre os processos de produção do conhecimento em seu interior e propor
uma nova metodologia que seja influente na prática educativa e que resulte em
nova forma de ensinar e contextualizar o saber.
O uso de tecnologias como forma de simplificar o saber tem oferecido
resultados
positivos
no
processo
de
aprendizagem
porque
além
da
contextualização oferece também a oportunidade de manipulação de tecnologias
mais sofisticadas que podem ser aplicadas à educação.
O aluno vislumbra uma nova forma de aprender com o uso da máquina e
aprende o observar melhor como se dá o processo de produção do conhecimento
e interage com este de modo mais significativo.
Com esta análise pode-se perceber que os meios de interação dos
ambientes de realidade virtual na escola pública causam impactos significativos
2
“A escola deve refletir sobre o progresso científico, tecnológico e cultural que caracteriza a
sociedade atual que observa o crescente processo de cibernetização e informatização desta, expressa pelo uso
maciço das tecnologias de comunicação e informação, e como esses processos influem na prática educativa”.
(CLAVERIA, 1998, p.29).
34
causados pelo uso do computador e da internet no processo de comunicação e
aprendizado.
A necessidade de se medir a capacidade dos alunos em interagir com a
informatização requer um estudo mais aprofundado sobre o uso do computador
nas escolas e o papel do profissional da educação para a promoção da
aprendizagem do aluno nesta interação homem-máquina.
Estudos já realizados experimentalmente denotam que o uso do
computador, tem tido relevância significativa no processo ensino-aprendizagem e
que o uso da internet propicia uma maior interação entre o conhecimento e a
aprendizagem.
Olhar para a ciência com seus olhos sobre o conhecimento é observar
diferentes modos de produção do saber e diferentes formas de promovê-lo. O
sistema de relações que o ser humano estabelece com o conhecimento causa
perturbações em seu conhecimento antigo e provoca novas formas de saber
(PARANÁ. 2008).
Ao longo da História da Humanidade nota-se a busca incessante por
diversos modelos aplicados à aquisição e apreensão do conhecimento. No
entanto, nenhum modelo provocou tanta perturbação no sistema cognitivo do ser
humano quanto às tecnologias digitais atuais, que constituem o mundo virtual e
desafiam as formas habituais de interação porque se cria e se programa a cada
dia, a cada instante e provocam o surgimento de inovações que transformam o
tempo e o espaço cotidiano.
3. Unidade Didática III – Teorias Avançadas dos Modelos Atômicos
12.3. Modelo Atômico de Ernest Rutherford
No final do século XIX, o físico neozelandês Ernest Rutherford convencido
por Joseph John Thomson, a trabalhar com o fenômeno recentemente descoberto
que chamavam de radioatividade. Seu trabalho permitiu a elaboração de um
35
modelo atômico que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos
átomos de urânio, polônio e rádio. (QUÍMICA & SOCIEDADE. pg.143.2006)
Rutherford já tinha conhecimento de que as partículas alfa (α) eram
átomos de hélio ionizados duplamente – com dois elétrons retirados- emitidos de
forma espontânea por materiais radioativos. (EISBERG & RESNICK. P.125. 1979)
Rutherford foi aluno de Thomson e continuando seus experimentos, fez
alguns sobre espalhamento de partículas alfa por átomos.
Esses conhecimentos são provenientes de experimentos realizados por
Rõntgen com tubos de descarga de raios catódicos que ao atingirem papel
recoberto com sulfeto de zinco (ZnS), emitia luz. Ao trabalhar em ambiente
escuro, Rõntgen observou que o papel fosforescia.
Ele chegou a conclusão que radiações desconhecidas (os raios-X),
atravessavam o vidro, o papel, o papelão causando um fenômeno que se conhece
hoje como fotografia. Os raios-X são formados quando elétrons de alta energia –
raios catódicos-, se chocam com um metal ou outro material, são radiações
eletromagnéticas parecidas com a luz, porém, com alta frequência. (RUSSEL.
p.119. 1929).
Rutherford quando da realização do experimento, era conhecedor de que
as partículas alfa eram íons de hélio (He2+), isto é, hélio positivo de massa
atômica igual a quatro (4). A velocidade dessas partículas havia sido medida por
meio da determinação do ângulo de deflexão destas por um campo magnético.
Sabendo que as partículas alfa possuem grande energia cinética ele
inferiu que para produzir uma grande deflexão o átomo deveria possuir uma força
eletrostática exageradamente grande. Seu experimento pode ser descrito como
na figura abaixo representada.
Figura Experimento de Rutherford
36
Fonte Modelos Atômicos
Nessa mesma época o casal Marie e Pierre Curie, descobriu que diversos
elementos emitiam radiações semelhantes aos raios-X.
Foi reconhecido então, que tais substâncias sofrem decaimento ou
desintegração e chegaram a concluir que os átomos são destrutivos, o que
contrariava o modelo de Thomson.
Rutherford solicita a H. Geiger e E. Marsden que fizessem um estudo
mais profundo sobre espalhamento de partículas alfa por uma lâmina fina de ouro,
como mostrado na figura acima.
Como a maioria das partículas alfa, que são carregadas positivamente
que bateram na lâmina foram lançadas de volta, Rutherford chega a conclusão
que somente repulsões muito fortes poderiam inverter sua direção e como o
átomo de Thomson não previu estas repulsões, ele deveria estar errado.
Baseando-se em uma proposta de um físico japonês H. Nagaoka, que
sugeriu que o átomo seria composto de um núcleo muito pequeno carregado
positivamente e rodeado por uma região grande contendo elétrons, Rutherford,
por volta de 1911, argumentou que só haveria esse desvia se a partícula alfa se
aproximasse de um núcleo massivo, compacto e positivamente carregado.
Assim, ele propôs que o átomo é constituído por um minúsculo núcleo
positivo no centro, circundado por uma região muitíssimo mais extensa na qual a
carga negativa se encontra dispersa e girando em seu entorno. (EISBERG. e
RESNICK p.129. 1979).
A figura demonstra o esquema do átomo proposto por Ernest Rutherford.
Figura Modelo Atômico de Rutherford
37
Fonte: Grupo Química
12.4. Espectros Atômicos
Um espectrômetro é um aparelho que consegue medir o comprimento de
onda que ocorre quando um elétron colide com outro. Nesse caso a energia é tão
intensa que pode ser considerada maior que a do átomo normal. Ao retornar ao
seu estado normal, os átomos cedem seu excesso de energia emitindo radiação
eletromagnética que ao atravessar um prisma é decomposta em seu espectro de
comprimento de onda ou fóton de luz.
Cada átomo tem um espectro característico próprio, isto é, um conjunto
característico de comprimentos de onda nas quais as linhas do espectro são
encontradas. (EISBERG. e RESNICK p.135. 1979). (ATKINS& JONES. p. 47.
2001).
Os experimentos realizados por Thomson, Milikan, Rutherford e Moseley
entre os anos de 1897 e 1912, foram a base da teoria atômica. Eles mostraram
que o átomo é formado por um núcleo denso carregado com cargas positivas
rodeado por uma nuvem de elétrons com cargas negativas. A carga positiva é o
mesmo que dizer número de prótons ou número atômico, que é o que identifica o
átomo. (MAHAN e MEYERS. p. 302. 1996).
A falha no modelo de Rutherford é mostrada pela teoria do
eletromagnetismo, na qual toda partícula com carga elétrica submetida a uma
aceleração origina a emissão de uma onda eletromagnética.
O elétron em seu movimento orbital está submetido a uma aceleração
centrípeta e emitirá energia na forma de onda eletromagnética o que, pelo
38
Princípio da Conservação da Energia, faria com que o mesmo perdesse energia
cinética e potencial caindo progressivamente sobre o núcleo fazendo com que ele
explodisse.
Na prática, isso não acontece e, por isso, Rutherford abriu espaço para
que seu modelo atômico fosse revisado e surgem as propostas de Niels Bohr que
aplica as hipóteses quânticas para um novo modelo atômico.
13.0. O Modelo Atômico de Niels Bohr
13.1. A Espectroscopia e o Átomo de Bohr
Foi no modelo atômico de Niels Bohr , em 1913, que foi aplicada pela
primeira vez a hipótese quântica para explicar a estrutura atômica. Ele propôs
algumas características a determinados momentos que ocorrem em um átomo
para entender melhor a natureza elétrica do átomo.
Bohr pode explicar porque os átomos emitem luz no estado excitado sob
certas frequências e abre espaço para as interpretações acerca das medições de
raios-X emitidos por átomos e como isso poderia auxiliar na determinação do
número de prótons dos mesmos. (MAHAN e MEYERS. p. 273. 1996).
O sucesso do átomo de Bohr foi a explicação dos espectros de emissão
dos átomos, como mostra figura.
Figura Espectros Atômicos de Bohr
Fonte: Fislet
A experiência mostrou que ao bombardear moléculas de hidrogênio (H 2),
com elétrons há produção de átomos de hidrogênio. Alguns destes átomos
39
adquirem excesso de energia interna e emitem luz na região do visível ultravioleta
ou infravermelho.
Niels Bohr, em 1913, inova com algumas características ao propor
determinados momentos que ocorrem em um átomo para entender melhor a
natureza elétrica dele. Ele propôs um modelo no qual postulou algumas
características básicas: (EISBERG. e RESNICK p.138. 1979).
I.
Um elétron em um átomo se move em órbita circular em torno do núcleo
sob influência da atração Coulombiana entre o elétron e o núcleo,
obedecendo às leis da mecânica clássica.
Esse postulado baseia o modelo de Bohr na existência do núcleo atômico.
II. Em vez da infinidade de órbitas que seriam possíveis segundo a mecânica
clássica, um elétron só pode se mover em uma órbita na qual seu
momento angular orbital L é um múltiplo inteiro da constante de Planck
dividido por 2π.
Esse postulado introduz a quantização que possui diferença entre a
quantização de Bohr do momento angular de um elétron se movendo sob
influência de uma força inversamente proporcional ao quadrado da distância entre
a constante de Planck da energia de um elétron que executa movimento
harmônico simples sob a influência de uma força restauradora harmônica.
III. Apesar de estar constantemente acelerado, um elétron que se move em
uma dessas órbitas possíveis não emite radiação eletromagnética,
portanto, sua energia total permanece constante.
Esse terceiro postulado elimina o problema da estabilidade de um elétron
se movendo em órbita circular devido à emissão de radiação eletromagnética pelo
elétron exigida pela teoria clássica, concluindo que essa característica da teoria
clássica não é válida para o caso de um elétron atômico.
IV. É emitida radiação eletromagnética se um elétron que se move sobre uma
órbita de energia total X muda seu movimento de forma a se mover em
uma órbita de energia total Y.
Esse postulado é baseado no postulado de Einstein de que a frequência
de um fóton de radiação eletromagnética é igual à energia carregada pelo fóton
dividida pela constante de Planck. Observe o modelo atômico de Bohr na figura
abaixo.
