4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 Roteiros
Os experimentos de baixo custo foram selecionados de acordo com os conteúdos referentes à 1º e 2º séries do Ensino Médio seguindo o currículo estabelecido pela Secretaria de Estado de Educação do Rio de Janeiro (anexo 1).
As práticas experimentais alternativas foram testadas e adaptadas com finalidade de serem realizadas principalmente em escolas desprovidas de laboratório e recursos financeiros para a compra de reagentes, materiais e equipamentos.
Para a confecção do manual didático, contendo os roteiros propostos, foram feitas diversas pesquisas de atividades já sugeridas e, a partir disso, modificou-se a forma que a prática era abordada, com alteração de alguns procedimentos, reagentes e materiais, visando torná-la mais simples e de fácil acesso. As atividades experimentais pesquisadas eram baseadas apenas em materiais e procedimento, ou seja, sua metodologia era apenas a comprovação da teoria, sem a preocupação com o aprendizado do aluno. Entendendo que para o aluno ter uma aprendizagem significativa, é preciso que o conhecimento já adquirido anteriormente seja problematizado pelo professor, criando vínculos com seu “novo” conhecimento.
Portanto, foi inserido um item no roteiro intitulado “Contextualização”, com o intuito de auxiliar o professor na busca pela ligação entre a ciência e a vivência de seus alunos.
Algumas práticas foram testadas no laboratório de Biologia do IFF – campus Campos – Centro e as demais na própria residência dos autores. Todas as atividades experimentais foram realizadas com o tempo cronometrado e dispondo apenas de materiais de baixo custo e comprados no comércio local, utilizando o laboratório de Biologia apenas como espaço de trabalho. Após, a experimentação, os roteiros foram organizados utilizando o modelo a seguir:
Além disso, foi confeccionado um kit que contém o manual didático, materiais permanentes e reagentes essenciais para a realização de todos os procedimentos.
Materiais do kit permanente:
Materiais Valor (R$)
Maleta 15,00
Becker 250 mL 13,00
Proveta plástica 100 mL 6,00
2 Copos de vidro 300 mL 5,70
Recipiente de vidro 250 mL 2,00 Recipiente de vidro 750 mL 3,50 3 Potes de vidro com tampa 3,00
Panela de metal pequena 3,50
Pires 2,00
Mangueira (1 m) 1,40
Resistência para chuveiro 6,00
Pregador 0,30
Conta gotas 1,50
2 Baterias 9 V 12,00
2 Tampas de bateria 2,00
MODELO DE ROTEIRO TÍTULO: Titulo original do experimento
TEMA: Sugestão de inserção do experimento no conteúdo programático da série correspondente.
TEMPO NECESSÁRIO: Duração média de execução da prática, sem considerar o preparo das mesmas.
MATERIAIS:
Itens e quantidades necessários à realização da prática.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
Diagnóstico dos conhecimentos prévios dos alunos e complementação dos saberes sobre o tema de forma integrada com o cotidiano dos mesmos.
PROCEDIMENTO:
Etapas a serem seguidas.
RESULTADOS ESPERADOS:
Resultados almejados ao final da experimentação.
2 Terminais 0,80
Led 0,70
Copo de pinga 2,00
Seringa 0,60
Fita adesiva 3,00
Canudo plástico 0,10
Tabuleiro pequeno 5,00
Caixa de grafite 2.0 0,60
2 sacos plásticos com feche 2,00
500 g de sulfato de cobre 7,50
1 L de solução alcoólica de fenolftaleína 7,00 1 L de solução de iodeto de potássio 21,70 4 corantes alimentícios de cores variadas 6,00
500 g de cal 3,00
30 g permanganato de potássio 3,00
Cadarço de tênis 0,00
2 pregos 0,00
Total 139,90
4.1.1 Roteiros dos Experimentos de Baixo Custo
Fonte: modificado de MATEUS, A. L. Química na Cabeça. Belo Horizonte: Ed.
UFMG, 2001.
EXPERIMENTO I TÍTULO: Normal ou dietético.
TEMA: Densidade.
