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Universidade Católica de Moçambique Instituto de Educação à Distância Curso de Licenciatura em Ensino de Química Experiência Química sobre o Método de Separação de Mistura, especificamente o Álcool usando a Destilação João Silvestre Macamo: 708236178 Beira, Março de 2024 Universidade Católica de Moçambique Instituto de Educação à Distância Curso de Licenciatura em Ensino de Química Experiência Química sobre o Método de Separação de Mistura, especificamente o Álcool usando a Destilação João Silvestre Macamo: 708236178 Beira, Março de 2024 Trabalho de Campo a ser submetido na Coordenação do Curso de Licenciatura em Ensino de Química da UCM. O tutor: Ana Dailda Felizardo II Índice 1.0. Introdução ................................................................................................................................. 4 1.1. Objectivos ................................................................................................................................. 4 1.1.1. Objectivo Geral...................................................................................................................... 4 1.1.2. Objectivos Específicos .......................................................................................................... 4 1.2. Metodologia .............................................................................................................................. 4 2.0. Mistura ...................................................................................................................................... 5 2.1. Classificação das misturas ........................................................................................................ 5 2.2. Processos de separação de misturas ......................................................................................... 5 2.2.1. Destilação simples ................................................................................................................. 6 2.2.2. Destilaqao fraccionada .......................................................................................................... 6 3.0. Temas que podem ser abordados na base dos métodos experimentais nos programas de ensino da 8ª a 12ª classe .............................................................................................................................. 7 PLANO DE AULA ......................................................................................................................... 9 4.0. Conclusão ............................................................................................................................... 16 5.0. Referências Bibliográficas ...................................................................................................... 17 4 1.0. Introdução A educação no Ensino Médio em escolas, principalmente na área de Ciências, vem tendo insucesso por falta de criatividade e de investimento. Gerando, por conseguinte, desinteresse dos estudantes pelas áreas de Ciências Exatas e da Natureza. Na Química não seria diferente. Alguns empecilhos devem-se às determinadas temáticas muito abstratas e com difícil assimilação natural, como por exemplo, estudo de misturas. Diante de tanta dificuldade, cabe ao educador procurar lecionar o conteúdo de maneira mais eficiente. Para promover essa aprendizagem, os educadores podem adotar algumas estratégias como actividades práticas, proporcionando experiências práticas que permitam aos alunos aplicar o que aprenderam na teoria, proporcionando uma compreensão mais concreta e profunda do conhecimento. Um facto que mesmo o Rodrigues dos Santos & Almeida de Menezes (2020) referem que a experimentação deve contribuir para a compreensão de conceitos químicos, tanto por meio do manuseio e transformações de substâncias, quanto na actividade teórica, ao explicar os fenômenos ocorridos. 1.1. Objectivos 1.1.1. Objectivo Geral Compreender a experiência química sobre o método de separação de mistura, especificamente o álcool usando a destilação. 1.1.2. Objectivos Específicos Descrever o processo de separação das misturas homogéneas Identificar conteúdos da 8ª. A 12ª. Classe que podem ser abordados pelo método experimental Elaborar um plano de aula com o tema: experiência química sobre a separação dos componentes de uma mistura e propriedades específicas de substâncias. 1.2. Metodologia Como propósito metodológico de modo a se alcançar o objectivo da pesquisa recorreu-se a revisão bibliográfica e com auxílio aos serviços electrónicos (internet). 