Conceito de eletronegatividade nos livros didáticos do
ensino médio e superior.
SALES, E.M
1
, SOUSA, A.P2, SANTIAGO, A.S3, BRAGA, J.C4,
SILVESTRE,A.S5.
1
DEQ- Graduanda do curso de Engenharia química da Universidade Federal
de Campina Grande- UFCG, Graduada em Licenciatura em Química pela
Universidade Estadual da Paraiba-UEPB.
2
Doutor em Engenharia de Processos pela Universidade de Campina Grande,
Prof do Departamento de Química industrial –UEPB.
3
Mestrando do Programa de Pos-graduação da Universidade Federal de
Campina Grande-UFCG.
4
Graduando do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de
Alagoas-UFAL.
5
DEQ- Graduado em Licenciatura em Química da Universidade Estadual da
Paraiba-UEPB.
RESUMO
Atualmente na literatura existem vários questionamentos sobre como
melhor abordar a eletronegatividade nos livros didáticos de ensino médio e
superior. O objetivo foi pesquisar como esta sendo abordado o conceito de
eletronegatividade em livros didáticos do ensino médio e superior. O conceito
de eletronegatividade é importante, pois faz parte de vários problemas
químicos. Verifica-se que é importante analisar este conceito quando aplicado
aos gases nobres. A estratégia metodológica para possibilitar um estudo
consistente do conceito de eletronegatividade é de natureza descritiva e
baseia-se fundamentalmente numa combinação de estudo bibliográficos. Logo
do ponto de vista dos textos apresentados nos livros didáticos Médio e superior
o conceito de eletronegatividade apresenta uma tendência desfavorável no que
diz respeito ao processo de aprendizagem contribuindo para haver lacunas no
conhecimento obtidos tanto por professores de química como por alunos
.Dessa maneira, propõe-se que a abordagem do conceito de eletronegatividade
seja realizada de forma contextualizada de maneira histórica e intertextual
PALAVRAS CHAVE : Eletronegatividade, Átomos,ligação química.
1.0 INTRODUÇÃO
Há muito tempo os cientistas sabem que a chave para interpretar as
propriedades de uma substância é primeiramente reconhecer e compreender a
sua estrutura e o tipo de ligações químicas envolvidas em sua formação. A
estrutura se refere à maneira como os átomos se arranjam no espaço, e o tipo
de ligação química define as forças que mantêm os átomos adjacentes juntos.
O conceito de EN é importante, pois auxilia o químico na interpretação de
estruturas e suas relações com as propriedades físicas e químicas. Por
exemplo, na área específica de ligação química, é difícil imaginar explicar
polaridade de uma ligação, ligação covalente polar e apolar, momento dipolo,
sem utilizar-se do conceito de EN.
Atualmente
existem
varias
abordagens
sobre
o
conceito
de
eletronegatividade nos livros didáticos, que de uma forma ou de outra vem a
mostrar ao aluno um conceito que será utilizado na interpretação de estruturas
e suas relações com as propriedades físicas e químicas, às atuais
metodologias empregadas para descrever o conceito de eletronegatividade,
nem sempre estão sendo abordadas de maneira clara e eficaz para que o
aluno possa saber que os gases nobres também possuem valores de EN e que
estes podem ser calculados.
O estudante do ensino médio terá um conceito limitado sobre
eletronegatividade. O estudante terá dificuldade em entender como um gás
nobre faz ligação química, se assim foi mostrado que não existe
eletronegatividade dos gases nobres nos livros didáticos do ensino médio. O
objetivo
foi
pesquisar
como
esta
sendo
abordado
o
conceito
de
eletronegatividade em livros didáticos do ensino médio e superior.
