USANDO PILHAS E BATERIAS, INSTRUMENTOS FACILITADORES DE APRENDIZAGEM PARA O ENSINO MÉDIO.
Márcia Greyciliane da Silva Nascimento1 (PG), Nubia Maria de Castro Oliveira
Melo (PG), Anelise Maria Regiani (PQ)2
1
Mestrado Profissional em Ensino de Ciências - Universidade Estadual de Roraima
margreyci@gmail.com
2 Centro de Ciencias Biologicas e da natureza – Universidade Federal do Acre
Palavras-Chave: Pilhas e baterias, descarte e ensino de química. RESUMO:
Pilhas e baterias fazem parte do o conteúdo de eletroquímica segundo os Referenciais Curriculares de ciências da natureza do Estado do Acre, que por sua vez é o campo da química que estuda os processos químicos que envolvem transferência de elétrons. As informações das formas de descarte desses dispositivos são insuficientes. A corrosão da blindagem da pilha permite a liberação dos compostos químicos nela existentes, principalmente metais pesados, reconhecidamente danosos a saúde como o mercúrio, o cádmio e o chumbo. Os alunos do 3° ano do Colégio de Aplicação foram divididos em 6 grupos e executaram uma atividade extra-classe na qual realizaram pesquisas na internet sobre as formas de descarte das pilhas e baterias, o destino adequado para o tratamento do lixo e o uso de pilhas no cotidiano das pessoas. Os alunos também foram motivados a construírem uma pilha de limão e a pilha de Daniell. Por meio dos seminários os alunos passaram a se preocupar com a problemática ambiental causada pelas pilhas e baterias. Com essas atividades podemos perceber que envolvendo a questão teórica com prática os alunos compreendem de forma melhor os conteúdos abordados na sala de aula.
INTRODUÇÃO
O ensino de Ciências, em especial o de química, deve apresentar grande preocupação com aspectos relacionados à cidadania fazendo o uso de temas de interesse social, que possam ser relacionados ao cotidiano, associando aspectos tecnológicos e sócio-econômicos. Procurar assim transmitir conhecimento químico bem como uma formação crítica, que permita a reflexão sobre suas implicações sociais e ambientais. Esta é uma preocupação que ocorre em nível mundial, denominado ensino de CTS, esse movimento busca relacionar Ciência, Tecnologia e Sociedade.
Levando os problemas ambientais para discussão em sala de aula, mobilizando os educandos para a pesquisa sobre tais temas, se desperta o interesse sobre os mesmos, motivando-os para a absorção dos conteúdos químicos. Trabalhando os conteúdos de química associados a problemas ambientais, faz-se com que tais conteúdos se tornem significativos, demonstrando que os mesmos fazem parte da vida
dos educandos, encontrando-se inseridos em seu cotidiano. Além disso, os educandos podem adquirir uma consciência ambiental, tornando-se capazes de influenciar a sociedade, contribuindo para a solução de problemas ambientais.
Dentre os possíveis temas para essa abordagem temos as pilhas e baterias, que por sua vez fazem parte do o conteúdo de eletroquímica (Acre, 2006), que é o campo da química que estuda os processos químicos que envolvem transferência de elétrons. Nesses processos, uma reação química pode produzir corrente elétrica ou uma corrente elétrica externa pode forçar a ocorrência de uma reação química. Essas reações são chamadas de reações de oxidação-redução e sua principal característica é a transferências de elétrons entre espécies químicas, que podem ser moléculas, átomos ou íons.
Nas últimas décadas, o extraordinário desenvolvimento da tecnologia no setor de telecomunicações e na indústria eletroeletrônica tem trazido muitos benefícios à humanidade, nos mais variados segmentos. Um exemplo típico é o conforto proporcionado pelo uso de aparelhos portáteis, movidos a pilhas ou a baterias recarregáveis, que tornou o uso destes mais prático e econômico (SANTOS e SCHNETZLER, 2003).