TEMPO NECESSÁRIO: 20 minutos MATERIAIS:
1 lata de refrigerante normal fechada.
1 lata de refrigerante dietético fechada.
Água.
1 seringa.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
Quando caminhamos dentro de uma piscina em direção à parte mais funda ou quando seguramos um objeto, total ou parcialmente submerso, temos a impressão de que seu peso diminui, como se a água exercesse uma força de sentido contrário ao peso deste objeto. Essa força é chamada de ‘empuxo’, e é equivalente ao volume de água que a massa do objeto deslocou.
Mergulhando o mesmo objeto em um outro líquido, notaremos que ele pode, por exemplo, afundar totalmente em vez de apenas ficar parcialmente imerso. Isso ocorre porque diferentes líquidos produzem diferentes empuxos em um mesmo objeto. Esse fenômeno acontece devido a uma característica particular de cada líquido, e está ligado à sua densidade, expressa pela relação d = m/v, onde d é a densidade do líquido, m a massa do objeto e v o volume desse objeto.
As latas mesmo sendo idênticas, apresentando o mesmo volume, possuem densidades diferentes, uma maior e outra menor que a da água. A lata de refrigerante normal possui uma massa maior por causa do açúcar dissolvido.
A lata de refrigerante dietético flutua devido ao gás carbônico (dissolvido e presente acima do liquido na lata), que possui uma densidade muito menor que a da água.
Quando colocamos uma bolha de ar na parte inferior da lata de refrigerante normal, ela flutua. Como a densidade do ar e muito menor que a da água, a densidade media do conjunto “ar mais lata” se torna menor que a densidade da água e ela flutua.
PROCEDIMENTO:
Encha a jarra ou o aquário com a água;
Coloque a lata de refrigerante normal e observe;
Coloque a lata de refrigerante dietético e observe;
Coloque a lata de refrigerante normal na água novamente, porem dessa vez, lentamente, na posição vertical e com a tampa virada para cima;
Utilizando a seringa, coloque um pouco de ar na parte curva embaixo da lata;
RESULTADOS ESPERADOS:
No primeiro momento a lata de refrigerante normal afunda e a lata de refrigerante dietético flutua. Após colocar o ar na parte inferior da lata de refrigerante normal, ela flutua.
EXPERIMENTO II TÍTULO: Gelo na bebida.
TEMA: Propriedades especificas da água e do álcool; densidade.
TEMPO NECESSÁRIO: 25 minutos.
MATERIAIS:
2 copos transparentes 300mL.
250 mL de agua.
200 mL de álcool etílico (comum).
12 cubos de gelo preparado com água contendo corante alimentício.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
Um bloco de gelo comum flutua num recipiente com água, porque a água sólida é menos densa que a água líquida. Essa é uma propriedade característica da água e extremamente importante. À temperatura ambiente, a água líquida fica mais densa à medida que diminui a temperatura, da mesma forma que as outras substâncias. Mas a 4 °C (3,98 °C, mais precisamente), logo antes de congelar, a água atinge sua densidade máxima e, ao aproximar-se mais do ponto de fusão, a água, sob condições normais de pressão, expande-se e torna-se menos densa. Isso se deve à estrutura cristalina do gelo, conhecido como gelo Ih hexagonal.
Geralmente, a água se expande ao congelar devido à sua estrutura molecular aliada à elasticidade incomum das ligações de hidrogênio e à conformação cristalina particular de baixa energia que ela assume em condições normais de pressão. Isto é, ao resfriar-se, a água tenta organizar-se numa configuração de rede cristalina que alonga as componentes rotacionais e vibracionais das pontes, de forma que cada molécula de água é afastada das vizinhas. Isso efetivamente reduz a densidade ρ da água quando se forma gelo sob condições normais de pressão.
PROCEDIMENTO:
Prepare uma forma de gelo com água contendo varias gotas de corante alimentício até se obter uma cor intensa;
Coloque o álcool em um dos copos e a água no outro copo;
Encha um copo (300 mL) com sal e adicione-o aos poucos no saco grande, misturando bem ao gelo moído;
Coloque um cubo de gelo em cada copo;
Adicione 50 mL de água aos poucos no copo contendo álcool e gelo ate observar alguma mudança.
