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[1] PROGRAMA QUÍMICA 10.º, 11.º e 12.º ANOS DE ESCOLARIDADE República Democrática de Timor-Leste Ministério da Educação [2] PROGRAMA QUÍMICA 10.º, 11.º e 12.º anos de escolaridade Título: Química Ano de Escolaridade: 10.º, 11.º e 12.º Anos Autores: António José Ferreira Mª Otilde Simões (11.º e 12.º ano) Cátia Fonseca (10.º ano) Mª Arminda Pedrosa Coordenadora de disciplina: Mª Arminda Pedrosa Consultora científica: Isabel P. Martins Colaboração das equipas técnicas timorenses da disciplina: Este Programa foi elaborado com a colaboração de Equipas Técnicas Timorenses da Disciplina, sob a supervisão do Ministério da Educação de Timor-Leste Design e Paginação: Esfera Crítica Unipessoal, Lda. Conceção e elaboração: Universidade de Aveiro Coordenação geral do Projeto: Isabel P. Martins Ângelo Ferreira Projeto - Reestruturação Curricular do Ensino Secundário Geral em Timor-Leste Cooperação entre o Ministério da Educação de Timor-Leste, o Instituto Português de Apoio ao Desenvolvimento, a Fundação Calouste Gulbenkian e a Universidade de Aveiro Financiamento do Fundo da Língua Portuguesa [3] ÍNDICE PROGRAMAS DE QUÍMICA 1. VISÃO GERAL DOS PROGRAMAS PARA O CICLO DE ESTUDOS ................................................................. 4 2. COMPETÊNCIAS A DESENVOLVER PELOS ALUNOS ................................................................................... 6 2.1 COMPETÊNCIAS GERAIS TRANSVERSAIS ........................................................................................... 6 2.2 COMPETÊNCIAS ESPECÍFICAS ............................................................................................................ 6 3. ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DOS PROGRAMAS PARA O CICLO DE ESTUDOS........................................ 8 4. PROGRAMA DE QUÍMICA – 10.º ANO DE ESCOLARIDADE ..................................................................... 12 4.1 APRESENTAÇÃO .............................................................................................................................. 12 4.2 ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DAS UNIDADES TEMÁTICAS ............................................................ 13 UNIDADE TEMÁTICA A: MATERIAIS, RESÍDUOS E GESTÃO DE RISCOS ............................................................ 14 UNIDADE TEMÁTICA B: ALIMENTAÇÃO, HIGIENE E SAÚDE ......................................................................... 26 5. PROGRAMA DE QUÍMICA – 11.º ANO DE ESCOLARIDADE ..................................................................... 35 5.1 APRESENTAÇÃO .............................................................................................................................. 35 5.2 ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DAS UNIDADES TEMÁTICAS ............................................................ 36 UNIDADE TEMÁTICA A: MATÉRIAS-PRIMAS, RECURSOS ENERGÉTICOS E CONSUMO ........................................ 37 UNIDADE TEMÁTICA B: QUALIDADE DA ÁGUA, AR E SOLOS ........................................................................ 46 6. PROGRAMA DE QUÍMICA – 12.º ANO DE ESCOLARIDADE ..................................................................... 55 6.1 APRESENTAÇÃO .............................................................................................................................. 55 6.2 ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DAS UNIDADES TEMÁTICAS ............................................................ 56 UNIDADE TEMÁTICA A: SEGURANÇA ALIMENTAR E QUALIDADE AMBIENTAL .................................................. 57 UNIDADE TEMÁTICA B: MEIOS DE DIAGNÓSTICO E INVESTIGAÇÃO FORENSE .................................................. 65 7. ORIENTAÇÕES METODOLÓGICAS ........................................................................................................... 72 8. RECURSOS DIDÁTICOS ............................................................................................................................ 75 9. AVALIAÇÃO DAS APRENDIZAGENS ......................................................................................................... 75 10. BIBLIOGRAFIA DE REFERÊNCIA ............................................................................................................. 77 [4] 1. VISÃO GERAL DOS PROGRAMAS PARA O CICLO DE ESTUDOS A organização dos programas de Química tem em conta conhecimento construído em investigação em educação em ciências, em geral, e particularmente em educação em química. Especificamente, fundamenta-se em recomendações de investigação no âmbito dos designados movimentos Ciência, Tecnologia e Sociedade (CTS) e de conceções alternativas (CA) e em recomendações de estudos internacionais dedicados à avaliação de níveis de literacia científica de populações escolares (e.g., sucessivas avaliações no âmbito do programa PISA). Investigações em educação em química merecem atenção especial, tendo em vista contribuir para melhor definir finalidades e metas de aprendizagem que estimulem os alunos a desenvolver um conjunto de competências, em quatro níveis: macroscopicamente observável, simbólico, sub-microscópico e contextual. Figura 1 – Tetraedro dos domínios a considerar em educação em química. Trata-se de níveis considerados essenciais para aprendizagens significativas em química e relevantes numa perspetiva de Educação para o Desenvolvimento Sustentável (EDS), tendo em consideração a realidade timorense. A disciplina de Química contribuirá para que os alunos desenvolvam, além de competências transversais essenciais e de literacia científica, competências específicas para participarem ativamente, e numa perspetiva de EDS, na vida das comunidades em que se inserem, e inserirão no futuro. Procura-se que esta disciplina contribua nomeadamente para: Que os alunos reconheçam a relevância pessoal e social do desenvolvimento de competências em química, designadamente para exercícios informados e responsáveis de cidadania e para prosseguimento de estudos em domínios