Actividades Envolvendo os pais no Ensino da Química: Uma experiência no 7º Ano.
3.Métodos Físicos de Separação
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3.Métodos Físicos de Separação
3.1. Substâncias e Misturas de Substâncias
A classificação da matéria é uma primeira etapa para se perceber em que medida o
tipo de matéria vai condicionar a sua aplicação e utilização no quotidiano, inclusivamente
nos processos físicos de separação. Para os químicos, a classificação dos materiais tendo
em conta a sua composição é muito importante. O esquema representado na figura 3.1
resume, de modo geral, a classificação da matéria de acordo com a composição química.
Matéria
Sim
Não
É uniforme
Sim
Mistura homogénea
Não
Pode ser separada
por processos
físicos?
Sim
Substância
Composta
Mistura
heterogénea
Substância pura
Pode ser decomposta
em componentes mais
simples por processos
químicos?
Não
Substância
Elementar
Fig 3. 1-Classificação da matéria
(adaptado de: Reger Daniel et. al, Química: Princípios e Aplicações; 1997)
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Tal como se observa na Figura 2.5, a matéria divide-se em substâncias puras e
misturas. A grande maioria dos materiais que nos rodeiam são misturas de substâncias.
Uma mistura é então a matéria que é constituída por duas ou mais substâncias em
proporções que podem variar e sem que entre essas substâncias exista qualquer tipo de
interacção química. As misturas são constituídas por componentes com propriedades
físicas distintas, podendo, deste modo, proceder-se à sua separação. É frequente que
quando duas substâncias entram em contacto possam reagir quimicamente. Quando tal
acontece, o resultado não é uma mistura, mas uma nova substância que se formou por
reacção química, que apresentará novas características, perdendo as suas características
iniciais.
Um outro conceito que surge em oposição às misturas é substância. Habitualmente
designa-se por substância uma amostra que não pode ser separada nos seus diversos
constituintes por processos físicos. Em química a utilização do conceito substância está
associado a pureza.
Em determinados casos é fácil identificar e classificar uma amostra como sendo
uma mistura. No entanto, em outros casos é necessário recorrer a equipamentos por
vezes “complexos” e a um “exame” cuidadoso de modo a classificar a amostra em
substância. (Reger; Goode; Mercer; 1997)
3.1.1. Classificação de misturas
A maior parte da matéria que encontramos no nosso dia-a-dia é composta por uma
mistura de substâncias. É importante referir que os componentes das misturas assumem
uma variedade de dimensões e como tal é possível efectuar a distinção entre misturas
homogéneas e heterogéneas, figura 2.6, de acordo com a uniformidade ou não, em toda a
sua extensão.
Misturas de substâncias
Heterogéneas
Homogéneas
Fig 3. 2- Classificação das misturas
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Uma mistura homogénea é aquela que apresenta o mesmo aspecto (“homo” =
“igual”) não sendo possível efectuar a distinção dos seus componentes existindo uma
única fase. Uma mistura heterogénea é uma mistura que apresenta aspecto diferente ao
longo da sua extensão (“hetero” = “diferente”) sendo possível distinguir alguns ou até
mesmo todos os componentes de uma mistura à vista desarmada. Os componentes
encontram-se em pelo menos duas fases. É possível identificar ainda um outro tipo de
mistura que se designa por mistura coloidal. Esta mistura é por vezes confundida com as
misturas homogéneas, no entanto a sua observação detalhada ao microscópio permite
inseri-la mais proximamente das misturas heterogéneas. São misturas que estão no limite
entre o homogéneo e o heterogéneo.
Por vezes não é fácil determinar se uma amostra é ou não uma mistura e como tal
a identificação e análise é uma sequência de testes baseados nas propriedades que as
substâncias apresentam. Estas propriedades são divididas em três grandes grupos:
propriedades organolépticas, físicas e químicas.
 Propriedades organolépticas – são aquelas que impressionam os sentidos,
como a cor, odor, sabor, aspecto sentido pelo tacto e timbre (estas duas
últimas propriedades são pouco significativas para a identificação).
 Propriedades físicas – são aquelas que envolvem interacções da matéria
com a energia, sendo específicas (características de um único tipo de
matéria) desde que o material seja puro. As propriedades físicas podem ser:
ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, calor especifico e dureza.
