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CENTRO UNIVERSITÁRIO FAVENI O CURRÍCULO DA QUÍMICA GUARULHOS – SP SUMÁRIO 1 O QUE É QUÍMICA ............................................................................................... 3 1.1 A Família das Ciências ......................................................................................... 5 1.2 A história da Química ............................................................................................ 7 1.2.1 Química Clássica ............................................................................................ 8 1.2.2 Alquimia ......................................................................................................... 11 1.2.2.2 Da alquimia à química ................................................................................. 14 1.3 Química Tradicional – Da metade do século XVII ao meio do século XIX .......... 15 1.4 Química Moderna – Da metade do século XIX até hoje ..................................... 15 1.5 Química Inorgânica ............................................................................................. 16 1.6 Química Orgânica ............................................................................................... 18 1.7 Físico Química .................................................................................................... 20 1.8 Química Analítica ................................................................................................ 21 1.9 Química Quântica ............................................................................................... 25 2 ENSINO DE QUÍMICA E O PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM ............... 26 2.1 Repensando o Ensino de Química ..................................................................... 30 3 A PRÁTICA EM SALA DE AULA ........................................................................ 33 3.1 A Experimentação no Ensino de Química e Ciências ......................................... 36 3.2 O Professor e os Problemas com a Experimentação ......................................... 38 3.3 A Experimentação no Ensino-Aprendizagem de Química e Ciências ................. 42 3.1 O papel da experimentação no ensino de Química e Ciências ........................... 45 3.2 Diferentes abordagens no uso da experimentação ............................................. 48 3.2.1 Experimentação como atividade demonstrativa ........................................ 48 3.2.2 Experimentação como atividade de verificação ........................................ 50 3.2.3 Experimentação como atividade investigativa .......................................... 51 4 REFORMAS CURRICULARES NO ENSINO DA QUÍMICA ............................... 57 4.1 O currículo no Ensino Médio ............................................................................... 58 4.2 Norteadores do Currículo de Química ................................................................ 59 5 A Tecnologia no Ensino da Ciência Química ...................................................... 68 5.1 O Jogo Digital como Metodologia Inovadora para o Ensino de Química ............ 72 6 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 78 3 1 O QUE É QUÍMICA A química é a resposta a uma curiosidade fundamental: de que é que são feitas as coisas? A química é a ciência das substâncias - das suas propriedades e do que acontece quando se misturam urnas com as outras. Às vezes, essa mistura pouco traz de novo: juntando água à areia das praias (ela própria uma mescla de substâncias), apenas se obtém areia molhada. É um exemplo de como o todo é igual à soma das partes. Evaporando a água, fica novamente a areia seca. Mas se se adicionar água ao gesso em pó ou ao pó de cimento, eles endurecem. Outras vezes, a mistura pode ser explosiva. É o que sucede quando o hidrogênio se junta ao ar na presença dum fósforo aceso. O hidrogênio reage com o oxigênio do ar para formar água, libertando energia que se reconhece pela explosão. A chama é sinal duma química muito ativa. As substâncias combinam-se ou decompõem-se para formar outras substâncias. Muitas vezes, para provocar mudanças, tem de se agir sobre as substâncias fornecer-lhes energia sob a forma de calor, pressão, luz (radiação), etc. Fonte: domtotal.com Sabe-se que a essência das substâncias - a quantidade mais pequena que ainda retém (quase todas) as propriedades da substância - é a molécula. Em geral (química antiga), uma substância elementar (ou elemento) é aquela que não pode ser decomposta para formar outras. É o que acontece, por exemplo, com o hidrogênio, H. Neste raciocínio excluem-se espécies químicas que resultam da fragmentação de https://domtotal.com/ 4 moléculas: átomos isolados, iões, radicais, etc. Uma molécula de hidrogénio, H2, pode ser cindida de várias maneiras e dar iões (com carga eléctrica) como o H+ ou H", mas continua a dizer-se que o hidrogênio é uma substância elementar. Mas há casos em que os átomos duma só espécie se podem ligar de várias maneiras, para formar moléculas diferentes. Dois átomos de oxigênio formam urna molécula de dioxigênio ou oxigênio 'normal', 02; mas três átomos de oxigênio também se podem combinar para formar uma estrutura triangular - o trioxigênio, mais vulgarmente conhecido por ozono, 03' Diz-se que são ambas formas (alotrópicas) do mesmo elemento (embora seja possível decompor o ozono para obter o dioxigênio). O que caracteriza as substâncias elementares (ou elementos) é o fato de as respectivas moléculas só conterem uma espécie de átomos. Na química moderna, o conceito de elemento está associado à espécie de átomo. Fonte: sites.google.com A qualidade mais importante das moléculas é a respectiva arquitetura, isto é, a distribuição dos átomos (que constituem a molécula) no espaço, e a maneira como eles estão ligados uns aos outros. A interfacção entre os átomos explica a formação das moléculas. Por exemplo, um átomo de oxigênio combina-se com dois átomos de hidrogênio para fabricar uma molécula de água simétrica, H, O, com os ramos O-H fazendo entre si um ângulo de 105°. Mas o conhecimento da estrutura molecular não chega para estudar a química das substâncias. As moléculas não estão, em geral, https://sites.google.com/ 5 isoladas e interagem energeticamente umas com as outras. A interação entre moléculas (o fato de se atraírem ou repelirem, de gostarem de estar mais perto ou mais longe umas das outras) explica os estados de agregação (gasoso, líquido, sólido) e a sua reatividade. Colocar duas moléculas a uma certa distância uma da outra não é o mesmo que considerar uma molécula isolada mais outra molécula isolada; o resultado são duas moléculas ligeiramente diferentes das isoladas (com propriedades ligeiramente diferentes) mais a interação entre elas. (Tal como o quadrado de a=b não é a+b', mas sim a'+b'+2ab.). Estas interações são contabilizadas energeticamente. Quando duas (ou mais) moléculas se aproximam, as suas energias variam por causa das deformações e alterações estruturais induzidas pela vizinhança da(s) outra(s) molécula(s). Estas interações têm um carácter fundamentalmente eléctrico. No caso- limite, há reação química, isto é, quebram-se ligações e formam-se outras. Tal como nas relações humanas, a reatividade entre moléculas é medida em termos de afinidades. Iohann Wolfgang von Goethe escreveu um romance chamado As Afinidades Eletivas (1809), no qual analisou o fazer e desfazer de relações num grupo de amigos. Situações semelhantes podem ocorrer quando duas ou mais moléculas se encontram: desfazem-se ligações entre átomos e formam-se outras, isto é, algumas moléculas destroem-se para construir outras. Chama-se a isto reaçãoquímica. Por isso, afinidade é hoje uma palavra com um significado químico preciso. 1.1 A Família das Ciências Sabendo a estrutura das moléculas e o modo como elas interatuam é possível determinar, com recurso à física e à matemática, as propriedades das substâncias e a sua reatividade. É este o objetivo da química. Pelo que fica dito, parece que sem física e matemática não haveria química. A química surge, pois, após o nascimento daquelas duas ciências. A verdade é que as ciências não são ilhas, isto é, não se desenvolvem isoladamente umas das outras. As ciências são inseparáveis. Até há quem pense que são inseparáveis dos homens e das mulheres que as criam - os cientistas. A matemática é a linguagem (a música) das ciências. É o instrumento que lhes dá voz e as faz cantar. Sem matemática não há ciência, há pré-ciência (como a pré- história, antes da escrita). O químico pega numa ou mais moléculas - no laboratório 6 ou no computador - arranja um modelo, aplica a física, resolve as equações e tem o resultado. Claro que os fenômenos químicos existem desde que se formaram as primeiras moléculas, mas ciência implica a compreensão quantitativa desses fenómenos; não chega apenas a sua descrição qualitativa. Há, pois, uma hierarquia científica que está ligada à complexidade dos problemas. É preciso notar, porém, que simplicidade não é sinónimo de facilidade (embora a complexidade implique quase sempre dificuldade). Há problemas conceptualmente muito simples (fáceis de entender) que são muito difíceis de resolver. Um exemplo foi o da célebre conjectura de Fermat, formulada no século XVII e só demonstrada (e, portanto, tornada teorema) em 1995, pelo matemático inglês Andrew Wiles. A formulação é acessível a qualquer pessoa que saiba o que é uma potência: considerando n um número inteiro, a equação x"+y"=z" não tem soluções inteiras (isto é, com x, y e z números inteiros) se n for maior que 2 (a menos que x, y e z sejam todos nulos - a chamada solução trivial, sem interesse). Para n=z, a equação tem uma infinidade de soluções; basta pensar no teorema de Pitágoras que diz que, num triângulo retângulo, o quadrado da hipotenusa (z) é igual à soma dos quadrados dos catetos (x e y). A conjectura de Pierre de Fermat ou Último Teorema de Fermat (como também é conhecida) veio na sequência do interesse do matemático francês pela Aritmética de Diofanto de Alexandria, cuja tradução latina (1621) era um dos seus livros de secretária e cabeceira. Foi neste exemplar que Fermat anotou (ca. 1637), à margem, que tinha descoberto uma demonstração verdadeiramente notável para esse teorema, mas que o espaço das margens do livro era demasiado estreito para a conter Fermat não podia ter demonstrado semelhante teorema (por a matemática não estar então suficientemente desenvolvida), mas revelou, com aquela observação, uma intuição genial. Tudo se teria perdido se o filho mais velho, Clément Samuel, não tivesse publicado (1670), cinco anos após a morte de Fermat, uma edição da Aritmética de Diofanto, anotada com os comentários do pai. O Último Teorema de Fermat distingue-se também pelo fato de ser o teorema com o maior número de provas falsas publicadas. Só entre 1908 e 1912 houve mais de mil. Em dada altura, badalava-se um prémio (Wolfskehl) de DM 100 000 (cem mil marcos alemães ou cerca de 50 000 euros) para quem conseguisse provar o teorema. Não era fácil. A demonstração rigorosa necessitou de dois artigos de Wiles num total de 130 páginas, publicados na revista Annals of Mathematics em 1995. 7 Foi um dos grandes acontecimentos científicos do século passado, a provar que a teoria dos números, longe de estar completa (morta), se mantém como um dos ramos mais excitantes e férteis da matemática1. 1.2 A história da Química De muitas maneiras, a história da civilização é a história da química – o estudo da matéria e suas propriedades. Os seres humanos sempre procuraram identificar, usar e alterar os materiais em nosso ambiente, os ceramistas primeiros encontrados esmaltes bonitos para decorar e preservar os seus produtos. No século XIII, Jabir ibn Hayyan, um astrônomo muçulmano, filósofo e cientista, se tornou um dos primeiros a usar métodos científicos para estudar materiais. Fonte: edgardigital.ufba.br Também conhecido pelo seu nome latinizado, Geber, ele é conhecido como o “pai da química. ” Ele é considerado o autor de 22 pergaminhos métodos de destilação, cristalização, sublimação e evaporação descrevendo. Ele inventou o alambique, um dispositivo usado para destilar e estudar ácidos. Ele também desenvolveu um sistema de classificação química usando as propriedades dos materiais que estudou. 1 Extraído e adaptado do site: https://www.instituto- camoes.pt/images/stories/tecnicas_comunicacao_em_portugues/Quimica/Quimica%20- %20O%20que%20e%20a%20Quimica.pdf http://www.edgardigital.ufba.br/ https://www.instituto-camoes.pt/images/stories/tecnicas_comunicacao_em_portugues/Quimica/Quimica%20-%20O%20que%20e%20a%20Quimica.pdf https://www.instituto-camoes.pt/images/stories/tecnicas_comunicacao_em_portugues/Quimica/Quimica%20-%20O%20que%20e%20a%20Quimica.pdf https://www.instituto-camoes.pt/images/stories/tecnicas_comunicacao_em_portugues/Quimica/Quimica%20-%20O%20que%20e%20a%20Quimica.pdf Elder Realce Elder Realce 8 Suas categorias foram: “Espíritos” – materiais que vaporizam quando aquecidos. “Metals” – incluindo ferro, estanho, cobre e chumbo. Substâncias não maleável – materiais que poderiam ser feitas em pó, tal como a pedra. Hoje podemos chamar de materiais semelhantes “produtos químicos voláteis, metais e não-metais. ” 1.2.1 Química Clássica Na Europa, o estudo da química foi conduzido por alquimistas com os objetivos de transformação de metais comuns em ouro ou prata, e inventar um elixir químico que iria prolongar a vida. Embora estes objetivos não foram alcançados, houve algumas descobertas importantes feitas na tentativa. Robert Boyle (1627-1691) estudou o comportamento dos gases e descobriu a relação inversa entre volume e pressão de um gás. Ele também afirmou que “toda a realidade e mudança pode ser descrita em termos de partículas elementares e seu movimento, ” uma compreensão inicial da teoria atômica. Em 1661, ele escreveu o primeiro livro de química, “O Chymist céptico”, que mudou-se o estudo de substâncias longe de associações místicas com alquimia e para a investigação científica. Por volta de 1700, a Era do Iluminismo tinha criado raízes em toda a Europa. Joseph Priestley (1733-1804) refutaram a ideia de que o ar era um elemento indivisível. Ele mostrou que era, em vez disso, uma combinação de gases, quando ele isoladas oxigênio e passou a descobrir outros sete gases discretos. Jacques Charles continuou o trabalho de Boyle e é conhecido por dizer a relação direta entre a temperatura e a pressão de gases. Em 1794, Joseph Proust estudou compostos químicos puros e declarou a Lei de Proust – um composto químico sempre terá a sua própria relação característica dos componentes elementares. A água, por exemplo, sempre tem uma relação de dois para um de hidrogênio para o oxigênio. Elder Realce Elder Realce Elder Realce 9 Antoine Lavoisier (1743-1794) foi um químico francês que fez importantes contribuições para a ciência. Enquanto trabalhava como cobrador de impostos, Lavoisier ajudou a desenvolver o sistema métrico, a fim de garantir a pesos e medidas uniformes. Ele foi admitido na Academia Francesa de Ciências, em 1768. Dois anos mais tarde, aos 28 anos, casou-se com a 13-year-old filha de um colega. Marie-Anne Lavoisier é conhecido por ter ajudado o marido em seus estudos científicos, traduzindo jornais ingleses e fazendo numerosos desenhos para ilustrar suas experiências. A insistência de Lavoisier na mediçãometiculosa levou à sua descoberta da Lei da Conservação da Massa. Em 1787, Lavoisier publicou “Métodos de Química e Nomenclatura”, que incluíam as regras para a nomeação de compostos químicos que ainda estão em uso hoje. Seu “Tratado elementar de química” (1789) foi o primeiro livro de química moderna. É claramente definida de um elemento químico, tal como uma substância que não pode ser reduzida em peso por uma reação química e listados oxigênio, ferro, carbono, enxofre e outros cerca de 30 elementos, em seguida, conhecida a existir. O livro tinha alguns erros embora listado luz e calor como elementos. Amedeo Avogadro (1776-1856) era um advogado italiano que começou a estudar ciências e matemática em 1800. Expandindo o trabalho de Boyle e Charles, esclareceu a diferença entre átomos e moléculas. Ele passou a afirmar que os volumes iguais de gás à mesma temperatura e pressão têm o mesmo número de moléculas. O número de moléculas em uma amostra de 1 grama de peso molecular (1 mole) de uma substância pura é chamado constante de Avogadro em sua honra. Foi experimentalmente determinado como sendo 6,023 x 1023 moléculas e é um importante fator de conversão utilizado para determinar a massa dos reagentes e produtos em reações químicas. Em 1803, um meteorologista inglês começou a especular sobre o fenômeno do vapor de água. John Dalton (1766-1844) estava ciente de que o vapor de água fazia parte da atmosfera, mas as experiências mostraram que o vapor de água não se formava em certos outros gases. Ele especulou que isso tinha algo a ver com o número de partículas presentes nos gases. Talvez não havia espaço nos gases de partículas de vapor de água para penetrar. Elder Realce Elder Realce 10 Havia tanto mais partículas nos gases “pesados” ou essas partículas eram maiores. Usando seus próprios dados e a Lei de Proust, ele determinou as massas relativas das partículas para seis dos elementos conhecidos: hidrogênio (o mais leve e atribuída uma massa de 1), oxigênio, nitrogênio, carbono, enxofre e fósforo. Dalton explicou seus achados, afirmando os princípios da primeira teoria atômica da matéria. Os elementos são compostos de partículas extremamente pequenas chamadas átomos. Átomos do mesmo elemento são idênticos em tamanho, massa e outras propriedades. Átomos de diferentes elementos têm propriedades diferentes. Átomos não pode ser criado, subdividido ou destruída. Átomos de diferentes elementos se combinam em proporções número inteiro simples para formar compostos químicos. Em reações químicas átomos são combinadas, separadas ou rearranjado para formar novos compostos. Dmitri Mendeleev (1834-1907) foi um químico russo conhecido por desenvolver a primeira Tabela Periódica dos Elementos. Ele listou os 63 elementos conhecidos e suas propriedades em cartões. Quando ele ordenou os elementos em ordem crescente de massa atômica, ele poderia agrupar elementos com propriedades semelhantes. Com poucas exceções, cada sétimo elemento tinha propriedades semelhantes (O grupo químico oitavo – a Gases Nobres – ainda não tinha sido descoberto). Mendeleev percebeu que, se ele deixou espaços para os lugares onde nenhum elemento conhecido encaixa no padrão que foi ainda mais exato. Usando os espaços em branco em sua mesa, ele foi capaz de prever as propriedades dos elementos que tinha ainda a ser descoberto. Tabela original de Mendeleiev foi atualizado para incluir os 92 elementos que ocorrem naturalmente e 26 elementos sintetizados2. 