40
Figura Modelo Atômico de Bohr
Fonte: Mundo Educação
Desse modo, o modelo atômico de Bohr contribuiu para a percepção de
que a elucidação da estrutura atômica seria encontrada na natureza da luz
emitida pelas substâncias a altas temperaturas ou sob influência de uma
descarga elétrica. (EISBERG. e RESNICK p.138. 1979).
Bohr admitiu que quando uma substância é aquecida e emite luz, ela o
faz porque seus átomos absorvem energia da chama ou da descarga elétrica.
Salientou ainda que se em um átomo um elétron cai de um nível de
energia quantizado para outro, espera-se que emita luz com uma única energia e
de um único comprimento de onda.
Por esse motivo, cada átomo de um elemento tem um conjunto de
energia quantizada disponível (níveis de energia), para seus elétrons. Em seu
estado fundamental todos os seus elétrons estão nos níveis mais baixos e quando
absorve energia seus elétrons passam a níveis mais altos de energia (estado
excitado do átomo).
Existem nesse momento, níveis mais baixos de energia vazios e, assim,
cada elétron cai de um nível mais alto de energia para um mais baixo.
Para um elétron a diferença entre essas energias é a quantidade de
energia perdida pelo elétron e é igual à energia do fóton de energia
eletromagnética (luz), que é emitida. (RUSSEL. p. 133.1929)
No entanto, Bohr não conseguiu explicar as divergências no momento
angular e sua teoria divergia da teoria do octeto prevista na tabela periódica, logo,
seu trabalho foi revisado e surgem novos modelos para explicar esses fatos.
41
14. Atividades Unidade Didática III
1. Assista ao vídeo Experimento de Rutherford e analise sobre suas descobertas
em relação ao modelo atômico proposto por ele.
2. Utilize a SIM Modelos do Átomo de Hidrogênio e faça um comparativo com os
modelos atômicos apresentados até aqui. Observe o comportamento dos elétrons
em cada modelo e discuta sobre eles.
3. Use a SIM Espalhamento de Rutherford e faça um quadro comparativo entre os
modelos apresentados nessa simulação e o comportamento da partícula alfa
diante de cada um deles.
4. Utilize a SIM Build An Atom e identifique as entidades atômicas em seu estado
neutro e na forma de íons. Jogue o jogo disponível para testar seus
conhecimentos acerca desses elementos e faça uso da tabela periódica para isso.
5. Utilize a SIM Isótopos e Massa Atômica e identifique os isótopos existentes na
natureza e compare com a tabela periódica.
6. Após o término desta unidade de ensino, avalie como se deu o seu
conhecimento através do uso dessas simulações em forma de mapas conceituais
e exponha para a classe (em grupo).
15. Encaminhamentos Metodológicos
O desenvolvimento desta unidade didática tem por objetivo situar o aluno
no mundo da complexidade química, principalmente no encontro da Física e da
Química Quânticas.
Neste tópico o aluno já deve entrar em contato com nomenclaturas
específicas relativas aos fundamentos da mecânica clássica e das proposições
atômicas que ocorreram durante as investigações acerca dos modelos atômicos e
os determinantes para seu aprimoramento.
Deve-se salientar que as experiências de Niels Bohr foram realizadas com
o átomo de hidrogênio (H2).
O uso da SIM Modelos do átomo de Hidrogênio apresenta simulações de
experimentos com vários modelos de tiroteio de luzes no átomo com
apresentação dos resultados verificados experimentalmente. Explica a relação
42
entre a imagem física das órbitas no diagrama de nível de energia de um elétron.
Oferece possibilidade de construção de modelos atômicos.
Figura Models of the Hydrogen Atom
Fonte University Of Colorado
Com átomos multieletrônicos os experimentos observados com os
elétrons de valência desses átomos é que quando excitados eles produzem
comprimento de onda na faixa de 200nm e 1000nm3.
Assim, as séries de linhas observadas similares as do átomo de
hidrogênio foram denominadas Sharp, Principal, Diffuse e Fine. (MAHAN e
MEYERS. p. 277. 1996). Estes foram classificados como níveis de energia que
compreendem os subníveis de energia dos elétrons s, p, d e f, como
identificadores dessas séries que envolvem também, átomos de lítio (Li), sódio
(Na) e potássio (K).
Portanto, os níveis de energia do átomo de Bohr são para átomos
monoeletrônicos podendo ser corrigidos para serem utilizados em átomos
multieletrônicos através de equações matemáticas.
Ao trabalhar este tópico o professor deve ressaltar que existem outros
níveis não utilizados na química convencional, porém, com utilidade muito grande
na Física e Química Quântica.
As simulações (SIMs) trabalhadas devem convergir para melhoria do
aprendizado a respeito desses modelos. Uma delas é a SIM Espalhamento de
Rutherford que simula a estrutura do átomo de Rutherford onde ele observa
3
nm: unidade de medida denominada de nanômetro que equivale à bilionésima parte de um metro e
qualquer medida nessa escala é invisível a olho nu.
43
partículas alfa que saltam fora dos átomos e determinou que eles devessem ter
um pequeno núcleo.
Essa SIM descreve a diferença qualitativa entre dispersão fora do núcleo
carregado positivamente do átomo eletricamente neutro e, para o núcleo
carregado descreve como o ângulo de deflexão depende da partícula incidente,
do parâmetro de impacto.
Figura Rutherford Scattering
Fonte University of Colorado
Para desenvolver e aprimorar seus conhecimentos os alunos irão
trabalhar com a SIM Build An Atom (Construir um Átomo), para construção de
átomos e íons e perceber a diferença entre estes, que apresenta um jogo de
aperfeiçoamento de sua capacidade de identificar cada entidade.
Com essa SIM se pode construir um átomo de prótons, nêutrons e
elétrons e observar a mudança do elemento, carga elétrica e massa. Também é
possível jogar com o simulador um teste disponível para testar os conhecimentos
adquiridos.
Desse modo, é possível usar o número de prótons, nêutrons e
elétrons para desenhar um modelo do átomo, identificar o elemento químico e
determinar sua massa e carga. Há ainda, a possibilidade de identificar os íons
que os compõem.
Figura Build an Atom
44
Fonte University of Colorado
Com a SIM Isotopes and Atomic Mass (Isótopos e Massa Atômica), com o
intuito de organizar melhor suas ideias a respeito de como é um íon e como é um
elemento em seu estado neutro com o uso da tabela periódica com a identificação
de cada elemento, sua massa atômica e sua abundância na natureza. Esse
trabalho pode ser feito com um único átomo e com a mistura de vários átomos.
Com essa SIM, o aluno pode perceber que existem outros elementos
derivados de um determinado elemento e quanto é a porcentagem na natureza de
cada isótopo.
Trabalham conceitos de isótopos, número atômico, prótons, nêutrons e
elétrons com um esquema para se determinar o elemento a partir de sua massa
atômica, número de prótons e vice-versa.
Figura Isotopes and Atomics Mass
Fonte: University of Colorado
A SIM Modelos do Átomo de Hidrogênio será utilizada com o objetivo de
demonstrar o comportamento do átomo diante de cada modelo atômico proposto
45
desde o átomo de John Dalton, passando por Thomson, Rutherford e Bohr, onde
fica perceptível os fótons emitidos, o diagrama de níveis de energia com controles
de velocidade que vão na faixa do lento, médio e rápido.
Essa SIM explica ainda experimentos com vários modelos de tiroteio de
luz no átomo e simula resultados verificados experimentalmente.
Explica ainda a relação entre a imagem física das órbitas no diagrama de
níveis de energia de um elétron.
Outra SIM utilizada será Espalhamento de Rutherford, que apresenta
controle das propriedades do átomo, número atômico e número de nêutrons, as
propriedades da partícula alfa com energias diferentes e exibe traços para melhor
compreensão de sua trajetória com o uso dos modelos atômicos de Dalton e
Rutherford, onde o aluno poderá fazer uma comparação do comportamento da
partícula alfa nos dois modelos e relacioná-los a suas teorias propostas.
16. Avaliação
Avaliar deve compreender o trabalho total desenvolvido e pesquisado por
todos os envolvidos no processo de produção do saber.
Sistematizar o conhecimento não é uma tarefa muito fácil de ser realizada
principalmente quando o que se avalia é a produção individual e coletiva do saber.
Avaliar consiste no ato puro de detectar se o conhecimento exposto foi
realmente e significativamente adquirido com o fim de produzir efeitos fundantes
de uma nova forma de pensar e agir sobre ele.
Logo, avaliação deve consistir em observar se o conhecimento, além de
significados, provocou mudanças profundas que levam a uma nova forma de agir
diante do conhecimento e diante de sua própria forma de pensar diferente.
Nesse processo de interação do estudante com novas metodologias que
visem a manipulação de softwares educacionais, a avaliação deve contemplar
amplamente o processo de aquisição de conceitos abstratos e aprendizagem com
sentido de modificar o modo de pensar e agir do estudante.
Duarte (2000, p. 59) assinala a necessidade de contemplar as diversas
áreas do conhecimento humano:
46
[…] existe sim um conhecimento objetivo da realidade natural e social,
conhecimento este que deve ser transmitido [...] Acreditamos que é
possível conhecer a realidade de forma objetiva e abarcar a totalidade.
Os parâmetros não são o cotidiano de cada indivíduo, mas a
humanidade seu desenvolvimento e seus patrimônios intelectuais e
culturais, que devem ser disponibilizados para todos [...] o trabalho
educativo passa [...] a possuir um significado muito mais profundo
tocando na essência do ser humano, não sendo mero instrumento de
adaptação, mas condição imprescindível para mudança.
Para avaliar a compreensão do ensino e da aprendizagem é preciso
estabelecer que os signos utilizados tenham significados reais no trabalho
educativo e que o ser humano obtenha mudanças em seu modo de interagir a
partir do estabelecimento de novos conceitos, passando a ter cidadania plena.
Enfim, avaliar deve ponderar a metodologia utilizada com o princípio de
que o conhecimento deve ser o foco principal para que ocorram mudanças que
tenham sentido na consciência humana, não pode ser um mero espalhamento de
notícias, deve priorizar a apreensão e ampliar a visão de mundo.
17. Considerações Finais
O modo de fazer ciência tem mudado a concepção de mundo desde os
filósofos Platão e Aristóteles a fim de que o conhecimento produzido seja um elo
entre o saber construído historicamente e a sociedade em geral.
Entender como se processam os meios de pesquisa é fundamental para
compreender todos os aspectos que a envolvem.
A atuação no mundo do conhecimento é tarefa intrínseca onde o sujeito
atua de forma significativa ou não de acordo com a profundidade do que conhece
e daquilo que domina sobre ele.