2.0- FUNDAMENTAÇÃO TEORICA
Numa ligação covalente, o par eletrônico é compartilhado entre dois
átomos. Isto significa que o par é atraído simultaneamente para o núcleo de
ambos os átomos, resultando numa competição pelos elétrons. A atração
exercida por um átomo sobre o par de elétrons na sua camada de valência
depende da carga nuclear efetiva (a carga nuclear menos o efeito de
blindagem das camadas internas) e da distância entre os núcleos e a camada
de valência. Esta atração é medida por uma quantidade chamada
eletronegatividade, que é definida como a tendência relativa de um átomo em
atrair o par de elétrons da ligação. Quando os átomos ligados por covalência
são idênticos não há diferença de eletronegatividade, portanto, ambos os
átomos atraem o par eletrônico com a mesma intensidade. Nesse caso,
dizemos que a ligação é covalente não-polar. Se houver diferença de
eletronegatividade entre dois átomos, a ligação será covalente polar, pois o par
eletrônico estará distribuído assimetricamente, mais próximo do átomo mais
eletronegativo.
A partir do desenvolvimento da mecânica quântica e da resolução da
equação de schrodinger , compreendeu-se a relação entre as propriedades dos
elementos químicos e a sua estrutura eletrônica.Através de evidências
experimentais de que os elétrons se comportam como onda e também como
partícula, além do fato da energia ser quantizada ,tornou-se possível explorar o
mundo microscópico dos compostos , descobrindo muitas vezes as causas
das propriedades
observadas no mundo macroscópico. De acordo com os
elétrons de valência que se localizam na parte mais externa do átomo
determinam-se as propriedades periódicas de um elemento. Segundo, Hélio A.
Duarte. A ligação química, sendo a interação de dois átomos (ou grupo de
átomos, está intimamente ligada ao rearranjo da estrutura eletrônica, ou
melhor, dos elétrons dos átomos dentro de uma nova molécula. O arranjo de
elétrons em quatro grupos em torno de um átomo só permite que a camada de
valência acomode um máximo de quatro pares de elétrons. O potencial de
ionização e a afinidade eletrônica são duas propriedades periódicas que podem
nos auxiliar a compreendermos a natureza das ligação química.Lembremos
,inicialmente ,que o potencial de ionização é a energia requerida para retirar um
elétron do átomo (PI) e a afinidade eletrônica é a energia liberada quando um
átomo recebe um elétron (AE):
M → M + 1e
PI
(1)
X + 1e → X
AE
(2)
A tabela 1 mostra o PI e o AE para os elementos do segundo período da
tabela periódica. Observa-se que aquele elemento que se tem maior
dificuldade de retirar elétrons, ou que apresenta menor afinidade eletrônica e o
átomo de Neônio. Dentre os átomos da segunda linha da tabela periódica, o
neônio é que apresenta
menor tendência de receber ou doar elétrons ele
precisa de 2080 J.mol para que um elétron seja retirado para e receber ,
precisaria ainda de 29J.mol ( valor negativo na tabela ).Vemos que outros
elementos tendem a doar seus elétrons liberando energia. O processo de
receber ou doar elétrons leva à formação de anions ou cátions ,
respectivamente . Espera-se, assim, que os dois íons formados interajam
devido ás forças de atração de cargas formando uma ligação química.
A natureza da ligação química dependera de como acontece o rearranjo
dos elétrons na molécula formada.
Tabela 1: Tabela referente a afinidade eletrônica e o potencial de
ionização referente aos elementos do segundo período da tabela
periódica(KJ/mol-1)
Elementos
Afinidade eletrônica
Potencial de ionização
Li
60
520
Be
-18
900
B
27
800
C
122
1086
N
-9
1402
O
141
1341
F
328
1681
Ne
-29
2080
Fonte : Hélio A.Duarte: Ligações químicas
Na natureza os átomos se unem devido à eletronegatividade que eles
apresentam, podem atrair os elétrons mais ou menos para si. Esta capacidade
de atrair os elétrons mais ou menos para si está correlacionada com o seu
potencial de ionização e afinidade eletrônica ( Huheey, 1983).De acordo com a
definição de Mulliken, a eletronegatividade
é dada por c = ½ ( PI + AE).
Quando a transferência de elétrons pode ser considerada como uma
aproximação válida face a
diferença de eletronegatividade dos átomos ,
podemos tratar o sistema como sendo uma interação entre íons, ou seja,
puramente eletrostática. No entanto, há uma interação devida ao fato dos
elétrons sempre têm uma pequena probabilidade de ser encontrados nas
vizinhanças do átomo menos eletronegativo. A chama regra do octeto surge do
fato de que quando os átomos doam, recebem ou compartilham elétrons de tal
forma que passam a apresentar configuração eletrônica semelhante a de gases
nobres, eles tornam- se mais estáveis em relação a tendência dos elétrons de
escaparem do sistema, ou seja o sistema como um todo torna-se estável.
