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Modulo de Didáctica Química II Curso de Licenciatura em Ensino de Química Faculdade de Ciências Naturais e Matemática Departamento de Química Universidade Pedagógica Rua João Carlos Raposo Beirão nº 135, Maputo Telefone: (+258) 21-320860/2 ou 21 – 306720 Fax: (+258) 21-322113 Centro de Educação Aberta e à Distancia Programa de Formação à Distância Av. de Moçambique, Condomínio Vila Olímpica, bloco 22 edifício 4, R/C, Zimpeto Telefone: (+258) 82 3050353 e-mail: cead@up.ac.mz / up.cead@gmail.com Ficha técnica Autoria: Aldovanda Estrela Bata Vidade e Geraldo Felipe Nhapulo Revisão Científica: Emilia Afonso Nhalivilo Revisão da Engenharia de EAD e Desenho Instrucional: Manuel Madeira Macandza Edição Linguistica: Orlanda Gomane Edição técnica/Maquetização: Valdinácio Folrêncio Paulo Layout da Capa: Valdinácio Florêncio Paulo Imagem base da Capa: Gaël Epiney Primeira Edição © 2016 Impresso e Encadernado por © Todos os direitos reservados. Não pode ser publicado ou reproduzido em nenhuma forma ou meio – mecânico ou eletrónico- sem a permissão da Universidade Pedagógica. Índice Visão Geral do Módulo de Didáctica Química II 1 Unidade 1: Organização e selecção dos conteúdos para o ensino de Química-Linhas Principais 8 Lição n° 1 9 Introdução ao estudo das linhas de ensino de Química .................................................... 9 Conceito “linhas de ensino” .................................................................................. 10 Lição n° 2 18 Linha Principal “Matéria”. .............................................................................................. 18 Conceitos, conteúdos e formas de Abordagem no Ensino de Química .......................... 18 Linha principal matéria ......................................................................................... 19 Matéria, substância e mistura ................................................................................ 20 Átomo, Elemento químico, molécula e valência ................................................... 21 Lição n° 3 27 Tratamento da estrutura e propriedades da matéria ........................................................ 27 Lição n° 4 32 Linha principal “reacção química”: conceitos, conteúdos e formas de abordagem nos programas de ensino ....................................................................................................... 32 Linha principal reacção química ........................................................................... 33 Unidade n° 2: Organização e selecção dos conteúdos para o ensino de Química - Linhas secundárias 43 Lição n° 1 45 Linha da representação das substâncias e reacções químicas com sinais - Linguagem química ............................................................................................................................ 45 Linha da representação das substâncias e reacções químicas com sinais - linguagem química ................................................................................................ 46 Evolução histórica da linguagem química ............................................................. 48 Formas de abordagem de alguns conceitos relacionados a linguagem química no Ensino Secundário Geral. ...................................................................................... 49 Lição n° 2 58 Linha experiência como meio de reconhecimento de substâncias e reacções químicas. 58 A experiência no contexto do ensino de Química ................................................. 59 Organização do trabalho dos alunos no laboratório .............................................. 61 Lição n° 3 65 Obtenção laboratorial e formas de reconhecimento de alguns gases .............................. 65 Lição n° 4 77 Linha “modelo como meio para reconhecer as substâncias e reacções químicas” ......... 77 Linha do modelo como meio para reconhecer substâncias e reacções químicas. . 77 Características dos modelos .................................................................................. 78 Funções dos modelos ............................................................................................. 79 Lição n° 5 82 Linha da observação quantitativa das substâncias e reacções químicas ......................... 82 Linha da observação quantitativa das substâncias e reacções químicas ............... 82 Tratamento dos cálculos estequiométricos nos programas de ensino ................... 83 Lei de Avogadro: ................................................................................................... 86 Passos básicos para a resolução de um problema estequiométrico ....................... 87 Lição n° 6 94 Linha “Aplicação das substâncias e métodos industriais da sua obtenção” ................... 94 Regras para o tratamento dos conteúdos sobre obtenção e aplicação das substâncias ............................................................................................................. 95 Abordagem sobre processos de obtenção industrial de Substâncias ..................... 95 Unidade n° 3: Alternativas metodológicas para a inovação no ensino de Química 107 Lição n° 1 109 Recursos didácticos ....................................................................................................... 109 Recursos didácticos ............................................................................................. 109 Importância dos recursos didácticos .................................................................... 111 Algumas exigências na escolha e uso dos recursos didácticos ........................... 112 Lição n° 2 114 Inovações pedagógicas no ensino de Química ............................................................. 114 Unidade n° 4: Planificação e preparação de aulas de Química 119 Lição n° 1 121 Noções gerais sobre a planificação ............................................................................... 121 Princípios e fundamentos da planificação do ensino ........................................... 121 Lição n° 2 127 Planificação de unidades temáticas ............................................................................... 127 Planificação da unidade temática ........................................................................ 127 Lição n° 3 132 Planificação de uma aula ..................................................................................... 132 Unidade n° 5: Avaliação da aprendizagem e de competências 141 Lição n° 1 143 Avaliação da aprendizagem e de competências ............................................................ 143 O conceito de Avaliação ...................................................................................... 143 Lição n° 2 147 Modelos de avaliação .................................................................................................... 147 O teste como um instrumento de avaliação ......................................................... 147 Requisitos de um teste de conhecimentos ........................................................... 151 Referências bibliográficas 156 1 Visão Geral do Módulo de Didáctica Química II Neste módulo você estudará, nas duas primeiras unidades, a forma como estão seleccionados e organizados os conteúdos nos programas de ensino de Química, ou seja, as linhas de ensino de Química, as formas de abordagem dos diferentes conteúdos dos programas de ensino, em articulação com os meios e métodos de ensino adequados. Você irá estudar e desenvolver as alternativas e inovações metodológicas para o ensino de Química. Aqui será também estudada, na 4ª unidade, a planificação da actividade docente, nomeadamente: a planificação de aulas e de unidades temáticas que são momentos cruciais do Processo de Ensino-Aprendizagem (PEA) eque de certo têm um impacto na actividade do docente. Neste módulo, serão também matérias de estudo: as formas de avaliação, avaliação de competências e modelos de avaliação. Objectivos do Módulo O módulo visa ajudá-lo a ser capaz de: Reflectir sobre a produção e os processos didácticos de mediação do conhecimento científico; Reflectir e discutir as estratégias adequadas de ensino- aprendizagem, para o aperfeiçoamento e dinâmica da prática pedagógica na disciplina de Química; Compreender o significado e importância da avaliação no ensino de Química; Conceber uma prática pedagógica quotidiana como objecto de investigação que articule a teoria e a prática; Desenvolver capacidades e habilidades na planificação e 2 leccionação de aulas; Conceber e produzir meios didácticos; Conceber e aplicar correctamente os instrumentos de avaliação e verificação do rendimento pedagógico dos alunos e saber interpretá-lo. A quem se destina o Módulo Este Módulo foi concebido para todos aqueles que se tenham inscrito no curso de Ensino de Química, à Distância, da Universidade Pedagógica e que tenham sido aprovados nas disciplinas de Fundamentos de Pedagogia, Didáctica Geral e Didáctica de Química I. Avaliação As modalidades de avaliação sumativa serão combinadas com o Tutor Geral. Em geral, tais actividades poderão variar em número e tipologia, por exemplo, testes escritos, trabalhos independentes em grupo ou individuais), actividades de campo, fichas de leitura, entre outras. Ícones de Actividades Caro estudante, para lhe ajudar a orientar-se no estudo deste módulo e facilmente foram usados marcadores de texto do tipo ícones. Os ícones foram escolhidos pelo CEMEC (Centro de Estudos Moçambicanos e Etnociência) da Universidade Pedagógica. Tomou-se em consideração a diversidade cultural Moçambicana. Encontre, a seguir, a lista de ícones, o 3 que a figura representa e a descrição do que cada um deles indica no módulo: 1. Exercício [enxada em actividade] 2. Actividade [colher de pau com alimento para provar] 3. Auto-Avaliação [peneira] 4. Exemplo/estudo de caso [Jogo Ntxuva] 5. Debate [à volta da fogueira] 6. Trabalho em grupo [mãos unidas] 7. Tome nota/Atenção [batuque soando] 8. Objectivos [estrela cintilante] 9. Leitura [livro aberto] 10. Reflexão [embondeiro] 11. Tempo [sol] 12. Resumo [sentados à volta da fogueira] 4 13. Terminologia Glossário 14. Video/Plataforma [computador] 15. Comentários 1. Exercício (trabalho, exercitação) – A enxada relaciona-se com um tipo de trabalho, indica que é preciso trabalhar e pôr em prática ou aplicar o aprendido. 