A CONSTRUÇAO DE MODELOS ATÔMICOS NO ENSINO DE QUIMICA
Estelita Simões (IC), [email protected];
Elane Chaveiro Soares(PQ), [email protected]
Universidade Federal de Mato Grosso
Na ciência, cada modelo, independente de já existir outro mais sofisticado ou
rebuscado, pode ser usado dependendo da necessidade. Por exemplo: para explicar a
formação de cátions e anions, o modelo de Bohr é suficiente. Mas para explicar com
mais consistência a formação da molécula de oxigênio, precisamos do conceito de
orbital, ausente no modelo de Bohr.
Outra questão é que, modelos têm sua construção baseada na cultura de quem o
constrói. Ou seja, o modelo de pudim de passas muito usado no ensino do modelo de J.
Thomson, nunca será plenamente compreendido se for ensinado em uma comunidade
que nunca tenha degustado ou visualizado um pudim de passas.
Se assim é, que modelos são importantes para nossos alunos do ensino médio
nesta longínqua terra produtora de soja? Que entendem os nossos alunos por modelos
científicos? Como se dá a construção destes conceitos nas efervescentes mentes dos
alunos enquanto ministramos nossas aulas teóricas e práticas no dia-a-dia da escola?
Como favorecer uma aprendizagem significativa no ensino de química utilizando este
tema: “modelos atômicos”?
Estes foram os objetivos traçados para o Trabalho de Docência Orientado
desenvolvido no curso de Licenciatura Plena em Ciências Naturais e Matemática –
Habilitação em Química para a finalização da graduação. Para alcançar estes objetivos,
foi desenvolvida uma seqüência de seis aulas teóricas e praticas para investigar e atuar
sobre as pré-concepções dos alunos do primeiro ano do ensino médio da Escola
Estadual Doutor Manoel José Murtinho localizada na cidade de Diamantino no Estado
de Mato Grosso.
No desenrolar das atividades percebemos dentre outras coisas que os alunos não
compreendem a utilidade nem a forma como a ciência constrói seus modelos.
Palavras-chaves: conceito de modelo, modelos atômicos, ensino de química.
A CONSTRUÇAO DE MODELOS NO ENSINO DE QUÍMICA
Durante muito tempo os átomos foram considerados partículas indivisíveis, as
menores e mais simples parte da matéria. Quatro séculos antes de Cristo, os sábios
gregos já discutiam sobre a existência do átomo. Mas foi somente no século XX que
esse conceito mudou. Os cientistas constataram que os átomos não são indivisíveis,
como acreditavam os gregos e todos estudiosos que a seguiam.
Graças aos desenvolvimentos tecnológicos dos últimos cem anos, foram
desenvolvidos diversos instrumentos que permitiram explorar quase toda a
complexidade do átomo. À medida que os dados eram catalogados, os pesquisadores
elaboravam representações e hipóteses que retratavam a realidade microscópica do
átomo que não podia ser vista. Assim foram criados diferentes modelos atômicos.
Foram os gregos que demonstraram um grande interesse inicial pela natureza da
matéria e sua divisibilidade. A matéria para eles poderia ser pulverizada cada vez mais
até que um pequeníssimo grão, ou uma partícula de pó surgisse sendo considerada igual
à matéria original.
A palavra átomo surge por indicação de outro pensador, Demócrito (470-380
a.C) que sugere que essas partículas fundamentais de Leucipo passem a ser chamadas de
átomo. Descreve-os como infinitos e semelhantes em essência, porém diferem-nos
diversos elementos em tamanho, forma, disposição e situação.
Segundo os gregos, nada é criado do nada. E isto nos surpreende, como bem
lembra CHASSOT em seu livro A ciência através dos tempos, “o átomo de Demócrito
não é muito diferente do átomo de Dalton, proposto quase 25 séculos depois”.
Por volta de 1808 John Dalton resgata a idéia dos gregos e propõe a teoria
atômica criando o primeiro modelo atômico científico em que o átomo seria maciço e
indivisível. Ou seja, esferas minúsculas, rígidas e indestrutíveis. Dalton imaginou um
modelo de acordo com suas concepções da época. Seu átomo então, não possuía carga,
era contínuo e maciço. Para nós, é fácil relacionar este modelo com uma bola de bilhar.