Fazer ciência não é somente escrever artigos e livros de cunho científico,
mas também atuar na sociedade em seu entorno de modo, a saber, exatamente
como proceder, transformando sua prática cotidiana e assim, também,
transformando a sociedade a sua volta.
Conhecer os procedimentos experimentais e aprofundar a respeito deles
derruba mitos de que a ciência química seja mística e repleta de magias. Que o
estudante de química é louco e assim por diante.
47
Conhecer e estudar esses conceitos com seriedade e usando de
tecnologias que viabilizem esses conhecimentos facilita na queda dessa
mistificação e instrui o estudante a refletir sobre como a ciência se desenvolve e
como a natureza contribui para esse progresso.
Entender como se processam os experimentos para compreender a
natureza da matéria provoca profundas modificações na sociedade. O saber
químico produziu efeitos diversos em diversos setores industriais e farmacêuticos.
As terapias e exames realizados nos dias atuais que utilizam radiação
com aparelhagem moderna, só foram possíveis graças ao desenvolvimento das
pesquisas a respeito da natureza atômica da matéria.
Ainda se faz relevante destacar que não somente na medicina e na
farmacologia se usam tecnologias de ponta com o fim de proporcionar bem estar
social, mas que na educação, nos esportes, na nanotecnologia, na produção de
grãos, na agricultura e em uma infinidade de setores humanos e sociais.
Conhecer sobre radiações implica saber que certas regiões emitem
radiação naturalmente, sem que haja manipulação dos elementos radioativos por
constituírem-se de rochas que são radioativas e em que isso afeta as condições
ambientais e humanas.
Cabe, portanto ao educador trabalhar criteriosamente sobre o impacto
que o uso das tecnologias provoca na vida de cada cidadão e da comunidade em
geral, seja ela o bairro, a cidade, o país ou o mundo onde vivemos.
Logo, o conhecimento é de suma importância para o cotidiano humano,
industrial e econômico não somente de um país, mas também, de todos que de
uma forma ou de outra dividem e atuam no espaço terrestre.
UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA IV
18.0 UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA IV –
18.1 QUÍMICA QUÂNTICA: MODELO ATÔMICOS
18.2 APRESENTAÇÃO
48
A inserção de modelos de softwares na educação de química requer
como resultado a reflexão do indivíduo-aluno sobre seu aprendizado e sua
aplicabilidade futura.
É preciso que a introdução da informática na instrumentalização do
ensino de química tenha conotações de cunho social e educativo com
perspectivas de um aprendizado significativo e também futuro.
Por essa razão é necessário que não se considere o resultado por si
só, mas que à aprendizagem seja dado um sentido autônomo de ética,
conhecimento científico e social.
O estudante precisa perceber que essa ação facilitadora vem de uma
revolução científica provocada principalmente pelas ideias de Albert Einstein e
da Física e Química Quântica, que levou a criação dos microchips utilizados
hoje na indústria da comunicação.
Não se pretende aplicar de forma unicamente instrumental o
conhecimento adquirido, mas provocar no estudante uma ação emancipadora
que o faça refletir sobre quão importante é o saber para se fazer entender e
compreender o seu entorno no mundo cibernético.
No entanto, é preciso clareza de que mesmo com o uso da tecnologia
não se deve deixar de mergulhar profundamente no contexto íntegro e histórico
dos conteúdos científicos que sustentam a base da química a fim de que o
aluno possa ter parâmetros de reflexão e atuação em seu aprendizado.
Como a disciplina requer muitos conhecimentos de base microscópica,
neste trabalho serão utilizados simuladores que ajudem os alunos a
compreenderem melhor visualizando os fenômenos que acontecem nesse
nível.
Os simuladores PhET oferecem gratuitamente simulações (SIMs), de
fenômenos físicos e químicos de forma divertida, interativa e baseadas em
pesquisa. A abordagem com base em pesquisa incorpora descobertas de
pesquisas prévias e testes próprios para habilitar os estudantes a fazerem
conexões entre os fenômenos da vida real e a ciência básica com o objetivo de
despertar a apreciação do mundo científico. (PhET. University of Colorado at
Boulder, 25 out. 2012).
49
Para auxiliar a compreensão e o entendimento dos conceitos dos
fenômenos, as simulações animam e proporcionam visualização das partículas
não visíveis a olho nu.
Há uma série de instrumentos voltados para uma ampla compreensão
do contexto geral fenomenológico e abstrato, estreitando a relação entre
conceito e prática.
Segundo Vincenzi (2008. p.5) a respeito do uso do computador e da
internet na educação,
“O computador e a internet possibilitam a interação do usuário com a
informação detalhada e consegue produzir neste a capacidade de
interagir com o conhecimento de várias formas”. (VINCENZI. p.5. 2008)
A educação deve priorizar diversas modalidades de ensino que
contribuam para a melhoria na aprendizagem do conhecimento produzido.
Morin (apud Axt. p.4.2000) acrescenta que,
“a sociedade somos cada um de nós, uma pequena parte de um todo e o
todo está dentro de cada um e a ciência, a arte, a educação, a
tecnologia, por serem produtos da sociedade influenciam, afetam e são
afetados por ela”. (AXT.
p.4.2000)
De acordo com a fala de Morin, a educação se insere como um dos
modos de modificar o meio de por onde o conhecimento perpassa as barreiras
que impedem o indivíduo de progredir conjuntamente com a sociedade em seu
entorno.
A escola faz o papel de mediadora nas questões que envolvem a
ciência, a arte, a cultura e a tecnologia produzida devem estar inseridas em seu
contexto educacional a fim de produzir indivíduos com consciência crítica e
capaz de fazer análise sobre o seu meio.
18.3 Teoria Quântica dos Modelos Atômicos
18.4 Teoria Quântica de Einstein Sobre o Efeito Fotoelétrico
50
Em 1905, Albert Einstein colocou em questão a teoria clássica da luz e
propôs uma nova teoria citando o efeito fotoelétrico como uma aplicação que
poderia testar qual teoria estava correta a respeito dos modelos atômicos
propostos. (EISBERG e RESNICHK. p.54. 1979).
Planck acreditava que a energia eletromagnética, uma vez irradiada, se
espalhava pelo espaço da mesma forma que ondas de água se espalham na
água.
Einstein propôs que a energia radiante está quantizada em pacotes
concentrados, o que mais tarde vieram a ser chamados de fótons.
Pares de elétron-pósitron4 são produzidos na natureza por fótons de
raios cósmicos e em laboratório por fótons obtidos em aceleradores de
partículas.
Um acelerador de partículas é um aparelho que é usado para gerar
energia a feixes de partículas eletricamente carregadas e são utilizados
também em aparelhos de televisão, radioterapias contra o câncer, raios-X,
radiografias, polimerização do plástico e inúmeros eventos da vida cotidiana.
(MEGA ARTIGOS. 25 out. 2012. Não paginado).
Figura Acelerador de Partículas
Fonte: Portugues Alphimedia
Este acelerador produz feixes de átomos, elétrons, moléculas ou algumas
partículas mais exóticas como antiprótons, pósitrons ou mésons, com velocidades
4
O pósitron é um elétron com carga elétrica positiva.
51
altas que chegam próximas à velocidade da luz. As partículas sofrem ação de
forças eletromagnéticas com arranjos que diferem muito entre os diversos tipos
de aceleradores. (RIBEIRO. Outubro. 2011)
A razão para o uso desses aceleradores é o conhecimento das aplicações
da composição química de objetos sólidos como tecnológicas, médicas e
microeletrônica com uso na Medicina Nuclear para produção de radioisótopos
usados em terapias e/ou diagnósticos, para produzir raios-X ou irradiação de
tumores com elétrons ultrarrápidos. (RIBEIRO. Outubro. 2011)
18.5 Dualidade Onda-Partícula (Louis de Broglie)
A partir dos descritos anteriormente por Einstein sobre o fóton, Louis de
Broglie rearranjou a equação para calcular o comprimento de onde de partículas
em movimento, em 1924. (MAHAN e MEYERS. p.279.1996).
Ele observou que quanto maior a massa e a velocidade da partícula,
menor é o comprimento de onda, e a difratação da superfície de um cristal ao ser
atingido por um feixe de elétrons. (MAHAN e MEYERS. p.279.1996).
A generalização de suas ideias gerou uma teoria mecânica-quântica
consistente. (MAHAN e MEYERS. p.280.1996).
Chegou-se a conclusão de que fótons e elétrons possuem natureza dual,
isto é, em alguns experimentos eles se comportam como partículas e em outros
como ondas, por isso esse fenômeno foi denominado dualidade onda-partícula.
18.6
O Princípio da Incerteza de Heisenberg
Partindo do pressuposto de que é muito difícil encontrar a posição de um
elétron com precisão Werner Heisenberg propôs o princípio da incerteza que
estabelece um limite de precisão com que a posição e o momento de uma
partícula podem ser determinados simultaneamente.
Esses pressupostos determinam de forma exata e simultânea a posição e
o momento como requisito para descrever a trajetória de uma partícula. (MAHAN
e MEYERS. p.280.1996).
52
Os cientistas do século XX refizeram sua descrição da matéria para levar
em consideração a dualidade onda-partícula.
Nesse aspecto, destaca-se a figura de Erwin Schrõdinger, cientista
austríaco que considerou que se as partículas possuem propriedades de onda,
não se deve esperar seu comportamento como objetos pontuais que se movem
por trajetórias precisas. (ATKINS e JONES. p.143.2001).
Schrõdinger então substituiu a trajetória precisa da partícula por uma
função de onda que diz qual a probabilidade dessa partícula ser encontrada em
uma posição particular em uma determinada região do espaço.
Conclui-se nesse período que a energia da partícula é quantizada, o que
significou dizer que ela é restrita a uma série de valores discretos chamados
níveis de energia. (ATKINS e JONES. p.145.2001).
A evidência da quantização da energia veio com estudos dos espectros
atômicos.
Quando uma corrente elétrica é passada através de uma amostra de gás
hidrogênio (H2), a baixa pressão, a amostra emite luz.
A corrente elétrica é parecida com uma tempestade de elétrons que
quebra as moléculas e excita os átomos de hidrogênio para altas energias.
Estes átomos excitados descarregam seu excesso de energia emitindo
radiação eletromagnética. Quando a luz atravessa um prisma, verifica-se que a
radiação consiste em um número de componentes, ou linhas espectrais. (ATKINS
e JONES. p.146.2001).
Cada linha espectral vem de uma transição específica. Desse modo,
estudos mais aprofundados chegaram a concluir os níveis de energia de um
elétron. (ATKINS e JONES. p.148.2001).
Estes níveis são denominados de:
- n: primeiro número quântico principal representado por números inteiros que
especifica a energia do orbital, que indica o tamanho do orbital.
- l: segundo número quântico de momentum angular do orbital que pode
apresentar valores que vão de 0, 1, 2,3... n-1 e indica a forma do orbital.
