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Www.iq.ufrgs.br/aeq LINGUAGEM QUÍMICA: OBSTÁCULOS E ESTRATÉGIAS DE APRENDIZAGEM Prof. Dr. José Claudio Del Pino.

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1 LINGUAGEM QUÍMICA: OBSTÁCULOS E ESTRATÉGIAS DE APRENDIZAGEM Prof. Dr. José Claudio Del Pino

2 Objetos de estudo da Química Propriedades Substâncias e materiais ConstituiçãoTransformações

3 Abordagem do conhecimento químico Fenomenológico ( macroscópico) Teórico (submicroscópico) Representacional (simbólico)

4 Algumas abordagens do conhecimento químico em livros didáticos e em aulas de química

5 Fenômenos Físicos x Fenômenos Químicos (reversibilidade) Dobrar uma barra de ferro ou rasgar uma folha de papel, fenômeno físico ou químico? H 2(g) + I 2(g) 2HI (g) Reação Endotérmica castanho incolor Essa transformação representa um fenômeno físico ou químico? Fenômenos Físicos x Fenômenos Químicos (variação das propriedades macroscópicas das substâncias) Vaporização da água ou dissolução do açúcar em água, fenômeno físico ou químico? CuSO 4(s) + 5H 2 O (l) CuSO 4.5H 2 O (s) branco azul NaOH (s) + HCl (aq) NaCl (aq) + H 2 O Dissolução – Reação – Hidratação de íons

6 Rede Conceitual de Ácidos e Bases Ácidos são espécies que, ao reagirem com água, produzem como íon positivo apenas o H 3 O +. (Arrhenius) Doadores de prótons. (Bronsted-Lowry) Receptores de pares de elétrons para formar uma ligação covalente. (Lewis) Receptores de elétrons (oxidante). (Usanovich)

7 Rede Conceitual de Ácidos e Bases dissolução em água do cloreto de hidrogênio gasoso: HCl 9(g) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + Cl - (aq) dissolução em água do cloreto de amônio sólido: NH 4 Cl (s) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + NH 3(aq) + Cl - (aq) hidrólise dos sais de alumínio, usada no tratamento de água bruta: Al 2 (SO 4 ) 3(s) + 12H 2 O (l) 2Al(OH) 3(s) + 6H 3 O + (aq) + 3SO 4 2- (aq) reação da chuva com gases da queima do enxofre, gerando chuva ácida: SO 2(g) + 2H 2 O (l) H 3 O + (aq) + HSO 3 - (aq) geração de oxigênio, ao qual se atribui o enfraquecimento das roupas deixadas em contato prolongado com soluções de cloro: Cl 2(g) + 3H 2 O (l) 1/2O 2(g) + 2H 3 O + (aq) + 2Cl - (aq) dissolução da amônia: NH 3(g) + H 2 O (l) NH 4 + (aq) + OH + (aq) reação do óxido de sódio com água: Na 2 O (s) + H 2 O (l) 2Na + (aq) + 2OH - (aq) dissolução do cianeto de potássio: KCN (s) + H 2 O (l) HCN (aq) + K + (aq) + OH - (aq) a vigorosa reação do sódio em água: Na (s) + H 2 O (l) 1/2H 2(g) + Na + (aq) + OH - (aq)

8 Representações das Reações Químicas: as Equações Químicas As classificações: Que tipo de reação química representam as equações? Zn 0 + CuSO 4(aq) ZnSO 4(aq) + Cu 0 NaOH (s) + HCl (aq) NaCl (aq) + H 2 O Qual a extensão desta reação química? NaCN + H 2 O HCN + NaOH

9 Algumas compreensões errôneas Se um átomo de determinado elemento químico possui sua camada de valência incompleta ele pode capturar um ou mais elétrons para completá-la. Essa captura leva o elemento a um estado de maior estabilidade e é efetuada com liberação de energia e conseqüentemente formação de um ânion. Ao perder um elétron, o átomo de sódio se transforma no cátion 11 Na +, que possui a mesma configuração eletrônica do gás nobre neônio 10 Ne. Desse modo, adquire estabilidade. As propriedades ácidas e básicas são consideradas intrínsecas ao H + e ao OH -. NaHSO 4 é um sal ácido pela presença do H. H 3 PO 4 é mais ácido que o HCl por ter mais hidrogênios. O HCl é um líquido amarelado. Considerando-se que o zinco tem uma tendência espontânea para perder elétrons...

