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Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Dissertação de Mestrado em Educação Multimédia Susana Cristina Morais.

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1 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Dissertação de Mestrado em Educação Multimédia Susana Cristina Morais da Fonseca Porto, 17 de Março de 2006 Juri: Doutor Duarte José Vasconcelos da Costa Pereira (Presidente) Doutor Mário Nuno de Matos Sequeira Berberan e Santos (Arguente) Doutor João Carlos de Matos Paiva (Orientador) Doutor Jorge Marques Gonçalves (Co-orientador) Doutor Álvaro Pedro de Barros Borges Reis Figueira (Vogal)

2 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Tópicos a abordar na apresentação da Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico INTRODUÇÃO: As TIC e o ensino da Química na sociedade de informação Conclusões Propósitos para o futuro

3 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Introdução: As TIC e o ensino da Química na sociedade de informação Sociedade Renovação contínua da informação; É essencial seleccionar informação, actualizar e mesmo reformular o conhecimento; Frequente redefinição das funções a desempenhar. Escola Visa desenvolver nos cidadãos competências de adaptação à sociedade em que se encontra inserida.                TIC Actualmente o seu uso quotidiano está generalizado,pelo que aproximam a Escola da Sociedade em que está inserida; Apresentam poder como recursos educativos, englobando os mais diversos media e fornecendo informação. Ensino da Química Ciência em constante evolução - actualização pela Internet onde são divulgadas publicações; Troca de saberes e observação à distância por recurso à ferramentas de comunicação; Apoio à componente experimental - aquisição de dados, ferramentas de cálculo... Simulação de eventos não observáveis.  

4 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Tópicos a abordar na apresentação da Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico INTRODUÇÃO: As TIC e o ensino da Química na sociedade de informação Conclusões Propósitos para o futuro

5 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico

6 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico

7 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico

8 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico

9 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico

10 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico

11 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico

12 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico Por meio de analogias, possibilitam efectuar representações de eventos não observáveis e assim tornar mais simples a compreensão dos modelos científicos adequação ao Introdução de simplificações no seu ensino propicia a Levantamento de questões que desafiam o rigor das abordagens científicas usuais no caso concreto deste trabalho é abordada a aplicação ao ensino O Equilíbrio Químico é caracterizado como abstracto e de interpretação microscópica complexa Recursos simulacionais actualmente disponíveis para o ensino do Equilíbrio Químico Estudo em geral e análise particular de Visa a introdução de melhoramentos,em relação a recursos já existentes, como o comportamento mais realista do sistema por meio de uma inovação (opção de adição de elevadas quantidades de gás inerte). favorecem o Protótipo Análise quantitativa leva à conclusão da existência de uma excessiva generalização no modelo actual de ensino deste tópico. influencia o modo de

13 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico

14 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico

15 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico Educação MultimédiaQuímica

16 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico Educação Multimédia Química

17 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico Educação MultimédiaQuímica

18 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico Educação Multimédia Química

19 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico Educação Multimédia Química

20 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Esquematização das relações entre os principais conteúdos na Dissertação Educação MultimédiaQuímica Análise de modelos usuais no ensino do Equilíbrio Químico Estudo científico da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico Construção de uma simulação computacional sobre Equilíbrio Químico Aplicação da simulação ao ensino, avaliação e construção de materiais de apoio.

21 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Tópicos a abordar na apresentação da Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico INTRODUÇÃO: As TIC e o ensino da Química na sociedade de informação Conclusões Propósitos para o futuro

22 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações Computacionais e sua aplicação pedagógica TutoriaisProgramas de exercitação e prática Jogos Educacionais Simulações Computacionais Programas de Modelação MBLs - Laboratórios baseados em microcomputadores Internet/ Redes de Computadores Aplicações do tipo ferramenta Sistemas periciais Programas tutee

23 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Envolvem a criação de modelos dinâmicos e simplificados do mundo real (micromundo). Neste tipo de aplicação é efectuada uma representação de determinado evento por meio de analogias, envolvendo a utilização de modelos que possibilitem simplificar a sua compreensão. As simulações podem ser dos mais diversos tipos, indo desde a simples animação (em que o utilizador se limita a observar o evoluir de determinado evento), até ao limite em que cabe ao aluno introduzir as expressões que controlam a simulação, sendo a sua participação muito activa. Mintzes et al., 2000; Pereira, 1993; Teixeira, sem data e Valente, 1993  O que são simulações computacionais?

24 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Quando um dado fenómeno não pode ser estudado ou experimentado fisicamente, por algum dos seguintes motivos: - trata-se de uma situação fictícia; - a complexidade associada ao sistema não possibilita a sua análise pelos métodos experimentação comuns; - o processo a ser estudado ocorre tão rapidamente ou tão lentamente na realidade que impede a sua análise pela experimentação; - o sistema a ser analisado situa-se a uma escala muito pequena (ex: movimentos moleculares) ou a uma escala muito grande (ex: movimentos planetários), sendo impossível a sua observação directa; - a manipulação do sistema real é perigosa; - a situação implica a realização de experiências que são muito complicadas; - a situação implica a realização de experiências que são dispendiosas.  Em campos se aplicam no ensino? Medeiros e Medeiros, 2002; Mintzes et al., 2000; Ribeiro e Greca, 2003 e Valente, 1993

25 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica - os alunos podem comparar as suas previsões com o modo como o computador simula determinado comportamento. Pereira, oferecem a possibilidade do aluno desenvolver hipóteses, de as testar, analisar resultados e refinar os conceitos. Valente, visualizar animações sobre o mundo microscópico pode estimular os estudantes a ultrapassar o grau de abstracção necessário para a compreensão de alguns conceitos. Russel, Kosma, Jones, Wykoff, Marx e Davis, 1997  Que possibilidades oferecem em termos pedagógicos?

26 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica  mas cuidado... O cuidado na aplicação dos recursos simulacionais é essencial, pois em caso contrário o aluno pode formar uma visão distorcida a respeito do mundo, como ser levado a pensar que este pode ser controlado tal como na simulação. Valente, 1993

27 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Podem ter diferentes níveis de controlo por parte do utilizador na selecção de percursos e nos resultados encontrados. Assim, são por vezes mais aproximadas ao construtivismo e noutros casos ao behaviorismo. Na actualidade, várias simulações são construídas de modo a possibilitar a criação de novas perguntas ou a exposição de ideias, aproximando-se da utilização do computador como ferramenta para expressão pessoal. Mesmo as simulações mais voltadas para a simples animação, possuem, muitas vezes, associadas às mesmas, aplicações para pesquisa de informação na Internet ou hipertextos para consulta e selecção de informação. Em relação ao professor, o papel de facilitador e organizador do conhecimento torna-se evidente perante o uso de simulações computacionais, uma vez que estas não conseguem dar resposta a dúvidas ou curiosidades que surjam durante a exploração individual da simulação. Um dos grandes desafios colocados ao professor que recorre a simulações computacionais é o de as adaptar aos diferentes ritmos de aprendizagem dos alunos.  Que relação têm com as teorias da aprendizagem?

28 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Tópicos a abordar na apresentação da Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico INTRODUÇÃO: As TIC e o ensino da Química na sociedade de informação Conclusões Propósitos para o futuro

29 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais São poucas as reacções químicas que se dão num único sentido. A maior parte das reacções é reversível, em maior ou menor extensão. No início de um processo reversível, a reacção dá-se no sentido da formação dos produtos. Logo que se formam algumas moléculas de produto, começa o processo inverso, isto é, começam a formar-se moléculas de reagente a partir de moléculas de produto. Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico Início A ⇌ B Chang,

30 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais São poucas as reacções químicas que se dão num único sentido. A maior parte das reacções é reversível, em maior ou menor extensão. No início de um processo reversível, a reacção dá-se no sentido da formação dos produtos. Logo que se formam algumas moléculas de produto, começa o processo inverso, isto é, começam a formar-se moléculas de reagente a partir de moléculas de produto. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 1

31 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais São poucas as reacções químicas que se dão num único sentido. A maior parte das reacções é reversível, em maior ou menor extensão. No início de um processo reversível, a reacção dá-se no sentido da formação dos produtos. Logo que se formam algumas moléculas de produto, começa o processo inverso, isto é, começam a formar-se moléculas de reagente a partir de moléculas de produto. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 1