Em 1897, um contemporâneo de Dalton, Joseph Thomson fazendo experimentos com
descargas elétricas em alto vácuo, concluiu que o átomo deveria conter partículas com
cargas elétricas negativas denominadas elétrons. Com base em seus experimentos,
Thomson propôs um novo modelo científico para explicar o átomo. Segundo este
modelo, o átomo seria maciço, esférico e formado por um fluido com cargas positivas,
no qual estariam dispersos os elétrons que neutralizavam totalmente a carga positiva do
fluido. Ele relacionou seu modelo com um “pudim de passas”, bastante apreciado na
época, e é considerado o descobridor do elétron.
Seu modelo atômico permaneceu por pouco tempo, pois se multiplicavam as
indagações a respeito da eletricidade intrínseca à matéria.
Na primeira década do século XX, entre os inumeráveis experimentos realizados
por Ernest Rutherford, o experimento da folha de ouro foi o marco decisivo no
surgimento de um novo modelo atômico. Tal modelo se firmava no esclarecimento de
uma série de fatos observados.
Através deste experimento Rutherford pode considerar que o átomo é
constituído em grande parte por um vazio, por um pequeno núcleo, que concentra
praticamente toda massa e uma grande eletrosfera, muito difusa e praticamente sem
massa significativa.
Em 1923, Chadwick descobriu a existência de uma partícula sem carga no
núcleo do átomo. Assim o núcleo seria constituído por partículas elétricas positivas e
partículas sem cargas elétricas, os nêutrons.
Em 1900 Max Planck lançou uma idéia verdadeiramente espetacular sobre a
propagação de energia. Segundo ele a energia seria perdida ou recebida por um sistema
de pacote que denominou de quantum de energia. (O plural de quantum é quanta).
Segundo suas descobertas a troca de energia sempre se dá através de um número
inteiro de quanta.
Ao observar a luz de uma lanterna sendo decomposta por um prisma de vidro
verifica-se uma seqüência de cores, que já estamos habituados a ver no arco-íris. Esta
seqüência de cores constitui o chamado espectro. Neste espectro as cores se sucedem
sem uma separação nítida, por isso recebe o nome de espectro contínuo.
Se a decomposição for feita com a luz de uma fonte incandescente como, por
exemplo, uma lâmpada de mercúrio, o espectro será diferente, com linhas nitidamente
separadas. A este espectro deu-se o nome de descontinuo e cada linha, raio ou banda.
Estes espectros descontínuos começaram a fundamentar o estudo de estruturas
de átomos ou moléculas.
O modelo atômico de Rutherford descrito anteriormente não consegue explicar o
que são estes espectros. Niels Bohr, a partir de todas as informações construídas até
então, propõe um novo modelo.
O átomo planetário que era a idéia de Rutherford recebeu muitas criticas da
física clássica, pois se os elétrons giravam mesmo ao redor do núcleo, por que então
estes não perdiam sua energia e caiam no núcleo?
Bohr propõe alguns postulados que acabariam transformando o modelo de
Rutherford num novo modelo de explicação. Este novo modelo passou a ser chamado
de modelo atômico de Bohr ou modelo atômico de Rutheford- Bohr.
Este modelo também sofreu inúmeras criticas. As principais rejeições ao modelo
de Bohr foram as seguintes: o elétron não apresenta trajetória circular, ou elíptica ao
redor do núcleo como se fosse um satélite. Bohr não explicou porque os elétrons
apresentam energia constante e ele não explicou satisfatoriamente a eletrosfera de um
átomo com muitos elétrons
Toda essa discussão mostra o quanto a ciência lança mão dos modelos para
explicar o invisível. Compreender como os modelos são constituídos, como foram/são
utilizados e como facilitam a aprendizagem de conceitos teóricos é extremamente
importante no contexto da química.
Chassot1 levanta uma interessante discussão em torno do uso de modelos para se
ensinar química. Ele destaca que uma das grandes dúvidas dos professores versa sobre
qual modelo de átomo ensinar. Segundo ele, uma resposta bastante simples seria:
Depende para que os átomos modelados vão ser usados depois. E acrescenta que a
construção de modelos se dá na busca de facilitar nossas interações com os entes
modelados. Ou seja, complementa ele, “é por meio de modelos, nas mais diferentes
situações, que podemos fazer inferências e previsões de propriedades”.