 Propriedades
químicas
–
relativas
às
transformações
da
matéria:
neutralização, fotólise, solubilidade, pirólise, oxidação-redução, acção sobre
indicadores.
A observação dos componentes de uma mistura pode ser efectuada de maneiras
distintas tais como a observação ao microscópio ou à vista desarmada. A utilização de
processos indirectos é também muitas vezes utilizada, através de vários procedimentos
experimentais. Estes procedimentos permitem distinguir misturas de substâncias puras.
Um procedimento comum diz respeito às substâncias puras, que apresentam pontos de
fusão e de ebulição constantes. No entanto, é necessário cuidado pois existem casos de
misturas em que os mesmos também se verificam, como é o caso das misturas eutéticas
(ponto de fusão constante) ou misturas azeotrópicas (ponto de ebulição constante).
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3.1.2. Classificação de substâncias.
As substâncias puras podem ainda dividir-se em substâncias compostas e
elementares. As substâncias compostas são constituídas por mais do que uma espécie
química como é o caso da água, cuja constituição é o hidrogénio e o oxigénio. As
substâncias elementares têm na sua constituição uma única espécie química, tal como o
caso do oxigénio.
Substâncias
Elementares

Apresentam unidades estruturais:
Compostas

Compostos
moleculares:
unidade
átomos ou moléculas que em conjunto com
estrutural é a molécula, e resulta da
outras iguais formam a substância.
combinação
química
de
elementos
diferentes, e em conjunto com outras
formam a substância

Compostos iónicos: a unidade estrutural é
o menor conjunto de iões, electricamente
neutro.
Fig 3. 3- Classificação de substâncias
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3.2. Técnicas de Separação e Purificação
Muitas das substâncias puras que existem na natureza só se encontram sob a
forma de misturas e como tal é necessário proceder à sua separação, pois a obtenção de
substâncias com grau de pureza elevado é muito importante. Existe uma grande variedade
de métodos que permitem realizar a separação dos componentes de uma mistura
homogénea e heterogénea. A seguir apresentam-se os métodos de separação mais
utilizados e de que modo são aplicados a misturas.
A utilização de cada uma destas técnicas envolve a manutenção das propriedades
que caracterizam as substâncias. A escolha da técnica depende das características e do
estado físico dos constituintes que fazem parte da mistura (Reger; Goode; Mercer; 1997).
Relativamente às separações de misturas heterogéneas deve-se ter em atenção
que estas misturas têm várias fases que podem estar em diferentes estados físicos. Se a
mistura que se pretende separar for constituída por uma ou mais fases sólidas as técnicas
devem estar de acordo com as características dos componentes. É importante ter em
atenção também a finalidade da separação.
3.2.1. Misturas heterogéneas
Para estas misturas as técnicas de separação são específicas e como tal
descrevem-se seguidamente:
I – Separação de componentes sólidos de uma mistura sólida
Caso o componente que constitui a mistura tenha propriedades magnéticas pode
utilizar-se para efectuar uma separação magnética (Fig 3.4). Esta técnica permite separar
materiais que são atraídos por ímanes.
Este tipo de técnica é frequentemente utilizado na indústria química para separar o
ferro de outros metais.
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Fig 3. 4- Separação magnética
(Extraído de Nunes; Cruz; Acção (Re) Acção; 2006)
Uma outra técnica que permite separar componentes sólidos é a peneiração. Este
procedimento tem em consideração as dimensões do material sólido. É possível utilizando
peneiras cuja estrutura é uma rede fina com malhas que variam de acordo com o tamanho
do produto a separar. Uma das aplicações desta técnica ressalta no dia-a-dia na
construção civil e na indústria da panificação.
Uma outra técnica frequentemente utilizada é a sublimação que apenas é possível
quando um dos componentes da mistura sublima facilmente como é o caso do iodo, gelo
seco ou naftaleno.
II – Separação de um sólido insolúvel de uma mistura sólido – líquido
Decantação é a técnica frequentemente utilizada para se separar um sólido
depositado no fundo de um recipiente que contém um líquido. O sólido é denominado
sedimento. O líquido é cuidadosa e lentamente transferido para um outro copo com a
ajuda de uma vareta, tal como é possível observar na figura 3.5.