32 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais São poucas as reacções químicas que se dão num único sentido. A maior parte das reacções é reversível, em maior ou menor extensão. No início de um processo reversível, a reacção dá-se no sentido da formação dos produtos. Logo que se formam algumas moléculas de produto, começa o processo inverso, isto é, começam a formar-se moléculas de reagente a partir de moléculas de produto. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 1

33 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais São poucas as reacções químicas que se dão num único sentido. A maior parte das reacções é reversível, em maior ou menor extensão. No início de um processo reversível, a reacção dá-se no sentido da formação dos produtos. Logo que se formam algumas moléculas de produto, começa o processo inverso, isto é, começam a formar-se moléculas de reagente a partir de moléculas de produto. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico Ao fim de t 1 A ⇌ B 165

34 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais São poucas as reacções químicas que se dão num único sentido. A maior parte das reacções é reversível, em maior ou menor extensão. No início de um processo reversível, a reacção dá-se no sentido da formação dos produtos. Logo que se formam algumas moléculas de produto, começa o processo inverso, isto é, começam a formar-se moléculas de reagente a partir de moléculas de produto. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico Instante t 2 A ⇌ B

35 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais São poucas as reacções químicas que se dão num único sentido. A maior parte das reacções é reversível, em maior ou menor extensão. No início de um processo reversível, a reacção dá-se no sentido da formação dos produtos. Logo que se formam algumas moléculas de produto, começa o processo inverso, isto é, começam a formar-se moléculas de reagente a partir de moléculas de produto. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 2

36 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais São poucas as reacções químicas que se dão num único sentido. A maior parte das reacções é reversível, em maior ou menor extensão. No início de um processo reversível, a reacção dá-se no sentido da formação dos produtos. Logo que se formam algumas moléculas de produto, começa o processo inverso, isto é, começam a formar-se moléculas de reagente a partir de moléculas de produto. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 2

37 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais São poucas as reacções químicas que se dão num único sentido. A maior parte das reacções é reversível, em maior ou menor extensão. No início de um processo reversível, a reacção dá-se no sentido da formação dos produtos. Logo que se formam algumas moléculas de produto, começa o processo inverso, isto é, começam a formar-se moléculas de reagente a partir de moléculas de produto. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Ao fim de t 2

38 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Ao fim de t 2 138

39 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 3

40 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 3

41 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 3

42 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Ao fim de t 3 129

43 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 4

44 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 4

45 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 4

46 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Ao fim de t 4 129

47 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 5

48 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 5

49 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Instante t 5

50 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quando se encontram reunidas determinadas condições, as reacções reversíveis podem evoluir para um estado de equilíbrio dinâmico, no qual as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecem constantes ao longo do tempo e não se observam variações visíveis no sistema. No entanto, a actividade a nível molecular é grande pois as moléculas de reagente continuam a dar origem a moléculas de produto e vice-versa. Chang, 2005 Equilíbrio Químico  Conceito de Equilíbrio Químico A ⇌ B Ao fim de t 5 129

51 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição Permite definir a condição de equilíbrio apenas com base nas condições do sistema

52 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S O sistema tende a evoluir para o estado em que esta energia é minimizada, ou seja um valor negativo para  G.  r Gº =  r H º- T  r Sº  r G =  r H - T  r S

53 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Para um sistema reaccional a variação da energia de Gibbs pode ser analisada em função do grau de avanço da reacção. Extensão da Reacção,   r G = 0  r G < 0  r G > 0 Esta indica a espontaneidade de uma reacção, sendo que se:  r G<0 a reacção no sentido directo é espontânea.  r G >0 a reacção no sentido inverso é espontânea.  r G =0 o sistema está em equilíbrio. Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos.

54 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. Sistemas ideias O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico.

55 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. dG = mA dnA + mB dnB +... A ⇌ B

56 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico.

57 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0

58 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp

59 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp mA + nB ⇌ qC + rD

60 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp mA + nB ⇌ qC + rD

61 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp mA + nB ⇌ qC + rD

62 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp K p = K c (RT)  mA + nB ⇌ qC + rD PV = nRT

63 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp K p = K c (RT)  mA + nB ⇌ qC + rD

64 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp K p = K c (RT)  mA + nB ⇌ qC + rD Baseada no facto da velocidade da reacção directa e da velocidade da reacção inversa serem iguais no equilíbrio

65 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp K p = K c (RT)  mA + nB ⇌ qC + rD Baseada no facto da velocidade da reacção directa e da velocidade da reacção inversa serem iguais no equilíbrio v d = v i Com base nas leis da velocidade para cada uma das reacções chega-se à expressão da constante de equilíbrio.

66 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp K p = K c (RT)  mA + nB ⇌ qC + rD Baseada no facto da velocidade da reacção directa e da velocidade da reacção inversa serem iguais no equilíbrio v d = v i Com base nas leis da velocidade para cada uma das reacções chega-se à expressão da constante de equilíbrio. v d = k d [A] m. [B] n v i = k i [C] q. [D] r

67 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp K p = K c (RT)  mA + nB ⇌ qC + rD Baseada no facto da velocidade da reacção directa e da velocidade da reacção inversa serem iguais no equilíbrio v d = v i Com base nas leis da velocidade para cada uma das reacções chega-se à expressão da constante de equilíbrio. v d = k d [A] m. [B] n v i = k i [C] q. [D] r

68 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp K p = K c (RT)  mA + nB ⇌ qC + rD Baseada no facto da velocidade da reacção directa e da velocidade da reacção inversa serem iguais no equilíbrio v d = v i Com base nas leis da velocidade para cada uma das reacções chega-se à expressão da constante de equilíbrio. v d = k d [A] m. [B] n v i = k i [C] q. [D] r A relação mostra também que a razão entre as velocidades específicas da reacção directa e inversa, corresponde à constante de equilíbrio.

69 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificação do Equilíbrio Químico Abordagem Termodinâmica Abordagem Cinética G = H - TS Baseada no facto do sistema evoluir para uma situação de minimização da energia de Gibbs. Expressões Fundamentais Descrição Expressões Fundamentais Descrição  G =  H -T  S Assim, para um sistema reaccional o equilíbrio é atingido no valor mínimo desta energia entre reagentes e produtos. O contributo de cada uma das espécies para a energia de Gibbs é dado pelo potencial químico. Equilíbrio 0 A combinação dos potenciais químicos leva à definição da relação da energia de Gibbs da reacção com a constante de Equilíbrio ( K ) e o quociente da reacção ( Q ). K = exp K p = K c (RT)  mA + nB ⇌ qC + rD Baseada no facto da velocidade da reacção directa e da velocidade da reacção inversa serem iguais no equilíbrio v d = v i Com base nas leis da velocidade para cada uma das reacções chega-se à expressão da constante de equilíbrio. v d = k d [A] m. [B] n v i = k i [C] q. [D] r A relação mostra também que a razão entre as velocidades específicas da reacção directa e inversa, corresponde à constante de equilíbrio. Supõe-se uma reacção elementar, caso contrário a abordagem cinética torna-se bastante complexa.

70 N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Factores que afectam o Equilíbrio Químico (Sistemas Gasosos) Princípio de Le Chatelier Quando um sistema em equilíbrio químico é sujeito a uma perturbação (tal como uma alteração de temperatura, pressão ou concentração) o equilíbrio desloca-se no sentido que minimiza o efeito dessa alteração, até se estabelecer um novo estado de equilíbrio.

71 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Factores que afectam o Equilíbrio Químico (Sistemas Gasosos) K = exp N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Exotérmica  H= - 92 kJ

72 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Factores que afectam o Equilíbrio Químico (Sistemas Gasosos) K = exp N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Exotérmica  H= - 92 kJ

73 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Factores que afectam o Equilíbrio Químico (Sistemas Gasosos) K = exp N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Exotérmica  H= - 92 kJ

74 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Factores que afectam o Equilíbrio Químico (Sistemas Gasosos) K = exp Alteração da Pressão Total / Volume Quando se verifica que   0, há alteração da razão entre as pressões parciais na expressão do quociente da reacção implicando um ajuste das mesmas de modo a que Q retorne ao valor de K. Princípio de Le Chatelier Ao aumentar a pressão o equilíbrio desloca-se no sentido directo em que há uma diminuição do número total de moles de espécies gasosas. T constante N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Exotérmica  H= - 92 kJ

75 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Factores que afectam o Equilíbrio Químico (Sistemas Gasosos) K = exp Alteração da Pressão Total / Volume Quando se verifica que   0, há alteração da razão entre as pressões parciais na expressão do quociente da reacção implicando um ajuste das mesmas de modo a que Q retorne ao valor de K. Pressões Parciais de Reagentes e Produtos Alteram a razão entre entre as pressões parciais na expressão do quociente da reacção implicando um ajuste das mesmas para um retorno de Q ao valor de K. Princípio de Le Chatelier Ao adicionar reagente o equilíbrio desloca-se no sentido directo em que há um consumo de reagentes e formação de produto. T constante V constante N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Exotérmica  H= - 92 kJ

76 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Factores que afectam o Equilíbrio Químico (Sistemas Gasosos) N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Exotérmica  H= - 92 kJ Pressões Parciais de Reagentes e Produtos Alteração da Pressão Total / Volume Alteram a razão entre entre as pressões parciais na expressão do quociente da reacção implicando um ajuste das mesmas para um retorno de Q ao valor de K. Quando se verifica que   0, há alteração da razão entre as pressões parciais na expressão do quociente da reacção implicando um ajuste das mesmas de modo a que Q retorne ao valor de K. K = exp Alterações de Temperatura Alterações de temperatura alteram directamente o valor de K, implicando o ajuste das pressões parciais para o seu novo valor. Princípio de Le Chatelier Ao aumentar a temperatura o equilíbrio desloca-se no sentido inverso, uma vez que esta é uma reacção exotérmica.