RESULTADOS ESPERADOS:
O gelo flutua no copo com água e afunda no copo com álcool. Ao adicionar água no álcool, o gelo passa a flutuar na mistura.
Fonte: modificado de MATEUS, A. L. Química na Cabeça. Belo Horizonte: Ed.
UFMG, 2001.
EXPERIMENTO III TÍTULO: O tubo em U misterioso.
TEMA: Densidade.
TEMPO NECESSÁRIO: 30 minutos.
MATERIAIS:
1 mangueira transparente flexível (1 m).
1 conta-gotas.
500 mL de água.
500 mL de álcool.
100 mL de corante solúvel em água.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
A massa volumétrica define-se como a propriedade da matéria correspondente à massa contida por unidade de volume, ou seja, a proporção existente entre a massa de um corpo e seu volume. Desta forma pode-se dizer que a massa volumétrica mede o grau de concentração de massa em determinado volume.
Densidade é a relação entre a massa volumétrica da matéria em causa e a massa volumétrica de matéria de referência (a água é geralmente tomada como referência). É uma grandeza adimensional, devido ao quociente. Quando se diz que um corpo tem uma densidade de 5, quer dizer que tem uma massa volumétrica 5 vezes superior à da água (no caso dos sólidos e líquidos).
A densidade da água à pressão normal e à temperatura de 25 °C, é de 1,00 g/cm³, e a 4 °C, onde se atinge sua densidade máxima, é de 1,03 g/cm³.
PROCEDIMENTO:
Prepare uma solução contendo a água e 50 mL do corante, de forma obter uma cor intensa;
Prepare uma solução de álcool e 50 mL de corante, de forma que esta apresente a mesma intensidade de cor da solução aquosa;
Dobre a mangueira e formato de U;
Coloque a solução aquosa na mangueira;
Em uma das pontas o álcool, tomando cuidado para não agitar o conteúdo do tubo;
Coloque 50 mL de água no saco plástico pequeno, feche-o e coloque-o dentro do saco maior com a mistura.
RESULTADOS ESPERADO:
Ao adicionar o álcool, os níveis dos dois lados da mangueira em U ficarão diferentes.
Modificado de MATEUS, A. L. Química na Cabeça. Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2001.
EXPERIMENTO IV TÍTULO: A bolinha obediente.
TEMA: Densidade.
TEMPO NECESSÁRIO: 20 minutos.
MATERIAIS:
1 recipiente de vidro ou plástico transparente (1 L).
250 g de açúcar.
1 L de água.
1 bolinha de naftalina.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
A massa volumétrica define-se como a propriedade da matéria correspondente à massa contida por unidade de volume, ou seja, a proporção existente entre a massa de um corpo e seu volume. Desta forma pode-se dizer que a massa volumétrica mede o grau de concentração de massa em determinado volume.
Densidade é a relação entre a massa volumétrica da matéria em causa e a massa volumétrica de matéria de referência (a água é geralmente tomada como referência). É uma grandeza adimensional, devido ao quociente. Quando se diz que um corpo tem uma densidade de 5, quer dizer que tem uma massa volumétrica 5 vezes superior à da água (no caso dos sólidos e líquidos).
A densidade da água à pressão normal e à temperatura de 25 °C, é de 1,00 g/cm³, e a 4 °C, onde se atinge sua densidade máxima, é de 1,03 g/cm³.
PROCEDIMENTO:
Dissolva o açúcar em 500 mL de água (agite bem até que todo o açúcar se dissolva);
Transfira a solução para o recipiente;
Adicione 500 mL de água no recipiente, de modo que ela escorra pela parede do recipiente (evite agitar os frascos);
Coloque a bolinha de naftalina no frasco;
RESULTADOS ESPERADO:
A bolinha de naftalina flutua exatamente na interface entre a água pura e a solução concentrada.
Fonte: modificado de MATEUS, A. L. Química na Cabeça. Belo Horizonte: Ed.
UFMG, 2001.
EXPERIMENTO V TÍTULO: Sobe-e-desce químico.
TEMA: Densidade.