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Fig 3. 5- Decantação
(Extraído de Nunes, N.; Cruz.A.C.; Acção (Re) Acção; 2006)
III – Separação de partículas sólidas insolúveis num líquido ou numa solução
A separação de partículas em suspensão pode ser efectuada recorrendo a uma
filtração. Das várias técnicas de filtração é de referir a filtração por gravidade e a filtração
a pressão reduzida.
Filtração por gravidade
Este tipo de filtração ocorre devido ao efeito da gravidade sobre a mistura que se
pretende separar. A mistura deve ser constituída por uma fase sólida e uma fase líquida.
Deve fazer-se passar a mistura por uma “barreira porosa” que habitualmente é o papel de
filtro (mas também podendo ser utilizados outros materiais que permitam reter as
partículas sólidas). O filtro servirá para reter as partículas sólidas. Estas partículas
adquirem o nome de resíduo, enquanto que a mistura líquida que contém partículas de
menor dimensão atravessa o papel de filtro formando o filtrado. Um dos problemas desta
técnica é a obstrução do filtro pelas pequenas partículas bem como a elevada viscosidade
(Reger; Goode; Mercer; 1997).
Nesta técnica é importante a preparação do papel de filtro. O tamanho do filtro deve
ser o mais adequado à quantidade de sólido que se pretende separar, não devendo ocupar
mais de 1/3 da capacidade do papel de filtro, para que seja possível efectuar a lavagem do
mesmo posteriormente.
Os filtros preparados podem ser de pregas ou lisos. Os filtros de pregas são os
mais indicados quando se pretende recolher o líquido, pois têm maior área e maior
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velocidade de filtração. Os filtros lisos são mais utilizados quando pretendemos recolher o
resíduo sólido. Após a preparação o papel deve adaptar-se ao funil, devendo molhar-se
com o solvente. Este procedimento permite a minimização das perdas e maior aderência
do papel ao funil.
Filtração a pressão reduzida
Este tipo de filtração é utilizada quando se pretende efectuar uma filtração mais
rápida que a anterior ou então quando as partículas sólidas da mistura apresentam
dimensões muito pequenas. Para a realização desta filtração é necessário utilizar um
Kitasato, um funil de Büchner e uma bomba de vácuo. Deverá colocar-se entre a trompa
de vácuo e o recipiente de recolha de filtrado um segundo Kitasato como segurança,
evitando a entrada de água no filtrado caso ocorram variações de pressão. Após efectuado
o vácuo no sistema, o sistema aspira a mistura, “obrigando” o líquido a passar através do
filtro. As partículas sólidas ficam retidas no papel de filtro. Deve ter-se o cuidado de só
desligar o sistema de vácuo quando se fizer entrar ar no sistema através do Kitasato de
segurança.
Centrifugação
Tal como foi dito anteriormente, depois de se efectuar uma filtração ficam partículas
de pequenas dimensões em solução, que devem ser separadas utilizando para tal uma
outra técnica que se denomina centrifugação.
O processo baseia-se na utilização de uma centrifugadora (manual ou mais
sofisticada) onde se colocam vários tubos de ensaio, que rodam a alta velocidade (Fig
3.6). A separação é efectuada entre partículas de massa diferente. Formam-se depósitos
de sólidos no fundo dos tubos de ensaio, separando-se o líquido por decantação. Este
processo pode também ser utilizado para separar componentes de misturas coloidais.
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Fig 3. 6- Centrifugação
(Extraído de Nunes; Cruz; Acção (Re) Acção; 2006)
IV – Separação de líquidos imiscíveis
A técnica que permite a separação de dois ou mais líquidos imiscíveis designa-se
decantação em funil. A mistura é colocada num funil de decantação, de modo que as
diferentes camadas se separem. Inicialmente é recolhido o líquido que apresenta maior
densidade (que é o líquido da camada inferior) para um gobelé. Um exemplo comum em
que pode ser utilizado este tipo de separação é a mistura água / azeite (Fig 3.7).
Fig 3. 7- Decantação em funil
(Extraído de Nunes; Cruz; Acção (Re) Acção; 2006)
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3.2.2. Misturas homogéneas
I – Separação de um soluto de uma solução
Para a recuperação de um sólido (soluto) que se encontra dissolvido numa solução
pode recorrer-se à ebulição do solvente, que consiste em levar à ebulição o solvente,
passando este para o estado gasoso. A sua utilização pode ser por exemplo para separar
o cloreto de sódio de uma solução aquosa de cloreto de sódio.