- m: terceiro número quântico magnético que denomina os orbitais em uma
subcamada de número quântico e varia de 0,1,2 e 3 e correspondem
respectivamente aos orbitais s,p,d e f e representam a direção do orbital.
53
- s: é o Spin magnético que indica a direção do Spin no orbital e sugere pelos
estudos de Samuel Goudsmit e George Uhlenbeck, em 1925, que um elétron se
comportava em alguns aspectos com uma pequena esfera rodopiante, algo
parecido com um planeta girando em torno de seu próprio eixo.
De acordo com a mecânica quântica um elétron tem dois estados de spin
representados por setas
(posição para cima) e
(posição para baixo), ou pelas
letras gregas α (alfa) e β (beta).
Imagina-se assim um elétron girando no sentido anti-horário a uma certa
velocidade seu estado seria representado com a seta para cima ou para baixo, no
sentido horário. Este número quântico possui apenas dois valores + ½ ou - ½
caso a seta seja representada respectivamente para cima e para baixo. (ATKINS
e JONES. p.153.2001).
18.7
O Modelo da Mecânica Quântica
O modelo de átomo dado pela mecânica quântica é o mais moderno e
complexo, pois se baseia na forma matemática da estrutura atômica.
A teoria quântica afirma que a matéria tem propriedades associadas com
ondas, razão pela qual o modelo de átomo foi baseado nesta teoria.
O chamado Princípio da Incerteza determina que o elétron não possui
posição exata na eletrosfera, nem velocidade e direção definidas.
Os orbitais são os possíveis espaços ocupados pelos elétrons, isto é, há
grande probabilidade de encontra-los nas nuvens eletrônicas representadas em
vermelho na figura a seguir:
Figura: Modelo Atômico Mecânica Quântica
54
Fonte: Sergio Meier
Os números quânticos são usados para demonstrar a posição dos
elétrons nos orbitais.
Esse conceito novo da física é chamado de mecânica quântica ou
mecânica ondulatória. A mecânica clássica ou newtoniana é baseada nas leis do
movimento de Newton.
Bohr já havia concluído que a mecânica clássica é inadequada para
prever o comportamento de pequenas partículas como átomos, moléculas,
elétrons, núcleos. A mecânica quântica com suas relações matemáticas explica
essas partículas menores e seu comportamento deixando que a clássica explique
objetos de tamanhos maiores.
Os efeitos quânticos incluem a quantização da energia. Planck e Einstein
demonstraram que a energia é acondicionada em pequenos feixes, corpúsculos
ou quanta. (RUSSEL. p.141. 1929).
O nome fótons é dado a um quantum de energia eletromagnética. Outro
efeito quântico é que as partículas podem exibir propriedades de ondas. Desse
modo, propriedades como comprimento de onda e frequência podem ser
utilizadas para descrever partículas como elétrons, átomos, pulgas ou elefantes.
(RUSSEL. p.141. 1981).
A mecânica quântica é extremamente probabilística e baseia seu modelo
a partir das propostas de Schrõdinger que resolvendo a equação para átomos
com mais de um elétron evoluiu para um processo muito complexo matemático
que requer estimativa.
Em átomos multieletrônicos há um novo fator que se caracteriza pela
repulsão mútua entre os elétrons.
A repulsão entre elétrons significa que estes em um átomo multieletrônico
tentam ficar longe uns dos outros e seus movimentos são entrelaçados.
Do modelo quântico interessa a compreensão da transição dos elétrons
de um nível quântico para outro. Dos modelos propostos surgiu a ideia de que se
pode fazer uma representação dos níveis energéticos imaginando-se que os
elétrons circulam em volta do núcleo. Essa representação não corresponde à
55
realidade, porém, a representação em forma de órbitas permite melhor
compreensão do fenômeno da espectroscopia.
Átomos
de
diferentes
elementos
químicos
emitem
diferentes
luminosidades porque seus elétrons ocupam diferentes níveis de energia, isto é,
os saltos quânticos que realizam são diferentes. (QUÍMICA & SOCIEDADE. p.
157. 2006).
18.8 O Modelo Atômico de Sommerfeld
O cientista Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld, em 1915, estudando
espectros de emissão de átomos mais complexos que o hidrogênio, admitiu que
para cada camada eletrônica(n), havia uma órbita circular e (n-1) órbitas elípticas
de diferentes excentricidades. (REIS. p.21.1993).
A energia mecânica do elétron seria determinada pela distância a que o
elétron se encontra do núcleo (energia potencial) e pelo tipo de órbita que
descreve (energia cinética). (REIS. p.21.1993).
19. Atividades Unidade IV – Teoria Quântica dos Modelos Atômicos
1. Assistir ao videoclipe Modelos Atômicos e observar as diferenças entre eles,
anotar e discutir em um seminário com o grupo.
2. Discutir em grupo sobre as propostas de Albert Einstein sobre a dualidade
onda-partícula.
3. Assistir ao videoclipe A Idia do Quantum Efeito Fotoelétrico e realizar em forma
de seminário discussões acerca da dualidade onda-partícula e relatar suas
observações.
4. Usando a SIM Modelos de Átomos de Hidrogênio observe todos os modelos
propostos e observe cada aspecto dos átomos e sua evolução.
5. Faça observações dos níveis de energia propostos a partir do Modelo Atômico
de Bohr usando como parâmetro os comprimentos de onda e seu
comportamento no espectrômetro na SIM Modelos de Átomos de Hidrogênio.
56
6. Descreva como é o Modelo da Mecânica Quântica e suas contribuições para a
ciência moderna.
7. Assista ao videoclipe Pontociência: Observando Espectros Descontínuos e
compare com suas observações na SIM Modelos de Átomos de Hidrogênio e
relate esses fatores acerca das diferenças nas cores dos espectros dos
diversos comprimentos de onda dos diferentes átomos que ali aparecem.
8. Experimento laboratorial para entender melhor a emissão de espectros dos
átomos.
- Materiais: cloreto de sódio, cloreto de potássio, cloreto de ferro, cloreto de
bário, cloreto de cobre, cloreto de cálcio e cloreto de estrôncio, bico de
Bunsen, fio de platina ou de níquel-cromo.
- Procedimento: Acender a chama do bico de Bunsen, dobrar o fio de platina
de modo que seja possível pegar um pouco de cristais dos sais utilizados para
leva-los à chama.
Pegar um pouco de cloreto de estrôncio com o fio de platina ou níquel-cromo
e leva-lo à chama do bico de Bunsen. Observar a cor e anotar. Realizar
novamente com os outros cloretos tomando o cuidado de usar o cloreto de
sódio por último porque este contamina a chama.
9. Analise e relate criteriosamente sobre seu aprendizado a respeito da nova
proposta de átomo da mecânica quântica, suas implicações na ciência e em
que contribuiu o uso do software educacional SIM Modelos de Átomos de
Hidrogênio, para o seu aprendizado a respeito dos assuntos discutidos.
20. Encaminhamentos Metodológicos
Os temas abordados nesta unidade didática reportam a conhecimentos de
exaustiva pesquisa sobre como a produção científica procede de forma a
comprovar fatos observados no mundo microscópico.
Entender os fenômenos quânticos da matéria não é tarefa muito fácil, por
isso a condução e o entendimento desses fatos devem ser criteriosamente
estudados e confrontados com as pesquisas realizadas.
As sugestões de videoclipes compõem uma série de observações acerca
de como se dá o comportamento das partículas elétricas e o quanto é
57
fundamental o entendimento sobre elas para a compreensão do modelo atômico
proposto pela mecânica quântica.
Vale ressaltar que esses estudos serão de cunho básico para o aluno de
ensino médio porque sua profundidade só será possível em estudos de nível
universitário e específico.
Cabe ao professor utilizar metodologias que insiram o aluno no
conhecimento da nanotecnologia, porém, de forma que produza o discernimento
na proposta dos modelos atômicos para compreensão de sua evolução e do como
se deu as proposições destes.
Para melhor compreensão da dimensão do modelo atômico e suas
utilizações aplicáveis nesta unidade serão utilizados vídeos para demonstração do
comportamento das partículas na forma de onda-partícula e a SIM Modelos de
Átomo de Hidrogênio com a qual o trabalho de observação dos espectros facilita a
abrangência do novo modelo e permite ainda, a comparação entre os modelos
atômicos que estão inseridos nela desde Dalton até Schrõdinger.
Esta SIM, Modelos do átomo de Hidrogênio apresenta simulações de
experimentos com vários modelos de tiroteio de luzes no átomo com
apresentação dos resultados verificados experimentalmente. Explica a relação
entre a imagem física das órbitas no diagrama de nível de energia de um elétron.
Oferece possibilidade de construção de modelos atômicos.
Figura Models of the Hydrogen Atom
Fonte: University of Colorado
58
A aplicabilidade desse modelo facilitou a vida de milhões de pessoas que
dependem da medicina aplicada para salvar suas vidas e melhorar a qualidade
delas.
A nanotecnologia estuda basicamente o universo das pequenas partículas
e como isso desenvolve a tecnologia e seu impacto no mundo econômico e no
desenvolvimento das mídias tecnológicas.
O experimento proposto usando os sais dos cloretos permite ao aluno
visualizar os diferentes espectros dos diferentes elementos e compreender melhor
os fenômenos quânticos, pois o átomo ao ser excitado absorve energia e seus
elétrons passam de um nível energético menor para um maior. Ao retornarem
emitem radiação no espectro visível colorido com diferentes comprimentos de
onda.
21. Avaliação
“No processo educativo, a avaliação deve se fazer presente, tanto como
meio de diagnóstico do processo ensino-aprendizagem quanto como
instrumento de investigação da prática pedagógica. Assim a avaliação
assume uma dimensão formadora, uma vez que, o fim desse processo é
a aprendizagem, ou a verificação dela, mas também permitir que haja
uma reflexão sobre a ação da prática pedagógica.” (PARANÁ. p.31.
2008).
Considerando o exposto em Paraná (2008), a avaliação deve estar
atrelada ao processo de aprendizagem sucessor da prática pedagógica do ato de
ensinar. Logo, o ato de ensinar necessita estar atrelado a objetivos claros e que
busquem o modo de repensar o ensino de modo a construir no aluno maneiras
que viabilizem a mudança de seu modo de expressão e suas atitudes frente ao
conhecimento de forma ordenada.
Avaliar é poder perceber que há possibilidades de se observar e prever o
quanto a experimentação dos conhecimentos acerca de tudo que nos cerca é
passivo de transformações que muitas vezes são vitais aos processos que
constituem as verdades e inverdades do saber.
59
É preciso estabelecer metas para poder avaliar com precisão as
percepções do mundo do conhecimento e da história que serve de base para a
interferência na sociedade bem informada e atuante.
O
desenvolvimento
cognitivo
acontece
quando
se
estimula
a
argumentação, a análise de dados, a interpretação das hipóteses e a crítica que
constrói mundos e derruba barreiras.