No entanto, o avanço da tecnologia traz muitos problemas, dentre eles destaca-se a geração dos resíduos de pilhas e baterias usadas que são perigosos por conterem metais pesados. Esses produtos, ao serem descartados juntamente com o lixo comum podem provocar danos ao meio ambiente e representam riscos à saúde pública pela possibilidade dos metais pesados atingirem o organismo através da cadeia alimentar. A compostagem de resíduos sólidos urbanos é um exemplo, pois a utilização de compostos orgânicos em plantações de alimentos propicia a absorção de metais pesados, através da ingestão por animais e humanos (BOCCHI etal, 2000). Por serem bioacumulativas, as substâncias tóxicas que compõem as pilhas e baterias, quando dispostas inadequadamente, podem atingir e contaminar os lençóis freáticos e chegar ao organismo humano.
Levando em consideração que a quantidade de pilhas e baterias usadas por ano em nosso país é grande, e que os seus principais consumidores são jovens e adolescentes, o presente trabalho propõe, a partir do estudo químico e ambiental de pilhas comerciais, ensinar eletroquímica de uma forma mais atraente para que os estudantes de ensino médio possam entender as reações de oxidação e redução que
ajudar os estudantes a fixar conceitos de oxidação-redução, também permitirá esclarecer os danos que as pilhas e baterias podem causar ao meio ambiente e propor uma solução para minimizar o problema da poluição.
Dentre os vários tipos de pilhas destacam: pilhas secas do tipo zinco-carbono
possuem em sua composição Zn, grafite e MnO2; pilhas alcalinas que são compostas
de anodo de aço envolto por zinco em uma solução de KOH e catodo de anéis de
MnO2 compactado envoltos por uma capa de aço niquelado, separador de papel e um
isolante de nylon. Vale ressaltar que nessas pilhas ocorre a adição de alguns metais pesados como o Hg, Pb e Cd, que são grandes poluidores do meio ambiente; e as pilhas recarregáveis de níquel-cádmio e a de níquel metal hidreto (NiMH), como pode-se perceber espode-ses metais são danosos ao meio ambiente e a saúde humana (MATSUBARA et al, 2007).
As pilhas e baterias possuem um eletrodo positivo (catodo), um eletro negativo (anodo) e uma pasta eletrolítica onde ocorre a reação química de transformação de energia observada na figura 1, (INMETRO, 2014).
Figura 1: Partes de uma pilha
Sendo assim a reciclagem das pilhas de baterias faz-se necessária devido a alguns de seus componentes serem grandes agressores do meio ambiente. Os processos de reciclagem de pilhas e baterias podem seguir três linhas distintas: a baseada em operações de tratamento de minérios, a hidrometalúrgica ou a pirometalúrgica (LUIZ, 2009). Algumas vezes estes processos são específicos para reciclagem de pilhas, outras vezes as pilhas são recicladas juntamente com outros tipos de materiais. Separador de papel Pasta de ZnCl2 e NH4Cl Camada de MnO2 Grafite (catodo) Zinco (anodo)
Materiais e Métodos
Um plano de vinte aulas de química, abordando o tema “pilhas e baterias” foi
desenvolvido em uma turma do 3º ano do ensino médio do Colégio de Aplicação da Universidade Federal do Acre. A turma do ano de 2009 contava com 24 alunos.
No primeiro contato com os alunos ocorreu a apresentação do projeto, e a professora de química intermediou a conversa com os discentes sobre o uso e o funcionamento de pilhas e baterias, bem como sobre o mal descarte desses materiais e os prejuízos e danos ao meio ambiente.
Posteriormente, a turma foi dividida em seis grupos de quatro componentes para a realização da primeira atividade. Nessa, os alunos fizeram pesquisas na internet, revistas, jornais e em outros meios de informação sobre as formas de descarte das pilhas e baterias, destino adequado para o tratamento do lixo e uso de pilhas no cotidiano das pessoas. Os discentes apresentaram os resultados das pesquisas em forma seminários no segundo encontro.
Após todas as apresentações os alunos responderam um questionário com 10 perguntas (quadro 1), sobre o tema que eles mesmos apresentaram. Através desses questionários foi possível verificar que realmente eles compreenderam o conteúdo abordado e que eles serão capazes de ensiná-los a outras pessoas.