Uma outra técnica de separação de um sólido dissolvido numa solução saturada é
a cristalização. Esta técnica consiste em deixar evaporar lentamente o solvente à
temperatura ambiente, obtendo-se os cristais do sólido que se pretende recuperar. É uma
técnica habitualmente utilizada nas salinas para obtenção do sal a partir da água do mar.
II – Separação de diferentes solutos de uma solução
Existem técnicas que se baseiam nas diferenças de afinidade para outros materiais,
essas diferenças manifestam-se no dia-a-dia por exemplo nas manchas na roupa
provocadas pelos diversos alimentos (Reger, D., Goode, S., Mercer, E.; 1997). Estas
manchas são removíveis com níveis de dificuldade diferentes, dependendo da constituição
do alimento. O princípio de remoção assenta na técnica de separação designada por
cromatografia. A cromatografia surge no mundo da química como uma poderosa técnica
e é frequentemente utilizada. Esta técnica utiliza dois materiais: um estacionário e o outro
em movimento, designados respectivamente por fase estacionária e fase móvel. A
fundamentação da técnica assenta na migração diferencial dos componentes de uma
mistura, como consequência da interacção das duas fases imiscíveis. A cromatografia
pode ser utilizada na identificação de compostos, efectuando comparação com outros
padrões, ou para purificação de compostos, separando os componentes de misturas.
Existem diversos tipos de cromatografia, podendo esta ser em papel, cromatografia
em camada fina (CCD), cromatografia gasosa (CG) e cromatografia líquida de alta
eficiência (HPLC). A escolha do tipo de cromatografia depende do material que se
pretende separar.
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De entre todos os tipos de cromatografia o mais simples é a cromatografia em
papel. O papel representará a fase estacionária (aquosa, uma vez que o papel apresenta
na sua constituição moléculas de celulose) e a fase móvel é o solvente orgânico. A mistura
é colocada na zona inferior do pedaço de papel e a extremidade por sua vez imersa na
fase líquida móvel. À medida que a fase móvel se desloca sobre a fase estacionária os
componentes serão arrastados de acordo com a afinidade, tal como se observa na figura
3.8, ou seja, os componentes que não são fortemente atraídos para o papel são arrastados
com o líquido enquanto que os que são fortemente atraídos pelo papel movem-se mais
lentamente o que provocará a separação (Ibid, 1997, p.27).
Fig 3. 8- Cromatografia em papel
(Extraído de Reger Daniel et. al, Química: Princípios e Aplicações; 1997)
III – Separação de componentes de uma mistura de dois ou mais líquidos ou
de um sólido dissolvido num líquido
A destilação é utilizada para separar soluções de líquidos com pontos de ebulição
diferentes (com pelo menos 25 ºC de diferença) ou soluções líquidas em que um dos
componentes é volátil.
A operação decorre quando a solução é submetida a um aumento de temperatura
ou diminuição da pressão. É a combinação destes dois factores que facilita a ocorrência da
destilação. Reconhecem-se dois tipos de destilação: a destilação simples e a destilação
fraccionada.
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Fig 3. 9-Destilação simples
(Extraído de Reger Daniel et. al, Química: Princípios e Aplicações, 1997)
Destilação Simples
É sabido que as substâncias puras apresentam pontos de ebulição bem definidos,
mas o mesmo não se pode dizer das substâncias impuras. Com base neste conhecimento
é possível separar e caracterizar determinados componentes de uma mistura, que
apresentem diferentes volatilidades. A separação dos vários componentes de uma mistura
líquida (ou mistura de um sólido dissolvido num liquido), pode ser efectuada utilizando a
montagem apresentada na figura 3.9. Na destilação simples de uma mistura de dois ou
mais líquidos com pontos de ebulição diferentes, o primeiro líquido recolhido será mais rico
no componente que apresenta menor ponto de ebulição (ou seja o mais volátil). Este é
arrefecido no condensador, que é percorrido externamente por água, condensando. No
entanto, o vapor irá conter uma certa quantidade dos restantes componentes da mistura. O
líquido recolhido pode ser novamente destilado caso se pretenda, obtendo-se nesse caso
um líquido mais enriquecido no componente mais volátil (ibid, 1997, p.25).