77 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Factores que afectam o Equilíbrio Químico (Sistemas Gasosos) N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Exotérmica  H= - 92 kJ Pressões Parciais de Reagentes e Produtos Alteração da Pressão Total / Volume Alteram a razão entre entre as pressões parciais na expressão do quociente da reacção implicando um ajuste das mesmas para um retorno de Q ao valor de K. Quando se verifica que   0, há alteração da razão entre as pressões parciais na expressão do quociente da reacção implicando um ajuste das mesmas de modo a que Q retorne ao valor de K. K = exp Alterações de Temperatura Alterações de temperatura alteram directamente o valor de K, implicando o ajuste das pressões parciais para o seu novo valor. Princípio de Le Chatelier Ao aumentar a temperatura o equilíbrio desloca-se no sentido inverso, uma vez que esta é uma reacção exotérmica.

78 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Factores que afectam o Equilíbrio Químico (Sistemas Gasosos) Pressões Parciais de Reagentes e Produtos Alteração da Pressão Total / Volume Alteram a razão entre entre as pressões parciais na expressão do quociente da reacção implicando um ajuste das mesmas para um retorno de Q ao valor de K. Quando se verifica que   0, há alteração da razão entre as pressões parciais na expressão do quociente da reacção implicando um ajuste das mesmas de modo a que Q retorne ao valor de K. K = exp Alterações de Temperatura Alterações de temperatura alteram directamente o valor de K, implicando o ajuste das pressões parciais para o seu novo valor. Adição de Gás Inerte ? N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Exotérmica  H= - 92 kJ

79 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Ensino do Equilíbrio Químico  Complexo de ensinar / Difícil de aprender Equilíbrio Químico é rotulado como um dos conceitos de mais difícil compreensão (Hackling e Garnett, 1985; Wilson, 1998; Maskill e Cachapuz, 1989) e um dos mais desafiantes de ensinar (Banerjee, 1995). São apontadas as mais diversas concepções alternativas em estudos efectuados desde da década de sessenta (Van Driel et al., 1999; Tyson et al., 1999). Mesmo alunos que obtêm classificações positivas em testes sobre esta matéria, muitas vezes não compreendem realmente o equilíbrio, resolvendo questões por recurso a um algoritmo decorado por exercitação (Bergquist e Heikkinen, 1990). Furió, Calatayud, Bárcenas e Padilla (2000), consideram que as dificuldades apontadas estão relacionadas com raciocínios espontâneos, ou seja, associadas ao senso comum.

80 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Concepções Alternativas em Equilíbrio Químico

81 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Concepções Alternativas em Equilíbrio Químico

82 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Concepções Alternativas em Equilíbrio Químico

83 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Concepções Alternativas em Equilíbrio Químico

84 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Perturbação do Equilíbrio Químico  Concepções Alternativas em Equilíbrio Químico

85 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Ensino do Equilíbrio Químico  Possíveis orientações perante as dificuldades diagnosticadas Continua a ser necessário um esforço na tentativa de encontrar estratégias que permitam minimizar as dificuldades. Pedrosa e Dias (2000) afirmam que o uso das conclusões das investigações para implementação de recursos curriculares e de abordagens pedagógicas são urgentes para o melhoramento do ensino da Química. Banerjee (1991b) salienta a não existência de grande quantidade de módulos para o seu ensino, prontos a usar pelos professores e elaborados tendo em conta as concepções alternativas e dificuldades conceptuais diagnosticadas nos alunos. São dadas as mais diversas sugestões práticas como o o uso de exemplos diversificados para diminuir as incompreensões associadas ao princípio de Le Chatelier, o cuidado com termos de significado diferente na linguagem comum, experiências sequenciadas e testes de diagnóstico. Outros autores sugerem ainda o uso de simulações computacionais (Sandberg e Bellamy, 2003; Cullen, 1989; Russel et al., 1997; Paiva et al., 2002),

86 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Ensino do Equilíbrio Químico  O desafio a abordagens habituais no ensino do Equilíbrio Químico É possível que os professores tendam a desprezar a natureza específica deste conceito e que ao tentar simplificar o conteúdo para os alunos, possam levar os mesmos a efectuar generalizações que não são válidas (Tyson et al., 1999). Tyson, Treagust e Bucat (1999) alertam para o problema de tentar simplificar demasiado as temáticas de carácter específico, como é o Equilíbrio Químico, pois tais simplificações podem levar à assunção de generalizações que não são válidas. Leenson (2000) reforça a ideia de que uma explicação não pode ser apenas aparente, mas também correcta do ponto de vista científico. Fainzilberg e Karp (), reconhecem que nem todas as complexidades associadas ao tópico podem ser ensinadas num nível introdutório. Contudo, defendem ainda que o método exacto de cálculo possa não ser introduzido, os estudantes devem conhecer as aproximações que estão a ser efectuadas por forma a que o ensino seja rigoroso.

87 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Tópicos a abordar na apresentação da Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico INTRODUÇÃO: As TIC e o ensino da Química na sociedade de informação Conclusões Propósitos para o futuro

88 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica A adição de gases inertes, a volume e temperatura constantes, afecta o Equilíbrio Químico? Sim As Respostas Sim O Problema ??  Não

89 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Não se verifica qualquer alteração pela adição de gás inerte. Esta é uma reacção em que não existe variação do número total de moles de espécies gasosas entre reagentes e produtos. Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 1: Sim N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) Adicionar gás inerte leva ao deslocamento do equilíbrio no sentido directo. De acordo com o princípio de Le Chatelier, o equilíbrio contraria o aumento de pressão, deslocando-se no sentido em que quatro moles de espécies gasosas originam duas moles de espécies gasosas, ocorrendo uma diminuição da pressão, a volume constante.” Passos Escrita da equação da reacção Equações associadasRaciocínios e Conclusões Determinação de  da reacção Análise do efeito da adição de gás inerte de acordo com o princípio de Le Chatelier  0  0

90 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 1: Sim Resposta baseada numa explicação errada - concepção alternativa. Este tipo de resposta enquadra-se numa visão simplista do princípio de Le Chatelier, compreendido de modo errado, usado indiscriminadamente e de forma algorítmica. Não é considerado o facto de que adicionar gás inerte não é exactamente o mesmo que elevar a pressão total do sistema por diminuição do volume.

91 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 2: Não N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Análise usando expressões matemáticas relacionadas com o Equilíbrio Químico. Passos Escrita da equação da reacção Equações associadasRaciocínios e Conclusões Escrita das expressões de K e Q

92 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 2: Não N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Análise usando expressões matemáticas relacionadas com o Equilíbrio Químico. Passos Escrita da equação da reacção Equações associadasRaciocínios e Conclusões Escrita das expressões de K e Q p A = x A P A T constante, alterações do estado de equilíbrio significam que K p  Q p, o que acontece quando ocorrem alterações nas pressões parciais das espécies. Estudo do efeito da adição de gás inerte sobre as pressões parciais:

93 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 2: Não N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Análise usando expressões matemáticas relacionadas com o Equilíbrio Químico. Passos Escrita da equação da reacção Equações associadasRaciocínios e Conclusões Escrita das expressões de K e Q p A = x A P A T constante, alterações do estado de equilíbrio significam que K p  Q p, o que acontece quando ocorrem alterações nas pressões parciais das espécies. Estudo do efeito da adição de gás inerte sobre as pressões parciais: antes da adição de gás inerte - p A

94 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 2: Não N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Análise usando expressões matemáticas relacionadas com o Equilíbrio Químico. Passos Escrita da equação da reacção Equações associadasRaciocínios e Conclusões Escrita das expressões de K e Q p A = x A P A T constante, alterações do estado de equilíbrio significam que K p  Q p, o que acontece quando ocorrem alterações nas pressões parciais das espécies. Estudo do efeito da adição de gás inerte sobre as pressões parciais: antes da adição de gás inerte - p A Análise do efeito da adição de gás inerte sobre a pressão parcial de um dado componente: - elevação da pressão total do sistema; - diminuição de todas as fracções molares das espécies por um factor comum.