A avaliação deve proporcionar o estabelecimento de uma dimensão na
qual os envolvidos no processo de ensino e aprendizagem apontem para a prática
educativa de modo significativo e que tenha respaldo no conhecimento adquirido
e produza novas metodologias a fim de sanar os pontos obscuros.
Portanto, avaliar é (re) significar o conhecimento de tal forma que produza
transformações futuras com aplicações no presente e sempre resgatando o
passado.
22. Considerações Finais
A maneira de se perceber o mundo que nos cerca é o resultado da forma
como o aprendemos e apreendemos a natureza.
Para podermos compreender os fenômenos que nos rodeiam é preciso
conhecer e estudar sobre eles e sobre o que os causa.
“O sucesso das nações no século XXI dependerá da habilidade de
competição em mercados globais. Isso está subordinado à capacidade
de produzir e vender produtos de alta qualidade e de custo aceitável
para todos os mercados, o que define aquilo que está sendo chamado
de competitividade econômica.” (VANIN. p. 110.2008).
Neste processo de produção com economia entra o universo da pesquisa
química com aperfeiçoamento de projetos para desenvolver materiais de
qualidade e baixo custo.
Nesse universo se insere o ser humano em constantes transformações e
busca de aprimoramento de suas técnicas de significar tudo que o cerca,
instigado pelo ato sublime de conhecer.
60
O conhecimento foi fundamental para que o homem primitivo pudesse sair
das cavernas e produzir um mundo no qual ele e seus familiares conseguissem
viver com mais conforto.
O homem moderno tem ânsia de conhecer e aplicar seus conhecimentos
com o objetivo de melhorar o meio em que vive.
O desenvolvimento de novas técnicas propicia o aprimoramento de novos
modelos que possam chegar o mais próximo possível do real.
É no desequilíbrio entre o conhecido e o incerto que o ser humano busca
constantemente a mediação para que os novos conhecimentos se estabeleçam e
proporcionem um mundo mais moderno e mais confortável.
Foi na observação da beleza e dos mistérios que cercam a natureza que
o homem começou a buscar meios de reproduzir os materiais que ela fornece e
assim, passou a transformar as técnicas que produzem hoje o cotidiano das
pessoas, que incorpora valores e preceitos morais e éticos na constituição do
conhecimento e da produção na economia e na política de um país e deste com o
mundo.
UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA V
23.0 UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA V - SOLUÇÕES
23.1 APRESENTAÇÃO
Os caminhos da educação tem suas origens na Filosofia grega com o
filósofo Sócrates. Tendo suas ideias de educação social, política e religiosa
seguidas por seu fiel discípulo Platão cujo ideário é voltado para o homem
transcendente, isto é, o conhecimento vem do divino. Nessa época surge também
à figura de Aristóteles cujas ideias centram-se no conhecimento a partir da
experiência prática, logo, o homem aprende experimentando sensações e
visualizando o objeto de estudo. Parte do princípio de que a experiência deve ser
a base de tudo.
61
Historicamente, a educação é o fator de promoção de todo e qualquer
individuo dentro das diversidades sociais e constitui-se, por isso, no ato mais
sublime na vida de um ser humano. Assim ,segundo Vieira Pinto (2001),
“educação é no sentido mais amplo da palavra o que diz respeito à
existência humana em toda a sua duração e em todos os seus aspectos
e ainda que é a transmissão de alguma coisa que alguém já possui para
outra pessoa que ainda não tem, isto é, o encontro de consciências com
formação cultural diferentes e em patamares diferentes”. (VIEIRA
PINTO, 2001).
O aprendizado da Química e as dificuldades que a compreensão desta
apresenta, pois se baseia principalmente na memorização de conceitos abstratos
e sem ligação entre eles o ensino de química é bastante complexo na arguição de
seus conceitos, pois devido sua complexidade e implicações conceituais e
relacionais, muitas vezes confuso. À aprendizagem faltam eixos de ligação que
podem ser unidos pelos laços da informatização dessa área.
A revolução tecnológica advinda do uso do computador e da Internet tem
propiciado à comunidade escolar uma transcendência com relação às antigas
pedagogias tradicionais e liberais. Tais recursos disponíveis na mídia eletrônica
facilitam o uso de softwares educacionais de fácil manipulação e aceitação pelo
aluno no desenvolvimento da compreensão da química em seu contexto geral e
coloca a instituição de ensino frente a dispositivos tecnológicos atuais que
provocam mudanças de opinião e também de ação pedagógica frente a estes.
Quando se fala de informatização, então, os conceitos se alargam de tal
forma que nem mesmo o pensamento mais rápido, consegue alcançar com
tamanha precisão as informações processadas com base na informática.
Ao falar em educação tecnológica ou digital, cresce sua importância frente
às implicações sociais, políticas, econômicas e culturais a que está ligada.
Informatizar a educação significa desmistificar toda a informação a
respeito do que se prega sobre o mito do computador, de que ele substituirá os
educadores em sala de aula. Parece um estigma quando se trata de inserir novas
tecnologias e estratégias para a melhoria na qualidade de ensino, como se estas
se constituíssem em obstáculos ao aprendizado.
Em Vincenzi (2009) observa-se a importância do uso da tecnologia da
informática e da internet concomitantes na aprendizagem escolar:
62
“A internet propicia maior possibilidade de interação do aluno com o
conhecimento e apropriação de conceitos pois desperta a curiosidade e
as expectativas que vão surgindo estão relacionadas aos conceitos de
familiaridade e interesse pela exploração do ambiente para se dar o
processo de apreensão do conhecimento”. (VINCENZI, p. 5, 2009).
Quando se trata de informática e química, os destaques às diversidades a
que estão ligadas ficam ainda mais complexas, e isto faz com que a reflexão
acerca desses dois conceitos se acirre ainda mais, principalmente diante de sua
importância para a sociedade.
As diversas formas de informação digital possuem metodologias
específicas para serem utilizadas como ferramentas no auxilio do processo de
ensinar e aprender, já que, essas duas ações possuem papéis diferenciados e,
para tanto, é preciso observar fatores como objetivos e metas para trabalhar com
tais informações.
O uso do software PhET se constitui de uma série de simulações sobre
os conteúdos básicos e avançados da área de química.
A escolha desse
programa deu-se em virtude de o mesmo ser um software livre que possibilita ser
modificado e/ou copiado, bem como atualizado dentro das normas estabelecidas
por seus desenvolvedores.
Outro aspecto a ser destacado e também o mais importante é o fato de
os alunos possuírem muita dificuldade no aprendizado dos conceitos e das interrelações que existem nessa área.
A falta de compreensão dos conceitos gerais da química e sua relação
com o meio se dá por diversos canais sendo que um dos mais importantes se
apresenta na forma como o conteúdo é exposto e da falta de generalização
ocorrida pelo fato de que em uma demonstração experimental não se consegue
mostrar a intimidade de uma reação e como ela está sendo processada no nível
microscópico, ficando assim, a abstração exclusivamente do meio macroscópico,
o que dificulta sua internalização e compreensão do contexto total.
63
Essa metodologia visa expor os alunos a um meio tecnológico onde se
processam todas as perspectivas de uma reação por meio de simuladores
midiáticos onde há interação total entre o programa, conceitos, visualização,
manipulação de dados e conferência dos mesmos com o objetivo geral de
promoção da educação com qualidade e eficiência para obter resultados mais
afinados com a aprendizagem da química em seu contexto geral e suas
aplicações e utilizações nas diversas áreas afins.
24.0 Unidade Didática V – Soluções
Conceitos como misturas, substâncias, substâncias simples e compostas,
soluções misturam-se na cabeça do aluno como um emaranhado de explicações
desconexas e complexas.
Então, o que é uma solução? Para que serve? Como separar um conceito
de outro?
Solução é uma mistura de dois ou mais componentes diferentes que
podem ser homogêneas e, ainda, sólidas ou líquidas.
A solução de uma mistura homogênea normalmente apresenta-se como
uma única fase, isto é, quem olha consegue ver somente um único composto,
mesmo que ali se encontre dois ou mais componentes misturados.
Um exemplo clássico de mistura homogênea é a mistura de água, açúcar
e suco de laranja ou limão. Ao se observar essa solução pode-se dizer que ali tem
somente suco de laranja ou limão. Quimicamente, no entanto, ao se fazer uma
análise mais completa, percebe-se que se trata da mistura de três elementos com
características diferentes, porém, dissolvidos em um determinado solvente.
Muitas vezes a dimensão das partículas envolvidas em uma solução são
tão pequenas que nem mesmo um microscópio de alta precisão é capaz de
identificar as fases. Neste caso é preciso o emprego de propriedades físicas como
ponto de fusão e ebulição para identificar os diferentes componentes de uma
mistura.
64
A temperatura de mudança de fase de uma solução é diferente daquela
de cada componente. Assim, cada substância que compõe uma mistura possui
sua própria temperatura de fusão que é sua característica.
Quando uma substância se funde dentro de um intervalo de tempo indica
que ela não é pura, é uma mistura ou solução. (ATIKINS e JONES. p. 98. 2001).
O componente que se encontra em maior quantidade em uma solução é
denominado solvente e o que se encontra em menor quantidade é denominado
de soluto. As soluções se diferenciam inicialmente quanto a dois fatores
principais: fase de agregação e condutibilidade elétrica.
As soluções podem ser encontradas em qualquer fase de agregação seja
ela sólida, líquida ou gasosa.
Figura Solução – Mistura Homogênea
Fonte Google Imagens
Quanto à condutibilidade elétrica apenas moléculas como partículas
dispersas não conduzem corrente elétrica, pois as moléculas são eletricamente
neutras. Essas soluções são chamadas de moleculares ou não eletrolíticas. As
soluções que apresentam íons como partículas dispersas conduzem corrente
elétrica, porque seus íons são carregados eletricamente e são chamadas de
iônicas ou eletrolíticas. (REIS. p.385. 1993).
Figura Solução Eletrolítica
65
Fonte Google Imagens
Na figura acima se observa como se pode detectar se uma solução é
eletrolítica ou não testando sua condutibilidade elétrica.
Estes aparatos podem ser largamente utilizados para se ter a ideia de
como funcionam os diversos tipos de soluções que encontramos na natureza.
Existem algumas substâncias que não são iônicas mas que em presença
de água sofrem dissociação iônica e, por isso, também conduzem corrente
elétrica. É o caso dos ácidos e das bases que normalmente são formadas por
moléculas.
24.1 Propriedades Gerais das soluções
As propriedades de uma mistura são uma combinação das propriedades
individuais de seus componentes. Um exemplo é a mistura de sal e água em que
as propriedades de ambos, do sal e da água. As referidas propriedades são ponto
de fusão, ponto de ebulição, ponto de condensação característica a cada partícula
individual.