Quadro 1: Questionário aplicado aos alunos depois dos seminários Questionário:
Pilhas e baterias (referente à apresentação de seminários) 1-Conceitue pilha
2-Qual a importância química das pilhas? 3-Cite as partes da pilha
4- Porque que as pilhas e baterias são grandes poluidores do meio ambiente? 5-Qual é o tipo de pilhas e baterias mais recomendado para uso doméstico?
6-Qual deve ser o procedimento adotado em relação ao descarte desses materiais? 7- Cite os principais metais constituintes das pilhas e baterias
8- Qual é a importância de se reciclar pilhas e baterias?
9- Qual o tipo de reação que acontece no anodo? E no catodo? 10-Cite as formas de reciclagem das pilhas e baterias.
11- Proponha soluções para reduzir a contaminação do meio ambiente por pilhas e baterias.
No encontro seguinte foi realizada uma prática experimental. Descrever a prática; dizer o assunto (construção de pilha de Daniel e pilha de limão). Dizer como a prática foi avaliada.
Resultados e Discussões
Ao apresentar a proposta das atividades que seriam executadas com a ajuda deles, foi possível observar que os mesmos ficaram muito interessados e curiosos em saber como ocorre a transformação de energia química em energia elétrica, e também em saber sobre os malefícios que esses pequenos dispositivos podem causar no nosso planeta. Ficaram também bastante preocupados, uma vez que eles consomem esses materiais em grande quantidade e descartaram de forma errada.
Foi surpreendente a qualidade das apresentações, pois os alunos não só pesquisaram o proposto, mas foram mais além dando assim grande relevância aos danos causados ao meio ambiente em decorrência do descarte inadequado, bem como trouxeram alguns processos de reciclagem de pilhas e baterias. De modo geral, foi possível observar que os discentes ficaram muito preocupados e sensibilizados com a problemática do tema abordado, mostrando interesse em saber cada vez mais sobre o assunto. Também propuseram para a professora a montagem de um ponto de coleta na escola com o intuito de incentivar e influenciar outros alunos, pais e funcionários para descartarem de forma correta esses materiais.
Dentre os seis grupos de alunos apenas um não se dedicou à confecção e apresentação do seminário, fato esse evidenciado, pois o grupo não preparou nem um tipo de apresentação seja escrita em forma cartazes ou no PowerPoint, o grupo apenas foi à frente e leu um papel com algumas informação em um curto período de tempo que
não durou mais que 5 minutos. Não alcançando, portanto as expectativas esperadas,
pois todas as outras apresentações foram de excelente qualidade onde os alunos puderam mostrar o quanto haviam aprendido sobre o assunto, e o quanto os seminários forma importantes para que eles pudessem obter novas informações das quais eles não tinham conhecimento.
A avaliação dos questionários pode se observada ao analisar a tabela 1, que mostra os resultados por meio das respostas dadas pelos alunos.
Tabela 1: Índice de acertos e erros dos alunos nas respostas ao questionário do quadro 1
.
Pode-se perceber que 88% das respostas dadas pelos alunos estavam corretas, mostrando assim um alto nível de interesse dos alunos e também que houve compreensão de forma efetiva de boa parte do que foi visto. Entretanto 12% das perguntas não foram compreendidas por todos, não alcançando as expectativas que se esperava com o desenvolvimento das atividades. Sendo, portanto necessário utilizar outros recursos e metodologias para assim alcançar esses alunos que não conseguiram assimilar os conteúdos.
Após essas atividades foi possível perceber o quanto os alunos estavam motivados e interessados com a disciplina, de tal maneira que passaram a ver a química com outros olhos, dando agora, mais importância a essa disciplina. Eles passaram a entendê-la não somente como a grande causadora dos impactos ambientais vistos no mundo inteiro por conta do mal descarte de pilhas e baterias, mas também que, quando a mesma é utilizada adequadamente traz benefícios que ajudam a melhorar a qualidade de vida da sociedade. Desta forma, os educandos perceberam o quanto a disciplina de química é indispensável para a melhor compreensão dos problemas atuais e também para agir sobre os mesmos em busca de solucioná-los.