2. Actividade - A colher com o alimento para provar indica que é momento de realizar uma actividade diferente da simples leitura, e verificar como está a ocorrer a aprendizagem. 3. Auto-Avaliação – A peneira permite separar elementos, por isso indica que existe uma proposta para verificação do que foi ou não aprendido. 4. Exemplo/Estudo de caso – Indica que há um caso a ser resolvido comparativamente ao jogo de Ntxuva em que cada jogo é um caso diferente. 5. Debate – Indica a sugestão de se juntar a outros (presencialmente ou usando a plataforma digital) para troca de experiências, para novas aprendizagens, como é costume fazer-se à volta da fogueira. 6. Trabalho em grupo – Para a sua realização há necessidade de entreajuda, que se apoiem uns aos outros 7. Tome nota/Atenção – Chamada de atenção 8. Objectivos – orientação para organização do seu estudo e daquilo que deverá aprender a fazer ou a fazer melhor 9. Leitura adicional – O livro indica que é necessário obter informações adicionais através de livros ou outras fontes. 10. Reflexão – O embondeiro é robusto e forte. Indica um momento para fortalecer as suas ideias, para construir o seu saber. http://www.freepik.com/index.php?goto=27&url_download=aHR0cDovL3d3dy5mbGF0aWNvbi5jb20vZnJlZS1pY29uL2ZpbGVfMTE4MDk4&opciondownload=318&id=aHR0cDovL3d3dy5mbGF0aWNvbi5jb20vZnJlZS1pY29uL2ZpbGVfMTE4MDk4&fileid=917606 http://www.freepik.com/index.php?goto=27&url_download=aHR0cDovL3d3dy5mbGF0aWNvbi5jb20vZnJlZS1pY29uL2NoYXQtY2lyY3VsYXItYnViYmxlLXdpdGgtbWVzc2FnZS10ZXh0LWxpbmVzXzUwMDEx&opciondownload=318&id=aHR0cDovL3d3dy5mbGF0aWNvbi5jb20vZnJlZS1pY29uL2NoYXQtY2lyY3VsYXItYnViYmxlLXdpdGgtbWVzc2FnZS10ZXh0LWxpbmVzXzUwMDEx&fileid=792302 5 11. Tempo – O sol indica o tempo aproximado que deve dedicar á realização de uma tarefa ou actividade, estudo de uma unidade ou lição. 12. Resumo – Representado por pessoas sentadas à volta da fogueira como é costume fazer-se para se contar histórias. É o momento de sumarizar ou resumir aquilo que foi tratado na lição ou na unidade. 13. Terminologia/Glossário – Representado por um livro de consulta, indica que se apresenta a terminologia importante nessa lição ou então que se apresenta um Glossário com os termos mais importantes. 14. Vídeo/Plataforma – O computador indica que existe um vídeo para ser visto ou que existe uma actividade a ser realizada na plataforma digital de ensino e aprendizagem. 15. Balão com texto – Indica que existem comentários para lhe ajudar a verificar as suas respostas às actividades, exercícios e questões de auto-avaliação. 7 Pág. 7 - 40 Conteúdos 1 U N ID A D E Lição n° 1 9 Introdução ao estudo das linhas de ensino de Química .................................................................................. 9 Lição n° 2 18 Linha Principal “Matéria”. .............................................18 Lição n° 3 27 Tratamento da estrutura e propriedades da matéria ................................................................................ 27 Lição n° 4 32 Linha principal “reacção química”: conceitos, conteúdos e formas de abordagem nos programas de ensino .................................................... 32 Organização e selecção dos conteúdos para o ensino de Química-Linhas Principais 8 Unidade 1: Organização e selecção dos conteúdos para o ensino de Química-Linhas Principais Introdução Nesta primeira unidade você deverá ter noções sobre a organização dos conteúdos da matéria escolar nos programas de ensino de Química. Irá estudar as principais linhas do ensino de Química, nomeadamente: a linha principal “Matéria” e a linha principal “Reacção Química”. Estas duas linhas principais constituem o objecto de estudo da Química e delas derivam as linhas secundárias que serão estudadas na segunda unidade deste módulo. Objectivos da unidade Ao completar esta unidade, você deve: Conhecer as linhas principais do ensino de Química; Distinguir as linhas principais das linhas secundárias; Definir os conceitos fundamentais relacionados com a matéria e reacção química, de acordo com a sua posição no programa de ensino; Classificar as reacções químicas de acordo com os respectivos critérios; Explicar a evolução na forma de abordar os conteúdos químicos relacionados com a matéria e reacção química. Estabelecer a relação entre a estrutura, propriedades e aplicações das substâncias. 9 Lição n° 1 Introdução ao estudo das linhas de ensino de Química Introdução Nesta primeira lição da 1ª unidade da disciplina iremos discutir como é que os conteúdos da disciplina de Química estão organizados e logicamente vai perceber as designações de linhas principais e linhas secundárias. Antes de prosseguir com esta lição, pense na definição de Química que você aprendeu e o respectivo objecto de estudo, isso facilitar-lhe-á a compreensão do conteúdo desta aula. ObjectivosAo completar esta lição, você deve: Adquirir noções sobre os seguintes conceitos: linha de ensino, linha principal e linha secundária. Ser capaz de diferenciar as linhas principais das secundárias no ensino de Química; Ser capaz de explicar a relação de interdependência entre as várias linhas do ensino de Química; Ser capaz de explicar a organização dos conteúdos da disciplina de química com base nas linhas principais e secundárias; Ser capaz de explicar os objectivos do tratamento das linhas principais e secundárias no ensino de Química Estar convicto de que as linhas de ensino não estão separadas uma da outra mas sim que funcionam em complementaridade uma a outra; 10 Conceito “linhas de ensino” No Processo de ensino-aprendizagem falamos por vezes de linhas de pesquisa, linhas de ensino, etc. O termo linha de ensino refere- se à aprendizagem orientada numa certa direcção, rumo, norma, orientação. No ensino de Química usa-se o termo ‘linhas de ensino” para fazer referência a matéria a ser leccionada ou aos conteúdos de ensino na disciplina de Química. Linhas Principais Os conteúdos da disciplina de Química têm uma estrutura na base de algumas linhas gerais. Estas linhas podem ajudar no exercício de planificação anual, semestral e na da aula de Química. De uma definição básica do que é a ciência Química teríamos: Química é a ciência que estuda as substâncias e suas transformações. O conteúdo da definição de Química e o seu objecto de estudo é que vão constituir as linhas gerais ou linhas principais da disciplina de Química, designadamente: 1. Linha Matéria; 2. Linha Reacção Química. Por outras palavras, estamos a assumir que os conteúdos da Química e as aulas de Química estão sempre centrados ou à volta do objecto de estudo da Química que é Matéria e as suas Transformações. Linhas Secundárias Das linhas principais matéria e reacção química, derivam outras linhas, consideradas linhas secundárias não porque sejam menos importantes, como se pode pensar, mas sim porque elas estão sempre inseridas dentro das linhas de uma das linhas principais, ou mesmo das duas linhas principais. São as seguintes: 1. Linha da aplicação das substâncias e dos métodos industriais de sua obtenção; 11 2. Linha de representação de substâncias e reacções químicas com sinais (linguagem Química); 3. Linha de observação quantitativa das substâncias e reacções químicas; 4. Linha da experiência como meio para o reconhecimento das substâncias e reacções químicas; 5. Linha de modelo como um meio representativo da realidade para reconhecer e compreender as propriedades das substâncias e reacções químicas. É importante saber que as linhas não existem separadamente, mas elas formam uma unidade, isto é, não é possível abordar uma determinada linha, quer seja principal ou secundária isoladamente. Veja um exemplo do programa de ensino de como uma única aula pode abranger várias linhas de ensino. Aula: “Experiência química sobre Obtenção laboratorial do Oxigénio e verificação das suas propriedades. Conceito de catalizador” (8ª /4ª ) No tratamento da linha “experiência como meio de reconhecimento das substâncias e reacções químicas”, logicamente falaremos das reacções químicas (linha principal), neste caso concreto da reacção de decomposição catalítica do Peróxido de hidrogénio para a formação do Oxigénio. As reacções químicas são uma manifestação das transformações que a Matéria ou a substancia pode sofrer, neste caso a transformação do Peróxido de hidrogénio, que constitui matéria, (linha Matéria). Por outro lado, durante essa experimentação pode ou deve interessar-nos calcular as quantidades das substâncias envolvidas em termos de massa, volume ou concentrações (linha da observação quantitativa). Abordando