Ensinar utilizando modelos é o que fazemos quase o tempo todo nas aulas de
química, seja no ensino médio, no superior ou em qualquer pós-graduação. A questão
está justamente na forma e na utilidade do modelo em questão.
Para que construímos modelos? Ou, porque a ciência se baseia em modelos? A
resposta pode estar na frágil maneira de interagirmos com a natureza. Temos o que
Chassot chama de “dificuldade de imaginar”. Como explicar as interações moleculares
entre os hidrogênios das diversas moléculas de água presentes num copo? Como
explicar as pontes de sulfeto nas proteínas? Temos dificuldade de fazer imagens. Isso
por que fazer imagens: “tem limitações e exigências que transcendem as interações mais
usuais do nosso cotidiano”.
Construímos modelos para explicar o que não vemos ou o que não podemos
tocar. Cada modelo, independente de já existir outro mais sofisticado ou rebuscado,
pode ser usado dependendo da necessidade. Por exemplo: para explicar a formação de
cátions e anions, o modelo de Bohr é suficiente. Mas para explicar com mais
1
CHASSOT, A.I. Sobre prováveis modelos de átomos, QNE, nº.3,maio,1999 (p.3).
consistência a formação da molécula de oxigênio, precisamos do conceito de orbital,
ausente no modelo de Bohr.
Modelos são então modificados em função de novas leituras sobre a natureza da
matéria. E mais, modelos são prováveis, ou seja, se a estrutura básica da matéria, o
átomo, é provavelmente como o descrito em um modelo então, a molécula formada
também o é, assim como as reações o são e sucessivamente.
Modelos têm sua construção baseada na cultura de quem o constrói. Ou seja, O
modelo de pudim de passas nunca será plenamente compreendido se for ensinado em
uma comunidade que nunca tenha degustado ou visualizado um pudim de passas.
Chassot mesmo destaca que o modelo da Demócrito ainda hoje é adequado para
a maioria das explicações necessárias sobre átomos. Ele lembra que Demócrito
desconhecia maneiras mais apropriadas de investigar a natureza, por isso não fala em
elétrons, prótons ou neutros. Tais partículas só foram descobertas a bem pouco tempo.
Os nêutrons, descobertos em 1932 não são mais considerados indivisíveis e há modelos
confirmados experimentalmente em 1994 que consideram os quarks e léptons como
partículas formadoras do próton.
Confirmam-se a cada instante, novos e novos modelos, confirmando o que já foi
posto por Chassot: Modelos são prováveis.
Se assim é, que modelos são importantes para nossos alunos do ensino médio
nesta longínqua terra produtora de soja? Que entendem os nossos alunos por modelos
científicos? Como se dá a construção destes conceitos nas efervescentes mentes dos
alunos enquanto ministramos nossas aulas teóricas e práticas no dia-a-dia da escola?
Como favorecer uma aprendizagem significativa no ensino de química utilizando este
tema: “modelos atômicos”?
Para alcançar tais objetivos, foi desenvolvida uma seqüência de seis aulas
distribuídas da seguinte forma:
1 – Investigação dos conhecimentos prévios dos alunos sobre o conceito de
modelo (Aplicação do questionário) e socialização das respostas;
2 – Aula teórica de exposição das teorias sobre modelos atômicos. Utilização da
dinâmica da caixa preta e proposição de uma pesquisa a ser realizada pelos alunos que
ampliasse as informações construídas inicialmente;
3 – Aula teórica expositiva sobre os modelos atômicos explorando o livro
didático utilizado na escola;
4 – Realização da pesquisa (parte em sala de aula, parte fora da escola);
5 – Apresentação pelos alunos (em forma de seminário) das informações
pesquisadas;
6 – Aula dialogada, na perspectiva de verificar através da observação da
linguagem dos alunos se houve ou não aprendizagem.
Análise dos dados obtidos.
Com estas atividades intentamos investigar e atuar sobre as pré-concepções dos
alunos do primeiro ano do ensino médio da Escola Estadual Doutor Manoel José
Murtinho localizada na cidade de Diamantino no Estado de Mato Grosso.