Podemos encontrar soluções sólidas na natureza como é o caso das
rochas que contém minerais incrustados de pequenas dimensões só vistas em
caso de fusão do material ou ainda o vidro, outro tipo de solução sólida que é a
mistura de sílica, alumínio, sódio, cálcio, magnésio e potássio.
Logo, compreender a composição química dos materiais esteja eles nos
estados sólidos, líquidos ou gasosos é importante para prever o comportamento
destes e sua utilização.
Outra mistura bastante comum e que não se observa com especificidade
é o ar que respiramos. Ele é composto de uma mistura de gás oxigênio,
66
nitrogênio, hidrogênio, gás carbônico, água em estado de vapor e muitos outros.
Não conseguimos enxergar porque é uma mistura homogênea.
24.2 Tipos de Soluções
24.3 Soluções Líquidas
São aquelas que possuem arranjo molecular típico de um líquido puro
onde as partículas encontradas estão dispostas próximas umas das outras
apresentando certa ordem. Difere de um líquido puro porque é composta de
diferentes partículas. (RUSSEL. p.504.1994)
24.5 Soluções Gasosas
Uma solução gasosa é aquela em que os gases misturam-se
uniformemente uns com os outros em qualquer proporção. As moléculas estão
distantes umas das outras, porém em movimento muito rápido e caótico e colidem
frequentemente entre si e com as paredes do recipiente.
A diferença entre uma solução gasosa e um gás puro é que em uma
solução as moléculas não são todas iguais. O ar, é uma solução gasosa com a
qual estamos em maior contato é composto primariamente de O 2 (oxigênio a 78%
em volume), N2 (nitrogênio a 21% em volume), e Ar (1%), e pequenas
concentrações de CO2 (gás carbônico), H2O (água), Ne (neônio), He (hélio) e
dúzias de outras substâncias em níveis mais baixos. (RUSSEL. p.503.1994)
24.6 Soluções Sólidas
Existem dois tipos de soluções sólidas: a substituinte e a intersticial. A
solução substituinte exibe uma estrutura cristalina que tem regularidade estrutural,
na qual a estrutura foi feita ao acaso ou pela existência de partículas diferentes
ocupando os pontos do retículo.
A solução intersticial, átomos diferentes, íons ou moléculas ocupam os
vértices e fissuras ou interstícios, no retículo hospedeiro. Um exemplo é a
67
austenita, na qual átomos de carbono ocupam alguns dos interstícios em um
arranjo cúbico de face centrada de átomos de ferro. (RUSSEL. p.504-505.1994)
25. Atividades Unidade V – Soluções
1. Após ter estudado sobre os conceitos de soluções e misturas, em grupo,
prepare uma solução homogênea utilizando água, sal, açúcar, hidróxido de
sódio e ácido clorídrico. Prepare cada uma das porções separadamente:
água e sal; água e açúcar, água e hidróxido de sódio, água e ácido
clorídrico. Observe e anote.
2. Ainda levando em questão as soluções preparadas no exercício 1 (um),
utilize o indicador de condução de corrente elétrica e teste cada uma delas.
Observe o que acontece e anote.
3. De posse de suas anotações utilize o software PhET acid-base-solutions e
refaça os testes que o simulador oferece e anote o que acontece com
cada uma das soluções presentes nele.
4. Realize novamente o experimento acima utilizando o software PhET
suga_and_salt solutions e anote os fenômenos que ocorrem, testando os
níveis macro, micro e água.
5. Após terem realizado os experimentos e utilizado os simuladores PhET,
realizem um seminário sobre o tópico soluções caracterizando cada etapa.
6. Descreva como essa metodologia melhorou seus conceitos sobre
soluções, condutividade elétrica e o uso do software.
26. Encaminhamentos Metodológicos
As soluções existem na natureza sob diversos aspectos e muitas vezes
não são reconhecidas como tais. Por isso, os conceitos abordados relacionados a
esse tema devem ser minuciosamente esclarecidos por conta da grande
68
quantidade de definições existentes e errôneas. Nem toda mistura é uma solução
e isso precisa ficar bem claro nas explicações dos conceitos.
Utilizar experimentos práticos e simulações precisam estar atreladas aos
conceitos previamente estudados e feitos sob diferentes modos de se conhecer
sobre soluções e solutos, condutibilidade elétrica, íons, moléculas, associações
de substâncias moleculares e iônicas, ionização e dissociação de íons.
A aprendizagem deve estar enlaçada com o ensino de forma que o
objetivo desta seja atingido. Por isso o uso concomitante de conceitos,
abordagens através de discussões, demonstrações e tecnologias de ponta são a
base de um ensino de qualidade.
O simulador Sugar and Salt Solutions é uma simulação na qual se
observam os conceitos de concentração e condutividade dos compostos iônicos e
moleculares com evaporação da água para se observar esses fenômenos.
O estudante através da observação dos níveis macroscópicos e
microscópicos pode identificar se um composto é açúcar ou sal.
Através das ligações dos compostos pode-se identificar se há ligações
iônicas ou moleculares.
Figura Sugar and Salt Solution
Fonte: University of Colorado
O simulador Acid-Base Solutions é uma SIM que demonstra as diferenças
reativas entre ácidos e bases fortes e fracos e possibilita medir o pH com papel ou
sonda mergulhados na solução, ou ainda, colocar os eletrodos para medir a
69
condutividade.
Apresenta a dissociação dos ácidos e das bases em água com maior ou
menor grau de concentração.
Descreve ferramentas comuns como o medidor de pH, condutividade, pH
papel ajudando na identificação de uma solução de ácido ou base, forte ou fraca,
concentrada ou diluída.
Figura Solução Ácido-Base
Fonte: University of Colorado
Programas
STIs
(Sistemas
Tutoriais
Inteligentes)
tem
propósitos
educacionais e incorporam técnicas de inteligência artificial utilizando-se da
tecnologia dos sistemas especialistas e derivam de programas CAI e oferecem
vantagens sobre estes porque podem simular o processo do pensamento humano
dentro de um determinado domínio para auxiliar em estratégias nas soluções de
problemas ou nas tomadas de decisões (FOWLER apud COSTA, 1991)
Nas diretrizes curriculares, em virtude de seu caráter de formação de
cidadãos críticos e capazes de apropriar-se dos conhecimentos químicos com o
fim de refletir sobre eles e sua ação na vida cotidiana há uma abertura para que o
uso da tecnologia computacional seja inserido no contexto escolar como meio
facilitador da aprendizagem e subsídio para a apropriação devida do
conhecimento desta área. (PARANÁ, 2008).
Após essas considerações é preciso ressaltar que o seminário será o
ponto chave onde o professor e os alunos irão interagir com os conceitos
70
adquiridos e com o manuseio da tecnologia para que produza mudança no modo
como se apreende os conteúdos e os fenômenos relacionados.
O debate entre todos favorece a troca de ideias e proposições levantadas
durante o processo de conceituação e amarra pontas soltas de modo que produz
novos conceitos acerca do conhecimento produzido e (re) elaborado.
27. Avaliação
A avaliação deve priorizar todo o contexto envolvido no processo onde a
troca de informações e experiências promovem a aprendizagem e (re) significa
alguns conceitos difíceis de serem compreendidos.
Avaliar consiste no ato de verificar se os métodos utilizados tiveram o
efeito desejado e se os objetivos do ensino foram alcançados a fim de dar
prosseguimento ao já estudado aprofundando esses conhecimentos e introduzir
novos conhecimentos com o objetivo de melhorar a compreensão do que já foi
aprendido.
A sociedade atual requer conhecimentos e domínio de algumas funções
específicas para o desempenho de atividades financeiras, sociais, e também,
escolares. Portanto, é necessário que valores da ciência sejam resgatados dentro
da escola e que a formação de um cidadão conhecedor de seus direitos seja visto
como necessário para uma real mudança nos paradigmas sociais, educacionais e
culturais, excluindo limitações e derrubando preconceitos.
Nesse contexto avaliar é indicar caminhos e buscar melhorias para fins
futuros e importantes na vida pessoal e social do indivíduo. Deve ser integradora
das práticas educacionais a fim de interação e compreensão do conhecimento
produzido.
28. Considerações Finais
A sociedade atual requer conhecimentos de informática e domínio de
algumas funções específicas para o desempenho de atividades financeiras,
sociais, e também, escolares. Portanto, é necessário que valores da ciência sejam
71
resgatados dentro da escola e que a formação de um cidadão conhecedor de
seus direitos seja visto como necessário para uma real mudança nos paradigmas
sociais, educacionais e culturais, excluindo limitações e derrubando preconceitos.
Logo, o uso de tecnologias computacionais pode ter seu espaço no
cotidiano escolar em todos os níveis de ensino e sob diversas formas de
abordagens nas mais variadas disciplinas curriculares como apoio pedagógico
para o ensino e melhoria da qualidade do aprendizado.
A importância do uso dessas tecnologias nas escolas pode ser fator
relevante para diminuir a defasagem frente ao conhecimento que as instituições
de ensino público enfrentam. A busca constante de novas metodologias precisa
estabelecer um programa digital no qual desde a infância até a adolescência o
discente possa ter desenvolvido o potencial da pesquisa em busca do
conhecimento com o fim de aprimorá-lo e transformá-lo.
A temática sobre a tecnologia computacional e sua relação com o
aprendizado
em sala de aula busca indicar caminhos para a inclusão de tecnologias
inovadoras dentro da escola que influencie o meio social do individuo e oportunize
acesso e domínio dos contextos tecnológicos disponíveis na sociedade.
Deve-se observar que as aulas de química ministradas nos laboratórios e
nas salas de aula não conseguem proporcionar aos estudantes a completa
compreensão do todo que envolve uma determinada transformação química e/ou
física, nem tampouco sua visualização em nível molecular. Os livros didáticos
trazem ilustrações e representações estáticas das moléculas e suas ligações sem
possibilidade de manipulação dos elementos. Conceitos de átomos, elementos,
moléculas, ligações químicas e reações químicas são dispostos de tal forma que
a visualização de todos os dados envolvidos em uma reação química torna-se
inviável.
Nas
experiências
laboratoriais
os
estudantes
percebem
os
acontecimentos de uma reação através de odores, velocidade de uma reação
química e mudanças de cores. Não há, portanto a possibilidade de visualização
de todos os elementos químicos envolvidos, nem dos átomos participantes
tornando o aprendizado fragmentado em seu contexto total e a compreensão dos
72
fenômenos físicos e químicos envolvidos no processo, doravante, fica
prejudicados.
Partindo desses pressupostos, busca-se a utilização de recursos
tecnológicos
como
simuladores
e
softwares
educacionais
que
ofertam
possibilidades de interação audiovisual como textos, gráficos, fotos, vídeos,
animações, jogos, entre outros, que possam potencializar a compreensão dos
fenômenos químicos estudados. Esses meios tecnológicos permitem que o
estudante possa manipular dados, gráficos e visualizar todos os compostos
envolvidos durante o processo das transformações químicas, bem como modificar
suas estruturas e observar em âmbito molecular o que de fato ocorre.