qualquer que seja a linha 12 acima indicada precisamos de recorrer a linguagem química para representar as substâncias e reacções químicas por meio dos símbolos que nos permitem comunicar e interpretar os fenómenos neste campo de estudo. Como pode ver, há uma relação de interdependência entre as diversas linhas, assim acontece na escola por onde passou como aluno e para onde futuramente voltará como professor de Química. Objectivos gerais do tratamento das linhas principais e secundárias no ensino de Química A Química é uma ciência que está constantemente presente na nossa sociedade, em produtos consumidos no nosso dia-a-dia, em medicamentos usados na medicina, na alimentação, nos combustíveis, na geração de energia, nas propagandas, na tecnologia, no meio ambiente, etc. Portanto, exige-se que o cidadão tenha o mínimo de conhecimento químico para poder participar activamente na sociedade actual. De modo geral, os objectivos gerais do tratamento das linhas de ensino de Química coincidem com os objectivos gerais do próprio ensino de Química. Neste contexto, é preciso ensinar o conteúdo de Química com o intuito primordial de desenvolver no aluno a capacidade de participar criticamente nas questões da sociedade, ou seja, “a capacidade de tomar decisões fundamentadas em informações cientificas multidisciplinares. Trata-se de formar um aluno que possa sobreviver e actuar de forma responsável e comprometida nesta sociedade científico-tecnológica contextual, na qual a Química aparece como relevante instrumento para investigação, produção de bens e desenvolvimento socioeconómico e interfere diretamente no quotidiano das pessoas. 13 Sendo assim, o professor precisa, então, abordar em sala de aula as informações químicas fundamentais que forneçam uma base para o aluno participar nas decisões da sociedade, consciente dos efeitos de suas decisões. Isso significa que o aluno, para se tornar um cidadão activo, precisa de saber participar e julgar, quer dizer, o nosso aluno não deve limitar-se a ser meramente “ouvinte” nas aulas. Portanto, o professor tem que selecionar os conteúdos das diversas linhas, quer principais, quer secundárias de modo a relacioná-los, de forma contextualizada, com o quotidiano do aluno. De forma resumida podemos destacar alguns objectivos do ensino das linhas principais e secundárias: No tratamento das linhas principais tem-se como objectivo geral o conhecimento da matéria e das substâncias químicas e o seu comportamento químico na presença de outras substâncias, ou seja, as formas como as s substâncias se transformam noutras. Representar simbolicamente as transformações químicas relacionando-as com as práticas quotidianas; Conhecer e aplicar os conceitos químicos com base na visão macroscópica; Aplicar ideias e procedimentos científicos (leis, teorias, modelos) para a resolução de problemas qualitativos e quantitativos do quotidiano; Reconhecer limites éticos e morais que possam estar envolvidos no desenvolvimento da química, da tecnologia assim como aspectos sociopolíticos e culturais’; 14 Reconhecer ou propor a investigação de um problema relacionado com a química, selecionando procedimentos experimentais pertinentes. Actividade 1. Os conteúdos de Química no Ensino Secundário Geral estão organizados em duas linhas principais: a linha matéria e a linha reacção química. O tratamento destas linhas tem em conta alguns objectivos no Ensino de Química. Mencione dois objectivos gerais no sector afectivo do tratamento destas linhas. 2. Considere as linhas secundárias: representação de substâncias e reacções químicas com símbolos e de observação quantitativa das substâncias e reacções químicas. Mencione para cada linha, dois objectivos no sector psicomotor-experimental. Consulte o programa de ensino 8ª classe, 3ª unidade, uma aula à sua escolha, e explique a interdependência entre as linhas de ensino. Auto-avaliaçãoConsulte o programa de ensino da 8ª classe, 3ª unidade, uma aula à sua escolha e explique a interdependência entre as linhas de ensino. 15 Leitura MINED/INDE, Programas de ensino de Química 1º e 2º ciclos, 2010. BARROS, José António. Química 9ª classe, Livro do aluno. Plural editores. 2013. Da Silva, Filomena Neves. Química, 9ª classe. Texto editores. Maputo. 2009. MONJANE, Armindo e CUCO, Ricardo Américo. Química 11ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. MONJANE, Armindo e CUCO, Ricardo Américo. Química 12ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. Chave de correção Em relação à questão 1., lembre-se dos conteúdos tratados na disciplina de Didáctica de Química I, sobre o facto de os objectivos no âmbito afectivo estarem relacionados com a mudança de atitude e comportamentos e faça uma ligação com o tratamento da matéria de reacções químicas na escola. Linha Matéria: Estar convicto de que a estrutura das substâncias determina as suas propriedades e estas condicionam as suas aplicações; Estar convicto que existem métodos ou técnicas que permitem separar substâncias de uma mistura com base nas suas propriedades. Linha Reacção Química: estar convicto que a formação de novas substâncias com propriedades diferentes das iniciais é uma evidência ou manifestação de reacção química ou transformação 16 química; estar convicto da importância de compreender a ocorrência e os mecanismos das transformações químicas pois isso permite o entendimento de muitos processos que ocorrem diariamente nas nossas vidas, como o metabolismo, a acção de medicamentos, o cozer de alimentos, entre tantos outros exemplos. Deve também consultar os programas de ensino principalmente os respeitantes ao 1º ciclo sobre os objectivos gerais do ciclo e de cada classe. Lá irá encontrar alguns objectivos neste sector. Como por exemplo: Ao terminar a 8ª classe, os alunos deve “Valorizar e usar racionalmente os recursos naturais existentes no país” (MINED/INDE, 2010. p. 14) Em relação a questão 2., fala-se de objectivos da linha da representação de substâncias e reacções químicas com símbolos ou seja, linguagem química, desta vez no âmbito psicomotor experimental ou seja capacidades e habilidades que o aluno deve adquirir. O procedimento paa chegares a resposta é o mesmo da questão 1. Idem para a linha da observação quantitativa ou seja dos cálculos estequiométricos. Linha da representação de substâncias e reacções químicas com símbolos: Devem ser capazes de representar os símbolos das substâncias usando devidamente as regras; Devem ser capazes de explicar o significado dos diversos sinais usados na linguagem química. Linha da observação quantitativa das substâncias e reacções químicas. Devem ser capazes de resolver problemas estequiométricos usando leis relacionadas; 17 Devem ser capazes de explicar os passos para a resolução de problemas estequiométricos. No programa vai encontrar objectivos como por exemplo: “Os alunos devem ser capazes de aplicar a linguagem química nos diferentes contextos da disciplina (...) Os alunos devem ser capazes de Realizar cálculos químicos.”. (INDE/MINED, 2010, p 14) os respeitantes ao 1º ciclo sobre os objectivos gerais do ciclo e de cada classe. Lá irás encontrar alguns objectivos neste sector. Como por exemplo: Ao terminar a 8ª classe os alunos devem “Valorizar e usar racionalmente os recursos naturais existentes no país” (MINED/INDE, 2010. p. 14) Em relação à auto-avaliação Para explicar a interdependência entre as linhas numa das aulas por si escolhidas você deve proceder do seguinte modo: Ex. Aula. Equação química: conceito. Significado qualitativo e quantitativo Primeiro: Ao se tratar do conceito de equação química diremos que a equação química é a representação simbólica de uma reacção química - estamos incluindo a linha reacção química. Segundo: Ao representarmos a reacção química em forma de uma equação usaremos sinais e símbolos químicos para representar as substâncias reagentes e produtos - Os reagentes e produtos constituem matéria, estamos reprentando a metéria: estamos incluindo aqui a linha matéria. Terceiro: Ao representarmos com sinais e símbolos estamos incluindo a linha linguagem química. 18 Lição n° 2 Linha Principal “Matéria”. Conceitos, conteúdos e formas de Abordagem no Ensino de Química Introdução Ao observar o ambiente que o rodeia, notará coisas que pode pegar, como uma bola, lápis, caderno, alimentos, outras que pode apenas ver, como a lua, as estrelas e outras ainda que pode apenas sentir, como o vento, a brisa. Se você colocar algumas destas coisas na balança, perceberá que todas elas possuem uma quantidade de massa. Todas essas coisas que você observou, comparou e cuja quantidade você pode medir, têm características comuns: ocupam lugar no espaço e têm massa. Para além de massa e volume existem outras características comuns a toda matéria e são denominadas propriedades gerais. Nesta lição você ira adquirir noções sobre o tratamento da linha matéria no Ensino Secundário Geral assim como poderá consolidar alguns dos conceitos centrais no ensino de Química relacionados cm a matéria e as formas de abordagem no PEA, nomeadamente: átomo, molécula, substância, ião, substância química, substância simples, substância composta, elemento químico, sendo que estes conceitos constituem suporte para aprendizagem das próximas linhas. 