Antes de iniciar a atividade experimental a professora de química ministrou uma aula expositiva sobre a história da pilha, destacando quem foi o seu inventor e também abordou em sala de aula os conceitos que envolvem pilhas e baterias tais como: eletroquímica, potencial das pilhas e cálculo dos potenciais das pilhas, para que assim os alunos pudessem ter subsídios para a compreensão da atividade experimental.
Na realização da atividade experimental os alunos foram levados a construir
Grupos Respostas Certas Erradas Grupo 1 7 3 Grupo 2 9 1 Grupo 3 9 1 Grupo 4 10 - Grupo 5 9 1 Grupo 6 9 1 Total de respostas %: 88 12
experimental da aula prática foi entregue aos alunos, e o mesmo apresentava a descrição do processo, os materiais a serem utilizados e outras informações pertinentes, conforme pode ser observado no quadro 2.
Quadro 2: Roteiro da atividade experimental Atividade Experimental
A pilha de Daniell
• Pegue um pedaço de Zn2+/
Zn mergulhando um eletrodo de zinco metálico na solução
de ZnSO4;
• Pegue um pedaço de Cu2+/
Cu mergulhando um eletrodo de cobre metálico na solução
de CuSO4;
• Faça uma ponte salina embebendo uma tira de papel filtro em solução de KCl; • Feche o circuito conectando os eletrodos ao voltímetro.
Questões:
1- Faça o desenho esquemático da pilha de Daniell indicando o ânodo e o cátodo e o sentido do fluxo de elétrons.
2- Escreva as reações de óxido-redução da pilha e calcule a ddp, utilizando os valores tabelados de potencial de redução da pilha e compare com o valor lido no voltímetro
Pilha de Limão
Espete os eletrodos (cobre e zinco) no limão levando em conta que estes não devem se utilizada tocar. Verificar no voltímetro que é de cerca de 1V.
Os resultados do desempenho dos alunos nas atividades experimentais
medidos por meio dos desenhos esquemáticos da pilha de Daniell onde o aluno tinha que indicar o cátodo, ânodo e o sentido do fluxo dos elétrons e também pelo cálculo da diferença de potencial, ddp comparando o resultado teórico com o obtido experimentalmente estão apresentados na tabela 2.
Tabela 2: Índice de acertos e erros dos alunos na resposta ao exercício avaliativo da atividade experimental Grupos Respostas Certas Erradas Grupo 1 2 - Grupo 2 1 1 Grupo 3 2 - Grupo 4 2 - Grupo 5 2 - Grupo 6 1 1
Foi possível notar que dos 6 grupos apenas 2 tiveram uma pequena confusão com relação às reações envolvidas no procedimento experimental, pois em algumas respostas dadas por esses grupos não se pode observar que eles consigam aprender
os conteúdos envolvidos nessa atividade. Porém, os outros grupos foram muito bem na resolução das questões, merecendo grande destaque o grupo 5, pois o mesmo soube responder as questões e também discutir de uma forma clara e de fácil entendimento, fato demonstrado através do desenho do sistema da pilha de Daniel que eles confeccionaram e também pela comparação do resultado teórico com o experimental da voltagem dessa pilha.
Ao analisar os questionários da atividade experimental pode-se perceber que cerca de 80% dos alunos conseguiu entender e assimilar todas as informações que a eles foram transmitidas, e para cerca 20% dos alunos o assunto não ficou muito claro com relação às reações envolvidas na realização dos experimentos citados. Isso pode ser associado ao fato de que os grupos que não compreenderam bem as reações foram justamente aqueles que não desenvolveram os seminários da melhor forma como foi proposto. Ao perceber que eles não conseguiam entender, repetimos o experimento e, em sequência foram fornecidas novas explicações para que assim eles pudessem entender. De fato o resultado das novas explicações foi aparentemente satisfatório, pois ao fazer perguntas sobre as reações que estavam acontecendo houve uma maior participação, interesse e envolvimento desse grupo na aula experimental.