5 2.0. Mistura Mistura é a união de duas ou mais substâncias diferentes (independentemente se são simples ou compostas). Ela apresenta características físicas (ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, tenacidade etc.) diferentes e variáveis (não fixas) em comparação com as substâncias que a compõem (Borges & Alves, 2017) Quando se juntam diferentes substâncias e não ocorre qualquer reação química entre elas, forma- se aquilo que se designa por mistura (Lima, 2013) 2.1. Classificação das misturas A classificação das misturas baseia-se na dimensão das partículas da substância dispersa (Lima, 2013): Solução (Homogênea): < 10-9 m (1 nm) Mistura coloidal: entre 10-9 e 10-6 m (entre 1 nm e 1 mm) Mistura heterogénea: > 10-6 m (1 mm) Se da adição resultar a formação de apenas uma fase onde não se consiga distinguir nenhuma das substâncias (a olho nú, ao microscópio ou por centrifugação), a mistura diz-se homogénea e designa-se por solução (Lima, 2013). Se formarem duas ou mais fases que sejam distinguíveis, então a mistura designa-se heterogénea (Lima, 2013). Na mistura coloidal, onde as substâncias não se dissolvem (como nas soluções), mas formam antes uma suspensão aparentemente homogénea devido ao tamanho das partículas ser demasiado pequeno e, por isso, também não se enquadrar na categoria de misturas heterogéneas (Lima, 2013). 2.2. Processos de separação de misturas Ao contrário das misturas homogêneas, as misturas heterogêneas podem ser separadas por métodos físicos. Entre os principais métodos destacam-se: Decantação, Filtração estes processos servem para mistura heterogêneas e Destilação simples serve para misturas homogêneas(Foco da pesquisa) (Feitosa, Barbosa, & Forte, 2016). 6 2.2.1. Destilação simples Este processo serve para separar misturas homogêneas (soluções sólido-líquido e líquido-líquido). A técnica é baseada na diferença de pontos de ebulição das substâncias a serem separadas. O processo consiste em colocar a solução em um balão de destilação e aquecê-la até que a substância com menor ponto de ebulição comece a evaporar. A boca do balão é fechada com uma rolha, na qual está inserido um termômetro. O balão possui uma saída lateral, inclinada para baixo, na sua parte superior. Nessa saída é acoplado o condensador. Ao evaporar, a substância passa para o condensador, cujas paredes são resfriadas com água fria. Ao entrar em contato com as paredes do condensador, o vapor se condensa, retornando ao estado líquido, que é recolhido em um recipiente localizado no final do condensador figura 1. (Feitosa, Barbosa, & Forte, 2016) Figure 1: Sistema de destilação simples para separação de misturas homogêneas as sólido-líquido e líquido-líquido Fonte: (Feitosa, Barbosa, & Forte, 2016) 2.2.2. Destilaqao fraccionada Este método é aplicado pam separar subtâncias líquidas com pontos de ebulição diferentes. Quando os componentes a serem separados sao apenas dois, usa-se o mesmo material da destilação simples, na qual deve ser incluido um termômetro no interior do balão. Quanto menor for a dilerença entre os pontos de ebulição dos líquidos da mistura. mais dificil é a separação dos mesmos (Matusse& Veiga, 2007). 7 Existem casos de misturas que não podem ser por processos apenas físicos, como a destilação. Isto deve-se ao facto de tais misturas se destilarem em proporções fixas e constantes como se tratasse de uma substância pura. A esse tipo de misturas denomina-se misturas azeotrópicas (Matusse & Veiga, 2007). Exemplo: O álcool etílico (95,5 ml) forma com a água (4,5 ml) uma mistura azeotrópica que destila á temperatura de 78,1 ºC. O chamado álcool absoluto é obtido a partir de métodos químicos. Adiciona-se a está mistura azeotrópica cal viva ou óxido de cálcio que irá absorver a água e, assim, somento o álcool será destilado. Lima (2013) diz que a escolha do processo de separação mais adequado depende do tipo de mistura (solução ou mistura heterogénea), das caraterísticas físico-químicas dos componentes da mistura e do equipamento disponível. 3.0. Temas que podem ser abordados na base dos métodos experimentais nos programas de ensino da 8ª a 12ª classe 1. Estudo das propriedades dos ácidos e bases, realizando titulações ácido-base. 2. Determinação da concentração de uma solução por meio de espectrofotometria. 3. Estudo da cinética química, realizando reações químicas em diferentes condições de temperatura e concentração. 4. Identificação de íons metálicos por meio de testes químicos. 5. Determinação da densidade de líquidos e sólidos por meio de medidas experimentais. 6. Estudo das propriedades dos gases ideais, realizando experiências com diferentes gases. 7. Realização de experimentos de eletrólise para estudar as reações de oxirredução. 8. Estudo da solubilidade de substâncias em diferentes solventes. 