19 Objectivos Ao completar esta lição, você deve: Ter noções sobre o tratamento da linha matéria no ensino de Química; Ser capaz de definir os seguintes conceitos: átomo, matéria, molécula, elemento químico, substância elementar, massa atómica, número atómico e isótopo; Ser capaz de explicar as formas de abordagem/tratamento dos conceitos acima referenciados de acordo com a sua posição no programa de ensino. Linha principal matéria A linha principal matéria fornece uma orientação sobre o tratamento de todos os conceitos para as aulas de Química, no que concerne a: Classificação da matéria Estrutura da matéria Propriedades da matéria O programa de ensino de Química, ao nível da 8ª classe, refere que conhecer a estrutura e as propriedades das substâncias constitui o objectivo geral do tratamento desta linha. O professor pode obter uma vista geral sobre o tratamento dos conceitos, e dependendo da decisão conveniente tendo em conta a natureza dos conteúdos e as condições existentes pode introduzir, consolidar, aplicar estes conteúdos. Para a abordagem ou tratamento de todos os aspectos relacionados, não só com a linha matéria, como também com outras linhas de ensino, devem ser usadas metodologias adequadas. Para a explicação dos conceitos fundamentais relacionados com a linha matéria o professor deve orientar a sua actividade com a ajuda dos programas de ensino de Química. 20 Para o tratamento dos conteúdos é necessário que o professor conheça: 1. Os objectivos relacionados com a abordagem de cada um dos conceitos; 2. Os pré-requisitos que os seus alunos devem possuir para a abordagem de conceito; 3. As orientações metodológicas dos programas de ensino; 4. As possibilidades de interdisciplinaridade; 5. Para além dos programas de ensino, que são documentos cruciais e orientadores da actividade na qual se quer tornar profissional, consulte sempre os diversos manuais de Química. Tratamento de alguns conceitos e conteúdos relacionados com a classificação da matéria Os conceitos e conteúdos directamente relacionados com a linha matéria estão inseridos, na sua maioria, ao nível do 1º ciclo na 2ª e 3ª unidade da 8ª classe. Nestas duas unidades é onde o aluno deve adquirir as primeiras noções sobre a matéria,a sua composição, estrutura e classificação. Recomendação importante: consultar o programa de ensino da 8ª classe, 2 e 3ª unidade temática. Ver plano temático detalhado. Matéria, substância e mistura Ao se abordar o conceito mistura, o objectivo específico é que o aluno deve ser capaz de definir o conceito mistura como a junção de dois ou mais componentes, na qual o agrupamento resultante mantém as propriedades daqueles. 21 Substância É a qualidade da matéria de que os corpos são formados. Substância Pura É aquela que não pode ser desdobrada noutras por meio de processos físicos. A substância pura tem uma composição definida. Substâncias puras simples: são as que não podem ser desdobradas em outras mais simples, mesmo por processos químicos. Ex: Fe, Br, H2 Sustâncias puras compostas (composto): são as que podem ser desdobradas em outras mais simples por processos químicos. Ex: H2O, NaCl, CaO. Estes conceitos devem ser inicialmente abordados na 8ª/2ª em que os objectivos específicos são: o aluno deve ser capaz de diferenciar a substância elementar da composta, deve ser capaz de definir os conceitos substâncias puras, misturas e soluções. Átomo, Elemento químico, molécula, valência Átomo (8ª /3ª) É a menor porção de um elemento que pode entrar na constituição de uma molécula ou é a pequeníssima partícula estrutural e fundamental da matéria. Número atómico (8ª /3ª) É um número que indica quantos protões existem no núcleo dos átomos do mesmo elemento. Elemento químico (8ª /3ª) É o conjunto de átomos que possuem o mesmo número atómico (Z). 22 Número de massa (8ª /3ª) É o número de nucleões (protões e neutrões) existentes no núcleo de um átomo. Representa a soma de protões (Z) e neutrões (N) existentes no núcleo de um átomo. A=Z+N Isótopos (9ª /1ª) São dois ou mais átomos do mesmo elemento que possuem o mesmo número atómico (Z) e diferentes números de massa (A). Diferem no número de neutrões. Mole (8ª /3ª) É a quantidade de matéria (átomos, moléculas, iões, eletrões ou outras partículas) de um sistema contendo tantas unidades elementares quantos os átomos existentes em 0,012 kg de Carbono- 12. Molécula (8ª /3ª) - É a menor partícula material que encerra todas as propriedades características de uma substância simples ou composta. - É a menor porção de uma substância simples ou composta que pode existir no estado livre mantendo as suas propriedades características. - São corpúsculos eletricamente neutros formados por agregados de átomos. Ião (9ª/ 2ª) É uma partícula electricamente carregada. 23 Valência (8ª /3ª) - É a capacidade de combinação de um elemento com outro para formar uma molécula ou composto químico. - É o número de átomos de Hidrogénio com que o átomo desse elemento se pode combinar. -É o número de eletrões que este elemento deve receber, perder ou partilhar para adquirir a configuração eletrónica de um gás nobre mais próximo da classificação periódica dos elementos. Eletrovalência é resultante da migração de eletrões. A covalência é resultante da partilha de eletrões. (9/2ª). Representação da valência: algarismos romanos, pontos, traços (nas fórmulas de constituição, o número de traços em volta do símbolo é igual a valência do elemento). Ex: H – Cl H – O – H O = C = O Os objectivos traçados no PE em relação a estes conteúdos são: O aluno deve ser capaz de: - Definir os conceitos: átomo, molécula, elemento químico, símbolo químico, mole, valência, substância simples e composta. - Estabelecer a diferença entre: átomo e molécula; Mistura e substância pura. Prosseguindo com os estudos, veja também a abordagem de outros conteúdos nos programa de ensino. 24 Exercício 1. Usando a sua experiência como aluno ou como professor, faça uma reflexão sobre as lacunas, problemas ou dificuldades tanto dos professores assim como dos alunos no tratamento dos conceitos relacionados com a linha Matéria. Mencione pelo menos 3 conceitos. 2. Quais os pré-requisitos para o tratamento dos seguintes conceitos. a) Molécula. b) Ião c) Ligação química 3. Complete a seguinte tabela Mistura Processo (s) físico (s) de separação Propriedades correspondentes a aplicação dos processos Farinha em suspensão na água salgada Vinagre com azeite Areia com açúcar e arroz As impurezas depositadas ou em suspensão na água Água salgada e petróleo Vinho Leite Auto-avaliação Recorrendo ao PE, reflita sobre as sugestões metodológicas para o tratamento do conceito Mole (8ª/3ª), tendo em conta os objectivos e as condições reais do seu contexto. 25 Leitura Leia mais sobre as linhas de ensino de Química em: 1. MINED/INDE, programas de ensino de Química 1º e 2º ciclos, 2010. 2. CANTO, Eduardo Leite & Perruzo, Francisco Miragaia (Tito), Química na abordagem do cotidiano, Química geral e inorgânica 1. Editora Moderna, 4ed. São Paulo, 2006 3. MINED, programas de ensino de Química 1º e 2º ciclos, 2010. 4. UNESCO Experiencias de Microquímica. Módulos avançados de ensino e aprendizagem Moscovo. 2002. 5. BARROS, José António. Química 9ª classe, Livro do aluno. Plural editores. 2013 6. DA SILVA, Filomena Neves. Química, 9ª classe. Texto editores. Maputo. 2009. 7. MONJANE, Armindo & CUCO, Ricardo Américo. Química 11ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. 8. MONJANE, Armindo & CUCO, Ricardo Américo. Química 12ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. 9. TSAMBE, Malaquias & INROGA, Filomeno, Módulo de Química Básica. UP.2012. Chave de correção -Em relação a questão 1., É uma reflexão individual. Se o conceito que lhe foi mais difícil de perceber ou entender, fazer perceber ou entender é molécula, explique em que residiu essa dificuldade e como pode superar ou como superou. 26 Em relação a questão 2: Molécula O aluno deve ter conhecimentos sobre: Átomo; Substâncias, Elemento químico, etc. Ião O aluno deve ter conhecimentos sobre: distribuição electrónica, posição dos elementos na tabela periódica, metais e ametais, etc. Ligação iónica O aluno deve ter conhecimentos sobre: ligação química, distribuição electrónica, posição dos elementos na tabela periódica, metais e ametais, etc. Em relação às questões 3., recomendo que consulte as obras citadas para esta lição. Consulte sobre o que se pretende saber e responda às questões. Em relação às actividades de auto-avaliação: - As sugestões metodológicas para o tratamento do conceito Mole. Cálculos Envolvendo moles (8ª/3ª), podem conduzir de facto ao alcance dos objectivos traçados ou não, tenha em consideração também as condições reais do seu contexto. 