2 Extraído e adaptado do site: portalsaofrancisco.com.br/quimica/historia-da-quimica Elder Realce Elder Realce Elder Realce Elder Realce 11 1.2.2 Alquimia A alquimia é uma prática de caráter místico que floresceu durante a Idade Média reunindo ciência, arte e magia. Um de seus principais objetivos foi obter o elixir da vida, a fim de garantir a imortalidade e cura das doenças do corpo. Outra importante busca foi a criação da pedra filosofal, com o poder de transformar metais comuns em ouro. Praticada por diversos povos antigos (árabes, gregos, egípcios, persas, babilônios, mesopotâmicos, chineses, etc.), a alquimia está associada à conhecimentos da Medicina, Metalurgia, Astrologia, Física e Química. Muitas das civilizações que a praticavam, criaram códigos e símbolos secretos alquímicos. Os alquimistas contribuíram para o desenvolvimento de diversas técnicas, embora não explicassem como os fenômenos ocorriam. Até hoje ela possui um papel importante, sendo considerada fundamental para o desenvolvimento das ciências, sobretudo da Química. Fonte: todamateria.com.br A origem da Alquimia é incerta, embora alguns estudiosos acreditam que já era praticada em Alexandria, no Egito Antigo, por volta do século III a.C. e permaneceu como a principal ciência da Idade Média (séculos V ao XV). No entanto, a Alquimia chinesa pode ser uma das mais antigas, com vestígios dessa prática em 4500 a.C. http://www.todamateria.com.br/ Elder Realce 12 Na Idade Média, os estudos alquímicos avançaram por meio da observação da natureza, experimentos, procedimentos químicos, utilização de materiais, instrumentos e aparelhos. Esses fatores foram fundamentais para o desenvolvimento das ciências naturais modernas. Os egípcios desenvolveram técnicas de manipulação de metais e embalsamento de corpos. Mais tarde, foi associada aos conhecimentos greco- romanos e árabes, até chegar na Europa. Sendo assim, a Alquimia foi precursora da Química e da Medicina. No Egito, os principais alquimistas foram Hermes Trismegisto; na China destacou-se Fu Xi; e na Arábia Al Ghazali. Entre os alquimistas europeus mais destacados estão: Alberto Magno, Tritemo, Khunrath, Eliphas Levi. Ao contrário do que é divulgado, a Alquimia era praticada por vários membros da Igreja Católica. Inclusive, o papa João XXII havia estudado Alquimia antes de sua ordenação sacerdotal e, em 1317, lançou um decreto papal condenando os falsos alquimistas, aqueles que enganavam a população prometendo riqueza fácil. Por isso, a fim de se resguardar, a linguagem dos alquimistas se tornou cada vez mais indecifrável. Para garantir que as informações fossem bem utilizadas, criaram-se símbolos e termos que estariam acessíveis somente aos iniciados. Dessa maneira, a prática da Alquimia torna-se cada vez mais secreta. Com a implantação do Tribunal do Santo Ofício (mais conhecido como Inquisição) em certas regiões da Alemanha, Suíça, França e Espanha, a Alquimia passa a ser confundida com práticas consideradas obscuras pela Igreja Católica. Assim, observamos a perseguição e a condenação a vários sábios que apenas estavam investigando elementos químicos. Nessa altura, os alquimistas foram excomungados, presos e queimados na fogueira. Alquimia e a Pedra Filosofal A Alquimia ocidental permaneceu sempre obcecada em criar um metal nobre a partir de metais comuns. A Pedra Filosofal (chamada de “Grande Obra” ou “Medicina Universal”) foi o principal objetivo dos alquimistas, principalmente no período da Idade Média. https://www.todamateria.com.br/inquisicao/ https://www.todamateria.com.br/elementos-quimicos/ 13 Fonte: portalcaneca.com.br Eles previam, a partir de experimentos com os quatro elementos da natureza (terra, ar, água e fogo) e diversos metais, a descoberta de uma substância mística capaz de transformar qualquer elemento em ouro. Para os alquimistas, todos os metais evoluíam até atingirem o estado de perfeição: o ouro. De tal modo, se considerarmos a Pedra Filosofal um conceito metafórico, ela estaria associada à busca espiritual de lapidação da alma humana. A Alquimia chinesa concentrou seus esforços na cura e na salvação, desenvolvendo esses dois aspectos na busca pela imortalidade. Baseado em princípios doutrinários, como o Taoísmo,a ideia foi criar um elixir da imortalidade para alcançar a vida eterna e curar todos os males. No ocidente, o desenvolvimento de um elixir também começou a ser buscado, aparentemente de forma independente, mas com o mesmo objetivo. Os alquimistas são os cientistas que utilizaram os procedimentos de alquimia. São considerados grandes sábios, dos quais foram destaques na história: Maria, a Judia (séc. II a.C): alquimista e filósofa grega Nicolas Flamel (1340-1418): alquimista e escrivão francês Caterina Sforza (1463-1509): alquimista italiana Paracelso (1493-1541): alquimista, médico e astrólogo suíço alemão Marie Meurdrac (1610-1680): alquimista e química francesa Conde de St. Germain (1712-1784): alquimista, ourives e músico romeno http://portalcaneca.com.br/ Elder Realce Elder Realce Elder Realce 14 Alessandro Cagliostro (1743-1795): alquimista e maçom italiano Fulcanelli (1839-1953): alquimista francês Eugène Léon Canseliet (1899-1982): alquimista francês 1.2.2.2 Da alquimia à química A necessidade de entender a relação entre o ser humano, a natureza e os fenômenos fez com que a Alquimia se tornasse uma prática importante no desenvolvimento do conhecimento e técnicas que seriam posteriormente utilizados na Química moderna. Para alguns, na língua árabe, o termo “Alquimia” (Al-Khemy) significa “química”. Os alquimistas, com o intuito de encontrar a pedra filosofal e o elixir da vida, tiveram papel fundamental na criação de inúmeros aparelhos de laboratório, que foram gradualmente aperfeiçoados. Fonte: todamateria.com.br Nessa busca, foram desenvolvidos processos de produção de metais, sabões, e inúmeras substâncias químicas, como o ácido nítrico, ácido sulfúrico e hidróxido de potássio. Os alquimistas deixaram suas marcas com os experimentos realizados e as muitas descobertas abriram caminho para Química. http://www.todamateria.com.br/ https://www.todamateria.com.br/o-que-e-quimica/ 15 Entretanto, as ideias que sustentavam a Alquimia foram abandonadas por volta do século XVIII, época em que se considera o início da Química moderna3. 1.3 Química Tradicional – Da metade do século XVII ao meio do século XIX A esta altura, os cientistas estavam usando “métodos modernos” de descobertas testando teorias com experimentos. Uma das grandes controvérsias durante este período foi o mistério da combustão. Dois químicos: Johann Joachim Becher e Georg Ernst Stahl propuseram a teoria do flogisto. Esta teoria dizia que uma “essência” (como dureza ou a cor amarela) deveria escapar durante o processo da combustão. Ninguém conseguiu provar a teoria do flogisto. O primeiro químico que provou que o oxigênio é essencial à combustão foi Joseph Priestly. Ambos o oxigênio e o hidrogênio foram descobertos durante este período. Foi o químico francês Antoine Laurent Lavoisier quem formulou a teoria atualmente aceita sobre a combustão. Esta era marcou um período aonde os cientistas usaram o “método moderno” de testar teorias com experimentos. Isso originou uma nova era, conhecida como Química Moderna, à qual muitos se referem como Química atômica. 1.4 Química Moderna – Da metade do século XIX até hoje Esta foi a era na qual a Química floresceu. As teses de Lavoisier deram aos químicos a primeira compreensão sólida sobre a natureza das reações químicas. O trabalho de Lavoisier levou um professor inglês chamado John Dalton a formular a teoria atônica. Pela mesma época, um químico italiano chamado Amedeo Avogadro formulou sua própria teoria (A Lei de Avogadro), concernente a moléculas e suas relações com temperatura e pressão. Pela metade do século XIX, haviam aproximadamente 60 elementos conhecidos. John A. R. Newlands, Stanislao Cannizzaro e A. E. B. de Chancourtois notaram pela primeira vez que todos estes elementos eram similares em estrutura. Seu trabalho levou Dmitri Mendeleev a publicar sua primeira tabela periódica. O trabalho de Mandeleev estabeleceu a fundação da química teórica. 3 Extraído e adaptado do site: https://www.todamateria.com.br/alquimia/ https://www.todamateria.com.br/alquimia/ Elder Realce Elder Realce 16 Em 1896, Henri Becquerel e os Curies descobriram o fenômeno chamado de radioatividade, o que estabeleceu as fundações para a química nuclear. Em 1919, Ernest Rutherford descobriu que os elementos podem ser transmutados. Fonte: owlcation.com O trabalho de Rutherford estipulou as bases para a interpretação da estrutura atômica. Pouco depois, outro químico, Niels Bohr, finalizou a teoria atômica. Estes e outros avanços criaram muitos ramos distintos na química, que incluem, mas não somente: bioquímica, química nuclear, engenharia química e química orgânica. 