Logo, inserir programas de animação que possibilite aos estudantes
interagir com os meios tecnológicos disponíveis na escola, pode servir para
melhorar sua compreensão dos fenômenos químicos e todo o contexto que os
envolve com o objetivo de despertar maior interesse pela química como também
maior preocupação com o meio, embasada na teoria da aprendizagem de
Vygotsky que denota que a aprendizagem se dá na interação entre o sujeito e o
meio social e interacional em que vive. (Vygotsky, 2002, p.3)
Desse modo as tecnologias disponíveis atualmente devem proporcionar
as pessoas bem estar social e não entraves cotidianos. Por isso, seu manuseio,
estudo, prática devem servir a um propósito maior que é o de obter
conhecimentos, modificá-los e interagir com os mesmos. Assim, é preciso dialogar
com a tecnologia de forma ampla e interativa para que a mesma possa servir de
apoio à base do conhecimento.
UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA VI
29. UNIDADE DIDÁTICA DE QUÍMICA VI –
29.1 CONCENTRAÇÃO DAS SOLUÇÕES
29.2. APRESENTAÇÃO
73
O objetivo de aplicar novos métodos no ensino é o de aprimorar os
conhecimentos humanos e melhorar a qualidade do ensino e, com isso, produzir
novas formas de olhar e pensar o mundo que cerca a todos.
A temática sobre a tecnologia computacional e sua relação com o
aprendizado em sala de aula busca indicar caminhos para a inclusão de
tecnologias inovadoras dentro da escola que influencie o meio social do individuo
e oportunize acesso e domínio dos contextos tecnológicos disponíveis na
sociedade.
Deve-se observar que as aulas de química ministradas nos laboratórios e
nas salas de aula não conseguem proporcionar aos estudantes a completa
compreensão do todo que envolve uma determinada transformação química e/ou
física, nem tampouco sua visualização em nível molecular.
Os livros didáticos trazem ilustrações e representações estáticas das
moléculas e suas ligações sem possibilidade de manipulação dos elementos.
Conceitos de átomos, elementos, moléculas, ligações químicas e reações
químicas são dispostos de tal forma que a visualização de todos os dados
envolvidos em uma reação química torna-se inviável.
Nas
experiências
laboratoriais
os
estudantes
percebem
os
acontecimentos de uma reação através de odores, velocidade de uma reação
química e mudanças de cores. Não há, portanto a possibilidade de visualização
de todos os elementos químicos envolvidos, nem dos átomos participantes
tornando o aprendizado fragmentado em seu contexto total e a compreensão dos
fenômenos físicos e químicos envolvidos no processo, doravante, ficam
prejudicados.
Partindo desses pressupostos, busca-se a utilização de recursos
tecnológicos
como
simuladores
e
softwares
educacionais
que
ofertam
possibilidades de interação audiovisual como textos, gráficos, fotos, vídeos,
animações, jogos, entre outros, que possam potencializar a compreensão dos
fenômenos químicos estudados.
Esses meios tecnológicos permitem que o estudante possa manipular
dados, gráficos e visualizar todos os compostos envolvidos durante o processo
das transformações químicas, bem como modificar suas estruturas e observar em
âmbito molecular o que de fato ocorre.
74
29.3 Unidade Didática VI – Concentração das Soluções
29.4 Classificação das soluções pela relação soluto/solvente
As soluções podem ser classificadas quanto à quantidade de soluto e
solvente nela presentes em saturadas, insaturadas e supersaturadas.
As soluções saturadas são aquelas que contem, a uma dada temperatura,
uma quantidade de soluto dissolvido exatamente igual ao coeficiente de
solubilidade nessa temperatura, podendo ou não apresentar corpo de fundo
(precipitado). (REIS. p.388.1993); (RUSSEL. p.517-518.1994)
O coeficiente de solubilidade é a máxima quantidade de soluto capaz de
se dissolver totalmente numa quantidade padrão de solvente sempre em relação
a uma determinada temperatura. Observe o gráfico a seguir:
Figura Curva de solubilidade
Fonte: Google Imagens
Esse gráfico representa as curvas de solubilidade de alguns sais como
nitrato de prata (AgNO3), de sódio (NaNO3), de potássio (KNO3), chumbo
(Pb(NO3)2, cloreto de magnésio (MgCl2), sódio (NaCl) e potássio (KCl), que se
dissolvem em 100g de água dependendo da temperatura. Isso indica que a
75
solubilidade desses sais está diretamente ligada à temperatura. Quanto maior a
temperatura, maior a solubilidade.
As soluções insaturadas, contem em uma determinada temperatura,
quantidade de soluto inferior ao coeficiente de solubilidade. Por exemplo, se
tivermos uma quantidade de cloreto de sódio (NaCl), inferior a 37g, a 50°C, em
100g de água.
As soluções supersaturadas são aquelas que contem uma quantidade de
soluto dissolvido superior ao coeficiente de solubilidade. (REIS. p.389.1993);
(RUSSEL. p.517-518.1994)
29.5 Concentração das soluções
Existem muitas formas de se medir a concentração de uma solução como
título em massa, concentração em massa, densidade, fração molar, concentração
em quantidade de matéria.
Vamos nos deter em densidade e concentração em quantidade de matéria
para uso das definições de concentração.
A densidade depende da proporção entre a quantidade de soluto e
solvente representando indiretamente a concentração da solução. Quanto mais
denso um soluto, menos resistência ele vai oferecer ao solvente e vice-versa.
A densidade é uma propriedade da matéria muito empregada nas
indústrias para determinar a qualidade de alguns produtos que são consumidos
pela população. (QUÍMICA & SOCIEDADE. p. 33. 2006).
A determinação da densidade é utilizada para controle de qualidade de
álcool combustível, na qualidade do leite consumido, utilizando-se um densímetro.
(QUÍMICA & SOCIEDADE. p. 33. 2006).
Nos materiais em geral são encontrados mais de duas substâncias e,
assim, para conhecer a composição do material é preciso identificar todas as
substâncias contidas nele. O teor pode ser medido por diferentes unidades, a
composição dos materiais pode ser expressa conforme os teores da cada
substância.
76
A concentração em quantidade de matéria é definida pela relação entre a
quantidade de matéria ou número de mols de molécula do soluto e o volume da
solução em litros.
29.6 Suspensão
A suspensão ou dispersões grosseiras são misturas homogêneas onde o
componente que aparece em menor quantidade é denominado de disperso e o
que aparece em maior quantidade é o dispergente.
Em uma suspensão, as partículas do disperso possuem diâmetro maior
que 1000 A°, sofrem sedimentação por ação da gravidade ou uso de centrífuga
comum, podem ser separadas do dispergente por filtração comum, podem ser
vistas a olho nu ou em microscópio comum e são normalmente grandes
aglomerados de átomos, íons, moléculas, macromoléculas ou macroíons, como
por exemplo, areia em água. (REIS. p.413.1993)
29.7 Dispersão Coloidal
A dispersão coloidal é uma mistura heterogênea onde o componente que
aparece em menor quantidade é o disperso e o de maior quantidade o
dispergente.
Em uma dispersão coloidal as partículas do disperso são como gelatina
em água, que só podem ser observadas em ultramicroscópio, são sedimentadas
por ultracentrífugas e separadas por ultrafiltros pois suas partículas possuem
diâmetro entre 10 A° e 1000 A°. (REIS. p.413.1993)
Exemplos de dispersões coloidais são aerossol, gel, emulsões e
espumas.
29.8 Diluição
O processo de diluição é muito comum no cotidiano das pessoas. Esses
processos ocorrem com materiais de limpeza, medicamentos, tintas, etc.
(QUÍMICA & SOCIEDADE. p. 320. 2006).
77
O processo de diluição consiste no acréscimo de solvente à solução sem
alteração da quantidade de soluto presente.
Muitos produtos domésticos sofrem diluição antes de serem usados
porque sua concentração é muito alta e, para a segurança e eficácia do produto é
necessário diluí-lo.
30. Atividades Unidade VI – Soluções
1. Realizando uma análise experimental. Os materiais a serem usados serão
o cloreto de sódio, nitrato de potássio, cloreto de magnésio e nitrato de
prata em solução. Colocar em um recipiente de 100g de água 40g de cada
um dos sais acima citados e observar se há ou não dissolução total.
Aquecer cada solução e observar. Anote e comente.
2. Depois de realizar o experimento utilize a SIM Molarity e observe as
condições de saturação e supersaturação e as saturações das soluções
com diferentes sais.
3. Utilize a SIM Soluções de Sal e Açúcar e observe as soluções que
conduzem eletricidade e explique. Faça observações e trabalhe com esta
SIM e anote as concentrações das soluções que preparar.
4. Com a SIM Soluções Ácido e Base faça medições de pH e condutibilidade
das soluções de ácido e base. Anote.
5. Utilize a SIM Sais e Solubilidade e trabalhe com a solubilidade dos íons,
observe e anote os sais facilmente solubilizados, os que são mais difíceis
de solubilizar e explique porque isso ocorre.
6. Realize um seminário para explicar a utilização das SIMs e os processos
de solução, solubilidade, condutibilidade elétrica.
7. Faça uma auto avaliação sobre a utilização das simulações e o que elas
trouxeram de melhoria em seu aprendizado sobre soluções.
31. Encaminhamentos Metodológicos
78
O aluno necessita resgatar os aspectos filosóficos e políticos pelos quais
perpassa a educação.
A tecnologia deve gerar análises críticas do conteúdo abordado e
apresentado
em
toda
sua
dimensão
macroscópica
e
microscópica
do
conhecimento químico.
Logo, a utilização das simulações deve servir de apoio ao processo
educativo a fim de que possam simular as situações reais que dificilmente o aluno
visualiza a olho nu.
A proposta deste material fundamenta-se pelo ensino crítico do contexto
da disciplina de química, noção que emerge da DCE de Química (PARANÁ, 2008,
p. 56).
[...] deve também contribuir para formar alunos críticos e
transformadores através do estudo de textos
que
permitam
explorar as práticas da leitura, da escrita e da oralidade, além de
incentivar a pesquisa e a reflexão.
Refletir implica conhecer com propriedade os conceitos que indiquem a
prática da leitura dos conceitos que permeiam a disciplina e proporcionam a
leitura crítica de seu contexto histórico, filosófico e conceitual.
É preciso que na utilização de cada simulação o professor esteja atento a
diversidade de informação e dosá-la segundo os critérios do ensino a que se
refere.
As informações devem ser filtradas de modo a propiciar melhor
entendimento de todos os processos envolvidos nas simulações.
A construção de tabelas e gráficos relacionados às curvas de solubilidade
deve ser considerada como parte integrante da apreensão de todo o processo de
ensino sobre soluções.
