COMO SE LIGAM OS ÁTOMOS E AS MOLÉCULAS?

Esta unidade didática tem como atividade principal o desenvolvimento do experimento intitulado “O que acontece se utilizarmos um martelo para moldar diferentes sólidos?”. Esta atividade experimental será desenvolvida e fundamentada na perspectiva do que a literatura denomina de “atividade demonstrativa-investigativa”.

Com isso, buscamos alcançar resultados mais significativos no processo ensino- aprendizagem do conteúdo de ligações químicas mediante o desenvolvimento de habilidades e atitudes, enriquecido pela interação entre os grupos; o estímulo a curiosidade dos alunos, suscitado por questionamentos e levantamento de hipóteses, bem como a promoção na elaboração de argumentos e na construção de consenso durante a síntese do que foi relatado por todos em sala de aula. Logo, para o desenvolvimento da Unidade 3 são necessárias três aulas de 90 minutos cada.

Esta atividade experimental tem por objetivo discutir a relação entre as propriedades das substâncias e as ligações químicas de seus constituintes, por meio da observação macroscópica após uma martelada vigorosa em uma vela, um cristal de sulfato de cobre e uma lâmina metálica de cobre.

Considerando que um experimento, por si só, não é uma atividade motivacional, optamos por iniciá-lo com a seguinte pergunta problematizadora: O que acontece se

utilizarmos um martelo para moldar diferentes sólidos? ATIVIDADE EXPERIMENTAL

O que acontece se utilizarmos um martelo para moldar diferentes sólidos?

Professor!

As atividades demostrativas-investigativas têm por característica:

(...) maior participação e interação dos alunos entre si e com os professores em sala de aula; melhor compreensão por parte dos alunos da relação teoria-experimento; o levantamento de concepções prévias dos alunos; a formulação de questões que gerem conflitos cognitivos em sala de aula a partir das concepções prévias; o desenvolvimento de habilidades cognitivas por meio da formulação e teste de hipóteses; a valorização de um ensino por investigação; a aprendizagem de valores e atitudes além dos conteúdos, entre outros. (SILVA et alii, 2010, p. 246).

Antes da execução do experimento, sugere-se que os estudantes discutam em grupo ou individualmente a pergunta e respondem ao estímulo. Os alunos, em sua maioria, mostram-se ávidos em dizer que sólidos, de uma maneira geral, quebram com o impacto de um martelo.

Quando apresentamos os diferentes sólidos a serem utilizados no experimento (vela, cristal de sulfato de cobre e lâmina metálica de cobre) e repetimos a pergunta, alguns de nossos alunos modificaram suas respostas, enquanto outros mantiveram as concepções apresentadas anteriormente. Essa mudança na resposta ocorreu devido à presença da lâmina de cobre, que eles acreditam ser mais difícil de quebrar por se tratar de “um material mais resistente”.

Os alunos acompanham o desenvolvimento do experimento a partir do roteiro experimental elaborado abaixo.

MATERIAL PARA O ALUNO

Roteiro experimental

O que acont ece se ut ilizarm os um m art elo para m oldar diferent es sólidos?

Um ferreiro é uma pessoa que cria objetos de ferro ou de aço, utilizando o martelo como ferramenta. Os ferreiros trabalham forjando as peças de ferro ou aço até o metal ser moldado. Mas se a matéria prima do ferreiro não fosse o ferro e sim outro sólido, por exemplo, um cristal ou uma vela? O ferreiro conseguiria moldá-los? O presente experimento tem como objetivo analisar a maleabilidade de diferentes sólidos e investigar a interação entre seus átomos.

Professor!

Começar o desenvolvimento da atividade experimental com uma pergunta foi propositalmente pensado como possibilidade para despertar a curiosidade e o interesse dos alunos. Isso também se insere na perspectiva de Bachelard (1999), segundo a qual “todo conhecimento é resposta a uma pergunta”.

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Materiais

 Cristais de sulfato de cobre (CuSO4)

 Lâmina de cobre ou um utensílio doméstico de metal (colher)  Vela

 Martelo

Procedimento

1. Com o auxílio de um martelo o professor baterá moderadamente no cristal de CuSO4 e tentará moldá-lo.

2. O professor repetirá o procedimento com a vela (parafina) e, por fim, com a lâmina de cobre.

Observações macroscópicas

Observe e descreva o fenômeno que presenciou.

Interpretação microscópica

Explique o fenômeno observado fazendo uso de conceitos e teorias cientificamente aceitas.

