“Se não ficar nada destas páginas, algo pelo menos, esperamos que permaneça:
Nossa confiança no povo.
Nossa fé nos homens e na criação de um mundo que seja menos difícil amar”.
Paulo Freire
Guia do Professor
Módulo 2: Eletroquímica
Atividade: Diferenciar os processos eletroquímicos espontâneos e não espontâneos
Introdução
Esta atividade busca promover uma articulação entre os conhecimentos químicos e o mundo do aluno/cidadão por meio de atividades que o levam a refletir, compreender, discutir e agir sobre seu mundo. Trabalhamos aqui o assunto “Diferenciar os processos eletroquímicos espontâneos e não espontâneos”, enfocando a importância de se diferenciar os processos de descarga e recarga de uma pilha recarregável.
Consideramos este um tema pouco, ou mal abordado no ensino médio, pois é trabalhado geralmente apenas em conjunto com equilíbrio químico, dificultando a vinculação pelo aluno deste, com o conteúdo de eletroquímica, com o qual é profundamente relacionado.
Por meio desse objeto, vinculando o aprendizado à fenômenos da vida cotidiana, de acordo com sua proposta, facilitará muito ao aluno a compreensão e diferenciação de termos como “pilha”, “eletrólise”, “eletrodo catiônico”, “eletrodo aniônico”, etc, quais de acordo com a espontaneidade do processo se comportam de forma diferenciada, muitas vezes dificultando a nós mesmos, professores, sua diferenciação.
Objetivos
1 Diferenciar processos naturais e químicos espontâneos e não espontâneos.
2 Diferenciar os processos naturais e químicos reversíveis e irreversíveis.
3 Diferenciar uma pilha de uma eletrólise.
Pré-requisitos
Reações químicas, preferencialmente de oxido-redução e pilhas.
Tempo previsto para a atividade
Duas aulas de 50 minutos, uma na sala de aula e outra na sala de informática.
Na sala de aula
Na sala de aula o professor pode introduzir o conteúdo, de acordo com sua didática de aula, abordando os aspectos gerais do conteúdo, como por exemplo, utilizando-se das equações da pilha de Daniell, anteriormente já trabalhadas apenas como pilha, isto é, apenas em sentido de converter energia química em elétrica e não também no inverso, como será também apresentado por essa atividade, o processo de eletrólise, que possibilita a conversão de energia elétrica em química.
Nesse momento já se pode apresentar a inversão dos processos em cada situação, salientando que o eletrodo catiônico de uma pilha será o eletrodo aniônico na situação eletrolítica, para que o aluno já efetue a navegação pelo objeto de forma direcionada, evidenciando o apresentado e confirmando suas teorias, contribuindo para sanar eventuais dúvidas até mesmo ainda não articuladas.
Na sala de computadores Preparação
Na sala de informática, sugere-se que os estudantes se organizem em grupos de dois alunos em cada computador. Esta organização facilitará a troca de idéias e discussão entre os estudantes. Se preferir poderá utilizar o quadro para uma eventual dúvida do estudante.
Material necessário
Na sala de informática, podem ser utilizados projetores (data-show, retro- projetor, reprodutor de slides) ou quadro-negro como recursos de apoio para retomar conceitos ou sanar eventuais dúvidas que os estudantes possam vir a ter, ou explicar algo que possa acrescentar na atividade.
Os alunos podem levar material para anotações.
Requerimentos técnicos
Conexão com a Internet a 56 Kb/s.
Leitor de CD ROM (24x ou superior)
Intel Pentium® II (III recomendado)
64 MB RAM
Placa de Vídeo 16 bits
SVGA configurado para 256 cores.
Resolução mínima de 800 X 600 pixels.
Sistema operacional mínimo necessário:
Microsoft® Windows 98
Macintosh Aple® OS 8.5
Versão mínima de navegador (browser):
Internet Explorer versão 6.
Netscape versão 7.
Mozilla FireFox 1.0.2
PLUG-INS que obrigatoriamente devem estar instalados no computador:
Plug-in do Flash 7.0
Acrobat Reader 5.0
Durante a atividade
A atividade tem o propósito de favorecer uma inter-relação entre fenômenos naturais, que podem ser revertidos de forma não espontânea, com consumo de energia e fenômenos eletroquímicos com a mesma característica, como é o caso da recarga de uma pilha, qual se descarrega, fornecendo energia como uma célula galvânica e se recarrega com consumo de energia, como uma célula eletrolítica, ou processo de eletrólise, como é também conhecido. Outra vantagem da atividade é o direcionamento de questões, que facilitarão o trabalho com o conteúdo assim como a compreensão do tema por parte dos alunos.
Peça aos alunos para irem anotando tais questões em seu material para que possam discuti-las em sala. A seguir apresenta-se uma lista de possíveis questões que poderão instigar discussões com o grupo.
*Dica:
Aconselha-se durante a atividade, que você leve um material complementar para o laboratório caso haja alguma duvida mais complexa ou exemplos para despertar a curiosidade. No final desse guia tem um tópico para saber mais onde você poderá pesquisar.
Depois da atividade
Discussão com os estudantes a partir das dúvidas levantadas durante a realização da atividade.
Questões para discussão
1 – Pode-se recarregar quaisquer pilhas? Por que?
Não, porque para que uma pilha seja recarregada é preciso que haja a possibilidade de reversão de suas reações, necessitando de uma série de requisitos para tal, como grande superfície de contato dos eletrodos, estabilidades de cada produto formado compatíveis, dentre outros.