O uso da SIM Acid-Base-Solutions demonstra as diferenças reativas entre
ácidos e bases fortes e fracos e possibilita medir o pH com papel ou sonda
mergulhados na solução, ou ainda, colocar os eletrodos para medir a
condutividade. Apresenta a dissociação dos ácidos e das bases em água com
maior ou menor grau de concentração. Descreve ferramentas comuns como o
medidor de pH, condutividade, pH papel ajudando na identificação de uma
solução de ácido ou base, forte ou fraca, concentrada ou diluída.
79
Figura: Acid-Base Solutions
Fonte: University of Colorado
Com a Sim Molarity pode-se trabalhar com a descrição das relações
entre volume e quantidade de soluto na concentração molar de uma solução
explicando como a cor e a concentração está relacionada, fazendo comparações
dos limites de solubilidade entre solutos e se utiliza da molaridade para cálculo da
diluição das soluções.
Figura Molarity
Fonte: University of Colorado
Ao trabalhar com a SIM Salts & Solubility pode-se adicionar sais
diferentes na água e observar sua dissolução e o equilíbrio dinâmico com
precipitado sólido.
Pode-se comparar número de íons em solução de Cloreto de Sódio
altamente solúvel em relação a outros sais ligeiramente solúveis e relacionar as
taxas sobre os íons para o número de íons na fórmula de um sal.
Determina a relação de ânions e cátions que criam um composto neutro e
calcula a molaridade de soluções saturadas e os valores KSP.
80
Figura Salts & Solubility
Fonte: University of Colorado
Com a SIM Sugar-and-salt-solutions se observam os conceitos de
concentração e condutividade dos compostos iônicos e moleculares com
evaporação da água para se observar esses fenômenos.
O estudante através da observação dos níveis macroscópicos e
microscópicos pode identificar se um composto é açúcar ou sal.
Através das ligações dos compostos pode-se identificar se há ligações
iônicas ou moleculares.
Figura: Sugar and Salt Solutions
Fonte: University of Colorado
32. Avaliação
Avaliar não se resume somente a constatar o nível do aluno nem a
distribuir conceitos. Mas deve ser um instrumento para orientar a ação
pedagógica e detectar como melhorar o ensino.
81
“No processo educativo, a avaliação deve se fazer presente, tanto
como meio de diagnóstico do processo ensino-aprendizagem
quanto como instrumento de investigação da prática pedagógica,
sempre com uma dimensão formadora, uma vez que, o fim desse
processo é a aprendizagem, ou a verificação dela, mas também
permitir que haja uma reflexão sobre a ação da prática
pedagógica.” (PARANÁ, 2008, p. 31)
Para que avaliação seja eficaz faz-se necessário que o professor
conheça cada aluno e suas necessidades, para que todos alcancem os
objetivos, pois avaliar é o processo de acompanhamento da aprendizagem.
Os
instrumentos
devem
contemplar
também
as
diferentes
características dos estudantes, mas qualquer que seja o instrumento usado, o
professor deve ter claro se ele é relevante para compreender o processo de
aprendizagem e mostrar caminhos para uma intervenção visando sua melhoria.
De acordo com as Diretrizes Curriculares de Educação (DCE)
(PARANÁ, 2008, p. 31), “não há sentido em processos avaliativos que apenas
constatam o que o aluno aprendeu ou não aprendeu.” Sendo assim é preciso
ter em mente alguns objetivos pedagógicos, seja quanto à compreensão oral e
escrita ou da produção escrita e oral.
A avaliação necessita assumir a função de subsidiar a construção de
aprendizagem bem sucedida, que norteie o trabalho do professor.
“No plano de Trabalho Docente ao definir os conteúdos específicos
trabalhados naquele período de tempo, já se definem os critérios,
estratégias e instrumentos de avaliação.” (PARANÁ, 2008, p. 32).
Priorizar a qualidade e o processo de aprendizagem garante ao
professor aprimorar a atividades de classe, e consequentemente, ajudar para
que todos aprendam.
Assim como se todos os envolvidos no processo ensino e
aprendizagem assumirem seus papeis (direção, equipe pedagógica, pais e
alunos) o trabalho pedagógico se concretizará e a avaliação desempenhará
sua função real que visa “contribuir para a compreensão das dificuldades dos
82
alunos”
(PARANÁ,
2008,
p.
31),
e,
dessa
forma,
formar
cidadãos
comprometidos que transformarão a sociedade.
33. Considerações Finais
Nos dias atuais, as práticas educacionais aplicadas nas escolas como
aulas expositivas em que o conteúdo é transmitido pelo professor com o uso de
materiais que não despertam o interesse e a compreensão dos estudantes diante
dos conteúdos que lhes são apresentados, os mesmos parecem estar fora do
contexto real em que ocorrem e o conhecimento se perde em meio ao
desinteresse.
As Diretrizes Curriculares Estaduais (DCEs), que norteiam o ensino de
química nas escolas do Estado do Paraná, garantem que o caminho a ser
seguido pelos educadores e estudantes é o de interação do conhecimento
historicamente produzido pela humanidade. Desse conhecimento deve resultar a
atuação de um cidadão crítico na sociedade onde se insere. (PARANÁ, 2008)
A disciplina de química muitas vezes é vista como um conhecimento
estático e sem muita ligação com o mundo real.
No entanto, novas metodologias inseridas no contexto escolar podem
garantir uma reinvenção da forma como se dá o conhecimento no interior das
escolas. Desse modo, a química sendo uma ciência ligada à experimentação
coloca os envolvidos em seu processo de aprendizado envoltos em uma
expectativa de observar e realizar diversos experimentos sem aprofundar o
verdadeiro conhecimento que ocorre nesse momento.
Não se observa uma interação do conhecimento com a prática da vida do
cidadão. A experimentação ocorre no nível macroscópico e o estudante observa
mudanças de cor, liberação ou absorção de calor, velocidade em que ocorre uma
reação e não se dá conta da movimentação dos átomos dessas reações, nem
tampouco de suas ligações.
O estudante necessita compreender todo o processo que envolve o
mundo que o cerca visto que a química faz parte de tudo, desde a água, materiais
83
de higiene, beleza, alimentos, sinapses neurais, produção de hormônios e, até, o
desenvolvimento de um país.
No entanto, olhada como vilã, a química e seus compostos tem sido
colocados no banco dos réus como o que contamina o meio ambiente. E não se
enxerga que o desenvolvimento humano deu-se a partir da descoberta de
diversos elementos químicos e suas propriedades, o que resultou em modernas
técnicas de viver o mundo e agir sobre ele nos diversos setores da sociedade seja
ele na economia, política, desenvolvimento esse que se observa na produção de
diversos produtos como vestimentas, alimentos produzidos e conservados, na
longevidade das células animais, na produção de remédios para cura das
doenças, etc.
Pode-se dizer que a química enquanto natureza da terra foi largamente
utilizada para servir ao bem estar social expressamente no conhecimento do
senso comum. Porém, a química do cotidiano, do senso comum, passou a ser
incorporada no sistema educacional no início do século XIX na Europa.
“a construção dos currículos, nessa época, teve por base três
documentos históricos que foram produzidos em Portugal, na
França e no Brasil que foram as normas do curso de filosofia
contidas no Estatuto da Universidade de Coimbra; o texto de
Lavoisier sobre a maneira de Ensinar Química e as diretrizes para
a cadeira de Química da Academia Médico-Cirúrgica da Bahia.”
(CHASSOT apud PARANA, 2006, p.20).
A partir daí, a Química ganhou status de ciência com grande importância
social, econômica e política. O início da química enquanto disciplina foi em 1919 a
nível superior e a partir de 1931 passou a ser ministrada no currículo do Ensino
Secundário.
O ensino de química foi marcado pelo positivismo nas décadas de 50 e 70
que norteou o modo de ensinar ciência pelo método da descoberta e redescoberta
(ib., 2006, p.20)
Krasilchik ressalta que a partir de experimentos com o objetivo de
preparar o aluno para ser cientista influenciou a atividade docente, assim:
84
“Tomando como marco inicial a década de 50, é possível
reconhecer nestes últimos 50 anos movimentos que refletem
diferentes objetivos da educação modificados evolutivamente em
função de transformações no âmbito da política e economia, tanto
nacional como internacional. Na medida em que a Ciência e a
Tecnologia
foram
reconhecidas
como
essenciais
no
desenvolvimento econômico, cultural e social, o ensino das
Ciências em todos os níveis foi também crescendo de
importância, sendo objeto de inúmeros movimentos de
transformação do ensino, podendo servir de ilustração para
tentativas e efeitos das reformas educacionais.” (KRASILCHIK
apud PARANA).
Partindo desse principio, na década de 80 a SEED-PR (Secretaria de
Estado da Educação do Paraná) elaborou o Currículo Básico para o Ensino de 1º
Grau (hoje denominado Ensino Fundamental Séries Finais), fundamentado na
pedagogia históricocrítica e, nessa mesma linha teórica, conforme abordado
anteriormente foram elaborados documentos para a reestruturação do Ensino de
Segundo Grau (hoje denominado Ensino Médio) e cursos profissionalizantes. (ib.,
2006, p.21).
Nos anos 90, com o apoio das organizações financeiras internacionais
ocorreu à produção e aprovação da nova LDB 9394/96 e a construção dos PCNs
(Parâmetros Curriculares Nacionais).
A proposta para o ensino da química tinha como objetivo principal a
aprendizagem
dos
conhecimentos
químicos
historicamente
constituídos,
prepararem o estudante para exercer a democracia com pleno exercício de sua
cidadania.
O uso do computador na educação consiste na informatização dos meios
tradicionais de instrução e pode enriquecer os ambientes de aprendizagem do
estudante que tem a possibilidade de interagir com os objetos desse ambiente
com maiores chances de construir seu conhecimento baseado em recursos
tecnológicos muito mais atrativos para ele.
Valente e Mattar acreditam que a evolução das interfaces gráficas afetam
as interações humanas. (VALENTE & MATTAR, p. 154, 2007)
85
Second Life é uma interface que pode receber diversas denominações
como realidade virtual, mundo cibernético ou ambiente virtual. Isso representa um
conjunto de tecnologias que, quando combinadas, fornecem uma interface para
um mundo tridimensional gerado por computador, de tal forma que o usuário
acredita realmente nesse mundo, e intuitivamente passa a interagir com esse
ambiente imersivo e dinâmico. (idem, p.155)
Segundo Martins (2005), ao utilizar-se da tecnologia da informática devese levar em consideração o processo ensino e aprendizagem baseado em
critérios que estejam de acordo com as diretrizes curriculares, contribuir para a
formação de cidadãos críticos, participativos e responsáveis.
Ainda devem ser levados em consideração os aspectos tecnológicos,
pedagógicos e metodológicos e os tipos de softwares, pois estes precisam
necessariamente estar em consonância com a aprendizagem de determinados
conceitos que estejam de acordo com a proposta curricular.
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