27 Lição n° 3 Tratamento da estrutura e propriedades da matéria Introdução Na lição anterior discutimos as formas de abordagem de alguns conceitos relacionados com a matéria. Nesta aula, continuamos a tratar a linha matéria e vamos aprender um pouco mais sobre o tratamento da estrutura da matéria, assim como as suas propriedades. Note que Matéria é tudo o que tem massa e ocupa espaço. Sendo assim, qualquer coisa que tenha existência física ou real é matéria. Tudo o que existe no universo conhecido manifesta- se como matéria ou energia. A matéria pode ser líquida, sólida ou gasosa. São exemplos de matéria: papel, madeira, ar, água, pedra. Objectivos Ao completar esta lição, você deve: Conhecer as formas de como explicar a classificação geral da matéria dando exemplos específicos; Explicar os estados de agregação de matéria; Propriedades gerais da matéria, estrutura da matéria, classes das substâncias e formas de tratamento no ensino de Química. Ordem de aquisição dos conhecimentos básicosO professor deve começar o tratamento das propriedades físicas das substâncias e a sua estrutura e aspectos macroscópicos baseando em observações feitas: cor, solubilidade, estado físico, cheiro, etc. 28 Depois o professor pode continuar com o tratamento submicroscópico com o objectivo de explicar a estrutura das substâncias. Os alunos devem compreender a relação entre a estrutura e propriedades das substâncias. O objectivo é o tratamento completo das substâncias. Os alunos devem adquirir e compreender as noções de átomos e moléculas para a explicação das reacções químicas. Formas de abordagem da relação estrutura-propriedades- emprego das substâncias No tratamento das substâncias é necessário conhecer a estrutura das substâncias químicas que determinam as propriedades e suas aplicações. O aluno deve ser capaz de representar a estrutura das substâncias covalentes, iónicas e metálicas e moleculares. Predizer as partículas que constituem cada um dos tipos de rede, a ligação existente entre as partículas dentro da rede. Uma vez conhecida a estrutura o aluno deve ser capaz de descrever e explicar as propriedades de cada um dos grupos de substâncias e as aplicações que derivam dessas propriedades. É necessário fazer com que o aluno entenda, por exemplo, que as substâncias moleculares são aquelas cujas unidades estruturais são moléculas. Dentro das moléculas existem ligações covalentes (polares e apolares). Entre as moléculas existem as forças intermoleculares (Ponte de Hidrogénio, Van der Walls e Dipolo- Dipolo). As moléculas são unidades independentes; podem estar mais próximas (estado sólido) ou mais afastadas (estado gasoso) consoante o tipo de forças intermoleculares. As forças intermoleculares são mais intensas quando as moléculas são polares, como no caso da água ou então quando as moléculas são grandes, poliatómicas. 29 Substâncias iónicas são substâncias cujas unidades estruturais são iões. Os iões de cargas contrárias ligam-se, por meio de ligações iónicas, originando estruturas gigantes. Substâncias covalentes são substâncias cujas unidades estruturais são átomos. Os átomos ligam-se entre si, por meio de ligações covalentes muito fortes, originando estruturas gigantes. Exercício 1. No tratamento da linha principal matéria os alunos devem conhecer a relação entre a estrutura e as propriedades das substâncias. Com base na substância “Cloreto de Sódio e Ferro”, ilustre este aspecto. 2. Mencione duas aplicações do Ácido sulfúrico na indústria e na vida diária, tendo em conta as suas propriedades. 3. Complete a seguinte tabela: Substância Tipo de rede Partículas que constituem a rede Ligação entre as partículas Ag NaF SiO2 NH3 C3H8O3 C (Diamante) 30 Leitura Leia mais sobre as linhas de ensino de Química em: 1. MINED/INDE, programas de ensino de Química 1º e 2º ciclos, 2010. 2. CANTO, Eduardo Leite & Perruzo, Francisco Miragaia (Tito), Química na abordagem do cotidiano, Química geral e inorgânica 1. Editora Moderna, 4ed. São Paulo, 2006 3. BARROS, José António. Química 9ª classe, Livro do aluno. Plural editores. 2013 4. DA SILVA, Filomena Neves. Química, 9ª classe. Texto editores. Maputo. 2009. 5. MONJANE, Armindo e CUCO, Ricardo Américo. Química 11ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. 6. MONJANE, Armindo e CUCO, Ricardo Américo. Química 12ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. 7. TSAMBE, Malaquias e INROGA, Filomeno, Módulo de Química Básica. UP.2012. 8. RODRIGUES, Margarida e DIAS, Fernando Morão Lopes, Química na nossa vida. Fisico Químicas. Porto Editora. 31 Chave de correção -Em relação à questão número 1. é preciso primeiro ler o texto e de seguida procurar ler também as obras recomendadas para esta lição. Para o caso de Cloreto de sódio que possui ligação iónica você deve saber que entre cargas de sinais opostos existe sempre atracção, os iões formam uma rede com grande força de atracção entre as partículas. Daí esta substancia ser dura e com elevado ponto de ebulição. Ainda mais, O Cloreto de sódio só conduz corrente elétrica em solução aquosa pois somente ao adicionar água a este composto é que a atracção entre os iões enfraquece e estes tornam-se móveis e disponíveis para a condução da corrente elétrica. Questão 2: O Ácido sulfúrico dissocia-se em solução aquosa daí é usado como eletrólito nas baterias para a produção de corrente eléctrica. Também tem a propriedade de absorver a água sendo por isso usado para secar gases. Para a questão número três veja o livro número 8 na lista de obras que devem ser consultadas, na página 97. 32 Lição n° 4 Linha principal “reacção química”: conceitos, conteúdos e formas de abordagem nos programas de ensino Introdução Nesta lição irá discutir os vários tipos de reacções químicas abordadas no ESG 1º Ciclo de acordo com os diversos critérios usados para a classificação das reacções químicas, indicados mais adiante. No estudo ou abordagem das reacções químicas e a respectiva classificação, tomaremos em consideração a evolução de acordo com a respectivo nível escolar dos alunos. Durante o decurso de uma reacção química, ocorrem várias modificações das substâncias iniciais, essas modificações dependem do tipo de reacção pela qual os reagentes irão passar, o que condiciona a existência de vários critérios para classificar reacções químicas. Nesta linha reacção química você estuda as formas de como tratar os conteúdos relacionados as reacções químicas, particularmente a sua abordagem no ensino secundário geral. Nesta abordagem, vamos discutir as formas de tratamento dos conceitos, fenómeno físico e fenómeno químico (reacção química). Nesta discussão ter- se-á em conta, o nível dos alunos. Teremos como foco de estudo os diversos conceitos relacionados com as reacções químicas tais como energia de activação, catalisador etc, que são muito importantes para o entendimento das reacções químicas ao nível do ESG1. 33 Objectivos Ao completar esta lição, você deve: Ser capaz de explicar a evolução na abordagem dos tipos de reacções químicas no ESG1. Ser capaz de explicar a forma de tratamento dos seguintes conceitos: reacção química, energia de activação, catalisador. Linha principal reacção química O tratamento da reacção química deve ser combinado com as explicações e aplicações da lei de conservação de massa (Lei de Lavoisier). Os alunos devem analisar uma reacção química na base de aspectos qualitativos e quantitativos. A introdução e aplicação da linguagem química são uma ajuda para uma interpretação com base nas partículas envolvidas. Ao finalizar a 9a classe os alunos conhecem a formação dos iões, sendo assim, na base de um modelo de átomo com os electrões periféricos é possível uma interpretação da reacção química com base numa redistribuição dos electrões periféricos. Os alunos devem conhecer as condições para a ocorrência das reacções químicas bem como as relações entre si. Durante a evolução escolar os alunos vão conhecendo a velocidade duma reacção química e os factores que controlam a velocidade (9a/5a). Fenómeno é todo e qualquer acontecimento que ocorre na natureza. (8a/3a) Fenómeno físico é aquele que ocorre sem alteração das propriedades químicas das substâncias inicias, isto é, não há formação de novas substâncias. (8a/3a) Fenómeno químico é aquele que ocorre com a formação de novas substâncias, que apresentam outras propriedades específicas. (8a/3a) 34 Reacção química (8ª/3), é todo o fenómeno em que uma ou mais substancias se transformam dando origem a novas substâncias diferentes. Tendo em conta os dois conceitos acima pode-se perceber que fenómeno químico refere-sea uma reacção química. Para que aconteça uma reação química, as ligações entre átomos e moléculas devem ser rompidas e devem ser restabelecidas de outra maneira, sendo assim, o que evidencia uma reação química é a transformação que ocorre nas substâncias em relação ao seu estado inicial Energia de activação (9ª/5ª) é a energia mínima necessária para que os reagentes possam transformar-se em produtos. Catalisador (9ª/5ª) É uma substância que aumenta ou diminui a velocidade de uma reacção química sem ser consumida no processo. A abordagem dos tipos de reações químicas no Ensino Secundário Geral Para o estudo da disciplina de química os alunos devem possuir uma base sólida sobre as reacções químicas no geral. A classificação das reacções químicas constitui outra grande parte de domínio desta linha principal e os critérios de classificação sofrem uma evolução gradual desde a 8a classe: com as reacções de decomposição e combinação, redox, exo e endotérmicas) até a 10a classe em que se tratam tipos específicos de reacções orgânicas. O tratamento das reacções químicas deve ser realizado na base duma ligação dos aspectos das partículas (átomos, moléculas, iões) e do aspecto energético (exotérmica, endotérmica, activação) com ajuda das visões teóricas de modelos das substâncias envolvidas. 