1.5 Química inorgânica A química inorgânica no século XIX. O pensamento de Lavoisier coloca-o conceitualmente na corrente do pensamento típico do século XIX, embora temporariamente pertença ao século XVIII. Não há rigidez na distinção. O mérito de Lavoisier foi de ter elucidado o fenômeno da combustão, sepultando a teoria do flogístico; ter colocado a química numa firme base experimental; ter reconhecido a natureza das substâncias elementares; ter formulado explicitamente a lei da conservação da massa; ter suportado estimulado o sistema de nomenclatura que, em https://owlcation.com/ 17 essência, é o que se utiliza atualmente na química inorgânica. Seu livro Traité élémentaire de chimie (1789; tratado elementar de química) teve importância comparável ao de Newton pela influência que exerceu sobre os químicos. Dispunha-se depois dele de arma teórica para o entendimento das reações químicas. Começa a época da formulação de leis gerais da combinação. J. B. Richter (1824-1898) e, com mais clareza J. L. Proust (1762-1807), formulam as leis das proporções constantes, que dá origem a formidanda controvérsia. Com C. L. Berthollet (1748-1822): Hoje sabe-se que há ambos sobravam razões. A lei da constância da composição, no entanto, teve aceitação universal. Abriu caminho para o trabalho de John Dalton (1786-1844), que deu uma formulação precisa e clara sobre o átomo (partícula indivisível de uma partícula simples); que admitiu a combinação dos átomos para formar compostos (Dalton achava que só dois átomos se reuniam, raramente três), que estabeleceu a base teórica da lei das proporções constantes; que organizou uma tábua de pesos relativos (equivalentes). Passou a química a navegar com bússola mais segura. É época dos trabalhos de J. J. Berzelius (1779-1848), que determina com técnica analítica vasta. Pesos atômicos e descobre elementos (selênio, silício, titânio) além de diversas espécies de minerais. Berzelius organiza uma notação química simples, embora tenha sido modificada para melhor posteriormente; os símbolos dos elementos são, no entanto os que até hoje se usam. As descobertas sucedem-se no terreno da química inorgânica. Obtêm-se puros o silício o zircônio, o titânio e o tório. O magnésio e o berílio são isolados. Obtêm-se o alumínio. Tudo por métodos puramente químicos. Com a utilização da espectroscopia torna-se possível identificar quantidades minutíssimas de substâncias em sistemas complexos. Assim, R. W. Bunsen (1811-1889) descobre o césio e o rubídio. Os padrões de medida aperfeiçoam e constroem-se extensas tábuas de pesos equivalentes a hipótese de A. Avogadro (1776-1856) – desprezada por quase cinquenta anos – ganha rápida aceitação, uma vez exposta por S. Cannizzaro (1826- 1910), em 1860. Desfazem-se as confusões sobre os pesos atômico e molecular, e os valores atribuídos a essas grandezas correspondem aos modernos. Mas uma vez o conhecimento vastíssimo das propriedades dos elementos permitia uma nova síntese – a da classificação periódica. A obra de Mendeleev (1834-1907) tem atrás de si toda a elaboração teóricae todo o trabalho experimental da química dos séculos anteriores. 18 É como o coroamento de uma etapa. A obra aparece em alemão, pela primeira vez, em 1869. Fonte: brasilescola.uol.com.br Faltas nos grupos de elementos foram deixadas por Mendeleev para serem preenchidas por elementos ainda não descobertos. Previu-lhe Mendeleev as propriedades e isso contribuiu para aceitação de sua classificação. De fato, logo após o aparecimento da obra, não lhe prestaram os químicos de grande aceitação. No entanto, a descoberta do Gálio (identificado como o eka- alumínio, previsto por Mendeleev), a do escândio (identificado como eka-boro), e a do gremânio (análogo ao eka-silício) foram convincentes demonstrações da genialidade da classificação. Atualmente, com o conhecimento mais ou menos detalhado da estrutura atômica, não é mais possível deixar de reconhecer a extraordinária intuição do sábio russo. Com a sistematização da classificação das substâncias elementares, ficavam de uma vez enterradas as ideias das essências alquímicas. As combinações inorgânicas apareciam como consequência de propriedades naturais dos elementos. Faltava, porém, explicar porquê ê estes combinavam e o que havia de comum entre as combinações química e o resto do comportamento da matéria. A síntese desse pensamento ocorreu no desenvolvimento da físico-química. 1.6 Química orgânica Não foi novidade no séc. XIX a investigação dos compostos orgânicos. Já a alquimia árabe os considerava em detalhe, especialmente na sua atuação medicinal. https://brasilescola.uol.com.br/ 19 Muitos processos orgânicos eram conhecidos e praticados há séculos (fermentações, por exemplo). Não havia, porém, clareza sobre o quê distinguia os compostos orgânicos dos inorgânicos. No início do séc. XIX ficou evidente os compostos orgânicos obedeciam à lei das combinações (Berzelius). Supunha-se, porém, que uma força vital os permeasse, distinguido dos orgânicos e impedindo a sua obtenção em laboratório. O primeiro grande golpe contra essa teoria foi a obtenção da uréia, a partir do cianato de amônio, por Friedrich Wöhler. Pouco depois P.E.M. Berthelot (1827-1907) anuncia a possibilidade de obtenção de qualquer substância orgânica a partir de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Foi o golpe mortal no vitalismo. O crescimento da química orgânica foi então rápido. Descobrem-se os radicais e estrutura-se toda uma teoria, em parte falsa, sobre eles. Reconhece-se o isomerismo. E as reações de substituição. Ficam evidentes os grupamentos funcionais. E, curiosamente, esquecem-se os orgânicos dos átomos, fixando-se nas unidades orgânicas, elas mesmas compostas. Fonte: focoeducacaoprofissional.com.br Em meados do séc. XIX F. A. Kekulé (1829-1896) mostra a tetravalência do carbono, contribuindo assim para a formulação da estrutura dos compostos orgânicos. A dos compostos alifáticos parece ficar completamente elucidada, quando se representam as ligações entre os átomos – repescados do olvido orgânico – por pequenos traços, como ainda se faz. A estrutura dos compostos aromáticos recebe, de Kekulé, a chave de interpretação do hexágono do benzeno. A idéia de uma estrutura espacial vem com J. Le Bel (1847-1930) e tem bonita confirmação experimental nos trabalhos de L. Pasteur (1822-1895) sobre os isômeros do ácido tartárico. https://www.focoeducacaoprofissional.com.br/ Elder Realce 20 O progresso da síntese orgânica é rapidíssimo. Obtêm-se, por via sintética, corantes de importância industrial: a química orgânica transforma-se em grande indústria química. Apesar disso, a concepção da estrutura molecular ainda é qualitativa. As moléculas existiam sem que se tentasse representar razões mias gerais que garantissem e explicassem a sua estabilidade. O que só se consegue, no séc. XX, com a reunião frutífera da física à química. 1.7 Físico Química A físico-química é a ciência cuja fronteiras podem ser largas ou estreitas, conforme o entendimento desse ou daquele autor. Conceitualmente, seria a investigação física das estruturas químicas, isto é, tudo o que, modernamente, se chama física atômica, física nuclear, mecânica quântica atômica e molecular. Fonte: labb.com.br Historicamente, formou-se como um ramo da química preocupado com a investigação dos efeitos químicos da corrente elétrica (eletroquímica). Esses efeitos começaram a ser investigados quase imediatamente depois da descoberta de A. Volta (1745-1827). Os trabalhos de H. Davy e de M. Faraday, sobre eletrólise, datam do início do séc. XIX. A investigação eletroquímica toma, porém, sua feição mais moderna no estudo da dissociação eletrolítica (Grotthuss, Willianson, Clausius, Arrhenius) e da condução de carga pelos íons (Hittorf, Kohlrausch, Debye), que chegam até o séc. XX. A investigação das pilhas eletroquímicas (Nernst) tem http://www.labb.com.br/ Elder Realce 21 oportunidade de utilizar, na química, as armas oferecidas por uma ciência puramente física – a termodinâmica, a termoquímica, foi objeto de investigação por parte dos químicos). Começava uma síntese intercientífica que iria culminar no início do século XX. O estudo das velocidades de reação foi outro rebento da química do século XIX, é estudada a hidrólise da sacarose (Wilhelmi), a esterificação de ácidos e de álcoois. Define-se a ordem de uma reação (Van’t Hoff) e procura-se entender o mecanismo da reação (energia de ativação, Arrehenius). Investiga-se a catálise e define-se a função do catalisador (Ostwald). Ao terminar o século XIX, as descobertas químicas ofereciam um panorama satisfatório. Sem ter conseguido as sínteses magistrais da física (termodinâmica, eletromagnetismo, teoria cinética dos gases, mecânica e etc…) tinha obtido a necessária uniformidade e a possibilidade de grande expansão. Alguns pontos eram desconfortáveis: não havia explicações para a afinidade química, nem para as estruturas das moléculas. A resolução desses problemas, ou pelo menos o avanço na sua resolução, veio da física, com a descoberta da radioatividade e a do elétron; a medida da carga específica e a da carga do elétorn;a sua utilização inequívoca; a descoberta do efeito fotelétrico; a aplicação dos princípios da quantificação de Planck ao efeito fotelétrico, por Einstein; o modelo atômico imposto por Rutherford e modificado por Bohr; a mecânica ondulatória de Schrodinger; a quantificação do átomo; a radioatividade artificial; a descoberta do nêutron; a descoberta de uma multidão de partículas elementares; a fissão nuclear. Todas essas descobertas e teorias viera de físicos e sacudiram espetacularmente a química, dando conteúdo novo e inesperados as suas teorias, unificando seus conceitos, criando uma química física, onde não há limite nítido entre o fato químico e o fato físico. 1.8 Química analítica A química analítica remonta ao antigo Egito, onde já foram conhecidas entre outras, as técnicas de copelação do couro e da prata, em que o metal impuro era aquecido numa copela (cadinho poroso feito de cinza de osso); essa prática pode, de certo modo, como um método da química analítica. 