Na primeira aula foi aplicado um questionário com a intenção de investigar os
que os alunos já sabiam sobre modelos. Em nenhum momento, nesta aula, foi dado aos
alunos informações sobre modelos atômicos. Eles formaram seis grupos com quatro ou
cinco alunos cada assim denominados A1, A2, A3, A4, A5 e A6. As respostas foram
construídas na discussão entre o grupo.
No início houve uma grande resistência por parte dos alunos para responder o
questionário, o que foi resolvido com alguns minutos de conversa entre eles. Havia o
receio de que suas respostas pudessem suscitar piadinhas e chacotas por parte colegas.
Analisando as respostas pude perceber que a idéia de modelo estava presente e
em sua grande maioria relacionada a questões científicas. Mas, algumas respostas foram
para outra direção como a do grupo A3 que escreveu: “modelo é o que desfila que
mostra a moda”. Outras, mesmo que relacionadas à ciência, mostrou a concepção de
sobreposição de informações ou o pensamento de que um modelo sempre substitui o
outro como na resposta do grupo A2 quando escreve: “é vários tipos de coisas
diferentes uma substituindo a outra”.
Na segunda questão (Para que serve o modelo?) fica perceptível a falta de
compreensão sobre a utilidade dos mesmos. Segundo A4 “servem para descobrir novas
formas de facilitar a vida exemplo: raio X”. A2 escreveu “para diferenciar uns dos
outros”. Nas respostas de A1, A5 e A6 aparecem a palavra “explicar”, relacionando,
mesmo que superficialmente, o conceito de modelo com explicações imaginárias:
“Serve para explicar fenômenos ocorridos na natureza. Serve também para alterar ou
melhorar o espaço onde se vive, pois no modelo as experiências são proveitosas”
escreve A1.
Os alunos não compreendem como os modelos foram constituídos ou como são
utilizados pela ciência para explicar os fenômenos. Para eles, um modelo pode substituir
outro simplesmente porque o primeiro ficou velho, ou antigo, como escreve A1, “Pode.
Pois quando surge um modelo novo que seja melhor do que o anterior o modelo velho
não tem mais utilidade e é descartado e assim sucessivamente”. A4 escreve que “não,
porque um modelo é diferente do outro”.
Como exemplo de modelos, eles escrevem: “modelos de carros diferentes um do
outro, cada vez evoluindo”; “modelos de celular, cabelo, boné”. Somente um grupo
escreveu: “elétron, orbital e átomos”.
Na segunda aula, cada grupo recebeu uma caixa preta lacrada, contendo alguns
objetos no interior da mesma, tais objetos (pedaço de giz, tampa de caneta, tampinha de
garrafa, uma bolita e um clips) foram colocados no preparo desta caixa longe dos
alunos. Ou seja, eles não sabiam inicialmente o que havia dentro da caixa. Como ilustra
a foto 1 e 2 abaixo.
Foto 1e 2: Dinâmica da caixa preta
Cada grupo recebeu uma caixa e podia movimentá-la como quisesse – sem abríla evidentemente – e construir um desenho que representasse o que havia dentro da
caixa. A este desenho deveriam chamar de modelo 1.
Logo após a construção do modelo 1, foi fornecida uma vareta para que
pudessem – através de um pequeno orifício previamente feito na caixa – tocar nos
objetos no interior da mesma com a vareta, aumentando assim as evidencias e
novamente construíssem um desenho identificado como modelo 2.
Num terceiro momento eles poderiam fazer mais dois furos da caixa – um de
cada lado – para aumentar as evidencias e tentar melhorar a percepção do estava dentro
da caixa. Em nenhum momento eles abriram a caixa. Foi construído então um modelo 3.
Estes desenhos foram socializados entre os colegas e discutidos pelos mesmos.
Uma situação que ficou evidente foi a ansiedade estampada nas faces dos alunos com a
vontade de abrir a caixa. Outra, foi o destaque nos desenhos dos modelos 1, 2 e 3.
Todos, sem exceção tinham a representação de objetos conhecidos como clipes, a
borracha e a tampinha de garrafa. Nenhum grupo cogitou a possibilidade de haver
algum objeto desconhecido por eles dentro da caixa.