Allred e Rochow definiram a eletronegatividade de um átomo como sendo
a razão Z*, a carga nuclear efetiva no elétron responsável pela ligação
covalente , e o quadrado do raio covalente do átomo.As eletronegatividades
são então dadas em termos da força de atração eletrostática, isso daria uma
medida de como um átomo numa molécula atrai elétrons para si. Os valores
de Z* são calculados de acordo com a regra de Slater, com a modificação de
contar o último elétron ao computar-se a constante de blindagem. Os valores
das eletronegatividades de Allred e Rochow podem ser convertidos à escala de
Pauling pela relação.
Xp = 0,359XAR + 0,744
Sabendo que os valores dos raios de covalentes para os gases nobres
foram obtidos por B.Fung por extrapolação a partir do valor de 1,30 A para o
xenônio e supondo que os raios covalentes variem da mesma forma que os
raios univalentes.
2.1 Eletronegatividade nos livros didáticos
Percebe-se que nas aulas de química, geralmente, são trabalhados
conceitos que não são consistentes, obtidos de análises inadequadas. Na
maioria das vezes, abordados como meras definições capazes apenas de
instruir os estudantes na resolução de exercícios esquemáticos. Dessa
maneira, o conceito científico é frequentemente desviado de seu contexto
original e transposto para o contexto escolar de maneira empobrecida e/ou
equivocada.
A partir de análise de livros didáticos de Química do Ensino Médio
revelam que o conceito de eletronegatividade geralmente é definido como:
"capacidade que os átomos de determinado elemento possuem para atrair
elétrons" ou "força de atração exercida sobre os elétrons de uma ligação".
Nesse caso, também foi observado que o conceito de eletronegatividade é
apresentado fora de sua historicidade e que, algumas vezes, é confundido com
afinidade eletrônica e no que se refere às aplicações, era usado apenas para
definir a polaridade das ligações covalentes.
Sendo o livro didático um recurso bastante utilizado como mediador no
processo de ensino-aprendizagem e considerando-se a relevância do conceito
de eletronegatividade na compreensão de assuntos importantes no âmbito da
Química, pretende-se neste trabalho resgatar o conceito de eletronegatividade
em seu contexto original e, ao mesmo tempo, realizar uma análise do processo
de inserção histórica deste conceito nos livros didáticos de Química no Ensino
Médio e Superior, procurando identificar aproximações e distanciamento em
relação ao conhecimento de referência.
2.2 A eletronegatividade dos gases nobres
O conceito de eletronegatividade é importante, pois faz parte de vários
problemas químicos. Verifica-se que é importante analisar este conceito
quando
aplicado
eletronegatividade
aos
gases
nobres.De
acordo
com
Pauling,
a
foi definida como sendo “ o poder de um átomo numa
molécula de atrair elétrons”. A unidade de eletronegatividade tem sido tomados
como energia, energia, força, ou mesmo parâmetros derivados de relações
adimensionais. Os diferentes métodos de se calcular as eletronegatividades,
tem sido objeto de varias revisões.
De acordo com A.L.Filgueiras(1980), O método de Pauling se baseia em
dados termodinâmicos não disponíveis para todos os gases nobres.O método
de Mulliken, aperfeiçoado por Ixzowski e Margrave e por Hinge e Jaffé, é o
mais satisfatório do ponto de vista teórico.A energia de um átomo em função da
carga pode ser descrita por uma questão do tipo
E = a + bq+ cq² + dq³+ ...