35 Quando se abordam os tipos de reacções químicas na escola é sempre importante que o professor se lembre que os seus alunos devem ter conhecimentos sobre: Tipos de reacção química; Características das reacções químicas; Existem vários aspectos que devem ser tomados como base na classificação das reacções químicas, como é o caso de: 1. Aspecto energético 2. Aspecto da reversibilidade 3. Aspecto catalítico 4. Aspecto da formação de precipitado 5. Aspecto da transferência de partículas 6. Aspecto do número de partículas 7. Aspecto da velocidade Aspecto número de partículas reagentes A Reacção de combinação ou de síntese (8ª/3ª) é a reacção em que duas ou mais substâncias simples ou compostas se combinam formando uma única. Reacção de decomposição ou análise (8ª/3ª) é a reacção em que uma substância composta se desdobra noutras substâncias elementares ou compostas. Aspecto Energético Reacção endotérmica (8ª/3ª) São reacções que ocorrem com absorção de calor do meio exterior. Reacção exotérmica (8ª/3ª) 36 São reacções que ocorrem com libertação de calor para o meio ambiente. Aspecto da reversibilidade Reacções reversíveis (9ª/6ª) É uma reacção química em que os reagentes se combinam e formam produtos e estes por sus vez reagem para regenerarem as substâncias iniciais. A reacção processa-se em dois sentidos. Reacções Irreversíveis (9ª/6ª) São reacções que apenas os reagentes se transformam em produtos, isto é, a reacção ocorre num único sentido. Aspecto catalítico (8a/4a) e 9a/5a) Reacções catalisadas são aquelas que ocorrem com presença do catalisador. Reacções não catalisadas, são aquelas que ocorrem sem a presença de catalisador. Aspecto da formação do precipitado Reacções de precipitação, ocorrem com a formação de precipitado. Reacções sem formação de precipitado, ocorrem sem a formação de precipitado. Aspecto de transferência de partículas Reacções Redox É uma reacção química que ocorre com a perda e ganho de oxigénio. (8/3ª) ou ainda, é uma reacção química em que há variação do número de oxidação. (9a/4ª). 37 Conceito “Número de oxidação” (Nox) (9ª/4ª) É uma carga positiva ou negativa de um átomo num composto, sob a suposição de que esse composto é constituído por iões. É a carga positiva ou negativa imaginária que um átomo teria num composto se os electrões de ligação pertencessem ao elemento mais electronegativo ou carga adquirida por um elemento se se admitir que a ligação que o une ao outro elemento rompe. Escrita: Mg+2 Escrita para o Nox do ião de Magnésio num composto. Escrita: Mg2+ Escrita para o número de cargas do Ião Magnésio. Reacções de transferência de protões É uma reacção química que ocorre com transferência de protões de Hidrogénio. Na 10ª e 12ª classes faz-se a abordagem de reacções orgânicas classificadas da seguinte forma: Substituição ou deslocameto que é aquela em que um átomo ou grupo de átomos de uma molécula é substituído por um átomo ou grupo. (AICHINGER e MANGE), que podem ser de halogenação, esterificação e hidrólise. Eliminação em que há perda intramolecular de uma molécula pequena a partir de uma maior (AICHINGER e MANGE), podendo ser de Desidrogenação, Desidratação, Decomposição (cracking, decomposição termo catalítica) Adição em que há adição de uma molécula a um composto insaturado, podendo ser Hidrogenação, Hidratação, Halogenação e Polimerização. 38 Uma vez que o aluno deve perceber o que acontece com as moléculas reagentes nestes três tipos de reacção (adição, substituição e eliminação) é recomendável que o professor utilize modelos tridimensionais para explicar o arranjo dos átomos antes e depois da reacção química. Exercício 1. Defina o conceito catalisador nas diferentes classes em que é abordado e explique de que forma o professor pode fazer essa abordagem. 2. Com a ajuda dos programas de ensino, apresente uma proposta metodológica sobre a forma como os seguintes conceitos devem ser tratados na escola. a) Reacção redox. b) Hidrólise. c) Hidratação. d) Reacção reversível. Auto-avaliação Defina os conceitos “Reacção de combinação e reacção de decomposição”. 8ª /3ª e explique como devem ser abordados ao nível da classe indicada. 39 Leitura Leia mais sobre as linhas de ensino de Química em: 1. MINED/INDE, programas de ensino de Química 1º e 2º ciclos, 2010. 2. CANTO, Eduardo Leite & Perruzo, Francisco Miragaia (Tito), Química na abordagem do cotidiano, Química geral e inorgânica 1. Editora Moderna, 4ed. São Paulo, 2006 3. BARROS, José António. Química 9ª classe, Livro do aluno. Plural editores. 2013 4. DA SILVA, Filomena Neves. Química, 9ª classe. Texto editores. Maputo. 2009. 5. MONJANE, Armindo e CUCO, Ricardo Américo. Química 11ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. 6. MONJANE, Armindo e CUCO, Ricardo Américo. Química 12ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. 7. TSAMBE, Malaquias e INROGA, Filomeno, Módulo de Química Basica. UP. 2012. 8. RODRIGUES, Margarida e DIAS, Fernando Morão Lopes, Química na nossa vida. Fisico Químicas. Porto Editora 40 Chave de correção - Em relação à questão 1. você deve consultar os programas de ensino e verificar o enquadramento do conceito catalisador da 8ª a 12ª classes e a forma como ele é abordado. Verá que inicialmente é definido como uma substância que acelera a velocidade de uma reacção química e só mais tarde como uma substância que altera a velocidade de uma reacção. Depois da introdução do conceito energia de activação o catalisador é definido como uma substância que diminui ou aumenta a energia de activação. Para o tratamento dos conceitos reacção redox, hidratação, hidrólise, reacção reversível, de combinação e de decomposição é necessário ter em conta a classe em que são leccionados e os pré-requisitos que o aluno deve possuir. Recomenda-se que na explicação destes conceitos o professor recorra sempre a algumas analogias e exemplos do quotidiano do aluno. 41 Resumo da unidade Nesta primeira unidade você ficou a saber que os conteúdos da disciplina de Química estão didacticamente agrupados em linhas de ensino. Estas linhas constituem orientações para levar a cabo o Processo de ensino-aprendizagem (PEA). No ensino de Química usa-se o termo ‘linhas de ensino” para fazer referência a matéria ou aos conteúdos deensino na disciplina de Química. Você passou a saber que as linhas principais de ensino de Química são a linha matéria e a linha reacção química. A linha matéria que estuda o tratamento da matéria, ou seja, as substâncias químicas e a linha reacção química que estuda as transformações das substâncias, isto é, as reacções químicas. Você definiu os conceitos fundamentais relacionados com a mátéria e reacções químicas, tendo em conta a sua posição no programa de ensino, assim como estudou as formas de abordagem dos diferentes tipos de reacções químicas no programa de ensino, considerando os diversos critérios usados. Aprendeu a estabelecer a relação entre a estrutura, as propriedades e as aplicações das substâncias químicas, com base em conta exemplos concretos, tendo ficado a saber que as aplicações das substâncias derivam da sua estrutura e das suas propriedades. 43 Unidade n° 2: Organização e selecção dos conteúdos para o ensino de Química - Linhas secundárias Conteúdos U N ID A D E Lição n° 1 45 Linha da representação das substâncias e reacções químicas com sinais - Linguagem química ............................................................................... 45 Lição n° 2 58 Linha experiência como meio de reconhecimento de substâncias e reacções químicas .................... 58 Lição n° 3 65 Obtenção laboratorial e formas de reconhecimento de alguns gases ............................65 Lição n° 4 77 Linha “modelo como meio para reconhecer as substâncias e reacções químicas” ......................... 77 Lição n° 5 82 Linha da observação quantitativa das substâncias e reacções químicas ........................... 82 Lição n° 6 94 Linha “Aplicação das substâncias e métodos industriais da sua obtenção” ..................................... 94 2 Organização e selecção dos conteúdos para o ensino de Química - Linhas secundárias Pág. 43 - 105 44 Introdução Nesta unidade, trataremos das linhas secundárias do ensino de Química, que são as seguintes: linha linguagem química, linha experiência, linha modelo, linha da observação quantitativa das substâncias e linha da aplicação das substâncias e métodos industriais de sua obtenção. As linhas secundárias derivam das linhas principais e dizem respeito ao tratamento de aspectos complementares para a compreensão de conteúdos ligados ao objecto de estudo da Química (as substâncias químicas e suas transformações). Trataremos primeiro da linha da apresentação das substâncias e reacções químicas com sinais (linguagem química), passando depois para a linha experiência como meio para o reconhecimento de substâncias e reacções químicas. De seguida trataremos da linha modelo como um meio representativo da realidade para reconhecer e compreender as propriedades das substâncias e reacções químicas. Terminaremos esta unidade com a abordagem da linha da observação quantitativa das substâncias e reacções químicas. Objectivos da unidade Ao completar esta unidade, você deve: Explicar o uso dos sinais e símbolos para representar as substâncias e reacções químicas; Discutir a importância das experiências no reconhecimento das substâncias; Idealizar e construir modelos que possam ser usados nas aulas de Química; Realizar cálculos estequiométricos usando as leis de conservação de massa (Lavoisier), de proporções fixas (Proust) e do Avogadro. 