9. Determinação do pH de soluções por meio de indicadores ácido-base. 8 10. Realização de experimentos de síntese de compostos químicos, como a síntese de sal de cozinha a partir de uma reação ácido-base. Estes são apenas alguns exemplos de temas que podem ser abordados na disciplina de Química utilizando métodos experimentais. A experimentação é fundamental para consolidar o conhecimento teórico e prático dos alunos e despertar o interesse pela disciplina. É importante facilitar o acesso a equipamentos e materiais de laboratório para a realização desses experimentos. 9 PLANO DE AULA 1. Introdução Escola Secundária de ___________________ Nome do professor: João Silvestre Macamo Disciplina: Química Classe: 11a Turma:____ Sala:____ Unidade temática: Conceitos Fundamentais Tema: experiência química sobre a separação dos componentes de uma mistura e propriedades específicas de substâncias Data: 01/04/2024 Duração: 45 min. Início: 15:10:00. Fim: 15:55 min Número de alunos:______Presentes:______Ausentes:______ Objectivos: Âmbito de conhecimentos ou nível cognitivo Âmbito de capacidades e habilidades ou nível psicomotor Âmbito de convicções e atitudes ou nível afectivo No fim da aula o aluno deve adquirir conhecimentos sobre: A separação dos componentes de uma mistura e propriedades específicas de substâncias No fim da aula o aluno deve ser capaz de: Caracterizar as substâncias Mencionar os métodos de separação de misturas heterogéneas; Identificar os diferentes tipos de misturas No fim da aula o aluno deve estar convicto: Durante está aula o aluno desenvolve as seguintes actividades: saber trabalhar em colectivo, saber ser e saber estar perante os colegas. Visto O Sector Pedagógico _______________________ ______/________/______ Visto Supervisor _______________________ ______/________/______ 10 Descrever os procedimentos para separar os componentes de misturas heterogéneas. 2. Decorrer antecipado da aula Tempo Funções didácticas Métodos Básicos Conteúdos Actividades Meios Professor Aluno 7 Introdução e motivação Elaboração conjunta TC Saudação e controle de presenças Sauda os alunos e posterior faz chamadas Responde a saudação e chamada Livro da turma, caneta Matéria Pergunta os alunos sobre o que estudaram na aula passada Responde Faz síntese da aula passada Escuta o professor Orienta a correcção de tpc Responde tpc Quadro, giz. 23 Mediação e assimilação Elaboração conjunta e Expositivo A separação dos componentes de uma Escreve o tema Passa o tema Quadro, giz, caderno e caneta. 11 mistura e propriedades específicas de substâncias Explica a separação dos componentes de uma mistura e propriedades específicas de substâncias variado Presta atenção na explicação Dita os apontamentos sobre a a separação dos componentes de uma mistura e propriedades específicas de substâncias Escreve o apontamento Caderno e caneta. 5 Domínio e consolidação Elaboração conjunta TC Exercícios Dita os exercícios e orienta a resolução Escreve os exercícios e resolve Quadro, giz, caderno e caneta. 12 10 Controle e avaliação Elaboração conjunta e Trabalho independente Correcção dos exercícios Marcação de TPC com base nas respostas, faz síntese da aula Acompanha Marca e orienta o TPC Anota Caderno e caneta 3. Quadro mural SUBSTÂNCIA PURA E MISTURA Substâncias puras são materiais que possuem composição química e propriedades físicas e químicas constantes, já que não se modificam em pressão e temperatura constantes. De uma forma geral, as substâncias puras podem ser classificadas de duas formas: a) Substâncias simples: São compostos químicos formados por átomos de um mesmo elemento químico. b) Substâncias compostas: São compostos químicos formados por átomos de elementos químicos diferentes Mistura é a união de duas ou mais substâncias diferentes (independentemente se são simples ou compostas). Ela apresenta características físicas (ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, tenacidade etc.) diferentes e variáveis (não fixas) em comparação com as substâncias que a compõem. A mistura de água e cloreto de sódio, por exemplo, apresenta um ponto de fusão totalmente diferente em relação aos pontos de fusão da água (0oC) e do cloreto de sódio (803oC) isoladamente. DIFERENÇA PRÁTICA ENTRE UMA SUBSTÂNCIA PURA E UMA MISTURA 13 A substância pura apresenta propriedades físicas bem definidas, inclusive pontos de fusão e ebulição (temperaturas que permanecem fixas durante todo o processo). Nas misturas, a temperatura nos estados de transição entre sólido-líquido ou líquido-vapor varia com tempo, diferentemente para uma substância pura onde a temperatura permanece constante. PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS Misturas Heterogêneas - Todas as fases são sólidas Catação: Método manual