95 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 2: Não N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Análise usando expressões matemáticas relacionadas com o Equilíbrio Químico. Passos Escrita da equação da reacção Equações associadasRaciocínios e Conclusões Escrita das expressões de K e Q p A = x A P A T constante, alterações do estado de equilíbrio significam que K p  Q p, o que acontece quando ocorrem alterações nas pressões parciais das espécies. Estudo do efeito da adição de gás inerte sobre as pressões parciais: antes da adição de gás inerte - p A Análise do efeito da adição de gás inerte sobre a pressão parcial de um dado componente: - elevação da pressão total do sistema; - diminuição de todas as fracções molares das espécies por um factor comum. depois da adição de gás inerte - p A (t 1 )

96 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 2: Não N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Análise usando expressões matemáticas relacionadas com o Equilíbrio Químico. Passos Escrita da equação da reacção Equações associadasRaciocínios e Conclusões Escrita das expressões de K e Q p A = x A P A T constante, alterações do estado de equilíbrio significam que K p  Q p, o que acontece quando ocorrem alterações nas pressões parciais das espécies. Estudo do efeito da adição de gás inerte sobre as pressões parciais: antes da adição de gás inerte - p A Análise do efeito da adição de gás inerte sobre a pressão parcial de um dado componente: - elevação da pressão total do sistema; - diminuição de todas as fracções molares das espécies por um factor comum. depois da adição de gás inerte - p A (t 1 )

97 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 2: Não N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) Análise usando expressões matemáticas relacionadas com o Equilíbrio Químico. Passos Escrita da equação da reacção Equações associadasRaciocínios e Conclusões Escrita das expressões de K e Q p A = x A P A T constante, alterações do estado de equilíbrio significam que K p  Q p, o que acontece quando ocorrem alterações nas pressões parciais das espécies. Estudo do efeito da adição de gás inerte sobre as pressões parciais: antes da adição de gás inerte - p A Análise do efeito da adição de gás inerte sobre a pressão parcial de um dado componente: - elevação da pressão total do sistema; - diminuição de todas as fracções molares das espécies por um factor comum. depois da adição de gás inerte - p A (t 1 ) comparação de p A com p A (t 1 ) p A (t 1 ) = p A e portanto Q p (t 1 ) = K p e o estado de equilíbrio é mantido.

98 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 2: Não Esta é uma análise quantitativa que demonstra a não influência da adição de gases inertes. É ainda possível verificar por esta análise que a alteração de pressão por adição de gás inerte se diferencia da alteração de pressão total por alteração de volume uma vez que não se reflecte em alteração das pressão parciais. Contudo, esta abordagem é limitada a sistemas ideais, uma vez que se baseia em expressões matemáticas válidas apenas dentro do limite da idealidade.

99 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Abordagem 2 é limitada à descrição do comportamento de gases ideais, pelo que as interacções entre as partículas não são consideradas. O modelo dos gases ideais parte de três hipóteses: - O gás é constituído por moléculas de massa m em movimento aleatório incessante; - O tamanho das moléculas é desprezível, dado que os diâmetros moleculares são muito menores do que a distância média percorrida pelas moléculas entre duas colisões sucessivas; - As moléculas não interagem umas com as outras, excepto quando em contacto, nas colisões perfeitamente elásticas (Atkins, 1998). Na realidade nenhum gás obedece à equação dos gases perfeitos (Levine, 1995). Introdução A pressão deve ser muito baixa para que não se verifiquem desvios à idealidade. Caso contrário é necessário recorrer a um tratamento envolvendo gases reais. A pressão parcial das espécies pode não se manter para a adição de quantidades elevadas de gás inerte. Ponto de partida

100 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção Escrita das expressões de K e Q

101 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção Escrita das expressões de K e Q

102 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção Escrita das expressões de K e Q

103 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção Escrita das expressões de K e Q K e Q definidos com base em fugacidades.    =  º A + RT ln Para gases reais os potenciais químicos são definidos em função da fugacidade: Fugacidades: - têm em conta as forças intermoleculares, corrigindo as pressões e para a existência de interacções cuja intensidade depende das condições e dos constituintes presentes. - podem ser vistas como "pressões efectivas" (Atkins, 1998). - correcção para o volume não ideal de um gás, dependendo como tal do tamanho e forças entre as partículas (Combs, 1992). Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades:

104 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção Escrita das expressões de K e Q f definida em função do coeficiente de fugacidade e da pressão parcial. K e Q definidos com base em fugacidades. Se  1 então  > p (as interacções repulsivas são dominantes e tendem a afastar as moléculas). Atkins, 1998 f A =  A p A f A = x A f A * f A = x A  A * P f A =  A * p A f A * =  A * P A≈A*A≈A* Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades: Regra de Lewis -Randall

105 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção f definida em função do coeficiente de fugacidade e da pressão parcial. K e Q definidos com base em fugacidades. Escrita das expressões de K e Q Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades: f A =  A p A f A =  A * p A 1º Método - Mistura ideal de gases reais 2º Método - Mistura real de gases - escrita da constante de equilíbrio com base na definição de fugacidade K f = K  K p K f = K  *  K p

106 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção f definida em função do coeficiente de fugacidade e da pressão parcial. K e Q definidos com base em fugacidades. Escrita das expressões de K e Q Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades: f A =  A p A f A =  A * p A 1º Método - Mistura ideal de gases reais 2º Método - Mistura real de gases - escrita da constante de equilíbrio com base na definição de fugacidade K f = K  K p K f = K  *  K p

107 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção f definida em função do coeficiente de fugacidade e da pressão parcial. K e Q definidos com base em fugacidades. Escrita das expressões de K e Q Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades: f A =  A p A f A =  A * p A 1º Método - Mistura ideal de gases reais 2º Método - Mistura real de gases - escrita da constante de equilíbrio com base na definição de fugacidade K f = K  K p K f = K  *  K p Sobre o termo K p já se verificou que não existe efeito. - determinação do efeito da adição de gás inerte sobre o termo K  com base numa expressão de cálculo de 

108 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção f definida em função do coeficiente de fugacidade e da pressão parcial. K e Q definidos com base em fugacidades. Escrita das expressões de K e Q Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades: f A =  A p A f A =  A * p A 1º Método - Mistura ideal de gases reais 2º Método - Mistura real de gases - escrita da constante de equilíbrio com base na definição de fugacidade K f = K  K p K f = K  *  K p Sobre o termo K p já se verificou que não existe efeito. - determinação do efeito da adição de gás inerte sobre o termo K  com base numa expressão de cálculo de  Equação virial de estado A equação virial é importante, uma vez que tem uma sólida base teórica e um número variável de parâmetros ajustáveis, que lhe dão, alguma flexibilidade para se adaptar a dados experimentais (Wisniak, 1999). Dados experimentais para termos elevados são difíceis de obter, por isso, na maioria das vezes, esta equação é usada apenas com o termo B (segundo coeficiente virial).

109 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção f definida em função do coeficiente de fugacidade e da pressão parcial. K e Q definidos com base em fugacidades. Escrita das expressões de K e Q Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades: f A =  A p A f A =  A * p A 1º Método - Mistura ideal de gases reais 2º Método - Mistura real de gases - escrita da constante de equilíbrio com base na definição de fugacidade K f = K  K p K f = K  *  K p Sobre o termo K p já se verificou que não existe efeito. - determinação do efeito da adição de gás inerte sobre o termo K  com base numa expressão de cálculo de  Segundo Coeficiente do Virial Relaciona-se com as colisões entre pares de moléculas e para os gases puros é função da temperatura, apenas. A temperaturas baixas é negativo, o que se deve à dominância das forças atractivas entre as moléculas. Quando a temperatura aumenta as colisões tornam-se mais energéticas, aumentando a contribuição das forças repulsivas de curto alcance e B torna-se positivo (Wisniak, 1999).