TEMPO NECESSÁRIO: 20 minutos.
MATERIAIS:
2 copos transparentes 300mL.
250 mL de água.
1 comprimido antiácido efervescente.
Uvas passas (ou pedaços de macarrão cru ou bolinha de naftalina).
CONTEXTUALIZAÇÃO:
Parte do gás carbônico produzido se prendem na uva passa. A densidade do gás carbônico e muito menor que a da água. As bolhas de gás carbônico que se prendem a uva passa fazem com que a densidade media do conjunto uva passa mais bolhas de gás fique menor que a da água. Ao final, o gás se desprende, desfazendo o sistema uva passa mais gás e a uva passa volta ao fundo do copo.
PROCEDIMENTO:
Coloque água no copo ate cerca de 2/3 do seu volume;
Coloque uma uva passa na água e observe (no caso da naftalina não utilize as mãos);
Coloque o comprimido antiácido na água e observe;
Adicione 50 mL de água aos poucos no copo contendo álcool e gelo ate observar alguma mudança.
RESULTADOS ESPERADOS:
A primeiro momento a uva passa afunda no copo contendo água. Ao adicionarmos o comprimido efervescente notamos a produção de um gás e a movimentação da uva passa.
Fonte: modificado de MATEUS, A. L. Química na Cabeça. Belo Horizonte: Ed.
UFMG, 2001.
EXPERIMENTO VI TÍTULO: Construindo um densímetro.
TEMA: Densidade.
TEMPO NECESSÁRIO: 40 minutos.
MATERIAIS:
Proveta 100 mL.
1 copo.
100 ml de água destilada (produzida no experimento I).
Areia.
3 colheres de sal.
100 ml de leite.
100 ml de álcool.
Material vedante (fita adesiva).
Canudo plástico.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
Densímetro é um aparato que tem por objetivo medir a massa específica (também chamada densidade) de líquidos. Existem várias maneiras de conceber este aparato, sendo que em uma das formas mais comuns se apresenta como um tubo de vidro longo fechado em ambas as extremidades. Este tubo é mais largo em sua parte inferior e possui uma gradação na parte mais estreita.
Todo o aparato deve ser imerso em um recipiente cheio do líquido do qual se deseja conhecer a massa específica até que ele possa flutuar livremente. A leitura é realizada observando em que marca da gradação fica posicionada a superfície do líquido.
Uma das utilidades do densímetro é inferir propriedades dos líquidos através da inspeção de sua massa específica, principalmente quando os líquidos são misturas de substâncias. Nestes casos é possível inferir se a composição da mistura é a esperada ou não a partir do valor esperado para a massa específica da mistura.
PROCEDIMENTO:
Corte o canudo para que ele obtenha um tamanho de 15 cm;
Feche uma das pontas do canudo com material vedante (pode ser fita adesiva);
Coloque um pouco de areia (5 cm) no fundo do canudo;
Experimente colocar o tubo em pé na água destilada no interior da proveta;
Faça uma marca no nível de flutuação do densímetro na água, esse valor será 1(densidade da água 1 g/mol);
Adicione 100 mL de álcool na proveta.
Coloque o densímetro em álcool comercial e anote o valor;
Prepare uma solução saturada de sal de cozinha e água;
Adicione 100 mL dessa amostra na proveta, mergulhe o densímetro e anote o valor obtido;
Coloque 100 mL de leite na proveta, mergulhe o densímetro na amostra e anote o valor correspondente.
RESULTADOS ESPERADOS:
Através destes procedimentos e resultados, é possível comparar a densidade de líquidos mais densos (leite), de densidade média (solução saturada de sal) e de líquidos menos densos como é o caso do álcool.
Fonte: modificado de ALVES, L. Estratégias de Ensino – Química. Disponível em
<www.educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/quimica>. Acesso em: 22 de abril de 2010.
EXPERIMENTO VII TÍTULO: Produzindo água destilada.
TEMA: Destilação simples.
TEMPO NECESSÁRIO: 40 minutos.
MATERIAIS:
300mL de água.
Corante alimentício de qualquer cor.
Chaleira.
Panela de metal pequena.