22 A química de então não podia ser considerada como ciência, isto é, sistemas de conhecimentos ordenados de acordo com certas leis e princípios, mas apenas como conjuntos de conhecimentos empíricos esparsos sem nenhuma interligação. Transmitidas dos egípcios aos gregos e destes aos árabes, essas técnicas empíricas foram desenvolvidas durante toda a Idade Média, constituindo o alicerce da alquimia. Visando a descoberta da panacéia universal e de todos os processos para a obtenção do ouro e da prata através da transmutação dos outros metais, os alquimistas contribuíram decisivamente para o progresso dos conhecimentos químicos. Fonte: clubedaquimica.com Mas só no século XVII, com Robert Boyle (1627-1691),a química começa a ter aspecto de verdadeira ciência. Para estabelecer o conceito de que elementos são os corpos mais simples do que os quais os corpos complexos são formados, Boyle usou pela primeira vez um novo método de química, baseado nos princípios de que os conhecimentos vêm de uma generalização de dados experimentais e leis observadas na natureza. Esse conceito de elemento químico determinou grande desenvolvimento da química analítica. O próprio Boyle sistematizou as reações químicas até então conhecidas então propôs um número de novos testes, originando a química analítica por via úmida. Foi o primeiro a usar o litmo ou tornassol como indicador para substâncias ácidas e básicas. http://clubedaquimica.com/ 23 A química analítica teve importante avanço com os trabalhadores de Lavoisier (1743-1794) – desenvolvimento de técnicas de análises de gases – e do químico sueco Torbern Olof Bergman (1735-1784), que separou os metais (cátions) em grupos, dando origem a análise sistemática. O fundador da química analítica quantitativa com base científica foi, porém, o químico russo Mikhail Vasilievich lomonosov (1711-),o primeiro a usar a balança para pesar gentes e produtos numa reação química, e que, em 1756, confirmou experimentalmente a lei da conservação da matéria, geralmente atribuída a Lavoisier, que a verificou em 1774. As observações feitas na química analítica quantitativa constituíram preciosos elementos para a química teórica, levando às descobertas das leis ponderais, cuja confirmação experimental permitiu a John Dalton (1766-1844) formular a teoria atômica. Isso, por sua vez estimulou muito a química analítica quantitativa, já que se tornou necessária a determinação das massas atômicas dos elementos de maior rigor, campo ao qual Bezerlius (1779-1848) deu importante contribuição. Após ou durante esse período, Liebig (1803-1873) Gay-Lussac (1778-1850), Bunsen (1811-1899), Kirchhof (1824-1887), Nikolai Aleksandrovitch Menchtchunkin (1842-1907) e outros contribuíram de modo notável para o desenvolvimento da química analítica, qualitativa ou quantitativa, com grandes números de estudos e de descobertas. A química analítica quantitativa no final do século XIX foi grandemente influenciada pelos excepcionais progressos da química orgânica e da inorgânica, devendo-se destacar principalmente a classificação periódica dos elementos, de Mendeleev (1834-1907). A aplicação da dimetiglioxima como reagente para a determinação qualitativa e quantitativa do níquel, pelo químico russo L. A. Chugaev (1873-1922), significou a introdução do uso intensivo dos reagentes orgânicos nas análises químicas, desde 1905, ano em que aquele químico apresentou seus estudos. Atualmente, conhece-se grande número de reagentes orgânicos que se combinam com os compostos inorgânicos, formando compostos poucos solúveis e na maior parte das vezes, coloridos, no qual o metal não se encontra no estado iônico, mas sim formando compostos de coordenação. Esses compostos geralmente têm elevada massa molecular, de modo que pequena fração do íon fornece quantidade relativamente grande de precipitado. O precipitante orgânico ideal deve ser específico em caráter, isto é, só deve dar precipitado com um íon determinado. 24 Isso, porém, é bastante difícil, sendo mais comum que o regente orgânico reaja com um grupo de íons; por controle das condições experimentais, é possível precipitar-se apenas um dos íons do grupo. Os químicos analistas já a muito tempo ensaiavam com apenas uma gota de solução. Exemplo familiar é o uso do papel indicador para detectar rapidamente um excesso de íons hidrogênio ou hidroxila. Esse tipo de reação despertou os interesses do químico Fritz Feigl (1891-1959) também desenvolveu estudos nesse campo de atividades científicas. Em consequência dos estudos e pesquisas de Feigl, surgiu nova especialidade na química analítica, a análise de toque (ver microanálise), que tem aplicações em minérios e minerais, metais, ligas, produtos farmacêuticos, solos, águas, produtos industriais etc. Os físico-químicos Arrhenius (1859-1927) – com a teoria da dissociação eletrolítica -, W Ostwald (1853-1932) – com a lei da diluição – W. H. Ernst (1864-1941) – com o princípio de produto de solubilidade -, L. Pizarzhevsky – , reconhecendo as reações de oxirredução com um processo envolvendo transferência de elétrons – e outros deram à química analítica uma sólida base científica. Historicamente, o desenvolvimento dos métodos analíticos foi acompanhado pela introdução de novos instrumentos de medida, como a balança para análises gravimétricas a aparelhagem de vidro para análises volumétricas e gasométricas. Quase toda propriedade física característica de um elemento ou substância pode ser a base de um método para sua análise. Surgiram, então, com o desenvolvimento da físico-química, novos métodos de análise baseado em princípios diversos da química analítica clássica, originando-se análise instrumental, pela qual os constituintes são determinados pela medida de uma propriedade física. Dentre os principais métodos estão os que usam as propriedades envolvendo interação com a energia radiante – raio X, absorção de radiação, fluorescência, ressonância magnética nuclear -, e os que utilizam propriedades nucleares, como, por exemplo, a radioatividade. Esses métodos em muitos casos apresentam grandes vantagens em relação aos métodos clássicos da química analítica: a rapidez das análises, a possibilidade do uso de método não destrutivo e a utilização de uns poucos miligramas ou, no caso de soluções, de frações de mililitro, sem prejuízo da exatidão da análise. 25 Em 1954, o químico suíço Gerold Karl Schwarzenbach (1904-) publicou trabalhos que tinham sido iniciados dez anos antes sobre a aplicação de ácidos poliaminocarboxílicos em química analítica quantitativa, principalmente em análise volumétrica, considerando que os complexos formados com os metais são de alta estabilidade. A introdução desse tipo de reagente resultou numa ampliação extraordinária dos métodos complexométricos, sendo que o ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) é o mais importante composto desse grupo. Em uns poucos casos, o ácido nitrilotriacético (NITA) é mais adequado. O estudo desse tipo de compostos continua em desenvolvimento, e a cada dia novas aplicações. Como a química analítica se fundamenta nos princípios e leis gerais da química inorgânica e da físico-química, pode-se esperar que o seu progresso acompanhe o dessas especialidades. 1.9 Química Quântica A química quântica propõe-se a utilizar as teorias da mecânica sobre estrutura atômica e, a partir das propriedades dos átomos, estudar as propriedades das moléculas, isto é, dos elementos e compostos químicos. Para isso, desenvolveu uma teoria da ligação químicas e métodos convenientes de cálculo das propriedades moleculares, distâncias e ângulos de ligação, momentos dipolares e parâmetros de reatividade em diferentes tipos de reações. Assim como se pode dizer que a mecânica quântica nasceu a 14 de dezembro de 1900, quando o físico alemão Max Palnck (1858-1947) apresentou à Sociedade Alemã de Física o trabalho em que introduzia o quantum de ação, a constante universal h (constante de Planck, de valor 6,55 x 10-27 ergs. s) e a equação E=hv, pode-se dizer que a química quântica nasceu no dia 27 de janeiro de 1926, quando a revista Annalen der Physik recebeu a primeira de quatro comunicações do físico austríaco Erwin Schrödinger (1887- 1961) com o título geral “A Quantização como um problema de valores próprios” da qual constava a sua equação independente do tempo. Elder Realce 26 Fonte: brasilescola.uol.com.br A quarta comunicação, recebida a 21 de junho de 1926, com a sua equação dependente do tempo, completava o trabalho de Schrödinger, que iria ter a maiorinfluência na física teórica e servir de base para várias disciplinas hoje florescentes, aprofundando a compreensão dos fenômenos físicos e químicos e levando ao desenvolvimento de uma nova teoria da valência e da ligação química. Para o elétron, como para outras partículas subatômicas, ao contrário dos corpos em movimentos da mecânica clássica, não é possível saber exatamente posição e momento nem calcular trajetórias: é o princípio da incerteza, de Heisenberg, formulado em 1927 pelo físico alemão Werner Karl Heisenberg (1904-1976)4. 2 ENSINO DE QUÍMICA E O PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM De modo geral, o ensino brasileiro, a começar do Fundamental Menor, é pouco evoluído, pois não existe a compreensão da importância da educação para a formação do indivíduo e do cidadão brasileiro. Além disso, enfrentamos problemas sérios com o analfabetismo (RIBAS, 2007). 