110 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção f definida em função do coeficiente de fugacidade e da pressão parcial. K e Q definidos com base em fugacidades. Escrita das expressões de K e Q Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades: f A =  A p A f A =  A * p A 1º Método - Mistura ideal de gases reais 2º Método - Mistura real de gases - escrita da constante de equilíbrio com base na definição de fugacidade K f = K  K p K f = K  *  K p Sobre o termo K p já se verificou que não existe efeito. - determinação do efeito da adição de gás inerte sobre o termo K  com base numa expressão de cálculo de 

111 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção f definida em função do coeficiente de fugacidade e da pressão parcial. K e Q definidos com base em fugacidades. Escrita das expressões de K e Q Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades: f A =  A p A f A =  A * p A 1º Método - Mistura ideal de gases reais 2º Método - Mistura real de gases - escrita da constante de equilíbrio com base na definição de fugacidade K f = K  K p K f = K  *  K p Sobre o termo K p já se verificou que não existe efeito. - determinação do efeito da adição de gás inerte sobre o termo K  com base numa expressão de cálculo de 

112 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) PassosEquações associadas Raciocínios e Conclusões Escrita da equação da reacção f definida em função do coeficiente de fugacidade e da pressão parcial. K e Q definidos com base em fugacidades. Escrita das expressões de K e Q Análise do efeito da adição de gás inerte sobre as fugacidades: f A =  A p A f A =  A * p A 1º Método - Mistura ideal de gases reais 2º Método - Mistura real de gases - escrita da constante de equilíbrio com base na definição de fugacidade K f = K  K p K f = K  *  K p Sobre o termo K p já se verificou que não existe efeito. - determinação do efeito da adição de gás inerte sobre o termo K  com base numa expressão de cálculo de  K  ou K  * dependem da pressão total. A adição de gás inerte altera a mesma, pelo que irá existir um efeito sobre este termo. - cálculo das composições de equilíbrio e K p depois da adição de gás inerte.  Simplicidade  assumir que na mistura as interacções são as mesmas que as do gás puro, o que poderá diminuir o rigor quando as moléculas pre- sentes não são semelhantes.  Maior rigor  Complexidade associada ao cálculo dos coeficientes viriais para as espécies como constituintes da mistura.

113 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 1º Método - Mistura ideal de gases reais – Regra de Lewis-Randall Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar T = 600 K K = 24.30

114 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 1º Método - Mistura ideal de gases reais – Regra de Lewis-Randall Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar T = 600 K K = 24.30

115 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 1º Método - Mistura ideal de gases reais – Regra de Lewis-Randall Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar T = 600 K K = Xe / bar Com 0 bar de Xe:    Logo, K f = K p = 24.30

116 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 1º Método - Mistura ideal de gases reais – Regra de Lewis-Randall Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar - x xx0 Pressões de Equilíbrio/ bar T = 600 K K = Xe / bar Com 0 bar de Xe:    Logo, K f = K p = 24.30

117 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 1º Método - Mistura ideal de gases reais – Regra de Lewis-Randall Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar - x xx0 Pressões de Equilíbrio/ bar T = 600 K K = Xe / bar Com 0 bar de Xe:    Logo, K f = K p = Com 100 bar de Xe no instante t 1 :  Q*   Assim, Q f (t 1 ) = Q  * (t 1 ). K p Substituindo os respectivos valores: Q f (t 1 ) = Q f (t 1 ) > K f - o equilíbrio será deslocado no sentido inverso e um novo equilíbrio será atingido no instante t 2, onde Q f (t 1 ) retorna ao valor K f : K f = Q  * (t 1 ) K p (t 2 ) Com base nesta equação K p (t 2 ) =

118 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 1º Método - Mistura ideal de gases reais – Regra de Lewis-Randall Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar - x xx0 Pressões de Equilíbrio/ bar Variação nas pressões (t 1 )/ bar+ x - x 100 Pressões de Equilíbrio (t 2 )/ bar T = 600 K K = Xe / bar Com 0 bar de Xe:    Logo, K f = K p = Com 100 bar de Xe no instante t 1 :  Q*   Assim, Q f (t 1 ) = Q  * (t 1 ). K p Substituindo os respectivos valores: Q f (t 1 ) = Q f (t 1 ) > K f - o equilíbrio será deslocado no sentido inverso e um novo equilíbrio será atingido no instante t 2, onde Q f (t 1 ) retorna ao valor K f : K f = Q  * (t 1 ) K p (t 2 ) Com base nesta equação K p (t 2 ) =

119 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 1º Método - Mistura ideal de gases reais – Regra de Lewis-Randall T = 600 K K = Pressão de Xe / barKK KpKp

120 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 2º Método - Mistura real de gases Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar Pressões de Equilíbrio/ bar Variação nas pressões (t 1 )/ bar Pressões de Equilíbrio (t 2 )/ bar T = 600 K K = 24.30

121 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 2º Método - Mistura real de gases Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar Pressões de Equilíbrio/ bar Variação nas pressões (t 1 )/ bar Pressões de Equilíbrio (t 2 )/ bar T = 600 K K = x H 2 O = x CO = x R x CO 2 = x H 2 = x P

122 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 2º Método - Mistura real de gases Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar Pressões de Equilíbrio/ bar Variação nas pressões (t 1 )/ bar Pressões de Equilíbrio (t 2 )/ bar T = 600 K K = Com 100 bar de Xe no instante t 1 é necessário verificar o efeito sobre, Q  : Q f (t 1 ) = Q  (t 1 ). K p x H 2 O = x CO = x R x CO 2 = x H 2 = x P

123 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 2º Método - Mistura real de gases Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar Pressões de Equilíbrio/ bar Variação nas pressões (t 1 )/ bar Pressões de Equilíbrio (t 2 )/ bar T = 600 K K = Com 100 bar de Xe no instante t 1 é necessário verificar o efeito sobre, Q  : Q f (t 1 ) = Q  (t 1 ). K p x H 2 O = x CO = x R x CO 2 = x H 2 = x P

124 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 2º Método - Mistura real de gases Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar Pressões de Equilíbrio/ bar Variação nas pressões (t 1 )/ bar Pressões de Equilíbrio (t 2 )/ bar T = 600 K K = Com 100 bar de Xe no instante t 1 é necessário verificar o efeito sobre, Q  : Q f (t 1 ) = Q  (t 1 ). K p x H 2 O = x CO = x R x CO 2 = x H 2 = x P

125 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 2º Método - Mistura real de gases Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar - x xx0 Pressões de Equilíbrio/ bar Variação nas pressões (t 1 )/ bar Pressões de Equilíbrio (t 2 )/ bar T = 600 K K = Com 100 bar de Xe no instante t 1 é necessário verificar o efeito sobre, Q  : Q f (t 1 ) = Q  (t 1 ). K p x H 2 O = x CO = x R x CO 2 = x H 2 = x P Q  ( t 1 ) = 1,17 e Q f (t 1 ) = 28,43. Q f (t 1 ) > K f - o equilíbrio será deslocado no sentido inverso e um novo equilíbrio será atingido no instante t 2, onde Q f ( t 1 ) retorna ao valor K f : K f = K f (t 2 ). K p (t 2 ) Com base nesta equação x =0,006 K f ( t 2 ) = 1,17 e K p (t 2 ) =

126 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 2º Método - Mistura real de gases Constituintes do sistemaH2OH2OCOCO 2 H2H2 Xe Pressões Iniciais/ bar Variação nas pressões/ bar - x xx0 Pressões de Equilíbrio/ bar Variação nas pressões (t 1 )/ bar+ x - x 100 Pressões de Equilíbrio (t 2 )/ bar T = 600 K K = Com 100 bar de Xe no instante t 1 é necessário verificar o efeito sobre, Q  : Q f (t 1 ) = Q  (t 1 ). K p x H 2 O = x CO = x R x CO 2 = x H 2 = x P Q  ( t 1 ) = 1,17 e Q f (t 1 ) = 28,43. Q f (t 1 ) > K f - o equilíbrio será deslocado no sentido inverso e um novo equilíbrio será atingido no instante t 2, onde Q f ( t 1 ) retorna ao valor K f : K f = K f (t 2 ). K p (t 2 ) Com base nesta equação x =0,006 K f ( t 2 ) = 1,17 e K p (t 2 ) =

127 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Exemplos Numéricos H 2 O (g) + CO (g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g) 2º Método - Mistura real de gases T = 600 K K = Pressão de Xe / barKK KpKp HeNeArKrXe KK KpKp Pressão de gás inerte: 100 bar

128 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Abordagem 3: Sim Trabalhando com sistemas reais, a adição de gases inertes ao sistema em Equilíbrio Químico causa uma alteração, determinada com base na realização de cálculos sobre o deslocamento do equilíbrio. Contudo, a baixas pressões, onde o sistema pode ser considerado ideal, os efeitos são negligenciáveis. Verifica-se, portanto, que existe no actual modelo de ensino desta temática, uma excessiva generalização, uma vez que se admite não existir influência dos gases inertes sob qualquer circunstância.