A pilha de Daniell é composta de um ânodo de zinco e de um cátodo de cobre, como pode ser vista através da figura 2. O eletrodo de cobre (cátodo) recebe elétrons provenientes do eletrodo de zinco (ânodo) e esses elétrons chegam ao eletrodo de cobre através da ponte salina. O excesso de elétrons no eletrodo de cobre atrai íons de
Cu2+ presente na solução de sulfato de cobre que, ao serem descarregados, são
depositados no eletrodo sobre a forma de metal. Para cada íon de cobre descarregado, um íon de zinco se desprende do eletrodo de zinco para a solução de sulfato de zinco (PAULINO et al , 2007).
Figura 2: Esquema da pilha de Daniell
A duração de uma pilha de Daniel depende da concentração dos eletrólitos presentes nas soluções. Assim, a produção de corrente elétrica diminui à medida que a concentração do eletrólito de zinco aumenta e a do eletrólito de cobre diminui. Mas, para manter as soluções eletricamente neutras, a parede porosa tem como função permitir o trânsito de íons sulfato da solução de sulfato de cobre para a solução de sulfato de zinco.
Na pilha de limão, o limão fará o papel de uma solução que geralmente é de algum produto iônico, que possibilita que íons livres se movimentem em seu interior. Neste caso o meio será ácido, devido à grande concentração de ácido cítrico do limão, este é um tipo de solução condutora. Quando se insere o eletrodo de cobre no limão, não há condições para uma reação química entre a placa de cobre e a solução. Quando se insere o eletrodo de zinco no limão, os átomos de zinco da superfície têm uma forte tendência de se desligarem da placa e migrarem para o limão.
Os átomos de zinco da superfície têm uma forte tendência de se desligarem da placa e migrarem para o limão, os elétrons livres na placa de zinco(que é a carga negativa), se dirigem pelo fio até a placa de cobre (que é o pólo positivo, dado a diferença de potencial natural entre estes metais quando em contato). Então os átomos de zinco começam a migrar da placa para o suco do limão, perdendo dois elétrons cada um, que irão fazer parte da corrente elétrica. O resultado final é que os elétrons
migram para o eletrodo de cobre e o zinco vai para a solução como íon Zn2+. Os
átomos de cobre são neutros. Os elétrons migram para a placa de cobre a fim de reduzir os íons positivos na superfície do eletrodo, (OLIVEIRA, 2000).
As aulas práticas em laboratórios são de fundamental importância para uma aprendizagem significativa. Para assim buscar relacionar o conhecimento teórico com o prático, possibilitando uma melhor compreensão dos alunos. Sendo essas aulas como motivação para aceitar melhor esses conteúdos e, na relação com a vida diária para torná-los mais interessantes e, assim, guardar na memória os conteúdos. Dessa forma os alunos ficam mais motivados e também mais curiosos, participativos e interessados na disciplina.
CONCLUSÃO
Através do desenvolvimento do projeto pode-se observar que os alunos se conscientizaram e entenderam os prejuízos do mal descarte de pilhas e baterias, sabendo, portanto o que fazer para que esses dispositivos não causem mais danos ao ambiente e também a saúde humana. Eles aprendem muito mais com a associação das aulas práticas, devido ao fato de despertar neles certa curiosidade, porém para despertar a curiosidade do aluno é necessário que a escola e o professor lhes dêem as ferramentas necessárias, para que os alunos tenham acesso a essas ferramentas o professor é essencial para que isso aconteça. Sendo assim o ensino de química se torna mais atraente para o aluno e também para o professor, pois, ao ensinar se aprende e quem aprende ensina ao aprender.
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em 03 de outubro, 2009
MATSUBARA, E. ; NERI, C. e ROSOLEN, j. M.. Pilhas alcalinas: um dispositivo útil para o ensino de química. Química Nova na Escola, Rio de Janeiro, vol. 30, 2007.
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