4 Extraído e adaptado do site: https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/historia-da-quimica https://brasilescola.uol.com.br/ https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/historia-da-quimica 27 Poucas escolas do Ensino Médio ministram aulas de Química enfatizando a parte prática, apesar de se constituir numa ciência essencialmente experimental. O baixo rendimento dos alunos de Química nesse nível de ensino em todo o país é um fato e não há quem desconheça isto. As causas frequentemente apontadas como responsáveis por esta situação desconfortável e aflitiva são atribuídas ao preparo profissional deficiente, à falta de oportunidade para o professor se atualizar, aos salários baixos e à deficiência das condições materiais na maioria das escolas (EVANGELISTA, 2007). Fonte: pt.dreamstime.com/ Nas Universidades brasileiras existem bons cursos de Licenciatura em Química, no entanto, quando comparados aos de outros países, eles apresentam certas deficiências: matriz curricular defasada e inapropriada (muito atrelada ao bacharelado), falta de investimentos, docentes geralmente mal preparados, descomprometidos e mal remunerados. Desse modo, esta ciência não é ensinada desde o começo como deveria ser. Percebemos este fato nos alunos que chegam à universidade: sua formação é altamente deficitária (GIESBRECHT, 1994). Apesar de existirem mestres entusiasmados por seu trabalho e inúmeros recursos com possibilidade de serem utilizados, a realidade mostra que o Ensino de Química continua deficiente. Não é de baixo nível, mas apenas não acompanha a evolução que ocorre nos tempos atuais (HENNIG, 1994). https://pt.dreamstime.com/ 28 Apesar de não ser tão simples defini-lo, pois pressupõe conceitos ideológicos, políticos, humanos, sociais e científicos, podemos dizer que o processo ensino/aprendizagem é um conjunto sistematizado de metodologias capazes de mudar um comportamento através da aquisição de novos conhecimentos. Neste processo, se conjugam fatores externos e internos aos sujeitos envolvidos. Os primeiros estão relacionados à formação humana e à forma de organização propostas pela Escola e pelos professores, e dependem dos fatores internos, como as condições físicas, psíquicas, sociais e culturais dos alunos (GIESBRECHT, 1994). No entanto, a tarefa de ensinar/aprender Química nas nossas escolas parece reduzir-se a descobrir qual é o estágio cognitivo dos alunos e, consequentemente, tentar adequar, em função desse estágio, os conteúdos a serem ministrados. O ensino da disciplina se efetua de forma exclusivamente verbalista, na qual ocorre apenas uma mera transmissão de informações (quando ocorre), sendo a aprendizagem entendida somente como um processo de acumulação de conhecimentos (TFOUNI, 1987). Neste sentido, tanto no Ensino Básico quanto na Universidade, é bem frequente a transmissão de conceitos e de princípios químicos enfatizando as expressões matemáticas associadas a eles, em detrimento do significado lógico e da interpretação química e físico-química dos fenômenos correspondentes. Essas situações fazem com que o Ensino de Química no Brasil se constitua num sistema de instrução com propósitos intencionais, práticas sistematizadas e alto grau de organização, caracterizando um ensino tipicamente tradicionalista (GIESBRECHT, 1994). O importante e necessário é que os professores percebam que, mesmo não tendo acesso a computadores, há muitas possibilidades do que fazer dentro da sala de aula. Existem muitas técnicas e metodologias interessantes que poderiam ser desenvolvidas e aplicadas pelo professor, de modo que possibilitaria fazer do espaço, onde a aula é ministrada (sala ou laboratório), um ambiente descontraído, estimulador e desafiador, melhorando assim a aprendizagem do aluno (HARTWIG, 1985). 29 Fonte: br.freepik.com/ Algumas reflexões são necessárias quando se constata que muitos professores julgam que a interdisciplinaridade com a Química é impedida por esta apresentar um programa de conteúdos rígido e sequenciado. Devemos compreender que as equipes de professores devem ter autonomia para optar por um programa que atenda às suas expectativas e às de seus alunos. Além disso, é impossível que algum conteúdo de Química impeça o desenvolvimento de atividades interdisciplinares. Neste sentido, cabe investigar a possibilidade de integrar os saberes disciplinares, pois de maneira alguma uma única disciplina consegue explorar um conteúdo de forma completa e isolada (EICHLER, 2007). Segundo Henning (1994), a melhoria do Ensino de Química passa por uma crescente necessidade de mudanças e atualizações nas metodologias de trabalho dos professores em exercício. Além desse viés, há ainda a necessidade de uma reformulação dos espaços acadêmicos nos quais se preparam futuros professores de Química, provendo-os de orientações seguras quanto aos objetivos do estudo da Química, aplicação de técnicas e desenvolvimento de metodologias de ensino capazes de torná-lo mais motivador e prazeroso ao estudante. https://br.freepik.com/ 30 2.1 Repensando o Ensino de Química Para se tornar efetivo, o ensino de Química deve ser problematizador, desafiador e estimulador, de maneira que seu objetivo seja o de conduzir o estudante à construção do saber científico. Não se pode mais conceber um ensino de Química que simplesmente apresenta questionamentos pré-concebidos e com respostas acabadas. É preciso que o conhecimento químico seja apresentado ao aluno de uma forma que o possibilite interagir ativa e profundamente com o seu ambiente, entendendo que este faz parte de um mundo do qual ele também é ator e corresponsável. Fonte: prolab.com.br/ Objetivando contribuir com uma alternativa para a solução do problema do Ensino de Química alguns estudiosos têm levantado questões pertinentes a novas concepções metodológicas que poderiam ser capazes de melhorá-lo. Para Eichler (2007), algumas ações têm buscado, e devem continuar buscando, reestruturar as bases metodológicas e curriculares do nosso sistema educacional, de modo a auxiliar a realização de uma melhoria do ensino de Química nas escolas. Talvez os conteúdos fundamentais tratados na disciplina possam ser desenvolvidos a partir de materiais elaborados pelos próprios professores. https://www.prolab.com.br/ Elder Realce 31 No ponto de vista de Evangelista (2007), um dos objetivos da disciplina de Química é fazer com que o jovem reconheça o valor da ciência na busca do conhecimento da realidade e se utilize dela no seu cotidiano. Dessa forma, o Ensino de Química deveria ser concebido como um processo de pesquisa, partindo do pressuposto de que os assuntos tratados constituem problemas carentes de soluções. Os passos dos processos de ensino são os mesmos dos processos da pesquisa, quais sejam: determinação do problema, levantamento de dados, formulação de hipótese, experimentaçãoenvolvendo alunos e professores, configuração ou rejeição das hipóteses formuladas. Segundo Hartwig (1985), a assimilação do conhecimento químico preceitua uma construção de conceitos (princípio qualitativo) seguida de uma identificação numérica (princípio quantitativo). Para ele, esta sequência deve ser cumprida independentemente se os conhecimentos são trabalhados de forma empírica ou teórica. Fonte: rescuecursos.com/ Para Chassot (1990), o motivo de ensinar Química é a formação de cidadãos conscientes e críticos: “A Química é também uma linguagem. Assim, o ensino da Química deve ser um facilitador da leitura do mundo. Ensina-se Química, então, para permitir que o cidadão possa interagir melhor com o mundo”. https://www.rescuecursos.com/ Elder Realce Elder Realce 32 A partir dos anos de 1980, proliferaram-se os estudos voltados para o ensino de Química, sendo uma constante entre os pesquisadores a preocupação com um ensino mais articulado com o cotidiano e o social do aluno. Outros estudiosos, como Maldaner (1998), entendem que a melhoria da qualidade do Ensino de Química deve buscar uma metodologia que privilegie a experimentação. Essa forma de aquisição de conhecimentos da realidade oportuniza ao estudante realizar uma reflexão crítica do mundo. Além disso, através de seu envolvimento ativo, criador e construtivo, terá a capacidade de desenvolver o seu cognitivo a partir dos conteúdos abordados em sala de aula. Fonte: coc.com.br/ Mortimer (1992) defende a noção de perfil epistemológico com o objetivo de superar as percepções inapropriadas da Química. Nesta perspectiva, a abordagem dos conteúdos adota a história da Química como fundamento e eixo orientador do processo ensino/aprendizagem. Explorando os fatos que levaram à produção desse conhecimento ao longo da história, e por isso mostrando o seu aspecto essencialmente dinâmico, essa metodologia busca superar o ensino tradicional e dogmático, ainda bastante arraigado nas escolas. Qualquer que seja a concepção metodológica a ser seguida, os saberes desenvolvidos no ensino de Química devem ser fundamentados em estratégias que estimulem a curiosidade e a criatividade dos estudantes, despertando sua sensibilidade para a inventividade e compreendendo que esta ciência e seus http://www.coc.com.br/ 33 conhecimentos permeiam a sua vida, estando presentes nos fenômenos mais simples do seu cotidiano (ASTOLFI, 1995). Essas ideias talvez confiram às pesquisas em Ensino de Química um reducionismo à simples especulações e aplicações ligadas a área da Psicologia, no entanto, elas estão proporcionando o desenvolvimento da didática da química, que deve se estabelecer como outro campo científico de estudo e investigação, com propostas de utilização de teorias e de modelos próprios, além da promoção de um consenso pela formação de um pesquisador na área de ensino de Química (SCHNETZLER, 2002)5. 