129 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Implicações Pedagógicas Afirmar, simplesmente, que a adição de gases inertes não tem efeito sobre o Equilíbrio Químico pode não ser verdade, quer porque podem estar em causa variações de volume, quer devido às interacções entre as partículas que devem ser consideradas a pressões moderadas de gás inerte. Do ponto de vista científico, as conclusões retiradas são interessantes, pois a quantificação do efeito da adição de gases inertes ao equilíbrio não se encontra formulada mesmo nos livros de química avançada. Na aplicação pedagógica da Abordagem 3, coloca-se uma questão semelhante à levantada por Hawkes (1998): há que efectuar a opção entre ensinar ideias simplificadas que não têm muita relação com a realidade, ou optar por modelos complexos e rigorosos fora da abrangência de níveis introdutórios. Este autor conclui que é preferível confrontar os estudantes com a complexidade do fenómeno, do que ensinar verdades simplificadas.

130 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Problemática da influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Implicações Pedagógicas Alunos do ensino secundário – não se espera que compreendam a Abordagem 3, nem sequer que esta lhes seja introduzida; apenas que sejam alertados para o facto do raciocínio e equações usadas estarem limitadas a sistema ideais, compreendendo que as generalizações nem sempre se podem fazer e as previsões são muito mais complexas, por exemplo, perante uma realidade industrial, em que é necessário, muitas vezes, recorrer a pressões elevadas. Alunos universitários - bom contexto para explicar como se processa o equilíbrio em sistemas não ideais e compreender o significado físico de grandezas como as fugacidades; verificar que ao trabalhar em unidades industriais há que considerar e estar atento a aspectos que poderão estar à partida omitidos e que significam nuances importantes. Dada a complexidade em causa nesta abordagem, o próximo passo é a construção de um recurso que permita a sua aplicação efectiva ao ensino.

131 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Tópicos a abordar na apresentação da Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico INTRODUÇÃO: As TIC e o ensino da Química na sociedade de informação Conclusões Propósitos para o futuro

132 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações em Equilíbrio Químico

133 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações em Equilíbrio Químico

134 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações em Equilíbrio Químico

135 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações em Equilíbrio Químico

136 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações em Equilíbrio Químico

137 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações em Equilíbrio Químico

138 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Estudos apontam para a existência de bons resultados na utilização de recursos envolvendo simulações na área do Equilíbrio Químico. No entanto… Apenas uma gama restrita de simulações é devidamente pensada de acordo com as dificuldades de aprendizagem conhecidas. Qualquer material pode ser colocado na Web. A selecção é um dos desafios que se coloca e nada garante os recursos mais efectivos estejam a ser utilizados. A estratégia de aplicação das simulações tem implicações no insucesso da sua utilização. Pode ser conferida maior efectividade aos recursos existentes pela utilização de WebQuests e roteiros de exploração e pela sua contextualização de acordo com a perspectiva CTS. Todas as simulações e analogias possuem para além de semelhanças, diferenças em relação ao conceito real. Estas diferenças deverão ser identificadas e explicitadas. Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Disponibilidade de recursos x Resultados na aprendizagem

139 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Construção de Simulações Realidade Teorias Modelo Selecção do fenómeno e definição de objectivos Situação Problema Modelação (definição de um modelo representativo das relações existentes na situação problema) Protótipo Elaboração da simulação com base no modelo Necessárias para elaboração do Testagem Avaliação do modelo com base na observação do protótipo face ao fenómeno real Reformulação do protótipo de acordo com os resultados da fase de teste Simulação Reformulada Repetição do processo Interpretação

140 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Elaborar um material original para o ensino de Equilíbrio Químico, fazendo uso do que existe de melhor nos recursos deste tipo já existentes on-line e introduzindo inovações e melhoramentos em relação a lacunas existentes ou a aspectos que, aparentemente, estão menos bem conseguidos. Inserir um melhoramento, através da representação de uma visão mais realista do sistema, com base na temática da adição de gases inertes ao Equilíbrio Químico. Verifica-se a total originalidade deste aspecto, até porque, mesmo a possibilidade de verificar o efeito de factores que não sejam a pressão, temperatura ou quantidade de reagentes e produtos, não existe em nenhuma das simulações analisadas. Construir um recurso com maior abrangência que a maioria dos existentes, a simulação procurará englobar o estabelecimento, perturbação e restabelecimento do equilíbrio, quer no que respeita ao tratamento quantitativo, quer nos aspectos qualitativos. Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Objectivos da construção do protótipo

141 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais A situação problema com que nos deparamos implica estruturar um conjunto de modelos relacionados entre si e cuja junção seja capaz simular o fenómeno do Equilíbrio Químico, para a reacção do gás de água, a vários níveis: a) quantificar a evolução e estado do sistema, apresentando os resultados de cálculos avançados em Equilíbrio Químico, nomeadamente envolvendo expressões de sistemas reais, partindo de condições iniciais manipuláveis; b) proporcionar informação qualitativa, intuitiva, sobre a evolução e estado do sistema; c) representar microscopicamente o sistema, por meio de uma analogia ilustrativa das variações de composição e movimento molecular; d) associação com o processo industrial através de uma analogia simbólica. Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Situação problema

142 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais quantificar a evolução e estado do sistema proporcionar informação qualitativa representar microscopicamente o sistema associação com o processo industrial Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Modelo

143 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais quantificar a evolução e estado do sistema Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Modelo proporcionar informação qualitativa representar microscopicamente o sistema associação com o processo industrial

144 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais quantificar a evolução e estado do sistema Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Modelo proporcionar informação qualitativa representar microscopicamente o sistema associação com o processo industrial

145 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Quantificar a evolução e estado do sistema Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Modelo Proporcionar informação qualitativa Representar microscopicamente o sistema associação com o processo industrial Modelo estruturado por fases: selecção de condições ou introdução de perturbações (em que são introduzidos valores pelo utilizador), estabelecimento ou restabelecimento do equilíbrio (utilização das expressões para sistemas ideias e aproximação progressiva das pressões parciais para as pressões de equilíbrio. Recorre ao modelo quantitativo para verificar a evolução do sistema, apresentando de acordo com a imposição de condições informação textual e simbólica (setas) sobre o estado do sistema. Estabelecimento de um analogia entre as moléculas de espécies reagentes e pequenos pontos coloridos em movimento e apenas no equilíbriocommodelodmoleculares. Quantidade de pontos proporcional às pressões parciais através do modelo quantitativo. Grau de movimentação modificado em função da temperatura. Analogia com um reactor, onde é apresentada informação sobre a produtividade, bem como ilustrada simbolicamente a definição de condições e perturbação do sistema a ser efectuada. É onde é dado ao utilizador feedback para o desafio de controlar a produção.

146 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Programa de construção – Macromedia Flash MX Optou-se pelo mesmo, por apresentar muitas possibilidades em termos gráficos e simultaneamente estar voltado para a construção de aplicações interactivas. Outra das suas características, que representa, neste caso, uma vantagem, é o facto de apresentar as hipóteses de programação de uma forma bastante intuitiva, ideal para principiantes na área. Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Desenvolvimento técnico

147 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Desenvolvimento técnico Incluídas no próprio protótipo algumas informações do estilo "dicas" sobre como avançar dentro da aplicação, como se se tratasse de um pequeno roteiro dentro da simulação. Interface simultaneamente motivante e familiar para os alunos, transmitindo uma aparência moderna, numa perspectiva científico-tecnológica. Estabelecimento de metáfora com uma pequena “máquina de controlo”. Aumento da intuitividade com recurso a várias metáforas relacionadas com o quotidiano. Inclusão de elementos associados aos pontos de interactividade com o utilizador: Diminuir a dispersão do utilizador escondendo elementos pouco importantes naquele momento e desactivando certas opções a que o aluno não deverá aceder em determinado caso.