24 cubos de gelo.
Frasco com tampa.
Fogão ou outra forma de aquecimento.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
Utilizando este experimento podemos discutir o conceito de água destilada, água mineral, o ciclo da água, processo de destilação.
A água que bebemos e que utilizamos em nosso dia-a-dia é, em termos gerais, uma solução, a água destilada é, em princípio, uma substância pura. Toda a água que esteja em contato com a atmosfera irá absorver dióxido de carbono (entre outros).
Na prática, muito dificilmente poderemos assegurar a pureza total de uma água destilada. Pode ser obtida através da destilação (condensação do vapor de água obtido pela ebulição ou pela evaporação) de água não pura que contém outras substâncias dissolvidas. É a água utilizada em laboratório ou industrialmente como reagente ou solvente.
A água destilada produzida poderá ser utilizada em outros experimentos.
PROCEDIMENTO:
Coloque 300mL de água e 6 gotas de corante na chaleira e deixe ferver;
Quando a água estiver fervendo, aproxime a panela contendo os cubos de gelo a chaleira;
Gotículas serão formadas na parte externa da panela;
Recolha a água destilada com um frasco limpo.
RESULTADOS ESPERADOS:
A água destilada recolhida é incolor, o corante não passa para o estado de vapor permanecendo na chaleira.
Fonte: modificado de MATEUS, A. L. Química na Cabeça. Belo Horizonte: Ed.
UFMG, 2001.
EXPERIMENTO VIII TÍTULO: Gelo e Sal.
TEMA: Ponto de fusão.
TEMPO NECESSÁRIO: 30 minutos.
MATERIAIS:
12 cubos de gelo.
300 g de sal grosso.
1 copo plástico de 300 mL.
2 sacos plásticos de tamanhos diferentes, com fecho.
1 copo descartável de 50 mL.
50 mL de água.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
A água congela a 0ºC (temperatura de fusão), mas isso ocorre quando temos a água pura, ou seja, sem adição de qualquer substância. Quando adicionamos o sal à água, o que acontece é que a água não congela mais a 0ºC como era esperado, pois a temperatura de fusão muda e agora ela passa a depender da quantidade de sal colocada no sistema.
Quando o sal (NaCl) se dissolve na água, seus íons de sódio (Na+) e de cloro (Cl-) saem dos cristais de sal e misturam-se separadamente nas moléculas de água.
Esses íons afetam as moléculas de água e suas temperaturas de congelamento e ebulição de maneiras diferentes.
As moléculas de água formam cristais enquanto congelam. Íons de Na+ e Cl- do sal ficam no caminho das moléculas de água, dificultando sua reorganização em cristais. Isso significa que a água salgada continua em estado líquido por mais tempo quando a temperatura diminui.
PROCEDIMENTO:
Quebre o gelo em pequenos pedaços;
Coloque um copo (300 mL) cheio de gelo moido no saco plastico grande;
Encha um copo (300 mL) com sal e adicione-o aos poucos no saco grande, misturando bem ao gelo moido;
Continue misturando ate que todo o gelo tenha derretido;
Coloque 50 mL de agua no saco plastico pequeno, feche-o e coloque-o dentro do saco maior com a mistura
RESULTADOS ESPERADOS:
O sal abaixa a temperatura de fusão do gelo. Quando a temperatura externa e maior do que 0 ºC o gelo com sal pode fundir a uma temperatura mais baixa. O sal absorve calor do ambiente fazendo a temperatura cair.
Fonte: modificado de MATEUS, A. L. Química na Cabeça. Belo Horizonte: Ed.
UFMG, 2001.
EXPERIMENTO IX TÍTULO: Dissolução de partículas.
TEMA: Solubilidade.
TEMPO NECESSÁRIO: 20 minutos MATERIAIS:
2 colheres de sopa de açúcar cristal.
2 colheres de sopa de açúcar refinado.
200 mL de água em temperatura ambiente.
100 mL de água quente.
100 mL de água gelada.
4 copos transparentes.
4 colheres de sopa de sal de cozinha (NaCl).
1 colher.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
Soluções líquidas que contêm solutos sólidos são denominadas de dissolução.