(1)
Denominada equação de Ixzowski e Margrave, onde a,b, c e d,... são
constantes a serem determinadas e q é a carga do átomo. Os coeficientes de d
em diante são desprezíveis em relação aos outros, de modo que a equação se
torna
E = a + bq+ cq²
(2)
Se fizer q = 0 , +1 e -1, obtém-se respectivamente
E0 = a= 0
( energia do átomo com carga zero)
E +1 = -b + c
( energia de ionização)
(4)
E-1 = -b + c
(energia de eletroafinidade)
(5)
(3)
Diferenciando a Eq.2 em relação a q, obtém:
dE/dq = b + 2c
Combinando as equações (3), (4), (5), (6), resulta
(6)
dE/dq= I + A /2 + ( I + A )q
(7)
ou, levando em conta a convenção de que A é definida como a energia
liberada ao se adicionar um elétron a um átomo isolado,
dE/dq= I + A /2 + ( I + A )q
Iczkowski e Margrave definiram a eletronegatividade de um átomo como sendo
dE/dq, ou seja, a tangente à curva descrita pela Eq.(2) num ponto qualquer.
Vê-se daí que a eletronegatividade
consiste num termo fixo , I+A/2 ,
coincidente com a proposição de Mulliken, e de um termo variável com carga (
I-A). O termo fixo pode ser comparado com o conceito de Pauling: a diferença
de eletronegatividade
entre dois átomos A e B gera uma energia de
estabilização ligação A-B, denominada energia de ressonância iônica.Se A e B
tiverem a mesma eletronegatividade , a energia necessária para se passar da
forma covalente A-B para as formas iônicas A+ e B-
e A-
e B-
será a
mesma.Então a eletronegatividade será função de I e de A.A Eq (8) pode ser
utilizada para o cálculo da eletronegatividade
levando em conta não só a
variação da carga , mas também a hibridação do átomo. Isto pode ser feito
desde que conheçam os valores de IEV e de AEV , ou sejam, as energias de
ionização e de eletroafinidade do átomo no estado de valência. O estado de
valência de um átomo numa molécula foi definido por Van vleck como estado
energético obtido pela remoção adiabática de todos os outros átomos ligados
ao átomo considerado, isto é, sem qualquer rearranjo eletrônico. Os valores de
IEV e de AEV podem ser calculados para a grande maioria dos elementos em
diversos estados de Valencia.Com os valores calculados podem-se obter as
eletronegatividades desejadas pela aplicação da Eq(8). O valor obtido para o
hidrogênio é dE/dq = 7,17 + 12,89q , o qual pode ser convertido facilmente em
unidades de Pauling pela relação
0,168( 2 XM – 1,23) = Xp
Onde XM = eletronegatividade de Mulliken
XP = eletronegatividade de Pauling
Para os gases nobres, entretanto, há duas dificuldades: só se dispõe do
ramo positivo da curva, uma vez que os valores das eletroafinidades dos gases
nobres são desconhecidos ou duvidosos. De qualquer maneira, essas
eletroafinidades são negativas e se referem à entrada de elétrons em subnivel
diferente daquele considerado no ramo positivo (energia de ionização), de
modo que o ponto q=0 representa uma descontinuidade na curva.Em segundo
lugar é difícil definir e calcular os valores de IEV e de AEV para os gases nobres,
de modo que os resultados obtidos estão sujeitos a grandes variações.Foram
efetuados vários cálculos por diferentes autores para as eletronegatividades
dos gases nobres , envolvendo tanto o método de Mulliken e suas variações,
como os outros métodos.Todos envolvem, porém, dificuldades que tomam os
resultados algo duvidosos.
3.0 MATERIAIS E METODOS
A estratégia metodológica para possibilitar um estudo consistente do
conceito de eletronegatividade é de natureza descritiva e baseia-se
fundamentalmente numa combinação de estudo bibliográficos. Pesquisa na
literatura como será abordado o conceito de EN foi abordado o conceito de
eletronegatividade
pelos livros didáticos, em que assuntos de química o
conceito de eletronegatividade esta sendo abordado pelos autores, qual a
definição de EN é mostrada pelos autores, se os autores dos livros mostram
como os valores de EN foram obtidos e como esse conceito é abordado para
os gases nobres.