45 Lição n° 1 Linha da representação das substâncias e reacções químicas com sinais - Linguagem química Introdução Você já deve ter visto na via pública sinais de trânsito que interpretamos como “proibido estacionar, proibido ultrapassar, paragem obrigatória, velocidade máxima 50Km/h, etc”. Estes sinais são um tipo específico de linguagem denominada código de estrada. Para a sua interpretação é necessário que a pessoa esteja familiarizada com eles. É um conjunto de sinais, números, letras que permitem uma uniformização da forma de os condutores se informarem sobre como devem proceder nas suas acções na condução de veículos. Esta linguagem é universal, ou seja, é interpretada da mesma forma em qualquer lugar do mundo. A química também tem a sua própria linguagem, a que se denominada “linguagem química” que trata da base de comunicação entre os químicos através de sinais e símbolos. Esta linguagem é usada pelos químicos, estudiosos, professores, alunos e outros que lidam com a ciência química. Inclui as regras de escrita dos nomes dos elementos, das fórmulas, das equações químicas e muito mais. Assim, nesta aula abordaremos a linguagem química como se disse na introdução desta unidade. Estudaremos a forma como os químicos recorrem a símbolos e sinais para representar as substâncias e reacções químicas. Portanto, a linguagem química 46 está directamente relacionada com o ensino de Química. Ela engloba várias representações que servem para uniformizar e facilitar o tratamento da ciência química. Também é importante para si como professor conhecer a evolução histórica da linguagem química. Objectivos Ao completar esta lição, você deve ser capaz de: Explicar a evolução histórica da linguagem química; Explicar a forma de representar os símbolos das substâncias usando devidamente as regras; Explicar o significado dos diversos sinais usados na linguagem química Representar as reacções químicas com base em símbolos e sinais; Explicar o uso de determinados sinais químicos na disciplina de Química; Discutir o uso de estratégias de ensino da escrita de sinais e símbolos químicos; Linha da representação das substâncias e reacções químicas com sinais - linguagem química O uso da linguagem é um aspecto bastante importante no PEA. A Química possui uma simbologia e terminologia próprias (linguagem química), sendo indispensável o uso e domínio desta no PEA da Química. O professor deve chamar a atenção aos alunos da necessidade do domínio desta linguagem e deverá explorar com os alunos as principais dificuldades no manejo desta linguagem e procurar formas para a minimização do problema. 47 Os sinais e símbolos químicos podem ser usados para representar: fórmulas, equações químicas, partículas, etc. Neste contexto, os alunos devem aplicar símbolos, fórmulas e equações químicas no sentido qualitativo e quantitativo e na base da grandeza quantidade da substância e a sua unidade “mol ou mole” é possível uma interpretação quantitativa das substâncias nas reacções químicas. O saber sobre a grandeza “massa molar” e a lei de conservação de massa é o pressuposto para uma interpretação para as quantidades dos reagentes e produtos das reacções químicas, assim como para as outras relações quantitativas tais como: relação entre quantidade de uma substância e o numero das partículas (número de Avogadro). O uso da linguagem química, como foi referido acima é a base de comunicação no PEA de química, sendo assim remete-nos a certos desafios no que concerne ao entendimento e significado das palavras no censo comum que se difere quando se trata de Química. Existem por exemplo termos que tem um significado diferente, conforme se trate de linguagem do dia-a-dia e linguagem química. O termo “puro”, “ferro” são exemplos disso. E existe ainda termos que não sendo possível uma tradução para as línguas Bantu (Moçambicanas) dos alunos, podem constituir uma fonte de mal entendidos nas aulas de Química. Veja alguns exemplos: no dia-a-dia tem-se dito “estou a tomar vinho puro, estou a respirar ar puro, estou a beber água pura da nascente”, aqui o termo puro não reflete a realidade da pureza química, visto que logo à partida trata-se de misturas de várias substâncias com propriedades específicas.O termo Metal nas comunidades é muitas das vezes aplicado para designar qualquer que seja o elemento metálico sem especificação, isto é, não é 48 atribuído o nome específico do elemento, o que pode confundir os alunos quando lhes é dado a conhecer apenas um e único elemento químico com essa designação. É muito importante que no PEA se evite memorizações de sinais químicos sem que os alunos compreendam os seus significados. Estudos feitos por alguns autores revelam que os alunos, de certa forma, compreendem a representação de símbolos e fórmulas químicas, mas têm grandes dificuldades em compreender representações respeitantes a concentração, potencial de oxidação, etc. Evolução histórica da linguagem química A evolução da linguagem química começa com a evolução da própria ciência química. A linguagem química surge para facilitar a compreensão dos conhecimentos químicos que iam sendo acumulados ao longo do tempo. A linguagem química que hoje é usada surgiu da uniformização da linguagem usada por alquimistas. Nesta época, estes usavam representações para expressar vários conceitos químicos. Porém, esta linguagem inicialmente criada não era universal, era sobretudo local e percebida por apenas uma parte de estudiosos. Com o passar do tempo e com os grandes avanços na ciência química, surgiu a necessidade de uniformização da linguagem para que ela fosse percebida por todos os químicos. Uma vez que a Química sempre tratou de reacções químicas, o químico francês Laurent Lavousier propôs a linguagem em que se escrevia os nomes dos reagentes e produtos formados nas reacções químicas. 49 Cobre + Oxigénio → Oxido de cobre Esta linguagem apenas informava sobre quais são as substâncias intervenientes nas reacções químicas. A actual representação dos símbolos químicos e outras simbologias foi proposta por Joons Jacob Berzeliuis (1779-1849), químico sueco. Este propunha em 1813, símbolos que eram compostos por letras. Cu +O2→ 2CuO A linguagem desenvolvida por Berzelius já permite saber, para além das substâncias envolvidas da reacção, as quantidades de cada substância e as e as respectivas proporções. As representações usadas na linguagem química podem consistir em: Símbolos químicos dos elementos Fórmulas Equações químicas Símbolos variados Expressões químicas Formas de abordagem de alguns conceitos relacionados a linguagem química no Ensino Secundário Geral. 1. Abordagem dos símbolos químicos. Seus significados O símbolo químico é um sinal para um elemento químico e para o átomo desse elemento. Veja o seguinte exemplo, o Símbolo químico “Al” representa: Elemento químico Alumínio 50 Um átomo de Alumínio Substância química Alumínio Na introdução da abordagem sobre o símbolo químico, precisamente na 8ª classe o programa de ensino traça como objectivo específico desta abordagem o seguinte: O aluno deve ser capaz de escrever os nomes e símbolos químicos dos primeiros 20 elementos químicos da tabela periódica e também dos elementos: Al, Pb, Cu, Ag, Au, Fe, Hg. 2. Abordagem de fórmulas químicas - seus significados A fórmula química é a representação gráfica de um composto químico. Ela representa as substâncias químicas e um sinal químico para o composto por meio de símbolos dos elementos. Indica para além da composição qualitativa e quantitativa, o arranjo dos átomos na estrutura da molécula. Passos para a escrita de fórmulas químicas As fórmulas químicas podem ser construídas na base da Valência como uma relação objectiva de combinação entre os elementos num composto. Passos Fórmula para o Óxido de alumínio 1. Determinação dos símbolos químicos dos elementos do composto Al O 2. Coloca-se as valências por cima dos elementos que constituirão o composto AlIII OII 3. Cruzam-se (Troca-se) as valências, escrevendo os números Al2O3 51 4. Fórmula química Al2O3 5. Simplificam os índices caso sejam múltiplos SVI OII S2O6 SO3 A fórmula química representa: Os elementos que entram na constituição da substância; O número de átomos de cada espécie que se ligam para constituir a molécula (ou unidade estrutural); A proporção de combinação entre os elementos; Uma mole da molécula (ou unidade estrutural) da substância. As fórmulas químicas podem ser brutas ou racionais Centesimal ou percentual Proporcional Bruta Molecular Funcional Fórmula Linear Típica Racional Gráfica Fórmulas brutas: apenas indicam a composição qualitativa e quantitativa de uma substância química. Fórmulas racionais: Indicam para além da composição qualitativa e quantitativa, o arranjo dos átomos na estrutura da molécula. Ao nível da 8ª classe, o aluno deve ser capaz de: Explicar o significado qualitativo e quantitativo das fórmulas e equações químicas. 52 Montar a fórmula química de um composto binário conhecendo a valência dos elementos constituintes. Para a 10ª classe O aluno deve ser capaz de distinguir os diferentes tipos de fórmulas químicas Na 10ª classe o conteúdo directamente ligado a linguagem química é: tipos de fórmulas químicas: molecular, estrutural e racional No programa do ESG do 1º e 2º ciclo são abordadas as fórmulas: Fórmulas brutas 1. Centesimal ou percentual 2. Proporcional 3. Molecular 4. Funcional Fórmula racional 1. Linear 2. Típica 3. Gráfica 4. Desenvolvida (plana, plana eletrónica, espacial) 3. Abordagem das Equações químicas - seus significados Este conteúdo é abordado na 8ª classe, 3ª unidade temática (Estrutura da matéria e reacções químicas). A equação química é a representação simbólica das reacções químicas. Destaca-se numa equação química, os reagentes e produtos da reacção separados por uma seta, sendo que geralmente os reagentes ficam de lado esquerdo e os produtos do lado direito. Numa equação química a seta () serve para indicar a transformação das substâncias, o sinal (+) dependendo da sua posição na equação pode 53 significar combinação das substancias se do lado dos reagentes ou formação de mais de uma substancia caso esteja nos produtos, isto é, separa os produtos formados numa reacção química. Lembre-se sempre de indicar os estados de agregação das substâncias. Passos para Escrita e acerto de equações químicas. Sugestão para a explicação do processo ao aluno Para tal, os alunos devem reconhecer os passos para a escrita de uma equação química, a saber: Distinção dos reagentes e produtos; Escrita dos símbolos e fórmulas dos reagentes e dos produtos; Acertar a na base da lei da conservação da massa; Revisão da equação química. 