Plano de aula

Prévia do material em texto

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQMC 
Plano de Aula 
 
 
Nome: Raquel Anastácio Amaral e William Henrique Slominski 
Série destinada: 2ª série do E.M Duração da aula (h/a): 
 
1) Tema da aula: 
Eletroquímica 
 
2) Conteúdos curriculares abordados (conceituais, procedimentais e atitudinais): 
Conceituais: Ligações químicas; reações químicas; reações de redução e oxirredução; 
estados de oxidação; cálculo de potencial. 
Procedimentais: Observação de fenômeno; observação de transformações; 
classificação do fenômeno observado; reconhecimento de problemas; montagens 
experimentais; formulação de hipóteses; análises de dados, elaboração de argumentos 
e aplicação de uma discussão em sala. 
Atitudinais: Reconhecimento de situações cotidianas envolvendo oxirredução e 
eletroquímica, desenvolvimento de senso crítico sobre acontecimentos e fenômenos 
químicos. Intervenção em problemas do cotidiano, propondo possíveis soluções, 
adaptações e otimizações. 
 
3) Objetivos da aula: 
Desenvolver um senso crítico sobre fenômenos naturais em que acontece reações 
química onde há a transferência de elétrons e compreender, analisar e criar 
argumentos sobre possíveis reações que envolve o conceito da eletroquímica. 
 
4) Competências e habilidades (BNCC) 
Competências: 
1. Analisar fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas interações e relações 
entre matéria e energia, para propor ações individuais e coletivas que aperfeiçoem processos 
produtivos, minimizem impactos socioambientais e melhorem as condições de vida em âmbito 
local, regional e global. 
 2. Analisar e utilizar interpretações sobre a dinâmica da Vida para elaborar argumentos, 
realizar previsões . 
3. Investigar situações-problema e avaliar aplicações do conhecimento científico e tecnológico 
e suas implicações no mundo, utilizando procedimentos e linguagens próprios das Ciências da 
Natureza, para propor soluções que considerem demandas locais, regionais e/ou globais, e 
comunicar suas descobertas e conclusões a públicos variados, em diversos contextos e por 
meio de diferentes mídias e tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC). 
Habilidade: 
1. Avaliar os benefícios e os riscos à saúde e ao ambiente, considerando a composição, a 
reatividade de diferentes materiais e produtos, como também o nível de exposição a eles, 
posicionando-se criticamente e propondo soluções individuais e/ou coletivas para seus usos e 
descartes responsáveis. 
2. Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, 
motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e 
dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de 
energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor 
ações que visem a sustentabilidade. 
 
5) Etapas da aula: 
a. Lembrete sobre ligações químicas, reações químicas e espécies químicas, 
especialmente os sais por meio de exemplos mostrados nos slides, 
juntamente com explicações teóricas. 
b. Inserir pergunta problematizadora que será retomada em um último 
momento: “Como funciona uma pilha?” 
c. Apresentação dos conceitos sobre eletroquímica e relação com o cotidiano 
do aluno através de discussão em sala com base nas explicações expostas na 
aula, a partir de conceitos de estados de oxidação, reações de oxirredução e 
suas implicações. 
d. Experimentação através da oxidação da maça. 
e. Retomada da pergunta problematizadora “Como funciona uma pilha”, com 
aprofundamento específico nessa questão utilizando os recursos teóricos 
abordados em aula. 
 
6) Estratégias de ensino: 
Inserir conceitos novos por meio da retomada de conceitos anteriormente aprendidos; 
Explanar os métodos quantitativos por meio de exemplos de resolução de cálculo de 
nox; 
Demonstrar os passos detalhados para se desenvolver uma semirreação de oxidação e 
redução; 
Instigar a curiosidade nos alunos através da experimentação, que serviria para gerar 
questionamentos teóricos relacionados às abordagens conceituais apresentadas na 
aula. Através de tais questionamentos, inserir problematização relacionada a temas 
cotidianos e conhecidos dos alunos, como por exemplo, questionar e problematizar o 
senso comum, visto que, com a experimentação, os próprios alunos seriam induzidos a 
tais dúvidas. 
 