O critério de seleção dos livros didáticos para o Ensino Médio era que
fossem utilizados como livros-texto nas escolas públicas e particulares do
Estado de Sergipe. Optamos por avaliar 5 livros de Química do Ensino Médio
aprovados pelo selecionados em maior quantidade pelos professores da rede
pública do Estado de da Paraiba do ano de 2011.Para os livros didáticos no
Ensino Superior, o critério norteador foi o fato deles constarem como
bibliografia básica nos programas das disciplinas de Química Geral e Química
Inorgânica no curso de Licenciatura em Química de uma universidade pública
do Estado da Paraíba.
Além da revisão bibliográfica sobre o conceito de eletronegatividade.Na
análise, serão considerados os assuntos de química referentes ao volume I de
alguns livros didáticos do ensino médio. Os seguintes livros didáticos Química
Geral, Química integral, Química do Cotidiano, Química Geral cujos autores
são Ricardo Feltre [1], Sardella(2),respectivamente foram escolhidos, pois são
os livros mais frequentemente utilizados em escolas particulares e públicas do
estado da Paraiba e livros de ensino superior citado na tabela 1.
4.0 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os livros didáticos analisados estão indicados na Tabela 2, LDEM (Livros
Didáticos do Ensino Médio), e LDS (Livros Didáticos do Ensino Superior).
Tabela 2 : Referencias analisadas do conceito de eletronegatividade.
LDEM1 Feltre, R; Química Geral, 6° Ed, São Paulo: Editora Moderna
LDEM2 Sardella, Antônio. Química. São Paulo: Editora ática, v. único, 2000.
LDES1
Atkins, P; Jones,L;Principios de Química : questionando a vida
moderna e o meio ambiente, Trad. Ricardo Bianca Alencastro; 3° ed.
Porto Alegre.Bookman,2006.
LDES2
Brown, T.L; Leymay, H.E, Bursten, B.E; Química : A ciência central,
Trad.Robson Matos, 9° ed,São Paulo: Makron Books, 1994.
LDES3
Kotz, J.C; Treichel, P.M.Jr; Química Geral e Reações Químicas,
Trad.José
Alberto Bonaparte e
:thomson,vol1 ,200
Oswaldo
Barcia;
São
Paulo
Fonte : Própria.
Percebe-se que através análise dos livros didáticos de Química do Ensino
Médio LDEM1 e LDEM2 identificou-se que estes trazem pouca informação
sobre o termo eletronegatividade. O conceito é apresentado a partir de uma
abordagem tradicional, em que é mostrada apenas sua definição seguida de
um esquema de setas que mostra a variação da eletronegatividade dentro da
Tabela Periódica.
Verificado nos dois livros analisados o esquema a seguir(Figura 1) é
geralmente utilizado na tentativa de facilitar a visualização da variação da
eletronegatividade na Tabela Periódica. Porém é necessário atenção
ao
trabalhar com este esquema,pois ele pode ser compreendido como uma
"regra" a ser seguida, a qual indica que a eletronegatividade aumenta da
esquerda para direita ao longo do período e diminui descendo o grupo da
Tabela Periódica, levando os casos que não seguem esta "regra" a serem
interpretados como exceções isso seria um equivoco.
Fonte : Química Nova
Um problema verificado nos dois livros analisados foi que os elementos da
coluna em preto são os gases nobres, que neste caso estão em destaque por
serem considerados inertes. Como já existem relatos de compostos formados
por gases nobres, tal qual o xenônio (XeF6, XeF2, entre outros), sugerindo
através do esquema que os gases nobres não apresentam eletronegatividade,
vindo a deixar conhecimentos importantes para a formação do aluno.
Nos textos analisados, foram encontradas as seguintes definições para o
conceito de eletronegatividade: (1) "Capacidade que um átomo tem de atrair
para si o par eletrônico de uma ligação covalente", essa definição foi
encontrada de forma semelhante nos livros LDEM1. Em LDEM2 foi encontrada
após definição mostrada em (1) que "existem algumas escalas que relacionam
a eletronegatividade dos elementos (Escala de Linnus Paulling). Verificou-se
que a escala de Pauling foi proveniente de uma relação entre a energia de
ionização e a afinidade dos elementos". É possível verificar na literatura que
Mulliken não é citado, dando somente a escala de Pauling como conhecimento
fundamental no conceito de eletronegatividade.