148 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Desenvolvimento técnico Representação Microscópica Informação sobre a Produtividade Informação qualitativa sobre o deslocamento Informação sobre a idealidade do sistema Dados Quantitativos Informação simbólica sobre o deslocamento do equilíbrio.

149 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Desenvolvimento técnico A existência de informação complementar e de endereços Web enriquece a simulação, minimizando um dos seus aspectos mais limitativos: não retirar dúvidas ou responder a curiosidades dos alunos. Existem sempre limitações associadas à construção de uma simulação. Estão são devidamente explicitadas. Para conferir maior interactividade e um carácter desafiador, é pedida ao utilizador a previsão do que ocorre no sistema depois de efectuar uma perturbação. Este elemento permitirá ainda que o aluno seja surpreendido no que respeita à adição de gás inerte.. A existência de informação complementar e de endereços Web enriquece a simulação, minimizando um dos seus aspectos mais limitativos: não retirar dúvidas ou responder a curiosidades dos alunos.

150 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Simulações computacionais em Equilíbrio Químico  Apresentação do Protótipo  Roteiro de Exploração

151 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Questiona-se se os professores reconhecem potencialidades na simulação computacional concebida para exploração da temática do Equilíbrio Químico e especificamente da nova abordagem da influência de gases inertes. Perante a manipulação da simulação pelos docentes, pretende-se ainda investigar quais são os principais aspectos positivos identificados, bem como características que os mesmos gostariam de ver reformuladas. Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Objectivos

152 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Combinação de métodos qualitativos com métodos quantitativos. Forte componente descritiva: conhecimento da opinião dos professores; descrição o modo como a simulação é avaliada pelos docentes inquiridos. Centrada no protótipo desenvolvido e nos professores participantes, sempre com a consciência de que qualquer resultado do estudo corresponde apenas a este caso particular. De acordo com estas características, esta investigação não apresenta qualquer pretensão de generalização. Quanto ao processo, a investigação enquadra-se numa fase inicial de uma investigação e desenvolvimento (intenção de se proceder a uma fase inicial de melhoramento do protótipo com base nas indicações do estudo), entrando também no campo da investigação-acção (faz-se a avaliação de forma prática, uma vez que a originalidade da simulação não permite que se identifiquem as suas potencialidades com base na teoria). Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Metodologia

153 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Visto não se tratar de um estudo experimental, nem existir qualquer pretensão de generalização dos resultados, a amostra não foi escolhida de forma aleatória. Trata-se de uma amostra de conveniência, em que os participantes se mostraram disponíveis para colaborar. Embora tenham sido contactados mais professores, o total de docentes que respondeu ao questionário foi de onze. Não se pode garantir que a amostra corresponde à população de professores portugueses, nem que outro conjunto de professores levaria à obtenção de resultados semelhantes. Contudo, podem recolher-se informações preliminares importantes relativas à interacção do protótipo com os participantes neste estudo. Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Amostragem

154 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais A recolha de dados será efectuada à distância, dado que seria complexo obter o contacto presencial com um número significativo de professores, em tempo útil. O instrumento a utilizar para a recolha de informação será um inquérito por questionário on-line. Torna a participação dos intervenientes simples e rápida, permitindo o preenchimento na altura mais conveniente. De modo a avaliar a simulação sob aspectos predeterminados e simultaneamente dar liberdade de resposta para que surjam opiniões imprevistas, o questionário é composto por duas questões iniciais fechadas e seguidamente por questões mais abertas. A introdução de identificação pessoal no questionário foi opcional. Os participantes foram contactados por , sendo convidados a participar numa recolha de opiniões sobre as potencialidades de um protótipo de uma simulação para o ensino do Equilíbrio Químico. Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Recolha de dados

155 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Análise e discussão de resultados Todos os tópicos avaliados no nível “Bom”. Os professores reconhecem qualidade técnica no protótipo. O aspecto gráfico da simulação foi o parâmetro que mais agradou os inquiridos. Existe ainda possibilidade de melhorar, especialmente no que respeita aos parâmetros ligeiramente menos cotados: navegabilidade, estruturação e interactividade.

156 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Análise e discussão de resultados Alíneas a), b), d) e e) classificadas com nível bom e alínea c), relativa à representação microscópica situada na casa do razoável (3,4), sendo a classificação média mais baixa de todos os dados quantitativos. A utilidade da simulação para a exploração da questão da adição de gases inertes foi também reconhecida. A nota média inferior para a representação microscópica, indica que este é um dos elementos em que deverão ser, desde já, ponderadas alterações e melhorias.

157 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Análise e discussão de resultados CategoriaSubcategoriaAspecto positivo genéricoExemplo(s) de respostaFreq Aspectos positivos da simulação Informação quantitativa Visualização contínua do quociente da reacção e da constante de equilíbrio. "... o conhecimento em cada instante do quociente de reacção." (P02) "... a relação entre K e Q..." (P06) 3 Visualização contínua das condições do sistema "Permitir a visualização dos valores escolhidos para T, P e gás inerte." (P02) 1 Manipulação de factores Possibilidade de manipular diversos factores que afectam o equilíbrio "Estudar o sistema podendo variar 4 factores." (P03) 4 Obtenção de diferentes resultados em função das condições e perturbações "... manipular factores de que depende o Equilíbrio Químico de uma dada reacção, de modo a obter o resultado final que se pretende." (P09) 3 Representação microscópica Visualização do que ocorre a nível microscópico. "Os alunos podem visualizar uma aproximação do que acontece a nível microscópico" (P04) 2 Contextualização do conhecimento científico Ligação da Química com a tecnologia e quotidiano "Esta perspectiva de aplicação da Química na indústria pode ser usada, como motivação na sala de aula." (P09) 4 Aspectos gerais Distribuição correcta da Informação “A informação está escondida e aparece quando o utilizador deseja." (P01) 1 Imagem visual " a imagem visual" (P06) 1

158 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Análise e discussão de resultados CategoriaSub-categoriaAspecto negativo genéricoExemplo(s) de respostaFreq Aspectos negativos da simulação Quantidade de informação Ter um único sistema "Só tem duas reacções e são ambas exotérmicas (embora uma ainda não esteja activa)..." (P01) 1 Excesso de informação simultânea "... excesso de informação no monitor que poderá desviar a atenção." (P06) 1 Aspectos técnicos e gráficos Escolha da cor de fundo "O fundo preto cansa as vistas." (P04) 1 Perturbação simultânea não evidente "Não está evidente a possibilidade de mais que um factor perturbador, em simultâneo, no Equilíbrio Químico." (P08) 1 Navegabilidade inicial "Inicialmente a exploração da simulação é um pouco difícil." (P07) 2 Representaçã o microscópica Desagrado na representação por pontos "A representação microscópica dos reagentes e produtos da reacção deveria ser mais diferenciada em cor e tamanho." (P09) "Mostrar melhor a reacção das partículas ao longo do tempo..." (P11) 3 Legenda da representação microscópica de difícil interpretação "Não sei se a legenda não dificulta a compreensão dos alunos" (P02) 1 Outras respostas Não identificação de aspectos negativos "Não consegui identificar nenhum aspecto negativo" (P05) 1

159 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Análise e discussão de resultados CategoriaMelhoramento Proposto Quantidade de informação Acrescentar outros equilíbrios. Remeter informação menos importante para outra janela que apareceria posteriormente. Aspectos técnicos e gráficos Colocar o botão "equilibrar" acessível, unicamente depois de definidas as condições iniciais. Melhorar a visibilidade das moléculas por cima da equação química. Representação microscópica Eliminar a irregularidade de velocidade da representação (talvez associada a problemas de velocidade de rede). Colocar a representação com modelos moleculares sempre acessível. Melhorar a qualidade gráfica do "zoom". Colocar moléculas com maiores dimensões, para que os alunos possam verificar melhor como vão reagindo até se atingir o equilíbrio. Colocar uma espécie de "zoom" para verificação dos choques entre as moléculas.