7) Recursos didático-metodológicos: 
Quadro, Datashow e aparatos para a experimentação. 
 
8) Avaliação: 
Aptidão para desenvolver hipóteses baseando-se no conhecimento prévio analisados 
através das hipóteses levantadas oralmente e/ou escritas pelos alunos, e a partir disso, 
conseguir relacionar com novas hipóteses levantadas pelo conhecimento desenvolvido 
em aula, juntamente com a capacidade de analisar os resultados experimentais sobre 
os fenômenos observados e assim correlacionar com os processos eletroquímicos e, 
assim, conseguir construir uma resposta para a pergunta problematizadora. 
 
9) Referências Bibliográficas: 
REIS, Martha. Química: Manual do professor. São Paulo: Editora ática, 2013. 
 
 
Anexos: 
A eletroquímica é o ramo da química que estuda a aplicação do fenômeno de 
transferência de elétrons com objetivo de converter energia química em energia elétrica 
e vice-versa. Para observar e compreender melhor os processos de transferência de 
elétrons uma ferramenta de muita importância é saber os estados de oxidação (NOX) de 
cada elemento químico, o estado de oxidação é referente ao número de elétrons perdidos 
ou recebidos quando: 
 Um átomo realiza uma ligação iônica 
 Quando há uma quebra da ligação covalente, realizada pelo átomo, ficando 
os elétrons com o átomo mais eletronegativo (propriedade periódica) 
 Quando há transferência de elétrons 
 
Quando um elemento químico possui uma representação sobrescrito, isto é, referente ao 
estado de oxidação do elemento, por exemplo: 
 
Cl- ou Na+ 
 
Quer dizer que o Cloro possui um elétron a mais (lembrando que o elétron representa um 
sinal negativo), já no sódio ele possui um elétron a menos, outra maneira de conhecer o 
estado de oxidação de cada elemento é através da estrutura de Lewis e conhecendo a 
eletronegatividade de cada elemento através da tabela periódica. 
 
 
 
 
 
 
Nitrogênio possui 5 elétrons na sua camada de valência, e de acordo com a tabela 
periódica o nitrogênio é mais eletronegativo que o hidrogênio portanto ele “pega” os 
elétrons dos hidrogênios para ele, a partir d equação abaixo podemos determinar qual é o 
seu estado de oxidação bem com o estado de oxidação do hidrogênio: 
 
𝐸𝑜 = 𝐸𝑣 − 𝐸𝑝 
 
Legenda: 
Eo= Estado de oxidação 
Ev= Elétrons de valência 
Ep= Elétrons que ele possui 
 
Assim podemos determinar qual o estado de oxidação do nitrogênio, o nitrogênio possui 
5 elétrons de valência e como ele é mais eletronegativo que o hidrogênio ele “pega” um 
elétron de cada hidrogênio possuindo agora 8 elétrons (elétrons de valência mais um 
elétron de cada hidrogênio 5+3=8). 
 
𝐸𝑜 = 5 − 8 = −3 
 
Então o nitrogênio nessa molécula possui o estado de oxidação -3 (ele possui 3 elétrons 
a mais). Podemos fazer o mesmo para o hidrogênio, sabemos que os três hidrogênios 
estão ligados ao mesmo átomo, assim os três hidrogênios terão o mesmo comportamento, 
como o nitrogênio é mais eletronegativo que o hidrogênio o hidrogênio “perde” elétrons 
para o nitrogênio, como o hidrogênio possui um elétron na sua camada de valência 
podendo agora determinar qual é o estado de oxidação para o hidrogênio nessa molécula: 
 
𝐸𝑜 = 1 − 0 = +1 
 
Assim o hidrogênio possui um estado de oxidação de +1 (possui um elétron a menos), 
podemosrepresentar o estado de oxidação do nitrogênio e o hidrogênio nessa molécula 
da seguinte maneira: 
 