Já na analise dos livros didáticos de Química Geral do Ensino superior no
Ensino verifica-se mostram um conceito de eletronegatividade que é voltado
para um parâmetro que só se aplica a átomos em moléculas. No entanto, na
maior parte do conteúdo não é mencionado que eletronegatividade surge
apenas quando átomos de elementos químicos diferentes estão unidos por
uma ligação. Todos os 3 livros citam a escala de Mulliken mostrando que outro
cientista estudou essa propriedade, na
escala de eletronegatividade foi
proposta por Linus Pauling e que diferentes escalas de eletronegatividade têm
sido propostas com base em parâmetros experimentais distintos. Entretanto,
somente 2 destes livros (LDES1 e LDES2) apresentam a elaboração da escala
original, mostrando que se trata de uma escala relativa.
A partir da analise da literatura do Autor Atkins (LDS2) relaciona a
variação da eletronegatividade com o aumento ou diminuição das cargas
parciais. Quando se têm pequenas diferenças de eletronegatividade, as cargas
parciais são muito pequenas e, quando se aumenta a diferença de
eletronegatividade, também aumentam as cargas parciais. Nessa abordagem,
estes autores demonstram a partir das ideias de Robert Mülliken, que a
eletronegatividade é a média entre a energia de ionização e a afinidade
eletrônica do elemento.
Nenhum dos livros estudados está com uma abordagem para os gases
nobres talvez seja necessária uma abordagem mostrando como no estudo feito
por Santos, em que o mesmo mostra o calculo da eletronegatividade dos gases
nobres a partir da escala Z*3/n4.
5.0 CONCLUSÃO
A partir das analises realizadas na literatura eletronegatividade verificou-se
que eletronegatividade é uma propriedade relativa e que só faz sentido mostra
la quando átomos de elementos químicos diferentes formam uma ligação e,
que eletronegatividade se refere a um átomo numa molécula.
O conceito demonstrado nos livros didáticos do Ensino Médio, identifica
que os mesmos apresentam, o conceito de eletronegatividade de maneira
basica e descontextualizada. Os textos, de maneira geral, não procuram
explicar a relação entre eletronegatividade e outras propriedades periódicas.
Sem qualquer fundamentação esse conceito é
dado para o aluno, logo o
mesmo não terá argumentos que façam com que o processo de ensinoaprendizagem funcione de forma, de forma nenhuma finalidade com a
realidade o aluno conseguira enxergar.
Uma abordagem de forma mais didática e mais detalhada nos livros de
Ensino Superior,
desde as mais antigas como a de Mülliken (1934).É
necessário mostrar
aos estudantes de química, um panorama atual da
eletronegatividade, pois existem novas propriedades, como as cargas atômicas
baseadas na teoria do funcional de densidade, em que é possível determinar
as propriedades das ligações químicas de maneira exata.
Logo do ponto de vista dos textos apresentados nos livros didáticos Médio e
superior
o
conceito
de
eletronegatividade
apresenta
uma
tendência
desfavorável no que diz respeito ao processo de aprendizagem contribuindo
para haver lacunas no conhecimento obtidos tanto por professores de química
como por alunos .Dessa maneira, propõe-se que a abordagem do conceito de
eletronegatividade seja realizada de forma contextualizada de maneira histórica
e intertextual.
6.0- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
A.Duarte Hélio: Ligações químicas: Ligação iônica,covalente e
metálica.Cadernos temáticos de química Nova na Escola.N°4,2001.
Gil, Antonio Carlos, 1946- Como elaborar projetos de pesquisa- 4.ed8.reimpr.-São Paulo: Atlas,2006.
Mulliken, R. S. J. Chem. Phys. 2 (1934) 780.
Allred, A. L.; Rochow, E. G. J. Inorg. Nucl. Chem. 5 (1958) 264.
F.Campos Angela: Cálculo da eletronegatividade dos gases nobres
através da escala Z*3/n4.
Russel,John B: Química Geral-vol1-ed :Makron Books do Brasil editora
Ltda.Pág.370.
Kotz,Johnc: Química e reações químicas-Vol1-LTC.Livros técnicos e
científicos-ed –S.A.
A.L.Filgueiras: A eletronegatividade dos gases nobres-UFMG-1980.