10 Concepções implícitas/ espontâneas/alternativas dos estudantes

11 Transformação Química Idéias dos alunos sobre transformação química: Desaparecimento: ocorre simplesmente o desaparecimento de uma substância o combustível do carro simplesmente desaparece, sem fazer qualquer suposição sobre a massa perdida ou sem a transformação ocorrida. Deslocamento: ocorre mudança de espaço físico da substância, ou seja, ela pode desaparecer de um dado lugar simplesmente porque deslocou, dando lugar a novas substâncias. Ferrugem é uma espécie de química. Ela surge na umidade e fica no ar todo o tempo, e quando algum metal é umedecido, ela se propaga e o ataca. É uma espécie de fungo. Modificação: ocorre mudança de estado físico ou de forma durante a transformação. Quando o álcool queima, há vapor de álcool. Quando você aquece a água em um prato, há vapor de água. Com a mistura das soluções aconteceu uma reação química que solidificou uma parte da substância.

12 Transmutação: ocorre transmutações como energia e matéria e vice-versa, ou mesmo matéria se transformando em outro tipo de matéria, o que é permitido nas leis químicas....parte do combustível se transformou em calor e energia cinética. Interação Química: do ponto de vista dos processos de ensino e aprendizagem, é a mais desejável, indicando uma concepção dinâmica e corpuscular da matéria. Reação Química é uma mistura de duas ou mais substâncias que formam alguma coisa. No motor do carro a gasolina se mistura com a faísca da vela, fazendo o motor funcionar e formando os gases que saem pelo escapamento. Na Reação Química formam-se novas ligações entre as partículas. Muitos estudantes concebem o nível atômico-molecular como se fosse uma extrapolação do nível fenomenológico. As partículas mudam de forma, tamanho, cor, estado físico, exatamente como acontece com as substâncias. Assim ocorrem, por exemplo, confusões entre transformação química e mudança de estado físico ou como uma simples mistura.

13 Modelo didático referenciado na história da química

14 Contribuições da história da química Na construção dos diversos modelos atômicos há a contribuição de muitos cientistas, que com os resultados obtidos nos seus trabalhos de pesquisa influenciaram às proposições de tais modelos. Neste sentido é importante contextualizar suas construções. Por exemplo, há estreitas relações entre: a determinação das leis ponderais, o desenvolvimento da química pneumática e o modelo de Dalton; as contribuições de Avogadro e Gay-Lussac para a proposição do modelo atômico- molecular; o conhecimento da natureza elétrica da matéria, principalmente pelas contribuições da área da física, Coulomb, Ampére, Faraday, Crookes e Goldstein com estudos de descargas elétricas em tubos contendo gases a baixas pressões, e a proposição do modelo de Thomson; os estudos de radioatividade de Becquerel, Pierre e Marie Curie e o modelo nucleado de Rutherford; os estudos dos espectros de emissão por Balmer, a teoria quântica de Planck e a proposição do modelo de Bohr. Esta seqüência histórica da construção dos modelos atômicos poderia se constituir também na organização da apresentação destes modelos nas aulas de química.

15 Modelo didático referenciado nas concepções e interesses dos estudantes

16 Possibilidades didáticas para o ensino de química Uma das formas de lidar com essas dificuldades e promover uma mudança nas concepções dos alunos é discutir as explicações que eles fornecem a algumas transformações químicas bem simples, que podem ser realizadas numa sala de aula comum, utilizando-se questionamentos sobre os fenômenos que estão sendo estudados. Ao explicitar o conhecimento implícito dos alunos, os professores podem proporcionar um ensino direcionado para uma mudança conceitual com diferentes alternativas didáticas que procurem: abordar temas ou assuntos que propiciem a explicitação dos saberes implícitos dos alunos; desenvolver o currículo de acordo com as dificuldades reais dos alunos e não com as dificuldades que nós professores pensamos que eles têm; selecionar atividades de aprendizagem que se relacionem diretamente com os problemas conceituais espontâneos dos alunos, organizando questões que problematizem os seus conhecimentos implícitos e, ao mesmo tempo, lhes concedam razões plausíveis para eles considerarem os conceitos científicos.