Essas soluções são muito comuns em nosso dia-a-dia, podemos encontrá-las em nosso café da manhã, por exemplo, quando misturamos achocolatado (sólido) ao leite (solução líquida). A dissolução ocorre porque as moléculas do solvente envolvem as partículas de sólidos do soluto, dissolvendo-os. Alguns fatores influem no processo de dissolução, vejamos quais são:
- temperatura: quanto mais elevada estiver a temperatura de um líquido maior será a dissolução.
- concentração: a quantidade de soluto influi, uma vez que uma solução mais diluída terá uma dissolução maior, por exemplo, a água pura dissolve melhor um solvente do que a água que já contém solutos.
PROCEDIMENTO:
Parte I
Coloque 100 mL de água em temperatura ambiente em dois copos;
Adicione 2 colheres de açúcar cristal em um dos copos, e 2 colheres de açúcar refinado no outro copo.
Agite as misturas e observe: em qual a dissolução acontece mais rapidamente?
Parte II
Coloque 100 mL de água quente em um copo, no outro copo coloque água previamente resfriada (gelada).
Dissolva duas colheres de NaCl em ambos os copos;
Verifique: em qual a dissolução é mais rápida?
RESULTADOS ESPERADOS:
Como já foi dito, a dissolução ocorre porque as moléculas do solvente envolvem as partículas de sólidos do soluto dissolvendo-os, quanto maior for a superfície de contato deste sólido mais rápida será a dissolução. No soluto açúcar refinado os grãos de sacarose são mais finos expondo uma maior superfície de contato.
Sabe-se que quanto mais elevada estiver a temperatura de um líquido maior será a dissolução, sendo assim, no copo com água quente o soluto se dissolve com maior velocidade do que no recipiente com água fria.
Modificado de ALVES, L. Estratégias de Ensino – Química. Disponível em
<www.educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/quimica>. Acesso em: 22 de abril de 2010.
EXPERIMENTO X TÍTULO: Eletrólise.
TEMA: Eletrólise.
TEMPO NECESSÁRIO: 40 minutos.
MATERIAIS:
Solução iodeto de potássio.
1 bateria 9V.
2 terminais.
1 tampa de bateria de 9V.
3 recipientes transparentes.
1 caixa de grafite.
Solução de amido.
Fenolftaleína.
Fita adesiva.
CONTEXTUALIZAÇÃO:
A eletrólise é um processo que separa os elementos químicos de um composto através do uso da eletricidade. De maneira sumária, procede-se primeiro à decomposição (ionização ou dissociação) do composto em íons e, posteriormente, com a passagem de uma corrente contínua através destes íons, são obtidos os elementos químicos. Em muitos casos, dependendo da substância a ser eletrolisada e do meio em que ela ocorre, além de formar elementos ocorre também a formação de novos compostos. O processo da eletrólise é uma reação de oxirredução oposta àquela que ocorre numa célula galvânica, sendo, portanto, um fenômeno físico- químico não espontâneo.
PROCEDIMENTO:
Monte o aparelho de eletrólise utilizando a bateria, o grafite, a tampa de bateria e os terminais;
Separe dois grafites, encaixando cada um deles em um terminal distinto.
Desencape cada ponta do fio da tampa da bateria e faça a ligação (o contato) das mesmas pontas desencapadas, cada uma separadamente com os terminais.
Depois das ligações estabelecidas, prenda com fita adesiva cada grafite em um lado da bateria, deixando uma diferença de aproximadamente 2cm de distância da base da bateria, para o fim do grafite. Deixe como se os grafites estabelecessem duas pontas de contato para evitar que a bateria entre em contato com a solução.
Prepare em três recipientes transparentes diferentes as três soluções que serão utilizadas: em um dos recipientes coloque apenas a solução de iodeto de potássio; no segundo recipiente, coloque a solução de iodeto de potássio acrescentando algumas gotas de fenolftaleína; e no último recipiente coloque a solução de iodeto de potássio junto com a sopa de amido.
Faça o contato do aparelho de eletrólise através das pontas de grafite com cada solução separadamente.