Destilação Fraccionada
Após a destilação simples de uma mistura líquida o destilado irá conter sempre
uma percentagem dos outros componentes mesmo que em pequena quantidade. Para que
se obtenham substâncias puras pode recorrer-se à destilação fraccionada.
A destilação fraccionada é relativamente diferente da destilação simples, neste
caso o vapor proveniente do balão de destilação é encaminhado para uma coluna de
grande comprimento, entre o balão de destilação e o condensador, denominada coluna de
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fraccionamento, onde em ciclos sucessivos condensa e evapora (refluxo). Os vapores que
atingem o topo da coluna são enriquecidos no componente mais volátil, que por
arrefecimento da coluna vão condensar. (ibid, 1997, p.25)
Uma vez que o trajecto percorrido é maior que na destilação simples, verifica-se
uma sucessão de estados de equilíbrio condensação /vaporização. Tal permite aumentar a
eficácia da separação. Numa primeira etapa o vapor do líquido mais volátil atinge o topo da
coluna de fraccionamento, predominando nas primeiras fracções de destilado que se
recolhe. Durante esta etapa a temperatura permanece constante. Após a destilação
completa do componente a temperatura deverá subir e quando se mantiver constante de
novo, verificar-se-á a destilação do segundo componente. Este procedimento repete-se até
que todos os componentes sejam extraídos da mistura.
Cuidados a ter antes de iniciar a destilação
Antes de iniciar qualquer destilação, seja ela simples ou fraccionada, é necessário tomar
algumas precauções tais como:
 Verificar o ajuste de todos os esmerilados das ligações.
 Verificar o sentido de circulação da água no condensador, que deve ser
contrário ao sentido de circulação do destilado.
 Adicionar reguladores de ebulição, podendo ser pedaços de porcelana ou
esferas de vidro, de modo a evitar uma ebulição tumultuosa ou o
sobreaquecimento da mistura.
 Confirmar a quantidade de liquido que se colocou no balão, não devendo
ultrapassar metade da capacidade do balão evitando-se assim a projecção
de líquido.
 A velocidade do aquecimento deverá ser lenta, uma vez que só se
consegue um bom equilíbrio entre o líquido e o vapor quando existe um
contacto prolongado entre as duas fases.
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A tabela 3.1 resume todos os processos físicos mais utilizados para realizar as
separações.
Misturas homogéneas
Misturas heterogéneas
Métodos
Cristalização
Separação magnética
Ebulição do solvente
Sublimação
Destilação simples
Peneiração
Destilação fraccionada
Extracção por solvente
Evaporação
Decantação
Filtração
Cromatografia
Centrifugação
Decantação em ampola
Tabela3. 1-Processos físicos de separação
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3.3. Separações de Substâncias e a Integração nos Currículos
3.3.1. Princípios orientadores do ensino básico
Os princípios orientadores da disciplina de Ciências Físico-Químicas para o ensino
básico surgem como a “integração no projecto educativo de cada escola” previsto pelo
Ministério da Educação em 2001. A proposta destas orientações curriculares prende-se
com a intenção de criar novas formas de dinamizar as aulas, implementando novas
experiências educativas. Segundo as recomendações do Conselho Nacional de Educação
(CNE) (parecer nº2/2000) “A autonomia pedagógica, nomeadamente através de projectos
educativos é também condição de flexibilização curricular, para que os professores ajam
mais como produtores do que como consumidores de currículo”. Com estes novos
currículos pretende-se sensibilizar os alunos para questões do mundo actual, estimulando
o interesse dos alunos para o estudo das ciências.
As orientações curriculares surgem como proposta que engloba duas disciplinas: as
Ciências Físico-Químicas e as Ciências Naturais, existindo entre ambas uma
interdisciplinaridade de saberes.