17 Aluna 1: Qual você acha que está melhor? Aluno 3: Aquele da bolinha ali... Aluna 1: Eu acho que o que está mais científico é o da bolinha. O que está explicando o que aconteceu é o da bolinha. Aluna 2: Acontece que o da bolinha que está só assim... Então o que é este espaço vazio? Na verdade o ar está aqui tudo, não está só onde estão as bolinhas. Então tinha que ser tudo colorido, é isso que eu acho. Aluna 1: Mas então não é o da bolinha, é este outro aqui (aponta na folha). Aluna 2: É a mesma coisa. Eu acho que a gente tinha que colorir, assim ó: você faz assim clarinho... Aí na hora que você aperta ele vai ficar mais escuro, por que está mais concentrado. Aí não vai ter espaço em branco e não vai ter dúvida. Aluna 1: Mas aí acontece que o ar não é contínuo assim... O ar é formado de várias partículas. Aluna 2 (dirigindo-se ao aluno 3): Então dá a sua opinião.

18 Aluno 3: (som confuso por algum tempo).. O ar, igual ela falou, é partícula. Aluna 1: Eu fiz assim. Como bolinha e espaço... Como é que a gente pode fazer então... Desenhar fica difícil, mas aqui no ar não fica não. Aluna 3: Mas aí fica um vácuo? Aluna 1: Não, mas aqui não é só partículas de ar, tem aquelas partículas de oxigênio, tem nitrogênio, tem grãos de poluição, sujeira, esse tanto de coisa.

19 Aluna 1: Aconteceu que as partículas que aumentaram de tamanho. Aluna 2: Aí as partículas dilataram... Aluno 3: Dilataram? Aluna 1 (dirigindo-se ao aluno 4): O que você acha? Aluno 4: Nada, né? Aluna 2: A gente tem que explicar aqui: o ar quando aquecido dilata. Aluna 1: Dilata. As partículas do ar, quando aquecidas, dilatam, porque existe o espaço vazio entre as partículas. Aluno 3: É o ar que dilata. Aluna 1: Não é o ar que dilata, são as partículas que dilatam... Aluno 3: As partículas do ar... Aluna 2: Mas a gente vai explicar que as partículas é que dilatam! (Escrevem essa conclusão na apostila).

20 Aluna 1: Aqui, olha: tem que escrever a característica; do número 1, qual a característica? Aluno 3: Normal. Aluna 1: Normal! As partículas estão no seu tamanho normal... Agora no 2, elas aumentaram o tamanho, dilataram, ocupando um volume maior, não é isso? Aluno 3: É.

21 Recursos de linguagem para o ensino de química

22 As metáforas e analogias ajudam? Uma análise referenciada em Gaston Bachelard Os íons positivos ou cátions caminham em direção ao polo negativo; os íons negativos ou ânions caminham em direção ao polo positivo;... (obstáculo animista – pág. 93, Química Fundamental vol. Único, Ricardo Feltre). Duas tartarugas se chocando são utilizadas como uma analogia a colisões entre moléculas, obstáculo animista, pág. 259, Tito e Canto volume 2

23 Exemplo de obstáculo realista – pág. 164, Ricardo Feltre, vol. Único - balança sendo utilizada para pesar um átomo de flúor Fazendo uma analogia, podemos dizer que um elétron é localizado por seus quatro números quânticos, da mesma maneira que uma pessoa é localizada por seu endereço: nome da rua, número do prédio, andar e número do apartamento (obstáculo realista - animista – pág. 39, Química Fundamental vol. único, Ricardo Feltre)


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