de separação, como quando escolhemos os feijões para cozinhar Ventilação: arraste por corrente de ar de um dos componentes da mistura que seja bem leve. Exemplos: separação das cascas de grãos de café, cereais e amendoim torrado; Levigação: Arraste de sólidos de baixa densidade por meio de correntes de água, permanecendo no recipiente os sólidos de densidade maior. Peneiração ou tamisação: é usada para separar sólidos de diferentes tamanhos, geralmente passando por uma peneira, sendo que os sólidos menores passam por sua malha, sendo separados dos maiores. Extração por solventes: usa-se algum líquido para extrair um ou mais componentes da mistura. Por exemplo, se adicionarmos uma solução aquosa de cloreto de sódio em uma mistura de gasolina e álcool, agitarmos e depois colocarmos em repouso, veremos que a água separará o etanol da gasolina. Separação Magnética: separa a mistura de um material magnético e outro não magnético, geralmente ferro e outros materiais, como enxofre, alumínio, cobre, etc. NB: pelo menos uma das fases não é sólida Decantação:separa misturas líquido-líquido e sólido-líquido Filtração Simples: separa misturas de sólido-líquido e sólido-gás, utilizando-se um filtro. 14 Centrifugação: separa materiais de densidades diferentes, podendo ser de mesmo estado físico ou de estados físicos diferentes, como gordura e leite, fermento-água e álcool, óleo e água, etc. Misturas Homogêneas Evaporação (Sólido + Líquido): Consiste na separação da mistura por meio da ebulição do líquido em um recipiente aberto, restando ao final do processo apenas o sólido. Destilação simples (Sólido + Líquido): Semelhante a evaporação, porém com recolhimento do líquido. Destilação Fracionada (Líquido + líquido): Separação da mistura por meio da diferença de temperatura de ebulição dos dois líquidos. Exemplo: 1. Como procederia para separar uma mistura de sal e água? Correccão 1. R: Trataria a mistura com água que dissolve apenas o sal e não a areia. Deixava repousar para sedimentar o sal e decantava a mistura resultante para separar a areia da solução do sal. Em seguida filtraria e, por evaporação da água, recuperaria o sal dissolvido. Exercicio 1. Qual é a diferença entre a filtração simples e a filtração a vácuo? Correccão 1. R: A filtração simples é filtração à pressão normal. A filtração a vácuo é usada para acelerar o processo de filtração quando a mistura sólido-líquida é muito pastosa (como é o caso da mistura água e farinha de trigo) ou quando o líquido tem alta viscosidade. Uma trompa de água produz rarefacção do ar no interior do kitassato, fazendo com que o líquido do funil de Büchner seja sugado, atravessando rapidamente o papel de filtro, acelerando assim a filtração. 15 TPC 1. Enumere os métodos de separação para misturas heterogéneas. 2. É possível separar uma mistura de sal fino refinado branco e açúcar fino refinado branco? Explique! Referências Bibliográficas EDUCAÇÃO, M. D. (s.d). MÓDULO 1. Química. INSTITUTO DE EDUCAÇÃO ABERTA E À DISTÂNCIA - IEDA. Matusse, M., & Veiga, M. (2007). Q11. Química 11a. Classe (1a ed.). (L. -M. Texto Editores, Ed.) Maputo: Texto Editores, Lda. - Moçambique. Obtido em 17 de 03 de 2024 16 4.0. Conclusão A destilação é uma experiência química fundamental que permite a separação de componentes de uma mistura com base em suas propriedades físicas, como o ponto de ebulição, proporcionando assim a obtenção de substâncias mais puras e adequadas para diversos fins. Lembre-se de realizar a destilação em um ambiente seguro, utilizando os equipamentos de proteção adequados e seguindo as normas de segurança química. Portanto, é por meio da experimentação que os alunos podem vivenciar a Química de forma mais concreta e significativa, consolidando seu conhecimento e desenvolvendo um pensamento científico mais crítico e investigativo. 17 5.0. Referências Bibliográficas Borges, G. B., & Alves, J. A. (2017). APOSTILA DE QUÍMICA. VARGINHA / MG: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS - CEFET-MG. Obtido em 23 de 03 de 2024 Feitosa, E. M., Barbosa, F. G., & Forte, M. C. (2016). Química Geral I (3a ed.). Fortaleza-Ceará: Ed-UECE. Obtido em 20 de 03 de 2024 Lima, L. S. (Out.-Dezembro de 2013). Mistura. (J. Gonçalves, Ed.) 1, p. 1. Obtido em 22 de 03 de 2024 Matusse, M., & Veiga, M. (2007). Q11. Química 11a. Classe (1a ed.). (L. -M. Texto Editores, Ed.) Maputo: Texto Editores, Lda. - Moçambique. Obtido em 17 de 03 de 2024 Rodrigues dos Santos, L., & Almeida de Menezes, J. (18.-10 de jan.-abril de 2020). A experimentação no ensino de Química: principais abordagens, problemas e desafios. (Santos, Ed.) 12, pp. p. 180-207. Obtido em 17 de 03 de 2024
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