Um grupo utilizou a luz do celular para tentar visualizar o que tinha dentro da
caixa. Outro grupo levou a caixa para fora da sala na tentativa de utilizar a luz solar.
Todos destacaram que, à medida que lhes foi permitido abrir orifícios, utilizar a vareta e
a luz, foi ficando mais fácil imaginar e desenhar o que tinha dentro da caixa.
Uma pesquisa foi proposta então, a partir dos seguintes problemas: Se modelos
são constituídos a partir daquilo que já conhecemos de que forma a ciência constrói seus
modelos? O que são e quais são os modelos atômicos conhecidos?
Fotos 2,3,4 e 5 – Pesquisa realizada em sala de aula.
Na terceira e quarta aula eles estavam totalmente envolvidos com a pesquisa
como destacam as fotos acima.
Fizeram muitas perguntas e trouxeram textos de livros e da internet para discutir
em sala. A proposta da pesquisa foi ampliada para a construção de maquetes dos
diversos modelos atômicos destacados pelos livros de química do ensino médio
utilizado na escola do autor Ricardo Feltre. Como estão em destaque nas fotos logo
abaixo.
Este grupo não construiu o modelo de
Rutherford, mas retratou a experiência
d mesmo com a película de ouro para
explicar as partículas existentes no
interior do átomo. Eles explicaram
passo a passo como a experiência foi
realizada.
Foto 6 : Modelo da experiência de Rutherfor
O grupo que construiu o modelo de
Bohr explicou muito bem o modelo
ressaltando também como acontece
quando um elétron recebe energia e
“pula” de um nível eletrônico para
outro, quando o mesmo libera energia
será em forma de luz e ondas
Foto 7 : Modelo atômico de Bohr
eletromagnéticas. Neste momento, um
dos alunos do grupo citou o seguinte
exemplo: se você pegar uma barra de
qualquer metal e raspá-la com faca sai
faísca, ele disse que provavelmente são
elétrons que se desprenderam.
Montaram a maquete levando em conta
os detalhes do átomo com as cargas
negativas encravadas na massa
positiva. Conseguiram defender a idéia
de Thompson, apesar de um membro
do grupo ter faltado na apresentação.
Foto 8 : Modelo atômico de Thompson
Este grupo teve bastante dificuldade
tanto para confeccionar a maquete
como para defender a idéia de Tales de
Mileto, pois o objetivo do trabalho era
que cada grupo incorporasse a idéia do
autor e defendesse como se fosse o
mesmo.
Foto 9 : Modelo atômico de Tales de
Mileto
Não confeccionaram a maquete
justificando que não encontraram o
desenho do modelo, mas fizeram a
pesquisa e explicaram sobre o modelo
de Dalton.
Modelo atômico de Dalton
Quando eles indagaram sobre qual modelo explicava melhor o átomo, quase
disse a eles que era o modelo de Rutherford-Bohr. Levada pela facilidade desta
resposta ou da presença dela “na ponta da língua”. Afinal é um dos modelos atuais e
mais usados pelos autores de livros do ensino médio etc. Então, segurei minha língua
e pensei nos subsunçores de Ausubel. Será que eles já tinham estes subsunçores
formados em suas mentes? Será que já seriam capazes de compreender que não
existe um modelo que explique melhor, mas que depende do que se quer explicar?
Na realização da dinâmica da caixinha preta, eles puderam conversar bastante
sobre a construção de modelos. Perceberam que seus modelos eram de acordo com
aquilo que já conheciam e puderam então ter uma mínima noção de como a ciência
anuncia suas “novas” descobertas.
Bibliografia
CHASSOT, A. I. A ciência através dos tempos, 2 ed reform. São Paulo: MODERNA,
2004.
______________ Alfabetização cientifica: questões e desafios para a educação, 3 ed,
Ijuí: UNIJUI, 2000
______________ Catalisando transformações na educação, 3 ed, Ijuí: UNIJUÍ, 1995.
MOREIRA, A.M. Aprendizagem significativa critica, versão revisada e estendida da
conferencia no III Encontro Internacional sobre Aprendizagem significativa, Lisboa
(Peniche) 11 a 15 de setembro de 2000. Publicada nas Atas desse Encontro, p.p 33-45,
com o titulo original de Aprendizagem Significativa subversiva.