Os alunos observam os três sólidos serem martelados pelo professor com aproximadamente a mesma intensidade de força. Todas as observações e os resultados obtidos devem ser anotados pelos alunos no roteiro experimental ou no diário de aula, para serem discutidos posteriormente.

Segundo a maioria dos estudantes, o cristal de sulfato de cobre partiu-se em vários pedaços menores ao receber a martelada e a lâmina de cobre foi moldada. Chamou-nos

Professor!

O uso do roteiro experimental ou do diário de aula tem por finalidade estimular os estudantes a organizar uma “memória” concreta dos fatos, das discussões e das argumentações produzidas em sala de aula durante o desenvolvimento da atividade experimental, evitando o uso exclusivo da memória visual.

atenção a dificuldade encontrada pelos estudantes em definir o que ocorreu com a vela, que se esfarelou. Para alguns alunos ela “deformou”, “esmagou”, “lascou”, “moldou” ou “quebrou”. Interpretamos isso como indício da falta de conhecimento de um modelo adequado para interpretar o fenômeno.

Durante a discussão sobre os resultados do experimento, o conceito de substância, abordado na Unidade 2, deve ser retomado para que os estudantes classifiquem os três sólidos utilizados no experimento de acordo com a estrutura de seus constituintes. Assim, o cristal de sulfato de cobre, a vela e a lâmina de cobre são classificados como sendo substância iônica, molecular e metálica, respectivamente.

Neste momento, buscamos colocar em confronto as concepções espontâneas dos alunos, instigando-os a refletir e buscar explicações, de modo a relacionar a estrutura microscópica de cada uma das substâncias utilizadas com as diferentes propriedades macroscópicas observadas.

Foi requisitado aos alunos que classificassem os três sólidos, relacionando ao tipo de ligação química, a partir de suas anotações e de suas observações durante o desenvolvimento da atividade experimental, bem como baseados na abordagem dos conceitos científicos.

A partir disso, avançamos com o conteúdo de ligações químicas e a discussão sobre como se ligam os átomos formadores dos constituintes das substâncias trabalhadas. Neste momento, levamos os alunos a compreender como a Ciência explica o fenômeno observado.

Para saber mais!

Para a abordagem dos conceitos científicos sobre ligação química, principalmente ligação iônica e covalente utilizamos o livro didático adotado pela escola ‘Química e Sociedade’ (Santos; Mól, 2005). A escolha desse material de referência aconteceu a partir de uma prévia avaliação, que teve como critério a abordagem cientificamente aceita dos conceitos de ligação iônica e covalente; da representação estrutural das substâncias iônicas e moleculares; da presença de aspectos históricos e da contextualização do conteúdo químico com o desenvolvimento tecnológico, social e com as vivências dos alunos. Também, foi contemplada no livro a relação entre as propriedades das substâncias e o tipo de interação que ocorre entre os constituintes das mesmas.

De maneira positiva, no livro didático o conteúdo de ligação iônica foi trabalhado com enfoque no modelo de distribuição de elétrons, que justifica a estabilidade de alguns íons e a formação dos sólidos iônicos mediante atração eletrostática não-direcionada entre os íons de cargas opostas. Já a ligação covalente foi discutida com foco na atração recíproca e unidirecional entre elétrons de um átomo e o núcleo do outro átomo, que promove o compartilhamento desses pelos dois átomos.

Para trabalharmos o conteúdo de ligação metálica, elaboramos um texto de apoio (ver Apêndice 1), por considerar que o livro didático não atendia a abordagem conceitual pretendida em nosso planejamento. A maioria dos livros trabalha com a definição de “mar de elétrons” e existência de cátions para explicar a ligação metálica e não faz referência ao conceito de bandas de energia e a não- direcionalidade das interações entre os átomos metálicos.

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Na caixa de texto a seguir, inserimos a interpretação microscópica dos fenômenos que ocorrem após a martelada nos sólidos propostos no roteiro experimental. Para que os alunos avancem para além das observações macroscópicas faz-se necessária que o professor leve-os a compreender o fenômeno segundo a ciência Química, ou seja, insira as explicações microscópicas.

Depois dessas explicações, é sempre aconselhado fazer uma rodada de esclarecimentos das dúvidas dos alunos sobre o experimento e, somente depois, deve-se introduzir a expressão representacional como uma síntese do que foi observado e explicado, empregando a linguagem química.

Por fim, promovemos o fechamento da aula com a retomada da pergunta problematizadora apresentada inicialmente. Aproveitamos para evidenciar os aspectos históricos relacionados à utilização dos diferentes materiais, principalmente os sólidos metálicos, e discutir as implicações sociais, tecnológicas e econômicas relacionadas ao fenômeno observado.