160 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Análise e discussão de resultados CategoriaSubcategoriaOpinião GeralExemplo(s) de respostaFreq Tratamento da questão da adição de gases inertes ao Equilíbrio Químico com base na simulação Facilita a abordagem do fenómeno Evita o recurso a cálculos complexos “… o aluno poderá observar os resultados finais sem ter que "percorrer" um caminho matemático complicado e pouco aliciante ou motivador.“ (P09) 2 Permitir verificar a diferença entre real e ideal "... é também importante os alunos aperceberem-se, que nem sempre ou quase nunca, as situações reais, coincidem com as situações ideais." (P08) "... para que os alunos tenham consciência de que em sistemas reais os resultados obtidos, não são os mesmos que os esperados em sistemas ideais." (P10) 3 Permite constatar o fenómeno "... permite uma constatação "real" da divergência dos resultados esperados em relação aos reais, não se trata de indicar apenas a existência dessa divergência - é possível constatá-la." (P05) 2 Previsão leva a indagar o porquê "... a necessidade de se "adivinhar” para que lado se desloca o equilíbrio após a adição do gás inerte leva os alunos a estarem atentos para ver o que realmente acontece e a surpresa de "não terem acertado" leva-os a procurar o "porquê"." (P01) 1 Facilita a aprendizagem (sem justific.) "Sim, facilita a compreensão do conceito." (P04) 2

161 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Análise e discussão de resultados CategoriaOpinião geralExemplo(s) de respostaFreq Importância da simulação para no ensino secundário e universitário Útil de uma forma geral "Esta simulação, com um roteiro apropriado, pode ser extremamente útil..." (P03) "Permite a visualização do campo microscópico…" (P02) "... a interacção dos alunos com este programa, permite que estes sejam mais interventivos... aprendendo com as suas respostas, quer elas sejam correctas ou erradas." (P08) 4 Útil em ambos os níveis de modo diferenciado "No secundário possibilita a visualização e interactividade com um assunto que é explorado de forma teórica... tornando-o mais acessível e aliciante para os alunos. … ensino universitário possibilita a exploração do tema, levando-nos a agir/reflectir sobre o Equilíbrio Químico." (P05) “… é adequada quer para alunos do ensino secundário como para alunos do ensino superior pois apresenta, em simultâneo, uma grande quantidade de informação relevante... Apesar de se achar muitas vezes que os alunos do ensino superior já compreendem melhor este tipo de conceitos, eu considero que, na maioria dos casos, não é assim." (P07) "... no ensino secundário enquadra-se perfeitamente no programa constituindo uma estratégia motivante. No ensino universitário poderá ser mais explorada a nível dos aspectos mais complexos como a questão da adição de gás inerte." (P11) 4 Útil no ensino secundário e desnec. no ensino superior "... a nível de ensino secundário... permite aos alunos relacionar conceitos, controlar variáveis e assim entender melhor as alterações no Equilíbrio Químico... alunos universitários já devem ter capacidade para aprender o equilíbrio mais facilmente." (P06) 2

162 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Propostas de reformulação e projectos para a simulação 1. Alargar a simulação a outros sistemas, com características diferentes. 2. Diminuição da quantidade de informação no ecrã em simultâneo, por remoção de dados menos relevantes no momento, ficando acessíveis através de botões de alternância. 3. Alterar a cor de fundo do "ecrã central" para branco, sobretudo para as fases correspondentes ao fornecimento de grandes quantidades texto (botões informativos). 4. Salientar, no painel de fundo, a possibilidade de introduzir perturbações sucessivas dos vários factores, sem que seja necessário reiniciar a simulação. 5. Tornar o botão "equilibrar" inacessível, até definição das 3 condições iniciais obrigatórias. 6.Colocar mais informação sobre o modo de operar a simulação no painel de fundo e no "ecrã" de abertura, de modo a tornar mais intuitivo o primeiro contacto com o protótipo. 7. Melhorar a representação microscópica da simulação, através: do aumento do tamanho dos pontos; da criação de um "zoom" destinado a verificar a ocorrência de reacção por representação dos choques eficazes (reacção elementar); da melhoria do design gráfico das partículas, nas duas representações e da colocação de uma legenda mais intuitiva; da representação com modelos moleculares antes de se estabelecer o equilíbrio.

163 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Consulta preliminar a alguns professores sobre o protótipo  Propostas de reformulação e projectos para a simulação Outros aspectos, considerados acessórios na fase de elaboração do protótipo e que serão considerados em versões futuras: Trabalhar a cinética, na sua relação com o Equilíbrio Químico, uma vez que a representação gráfica das velocidades teria bastante importância. Englobar perturbações menos comuns, como a adição de reagentes a volume variável e pressão constante. Englobar a possibilidade de variar a pressão e temperatura em sistemas reais de acordo com os desvios ao princípio de Le Chatelier, identificados na literatura. Proporcionar a possibilidade de adicionar um catalisador. Disponibilizar informação termodinâmica. Nota: O Equilíbrio Químico é um conteúdo com múltiplas particularidades, pelo que a ideia de poder abranger todos os seus aspectos numa única simulação é ilusória. Neste contexto, o nosso objectivo é trabalhar progressivamente no sentido de tornar este recurso mais completo e eficaz.

164 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Tópicos a abordar na apresentação da Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico INTRODUÇÃO: As TIC e o ensino da Química na sociedade de informação Conclusões Propósitos para o futuro

165 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Continuam a ser publicados recentemente artigos que têm por objectivo esclarecer nuances específicas associadas ao Equilíbrio Químico – detalhes subtis, que escapam a uma primeira análise deste fenómeno, mas cujo esclarecimento pode evitar ideias erradas. O Equilíbrio Químico continua a constituir uma temática muito solicitada para estudos a nível de concepções alternativas dos alunos. Estudos estes, que apontam, em geral, as mesmas dificuldades reportadas em publicações de algumas décadas atrás. A especulação de possíveis causas do insucesso que se contínua a verificar no seu ensino aponta para a pouca utilização dos recursos, estratégias de aplicação inadequadas ou a selecção incorrecta dos mesmos de entre a variedade existente, já que várias investigações revelaram que certas simulações reduzem o número de concepções alternativas e dificuldades de aprendizagem. Constatou-se que os recursos existentes para o seu ensino são em geral bastante vagos, centrando-se apenas num aspecto particular. A identificação das limitações e o fornecimento de informação complementar, só muito raramente são incluídos. As simulações em português são quase inexistentes. Conclusões  Sobre aspectos gerais de Equilíbrio Químico

166 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais A adição de gases inertes ao Equilíbrio Químico é uma das nuances, que ainda não se encontrava tratada em nenhuma das publicações consultadas na revisão bibliográfica. O resultado culmina numa influência perante sistemas reais, contrária ao que ocorre em condições de idealidade, vindo assim alertar para a cautela no estabelecimento de generalizações. A consulta a professores de Química sobre o protótipo elaborado resultou numa avaliação bastante satisfatória do mesmo. Os professores foram unânimes em reconhecer potencialidades para a aplicação desta simulação no ensino do Equilíbrio Químico. Esta investigação serviu ainda para identificar aqueles que são considerados pela amostra de professores inquiridos os pontos fortes da simulação, bem como os aspectos que os mesmos consideram mais negativos e assim traçar propósitos de reformulação da simulação. Conclusões  Sobre aspectos particulares tratados na dissertação

167 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Tópicos a abordar na apresentação da Dissertação Simulações computacionais e sua aplicação pedagógica Carácter particular da temática de Equilíbrio Químico Problemática da Influência de gases inertes no Equilíbrio Químico e sua abordagem pedagógica Construção de uma simulação computacional para o ensino do Equilíbrio Químico INTRODUÇÃO: As TIC e o ensino da Química na sociedade de informação Conclusões Propósitos para o futuro

168 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais Reformulação e alargamento do protótipo e novas fases de teste. Será ponderada a possibilidade de usar o recurso digital para efectuar mais ligação entre a Química e o quotidiano, associando links, actualizados, de interesse industrial, ambiental, social, etc Divulgação dos resultados do estudo científico sobre a influência de gases inertes no Equilíbrio Químico. Tal está já a ser efectuado, através de um artigo elaborado e submetido ao Journal of Chemical Education que se encontra segunda fase de avaliação, depois de um primeiro acolhimento positivo do editor. Também em relação ao protótipo desenvolvido, se pressupõe continuar a desenvolver estratégias de divulgação. Recentemente foi submetido e aprovado um resumo para o 4º Encontro da Divisão para o Ensino e Divulgação da Química da Sociedade Portuguesa de Química (Fonseca et al., 2005), com finalidade de apresentar o protótipo construído. Construir mais roteiros de apoio ao protótipo e a elaboração de uma WebQuest sobre Equilíbrio Químico. E como não poderia deixar de ser … Propósitos para o futuro

169 Influência de Gases Inertes no Equilíbrio Químico: Nuances e Simulações Computacionais … completando um processo de simbiose entre esta dissertação e a nossa experiência profissional, não poderíamos deixar de se ter o propósito de utilizar este e outros recursos com potencialidades consagradas, nas aulas de Físico-Química. Propósitos para o futuro


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