3 A PRÁTICA EM SALA DE AULA Aristóteles, ao afirmar que “quem possua a noção sem a experiência, e conheça o universal ignorando o particular nele contido, enganar-se-á muitas vezes no tratamento” (apud GIORDAN, 1999, p.43), já defendia a experiência há cerca de 2.200 anos. Fonte: br.depositphotos.com/ 5 Extraído e adaptado do site: http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br/arquivos/File/setembro2013/quimica_artigos/perspect_novas _metod_ens_quim.pdf https://br.depositphotos.com/ http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br/arquivos/File/setembro2013/quimica_artigos/perspect_novas_metod_ens_quim.pdf http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br/arquivos/File/setembro2013/quimica_artigos/perspect_novas_metod_ens_quim.pdf 34 Sabe-se que a experimentação tem a capacidade de despertar o interesse dos alunos e é comum ouvir de professores que ela promove o aumento da capacidade de aprendizagem, pois a construção do conhecimento científico/formação do pensamento é dependente de uma abordagem experimental e se dá majoritariamente no desenvolvimento de atividades investigativas (GIORDAN, 1999). Não basta simplesmente ensinar o que o livro nos traz, tratando a ciência como sendo imutável e isolada dos outros conhecimentos. O ensino deve ser o mais interdisciplinar possível, interligando assuntos que muitas vezes, por si só, o aluno não conseguiria. Daí a importância de que o professor seja um mediador das discussões para a ciência, visto que no Ensino de Química, não necessariamente se deve trabalhar a Química de forma única e exclusiva, mas sim vincular o que está sendo trabalhado com a realidade do próprio aluno, com o meio social onde o mesmo está inserido, desenvolvendo no aluno a capacidade de tomada de decisões (SANTOS e SCHNETZLER, 1996). A Química presente no cotidiano é de suma importância para fazer a ponte entre o conhecimento prévio do aluno e o conhecimento científico, lembrando-se que este último deve ser construído coletivamente, através de discussões, observações, dentre outros meios, possibilitando também uma maior interação entre os alunos, motivando-os a buscar razões e explicações para os fenômenos que acontecem à sua volta. Esse aspecto motivador que alunos e professores dizem encontrar nas atividades experimentais é defendido por vários autores, e ao mesmo tempo é questionado por outros, como Hodson (1994) ao afirmar que nem todos os alunos veem o uso da experimentação de forma positiva, pois, por exemplo, na atividade experimental os garotos podem sentir-se mais à vontade na manipulação de materiais e objetos em relação às garotas, ou ainda, ocorrer uma redução des fator motivador com o passar do tempo. Ou seja, sexo e idade são fatores que influenciam no desenvolvimento da Experimentação no ensino de Química e Ciências. Aqui, não compartilho da ideia apresentada por Hodson, pois muitas vezes as mulheres apresentam mais destreza e fazem tudo com mais cautela tudo o que é proposto. Cortizo (1996, apud LISO et al., 2002) menciona que deve haver uma conexão efetiva e real entre a escola e as vivências, sentimentos e necessidades dos estudantes, ou seja, deve haver uma harmonia entre a vida escolar e a vida cotidiana. 35 Wartha e Alário (2005) e Chassot et al. (1993) argumentam que Química Contextualizada é aquela que apresenta certa utilidade para o cidadão, e assim sendo, a aplicação do conhecimento químico pode ser muito útil para compreender alguns fenômenos. Então, ensinar Química de forma contextualizada seria “abrir as janelas da sala de aula para o mundo, promovendo relação entre o que se aprende e o que é preciso para a vida” (CHASSOT et al. 1993, pág.50). Fonte: jornal.usp.br/ Indubitavelmente, a educação figura entre os mais importantes, senão o mais importante, parâmetro necessário para o desenvolvimento e crescimento de uma nação. O fato do crescente desinteresse por parte dos alunos em relação aos estudos, bem como a presença de salas de aulas cada vez mais massificadas e heterogêneas, forçou a busca por metodologias de ensino-aprendizagem mais atraentes. Portanto, o uso da Experimentação no ensino de Química e Ciências se tornou uma forma de despertar no aluno um maior interesse, desde que vinculadas à construção de um conhecimento científico em grupo, à possibilidade de promover discussões e investigações que permitam um enriquecimento do conhecimento a partir dos conhecimentos prévios do aluno. Há necessidade de se buscar alternativas para que o aluno participe das tomadas de decisões, tornando-se sujeito ativo no processo de ensino aprendizagem. Para isso torna-se necessário também uma mudança na postura do professor, acarretando responsabilidades e habilidades que muitos deles carecem, ou seja, que os processos formativos, inicial ou em serviço, não foram capazes de oferecer. https://jornal.usp.br/ 36 Assim, a Experimentação,torna-se uma aliada no Ensino de Química, desde que seja trabalhada de forma correta e que os professores sejam capacitados para tal. 3.1 A Experimentação no Ensino de Química e Ciências A experimentação teve um papel de importância no desenvolvimento de uma proposta de metodologia científica, baseando-se na racionalização, indução e dedução, a partir do século XVII, rompendo com a ideia de que o homem e natureza tinham uma relação com o divino. As atividades experimentais foram inseridas nas escolas, devido à forte influência de trabalhos desenvolvidos nas universidades cujo objetivo era o de melhorar a aprendizagem do conhecimento científico através da aplicação do que foi aprendido (GALIAZZI et al., 2001). O investimento na pesquisa em Ensino de Química trouxe também resultados que mostram a importância da experimentação para o processo de ensino-aprendizagem de Química e Ciências (GIORDAN, 1999). Fonte: blogdequimica2014.com/ http://blogdequimica2014.blogspot.com/ Elder Realce 37 Na década de 60, do século passado, um estudo norte-americano chegou à conclusão de que a experimentação apresentava grandes vantagens frente a outros métodos de aprendizagem, mesmo não se registrando diferenças significativas em relação aos conceitos adquiridos, compreensão da metodologia científica ou a motivação. Assim, o trabalho concluiu finalmente que a única vantagem da experimentação estava em atingir alguns objetivos de aprendizagem que outros métodos de aprendizagem não alcançariam (YAGER et al., 1969). O conhecimento químico pode se apresentar em três formas de abordagem: a fenomenológica, na qual residem os pontos chave relacionados ao conhecimento e que podem apresentar uma visualização concreta, de análise e determinações; a teórica, em que temos explicações embasadas em modelos tais como átomos, íons etc, necessários para produzir as explicações para os fenômenos; e a representacional, que engloba dados pertencentes à linguagem característica da Química, tais como fórmulas, equações. Daí a necessidade da Experimentação, como forma de fazer as ligações entre os três níveis de abordagem em que o conhecimento químico é expresso. De acordo com Oliveira (2010), a Experimentação apresenta algumas contribuições tais como: Motivar e despertar a atenção dos alunos. Desenvolver trabalhos em grupo. Iniciativa e tomada de decisões. Estimular a criatividade. Aprimorar a capacidade de observação e registro. Analisar dados e propor hipóteses para os fenômenos. Aprender conceitos científicos. Detectar e corrigir erros conceituais dos alunos. Compreender a natureza da ciência. Compreender as relações entre ciência, tecnologia e sociedade. Aprimorar habilidades manipulativas. Assim, podemos chegar à conclusão de que a teórica utiliza de modelos para explicar o visualizado ou percebido no âmbito fenomenológico, e o representacional, atua como uma ferramenta simbólica para estabelecer a relação entre a primeira e segunda forma de abordagem. Ou seja, a construção do conhecimento químico Elder Realce Elder Realce Elder Realce Elder Realce Elder Realce Elder Realce 38 depende da inter-relação entre essas três formas de abordagem (MACHADO, 2004). Entretanto, Machado (2004) faz uma crítica a como estas três abordagens são utilizadas na educação formal. Em suas palavras: Mas, o que a escola, o livro didático e o professor têm feito? Trabalhado descontextualizadamente somente os níveis representacional e teórico e, principalmente, o nível representacional, incluindo aí os aspectos matemáticos desse nível [...]. A ausência de fenômenos e seus contextos na sala de aula pode fazer com que os alunos tomem por “reais” as fórmulas das substâncias, as equações químicas e os modelos para a matéria (MACHADO, 2004, p.173). A seguir apresentaremos o papel do professor, bem como alguns problemas que podem ser encontrados na inserção da Experimentação no Ensino de Química e Ciências. 3.2 O Professor e os Problemas com a Experimentação Muitos professores acreditam que o Ensino de Química e Ciências pode ser transformado através da experimentação, porém, as atividades experimentais são pouco frequentes nas escolas. Os principais motivos indicados pelos professores são a inexistência de laboratórios, ou mesmo a presença deles na ausência de recursos para manutenção, além da falta de tempo para preparação das aulas (GONÇALVES, 2005). Porém, essa problemática relacionada a falta de recurso não se sustenta, visto que existem experimentos que se utilizam de materiais de baixo custo sobre diversos conteúdos, e que podem ser facilmente comprados em um supermercado ou farmácia, por exemplo. Dessa maneira, muitas pesquisas na área de experimentação mostram possibilidade de experimentos simples e que se utilizam de materiais de fácil acesso, aparatos simples e de fácil manuseio. De acordo com Soares (2004, p.12): É importante que se sugira novos experimentos para serem aplicados em salas de aula, como forma de diversificar a atuação docente, mas deve-se lembrar de que quando se sugere experimentos de baixo custo, de fácil e rápida execução, que servem para auxiliar e ajudar o professor que não conta com material didático, não podemos esquecer que o nosso papel é cobrar das autoridades competentes, laboratórios e instalações adequadas bem como materiais didáticos, livros, entre outros, para que se tenha o mínimo necessário para que se desenvolva a prática docente de qualidade. (SOARES, 2004, p. 12). 