1 - Tomando como exemplo a combustão do Hidrogénio em presença de Oxigénio com formação de água. )(2)(2)(2 lgg OHOH O número de átomos de H e de O deve manter-se o mesmo nos dois membros da equação. Pode-se ver que a equação está balanceada no que diz respeito ao hidrogénio (estão dois átomos de Hidrogénio à direita e à esquerda da equação), mas já não acontece o mesmo em relação ao oxigénio. É necessário fazer alguma correcção Nota: nesta operação não se devem alterar as fórmulas, o acerto da equação faz-se multiplicando as fórmulas por números inteiros chamados coeficientes da equação ou coeficientes da reacção. Este inconveniente resolve-se multiplicando H2O por 2, (ou seja, colocando 2 antes de H2O). Coeficiente estequiométrico 2. Sendo assim no fim teremos a seguinte equação: )(2)(2)(2 2 lgg OHOH Fazendo as multiplicações: 54 Nos reagentes: a) Temos coeficiente 1 para H2 o que dá 2, ou seja temos 2 átomos de hidrogénio nos reagentes; b) Temos coeficiente 1 para O2 o que dá 2, ou seja temos também 2 átomos de oxigénio nosreagentes; Nos produtos: a) Temos coeficiente 2 para H2O que multiplicado pelo 2 do H2 dá 4: portanto, temos 4 átomos de hidrogénio nos produtos; Note que nos reagentes temos 2 átomos de hidrogénio nos reagentes b) O coeficiente 2 de H2O também multiplica o oxigénio o que vai dar 2 - portanto temos 2 átomos de oxigénio nos produtos Note que nos reagentes também tinhamos 2 átomos de oxigénio Conclusão: temos de arranjar um coeficiente que corrija o número de hidrogénios nos reagentes, que terá de ser 2. No fim a nossa equação química fica com os seguintes coeficientes: )(2)(2)(2 22 lgg OHOH Verificando: a) Nos reagentes: 2H2, multiplicando os números teremos 2x2= 4 átomos de hidrogénio O2, multiplicando os números teremos 1x2= 2 átomos de oxigénio b) No produto: 2H2O, temos, 4 átomo de hidrogénio e 2 de oxigénio. conclusão: 2424 22 )(2)(2)(2 lgg OHOH Quer nos reagentes quer nos produtos temos o mesmo número de átomos de cada espécie. Ou seja, observa-se a lei da conservação da massa ou de lei de Lavoisier. 55 Significado das equações químicas a) 2Na(s) + 2H2O(l) → 2 Na +(aq) + 2OH-(aq) + H2(g) b) 2H2(g) + O2(g) → 2H2O (l) Significado qualitativo: Indica a natureza das substâncias envolvidas na reacção. a) Sódio reage com Água formando iões de Sódio e ião Hhdróxila e Hidrogénio. b) Hidrogénio reage com Oxigénio formando Água. Significado quantitativo a nível microscópico: Indica o número relativo de iões, moléculas, átomos envolvidos na reacção; a) Dois átomos de sódio reagem com duas moléculas de água, dando dois iões de sódio, dois iões hidróxido e uma molécula de Hidrogénio. b) Duas moléculas de Hidrogénio reagem com duas moléculas de Oxigénio formando duas moléculas de Água. Significado quantitativo a nível macroscópico: fornece informações em termos de quantidade de matéria (mole). a) Duas moles de Sódio reagem com duas moles de Água, formando 2 moles de Na+, 2 moles de OH- e 1 mol de Hidrogénio. b) Duas moles de Hidrogénio reagem com duas moles de Oxigénio formando duas moles de Água. Equação termoquímica É uma equação química que expressa também a variação de energia associada a reacção química. Representação: H2(g) + O2(g) → H2O (l) H = -68,3 Kcal (Libertação de calor) ∆H = -68,3 Kcal/mol de H2O (Variação de entalpia) 56 Exercício 1. Considere os seguintes conceitos e conteúdos sobre a abordagem da linguagem química no programa de ensino. Defina cada conceito e, com a ajuda dos programas de ensino, explique a forma como cada conceito ou conteúdo deve ser tratado na escola nas diferentes classes. 1.1 Símbolo químico 1.2 Fórmula química 1.3 Equação química 2. Que informações se pode obter das seguintes simbologias: a) 2 Na+ b) CO2 c) Mg (s) d) 2 Cl Auto-avaliação 1. Existe diferença entre representar uma substância por NO2 ou por N2O4. Explique porquê. 2. Não se utilizam fórmulas químicas para representar misturas, apenas para representar substâncias puras. Explique porquê. Leitura Para esta lição, você pode consultar as seguintes obras: 1. CANTO, Eduardo Leite & Perruzo, Francisco Miragaia (Tito), Química na abordagem do cotidiano, Química geral e inorgânica 1. Editora Moderna, 4ed. São Paulo, 2006 2. INROGA, Filomeno e TSAMBE, Malaquias. Módulo de Química básica. 57 3. MENDONÇA Lucinda Santos; RAMALHO, Marta Duarte; Química no mundo em transformação. Texto editora; Lisboa. 1996. 4. MONJANE, Armindo e CUCO, Ricardo Américo. Química 11ª Classe. Pré-universitário, Longman Moçambique, 1ª Edição, 2010 5. MINED, programas de ensino de Química 1º e 2º ciclos, 2010. 6. BARROS, Jose António. Química 9ª classe, Livro do aluno. Prural editores. 2013 7. DA SILVA, Filomena Neves. Química, 9ª classe. Texto editores. Maputo. 2009. 8. MONJANE, Armindo e CUCO, Ricardo Américo. Química 11ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. 9. MONJANE, Armindo e CUCO, Ricardo Américo. Química 12ª classe. 1ª ed. Longman Moçambique. 2010. Chave de correção Para responderes a questão 1 é necessário consultar primeiro o programa de ensino da 8ª classe, no que se refere aos objectivos do tratamento de cada conteúdo, as orientações metodológicas, procure saber que pré-requisitos são necessários para o aluno perceber cada conceito. Em relação a actividade de auto-avaliação: Na questão 1 você deve lembrar-se do significado dos índices numa fórmula química. Na questão 2 você deve lembrar-se do significado de uma fórmula química, isto é, o que é que pretendemos representar quando usamos fórmulas químicas e relacionar isso com o significado da palavra mistura. 58 Lição n° 2 Linha experiência como meio de reconhecimento de substâncias e reacções químicas Introdução Nesta lição você irá adquirir noções sobre a linha experiência que é o meio de reconhecimento de substâncias e motivação dos alunos para a aprendizagem das ciências naturais em geral e da ciência química em particular. Em cada unidade temática nos programas do ESG existem possibilidades para os professores de Química realizarem conjuntamente com os seus alunos actividades experimentais para aquisição de conhecimentos, capacidades e habilidades por parte dos alunos. Estas actividades experimentais consistem na realização de diferentes tipos de experiências: demonstração pelo professor e/ou pelo aluno e experiência do aluno. Com a realização de experiências os alunos adquirem capacidades de obtenção de substâncias, recolha, a sua identificação com base nas propriedades. Objectivos Ao completar esta lição, você deve: Consolidar conhecimentos sobre as regras de higiene e segurança no laboratório; Explicar a aplicação dos diferentes tipos de experiências, indicando as vantagens e desvantagens de cada um consoante o caso; Idealizar materiais alternativos para a realização de experiências de obtenção de gases tomando em consideração as condições locais; Discutir as funções das experiências no ensino de química. 59 A experiência no contexto do ensino de Química As aulas de química permitem uma aquisição dos métodos de trabalho simples no laboratório, realização das experiências bem como a interpretação dos seus resultados, até a aplicação consciente do método experimental. O método experimental é uma prova das hipóteses através das experiências. É o método científico de verificação da veracidade ou falsidade de hipóteses. Funções das experiências A experiência assume-se como uma parte de um dos métodos de ensino, o método experimental. Trata-se do acto de testar, comprovar e refutar uma determinada hipótese. No PEA as experiências têm as seguintes funções: 1. Desenvolver conhecimentos sólidos, aplicáveis na vida prática; 2. Oferecer conhecimentos e fundamentos que permitem aos alunos estabelecerem a relação (e interligação) entre vários fenómenos da natureza, isto é, ligar a teoria, prática e o quotidiano dos alunos; 3. Introduzir matéria nova, consolidar, avaliar os conhecimentos, habilidades e capacidades; uma vez que podem ser aplicadas em vários momentos didácticos do ensino de ciências naturais; 4. Permitir aos alunos utilizarem conscientemente os métodos científicos de aquisição do conhecimento, como uma parte do saber fazer. Tipos de experiências no ensino de Química Experiência de demonstração (pelo professor ou aluno) Experiências dos alunos (individual ou em grupo) 60 Exigências para a realização das experiências de demonstração O professor deve utilizar aparelhos e instrumentos que possuam um tamanho aceitável que dê o efeito de demonstração, de modo a permitir que os alunos possam observar, desenhar, colocar dúvidas e elaborar um relatório
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