Considera-se importante a implementação de um currículo que pretende
desenvolver competências específicas para a literacia científica. Ao nível do ensino básico
sugere-se as seguintes competências:
1. Conhecimento (substantivo, processual ou metodológico, epistemológico)
2. Raciocínio
3. Comunicação
4. Atitudes
Organização Geral do Programa
De acordo com o sugerido pelo Ministério da Educação (adiante M.E.) os princípios
orientadores do ensino básico englobam todos os níveis de ensino, 7º, 8º e 9º ano. Nas
orientações curriculares para os três ciclos do Ensino Básico propõe-se a organização em
temas gerais tais como:
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 Terra no Espaço
 Terra em transformação
 Sustentabilidade na Terra
 Viver melhor na Terra.
A visão e abordagem destes temas incide sobretudo numa perspectiva CiênciaTecnologia-Sociedade-Ambiente (adiante CTS-A) e tal como mencionado nas orientações
curriculares “possibilita alargar os horizontes da aprendizagem, proporcionando aos alunos
não só o acesso aos produtos da ciência mas também aos seus processos, através das
potencialidades e limites da ciência e das suas aplicações Tecnológicas na Sociedade”.
Os temas apresentam seguimento. Embora incidindo sobre aspectos diferentes,
todos promovem a aplicação das ciências e em particular das Ciências Físico-Químicas a
situações concretas do quotidiano, na resolução de questões que só são devidamente
explicadas com conteúdos científicos.
A abordagem do tema Separações Físicas surge inserido no tema “Terra em
Transformação”, mais especificamente na “constituição do mundo material”, tal como se
verifica na figura 3.10.
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Fig 3. 10- Organização dos temas gerais do Ensino Básico
(adaptado do ministério da Educação, 2001)
A abordagem do estudo das separações de substâncias de uma mistura, centra-se
na questão ”Como é constituído o mundo material?”.
Associado a este tema de separações físicas, encontram-se outros conceitos tais
como: substâncias, mistura de substâncias e propriedades físicas das substâncias cujo
estudo é necessário para a compreensão do processo de separações. Destacam-se para
este tema objectivos específicos tais como (M.E; 2001):
 Compreensão da existência de diferentes materiais, propriedades distintas e de
diferentes utilizações;
 Distinção entre substância e mistura de substâncias;
 Utilização das diferentes técnicas de separação a casos concretos de misturas.
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3.3.2. Princípios orientadores do ensino secundário.
O tema “Processos Físicos de Separação” é aplicado especificamente ao nível do
ensino básico. No entanto, os processos físicos de separação são abordados novamente
no 10º ano de escolaridade. Esta TIPS (ou uma adaptação mais exigente) também pode
ser aplicada ao nível do ensino secundário no intuito de efectuar uma breve revisão de
conceitos e, como tal, explicita-se seguidamente como se poderia enquadrar no programa
do Ensino Secundário.
Como resultado da “Revisão Curricular do Ensino Secundário” surge a
homologação do programa de Física e Química A em 2001. No Ensino Secundário o tema
em questão enquadra-se no módulo inicial: “Materiais: diversidade e constituição”,
pretendendo-se a “explicação do mundo material e artificialmente construído” (M.E, 2001),
reforçando a ideia que se estabeleceu no ensino básico de que o mundo à nossa volta é
constituído por substâncias. O principal objectivo deste módulo é a consolidação de
conhecimentos que, embora adquiridos no ensino básico, são fundamentais para a
aprendizagem de posteriores conceitos
Os objectivos de aprendizagem para este tema, iniciado com as questões:
“Materiais: Qual a origem?; Que constituição e composição?; Como se separam
constituintes?”, são (M.E.; 2001):

Utilização do conceito de substância para descrever o mundo material,
podendo existir isoladamente ou com a formação de misturas;

Caracterização de misturas e de substâncias;

Explicitação dos diversos passos de modo a dar resposta a questões
resolúveis experimentalmente;

Relacionar a técnica com o princípio subjacente;

Aplicar técnicas adequadas à separação de misturas e princípios
subjacentes;

Percepção
das
limitações
das
técnicas,
enquanto
processos
de
componentes de misturas;
Ao nível do ensino secundário é fundamentalmente privilegiado o trabalho laboratorial. O
seguinte esquema permite identificar de que modo os processos físicos de separação
estão integrados na reestruturação dos novos temas.
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Fig3. 1- Contextualização dos conceitos relacionados com os processos físicos de
separação (adaptado do Ministério da Educação, 2001).
Fig 3. 11-Organização dos temas gerais Fisica-Química A
(adaptado do ministério da Educação, 2001)
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