39 Portanto, diante da situação em que a educação se encontra, o uso da experimentação, utilizando-se de materiais de fácil acesso e baixo custo, torna-se uma ferramenta valiosa. Os problemas são encontrados diariamente na profissão do docente, mas uma reestruturação na infraestrutura escolar, como laboratórios mais equipados, material didático, dentre outros itens necessários ao desenvolvimento das atividades acabam sendo essenciais. Fonte: omirantejoinville.com.br/ A seguir apresentamos alguns exemplos (três exemplos) de experimentos simples que e encontram em artigos publicados em revistas científicas e podem ser úteis para o desenvolvimento de atividades experimentais, mesmo com problemas de infraestrutura e falta de material, visto que apresentam “reagentes” e materiais de baixo custo e fácil acesso. “Escurecimento e Limpeza de Objetos de Prata – um Experimento Simples e de Fácil Execução Envolvendo Reações de Oxidação-Redução”. Destacam os autores, que o experimento em si, auxilia na compreensão dos processos que envolvem oxidação-redução, além de despertar a curiosidade dos alunos, visto que é um assunto presente no cotidiano. Tal experimento consiste na oxidação de um objeto de prata (brinco ou fio de prata, por exemplo) cuja oxidação é realizada utilizando-se ovos cozidos, que acabam liberando íons sulfeto (S2-), https://omirantejoinville.com.br/ Elder Realce 40 provocando assim, após a lavagem do material o escurecimento do mesmo, devido a formação de uma camada de óxido de prata. Já a limpeza do material de prata oxidada é realizada colocando a peça em um copo recoberto com papel alumínio internamente e contendo solução de NaCl (eletrólito), visto que o alumínio apresenta maior potencial de oxidação, forçando a redução do material e posterior limpeza do mesmo. Abaixo temos as reações globais de oxidação e redução do material de prata. (SARTORI et al., 2008). a) Reações de Oxidação 4Ag(s) + 2S2- (aq) + O2(g) + 4H+ (aq) 2Ag2S(s) + 2H2O(l) ddp = 1,92V b) Reações de Redução 3Ag2S(s) + 2Al(s) 6Ag(s) + 2Al3+ (aq) + 3S2- (aq) “A Efervescente Reação Entre Dois Oxidantes de Uso Doméstico e a Sua Análise Química por Mediação da Espuma” Este artigo traz um método de titulação para determinar de forma simultânea a concentraçãode dois compostos oxidantes do cotidiano, água oxigenada (alvejantes) e hipoclorito de sódio (desinfetantes). Os resultados obtidos de acordo com Rezende et. al. (2008) foram: “Os resultados obtidos no exemplo dado foram condizentes com os teores indicados pelos fabricantes tanto para a água sanitária como 18 para a água oxigenada. A observação dos fenômenos envolvidos ilustra e estimula o aprendizado de expressivo número de conceitos e procedimentos físicos e químicos envolvidos, tais como: reações de óxido-redução, lei dos gases, cálculos estequiométricos, tensão superficial, combustão de metais em oxigênio e medição do volume de líquidos e gases. ” (REZENDE, et al., 2008, p.69). “Variação do pH em Água Mineral Gaseificada” O trabalho realizado por Ferreira, Hartwig e Oliveira (2008) apresenta uma proposta de ensino de equilíbrio químico, proposta essa baseada em uma questão do vestibular da UNESP, ressaltando a importância da experimentação como um método de aprendizagem. É uma proposta interessante, pois trata de uma questão do Vestibular de 2007, na qual a pedido dos autores, a Vunesp disponibilizou as porcentagens de resposta em cada alternativa da questão, permitindo assim que os autores fizessem asserções que justificassem erros dos alunos. Nas palavras dos autores: 41 [...] é possível que os vestibulandos tenham dificuldade em aceitar o fato de que um sistema (água com gás) possa interferir em outro (água sem gás) apenas por meio de um tubo de conexão. Isso evidencia a necessidade de uma maior ênfase dos conceitos envolvidos no estudo de equilíbrio químico no Ensino Médio. (FERREIRA; HARTWIG e DE OLIVEIRA, 2008, p. 71) Assim, as dificuldades de inserção da Experimentação no Ensino de Química e Ciências podem estar associadas a algo mais complexo, ou seja, à própria formação do professor, visto que nos cursos de formação em Química, em particular, o enfoque se fundamenta na formação do bacharel (mesmo o curso sendo licenciatura), em detrimento da formação do professor (MALDANER, 2006). É nessa linha de raciocínio que Maldaner (2006, p.177) afirma que: A formação dos professores de Química pode trazer uma complicação a mais, que é a formação ligada à parte experimental da ciência Química. Em cursos de Química ligados a grandes universidades as aulas práticas de Química caminham geralmente, paralelas às disciplinas chamadas teóricas. Nesses currículos procura-se formar o técnico especialista (tecnologia química) ou o profissional pesquisador (bacharelado). Embora aconteçam reclamações frequentes sobre os problemas em tais cursos, a preocupação com a parte formativa do professor é mais marginalizada ainda na licenciatura de química dentro dos institutos. 19. Os currículos são pensados dentro de uma solução técnica: se o profissional professor sabe Química, tanto teórica quanto prática, ele saberá ensinar. (MALDANER, O. A. p. 177, 2006). As pesquisas indicam que o professor tem a sua formação baseada na reprodução de ações dos professores com os quais teve contato durante a vida escolar e acadêmica desde a escolarização inicial (TARDIF e RAYMOND, 2010). Se a Experimentação não é algo novo, os professores continuam a reproduzir aulas nas quais os professores continuam protagonistas e o aluno atua apenas como ouvinte. A maior parte das aulas é apenas teórica e sem qualquer tipo de interação professor/aluno, querendo com estas mesmas aulas, puramente teóricas, despertar no aluno o interesse e a curiosidade pela ciência. À medida em que os conceitos são apresentados de uma forma teórica e desmotivadora aos alunos, assumem características de memorização descontextualizada em relação ao dia a dia e se constituem em motivos para a disseminação de concepções distorcidas da Química e da Ciência. 42 Portanto, é necessário repensar a ideia de que a função do uso da experimentação no ensino de Química e Ciências seja exclusivamente a de comprovar a teoria (SILVA et al., 2009). Primeiramente devemos conhecer o público com o qual estamos lidando, e a partir desse ponto inicial explorar através de questionamentos e discussão de argumentos, começando na sala de aula, mas com o intuito de que isso transcenda as paredes do recinto escolar, auxiliando então o aluno na compreensão de fenômenos químicos no cotidiano (SANTOS e SCHNETZLER, 1996). Geralmente, a maneira como um professor apresenta determinado assunto influencia na aceitação e interesse do aluno. Os alunos e professores têm valores e atitudes que podem, consequentemente, influenciar nas atividades experimentais (LEACH, 1998). É possível também que os alunos se motivem justamente pelo que é diferente da sua vivência. Diante do breve panorama traçado sobre a Experimentação no Ensino de Química e Ciências, a seguir apresentamos a relação existente entre a Experimentação e o Ensino-Aprendizagem de Química e Ciências. 3.3 A Experimentação no Ensino-Aprendizagem de Química e Ciências Muitas propostas no ensino de Química e Ciências ainda desafiam a contribuição da experimentação para a elaboração do conhecimento, ignorando-a por considerá-la ainda um tipo de observação natural (GIORDAN, 1999). Porém, sabe-se que a construção do conhecimento pode ser bastante enriquecida por uma abordagem experimental, visto que a formação do pensamento e das atitudes do sujeito dá-se majoritariamente no decorrer da interação com os objetos. Em relação à forma como a experimentação pode auxiliar no ensino aprendizagem, Chassot et al. (1993) apresentam algumas ideias. Defendem o desenvolvimento de uma Química em que a experimentação seja uma forma de adquirir dados da realidade, sendo esses de suma importância para a reflexão crítica sobre o mundo (CHASSOT et al., 1993, p.48). Quanto à contextualização, defendem a existência de relações entre os conteúdos aprendidos e o cotidiano, bem como outras áreas do conhecimento, ou seja, um Ensino de Química para a vida. 43 Fonte: tucnews.com.br/ Daí a importância de acrescentar realidade nos currículos de Química, estabelecendo relações entre o dia a dia do aluno e o conhecimento científico, utilizando-se para tal a Química presente no cotidiano, ou seja, trazendo a realidade do aluno para as salas de aula (LISO et al., 2002). Dessa forma talvez o Ensino de Química se torne mais proveitoso para o aluno, visto que a associação com as vivências pode ter um papel majoritário no interesse por parte do aluno na descoberta e reconstrução do conhecimento. A experimentação pode ser uma estratégia eficiente para a produção de explicações para problemas reais que permitam uma contextualização, e dessa maneira estimular questionamentos que encaminhem à investigação. Entretanto, não se pode afirmar categoricamente que o trabalho prático seja superior a outros métodos, e em determinadas situações, parece ser menos útil (HOFSTEIN e LUNETA, 1982; KIRSCHNER e MEESTER, 1988; GUNSTONE e CHAMPAGNE, 1990 e TOBIN, 1990). O professor deve sempre levar em conta e valorizar as mais variadas formas de pensamento do indivíduo, propiciando a integração entre o prático e o teórico, avançando em direção à compreensão e construção de explicações para os fenômenos. De acordo com Driver et al: https://tucnews.com.br/ 44 Para que os aprendizes tenham acesso aos sistemas de conhecimento da ciência, o processo de construção do conhecimento tem que ultrapassar a investigação empírica pessoal. Quem aprende precisa ter acesso não apenas às experiências físicas, mas também aos conceitos e modelos da ciência convencional. O desafio está em ajudar os aprendizes a se apropriarem desses modelos, a reconhecerem seus domínios de aplicabilidade e, dentro desses domínios, a serem capazes de usá-los. Se ensinar é levar os estudantes às ideias convencionais da ciência, então, a intervenção do professor
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