2 – Qual a relação entre a diferença de potencial de um determinado processo e a espontaneidade do mesmo?
A relação entre o potencial químico de um determinado processo e a espontaneidade do mesmo é de que somente são espontâneos processos que sejam acompanhados de uma
diferença de potencial positiva entre os reagentes e produtos da reação, sendo o inverso somente possível com absorção de energia, à qual teria que ser fornecida de alguma forma ao sistema.
3 – Qual o processo eletroquímico que ocorre no cátodo de uma pilha? E no ânodo?
No cátodo ocorre o processo da redução e no ânodo o processo da oxidação.
4 - Por que o cátodo de uma pilha se torna o ânodo do processo de eletrólise e vice- versa?
Porque o eletrodo que se oxida, fornecendo elétrons ao sistema em uma pilha, portando se comportando como ânodo, durante o processo de eletrólise, isto é, durante a recarga da pilha, este se comporta como cátodo, pois precisará receber elétrons novamente para reverter seu processo espontâneo. A mesma inversão ocorre também no eletrodo que recebe elétrons na pilha, qual reduz, se comportando então como cátodo, que fornecerá tais elétrons ao custo da absorção de energia durante a eletrólise.
5 – É possível recarregar qualquer pilha? Por quê?
Não, porque as não recarregáveis não apresentam superfícies de contato entre os reagentes suficientes a promover a reversibilidade da reação.
6 – Colocar pilhas na geladeira as recarrega?
Não, o efeito de carga observado em algumas pilhas, mais acentuado nas de Leclanché, é decorrente da redução de temperatura reduzir a pressão interna provocada pela liberação de amônia gasosa, dando mais alguns segundos de funcionamento, o que não se caracteriza por recarga.
7 – O que é efeito memória, quando se diz que a pilha “viciou”? Qual pilha o apresenta mais acentuado?
Efeito memória é uma redução da capacidade de armazenamento da pilha, efeito mais acentuado nas pilhas de Níquel-Cádmio que nos outros tipos. Está relacionado com o tamanho do cristal de Hidróxido de Cádmio que tem aproximadamente 1 micrômetro quando a pilha sai da fabrica e pode ficar com cerca de 100 micrômetros quando a pilha o apresenta. Esse aumento nos cristais diminui a superfície de contato com o eletrólito, solução de Hidróxido de Potássio, diminuindo a capacidade de armazenamento de energia elétrica. Em geral, esse crescimento nos cristais ocorre quando os ciclos de descarga da bateria não são totalmente completados ou quando se excede o tempo de carga recomendado pelo fabricante.
Avaliação
Para avaliação recomenda-se a observação dos grupos no desenvolvimento das atividades, participação e interesse dos alunos. Podem ser avaliados os questionamentos propostos pelo professor e anotações dos alunos. Assim, será avaliado não só o desempenho do aluno, mas também a própria atividade e o desempenho do professor, numa perspectiva de melhoria do processo de ensino e aprendizagem. Desse modo, a avaliação se configura como um procedimento contínuo que possibilita conhecer melhor
o aluno, julgar a aprendizagem durante o processo e julgar globalmente o resultado de um processo didático.
Atividades complementares
Para saber mais: Sites relacionados www.sbq.org.br
Sociedade Brasileira de Química. Neste site você poderá consultar artigos das revistas Química Nova, Química Nova na Escola e Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola gratuitamente.
http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/ele ctroChem/voltaicCell10.html
Objeto de aprendizagem que propõe a montagem de pilhas virtuais pelo aluno.
http://www.hobbynews.com.br/materias/pilhas%20-
%20o%20poder%20das%20pequenas.pdf
Artigo que apresenta as características de pilhas recarregáveis, com imagens. Define bem efeito memória.
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422001000200015 Artigo que apresenta as características de pilhas recarregáveis, com gráficos. Justifica as vantagens das pilhas Ni-MH às de Ni-Cd.
http://educar.sc.usp.br/quimapoio/fotospfiltro.html Proposta de experimento de montagem de uma pilha.
http://www.cepis.org.pe/bvsaidis/resisoli/iii-117.pdf#search='pilhas%20ambientais' Artigo que apresenta os impactos ambientais provocados por pilhas e baterias.
http://www.espacofotografico.com.br/PilhasGlossario.htm Glossário de termos relacionados.
www.cepis.org.pe/bvsaidis/resisoli/iii-117.pdf
Artigo sobre os impactos ambientais provocados pelo descarte irregular das pilhas.
Bibliografias Consultadas
Lide, David R. Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC Press, 2005/2006. 86th Edition.
Peruzzo, F. M.; Canto, E. L. Química: na abordagem do cotidiano. São Paulo: Editora Moderna, 2003. 3ª Edição, volume 2.
Ticianelli, E. A.; Gonzalez, E. R. Eletroquímica, Princípios e Aplicações. São Paulo, Edusp, 1998.
GEPEC, Interações e Transformações III: Química – Ensino Médio, Editora da Universidade de São Paulo, São Paulo, 1998. p. 62 – 84.
Peruzzo, Francisco Miragaia (Tito), Canto, Eduardo Leite, Química, na abordagem do cotidiano, Volume 2, 3ª Edição, Editora Moderna, São Paulo, 2003. p.87 – 107.
Santos, W. L. P. Et All. “PEQUIS-Projeto de ensino de Química e sociedade”, Química e sociedade, 1ª Edição, Editora Nova Geração, São Paulo, 2005. Páginas 622 – 682.