N-3 e H+1 
 
 O estado de oxidação de cada elemento pode mudar de acordo com quem ele faz 
a ligação e a molécula em que ele se encontra, uma das maneira que mencionamos 
anteriormente o estado de oxidação é referente ao ganho ou perda de elétrons, e que uma 
das maneiras possíveis desse fenômeno acontecer é através da transferência de elétrons, 
essa transferência de elétrons é estuda na eletroquímica, a transferência de elétrons 
acontecem de duas maneira, através do ganho ou perda de elétrons que é denominada de: 
 
 Oxidação: O átomo ou íon que doa elétrons, portanto se há a doação de elétrons, 
o átomo ou íon que doa ele perde elétrons. 
 Redução: O átomo ou íon que recebe elétrons, portanto ele recebe elétrons, o 
átomo ou íon que recebe ele ganha elétrons. 
 
 Assim podemos denominar o processo de transferência de elétrons de acordo com 
ganho de elétrons (oxidação) e a perda de elétrons (redução), cada processo de 
transferência pode ser representado por um semi-reação, isto é, uma equação química 
onde a transferência de elétrons está em evidência. 
 
Fe → Fe2+ + 2e- 
Ni → Ni2+ + 2e- 
2Cl- → Cl2 + 2e- 
Co2+ + 2e-→ Co 
 
Esses são exemplos de semi-reações em que ocorre a oxidação, pois cada átomo 
perde um elétron, ou seja, quando o elétron é doado é escrita nos produtos, quando 
ocorre a redução, o ganho de elétrons é escrito nos reagentes, podendo visualizar 
melhor quando representados nas semi-reações abaixo: 
 
Fe2+ + 2e- → Fe 
Ni2+ + 2e- → Ni 
Cl2 + 2e- → 2Cl- 
Co → Co2+ + 2e- 
 
Cada semi-reação possui um potencial de redução, mas o que seria um potencial 
de redução? Podemos pensar no potencial de redução como se fosse a 
representação numérica da transferência de elétrons. A tabela abaixo relaciona cada 
semi-reação com o seu potencial de redução. 
Uma informação muito importante e quem confunde muita gente é que o 
potencial de redução das semi-reações é referente a redução, mas você pode 
inverter as semi-reações para expressar uma semi-reação de redução ou oxidação, 
porem você jamais inverte o sinal do potencial de redução, por exemplo: 
 
Fe → Fe2+ + 2e- E°= + 0,44 
Fe2+ + 2e- → Fe E°= +0,44 
 
 
 
 
 
assim podemos calcular qual seria a variação do potencial de redução, através 
da equação abaixo: 
∆𝐸° = 𝐸°(𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎çã𝑜) − 𝐸°(𝑟𝑒𝑑𝑢çã𝑜) 
 
A combinação das semi-reações de oxidação e redução resultam na equação 
global, que nada mais é do que uma representação de uma reação química, um 
exemplo de uma combinação de semi-reações que pode ser demonstrado é entre o 
ferro e o cobalto: 
 
Fe → Fe2+ + 2e- E°= + 0,44 
Co2+ + 2e-→ C0 E°= + 0,28 
 
Fe + Co2+ → Fe2+ + Co 
 
∆𝐸° = +0,44 − (+0,28) = + 0,26 
 
 
Mas afinal por que calcular a diferença de potência? O cálculo da diferença de potencial 
nos da uma informação valiosa, isto é, elas nos dizem se uma reação é espontânea ou 
não(se o resultado for positivo a reação é espontânea caso seja negativo a reação não é 
espontânea), mas o que é uma reação espontânea? Uma reação espontânea é uma reação 
que acontece naturalmente sem nenhum tipo de intervenção. Agora que sabemos o que 
a eletroquímica estuda e como se dá uma reação envolvendo a transferência de elétrons, 
será que isso está presente no nosso dia a dia? Alguém saberia nos dizer um processo que 
ocorra a transferência de elétrons que esteja presente no seu cotidiano?