científico-tecnológicos; Promover a concretização dos Objetivos de Desenvolvimento do Milénio, enquadrando conteúdos canónicos de química (conteúdos normalmente tratados numa perspetiva PROGRAMA DA DISCIPLINA QUÍMICA Refere-se a caraterísticas macroscopicamente observáveis de materiais e substâncias e de transformações que os envolvem. Domínio Sub-microscópico Domínio Simbólico Domínio Contextual Refere-se a contextos, próximos ou familiares e a temas abrangentes, potencialmente úteis ou interessantes para os alunos, adequados a subsequentes atividades de aprendizagem. Refere-se a caraterísticas de entidades sub-microscópicas de materiais e substâncias e transformações respetivas. Refere-se a representações de: materiais, substâncias, entidades constituintes e transformações que com eles ocorrem. Domínio Macroscópico [5] disciplinar tradicional orientada para prosseguimento de estudos) em temas mais abrangentes, por exemplo consumo, saúde, ambiente, qualidade e segurança, que ajudem a contextualizá-los, valorizá-los e relacioná-los com processos que ocorrem no dia a dia em situações não escolares. As finalidades seguintes articulam-se com as enunciadas para este ciclo de estudos: 1. Apreciar o valor das ciências, em particular de química, para o progresso científico e desenvolvimento económico, social e ambiental; 2. Compreender a relevância das ciências, em particular de química, para os cidadãos comuns, visando contribuir para que os trabalhos científicos sejam respeitados, compreendidos e valorizados. Tomar consciência da necessidade e utilidade de projetos científicos, cujo desenvolvimento requer recursos, incluindo financiamento; 3. Compreender o papel de atividades laboratoriaise experimentais na construção de conhecimento em química; 4. Reconhecer a natureza do conhecimento em química e formas como é construído e validado; 5. Compreender o valor de química enquanto corpo de conhecimentos, o seu caráter evolutivo e que, enquanto produto de atividade humana, não é, em cada contexto, neutra nem isenta de influências pessoais e sociais; 6. Compreender e explicar, recorrendo a exemplos, de preferência percetíveis localmente e com repercussões globais, as interações entre seres humanos, ambiente e química; relevar a importância destas interações em perspetivas de desenvolvimento sustentável (DS); 7. Estimular nos alunos o interesse por informação de natureza científica e proporcionar-lhes oportunidades para desenvolverem as competências necessárias à sua compreensão, de forma a distinguirem entre factos, opiniões e suposições; 8. Estimular os alunos a avaliarem, com base em critérios pertinentes e de forma crítica, o seu próprio trabalho e o dos outros; 9. Contribuir para o desenvolvimento cultural dos alunos, ajudando-os a compreender que química proporciona uma visão do mundo que integra a cultura atual, permitindo-lhes continuarem a aprender e tomarem decisões fundamentadas ao longo da vida; 10. Incentivar os alunos a aprender conceitos e teorias relevantes em química que lhes permitam desenvolver níveis de linguagem apropriados e dominar convenções específicas desta área disciplinar, desenvolvendo um conjunto de conhecimentos necessário ao prosseguimento de estudos. A Química é uma disciplina trienal com três tempos letivos (50 minutos) semanais em cada ano deste ciclo de estudos. Em cada ano de escolaridade, dois destes tempos letivos destinam-se prioritariamente à realização de atividades práticas, orientadas para a identificação e resolução de problemas, centradas nos alunos. Dada a natureza destas atividades, na organização dos horários é essencial que estes dois tempos letivos sejam seguidos e que a turma esteja dividida em turnos. Esta organização por turnos deve preferencialmente articular-se com organização idêntica de outras disciplinas da área CFNM. Em cada ano letivo serão abordadas duas unidades temáticas. Cada unidade temática engloba diversos subtemas para os quais se especificam os conteúdos a abordar, as metas a atingir e atividades práticas e práticas laboratoriais consideradas essenciais. [6] Na seleção da temática geral para cada ano letivo e dos temas respeitantes a cada unidade, destacam-se problemas atuais e propostas de solução, tendo por matriz geral de referência os Objetivos de Desenvolvimento do Milénio, especificamente os que pareceram mais facilmente relacionáveis com conteúdos canónicos de química. 2. COMPETÊNCIAS A DESENVOLVER PELOS ALUNOS 2.1 Competências gerais transversais Os temas gerais e as unidades temáticas adequam-se a perspetivas de EDS e permitem o estabelecimento de articulações horizontais e verticais com outras disciplinas, tanto da componente específica «Ciências e Tecnologias», como da componente geral, podendo estimular a construção de conhecimentos interdisciplinares. Com efeito, a sua abordagem pode ser enriquecida com contributos de diversas disciplinas, tornando-se mais interessante e estimulante para os alunos Partindo do Plano Curricular do Ensino Secundário Geral e Estratégia de Desenvolvimento, transcrevem-se as finalidades formativas da área Ciências e Tecnologias que são suscetíveis de ser trabalhadas de forma transversal; reformulam-se as necessárias para explicitar aspetos relativos a Química: A. Compreensão pelos alunos de condições materiais e humanas necessárias para resolver ou mitigar alguns problemas, bem como da importância de mobilizar competências em ciências e tecnologias nesses processos de resolução, ou mitigação; B. Promoção nos alunos de tomadas de consciência sobre problemáticas atuais, com dimensões científicas e tecnológicas, que sejam importantes numa perspetiva de educação para exercícios de cidadania e relacionáveis com química; C. Promoção de condições para ajudar os alunos a relacionar conhecimentos construídos em Química, relacionando-os com processos de cariz social e com os construídos noutras disciplinas científico-tecnológicas e noutras áreas disciplinares; D. Consolidação de competências linguísticas, nucleares em Química, comunicação interpessoal e desenvolvimento pessoal e social; E. Desenvolvimento pelos alunos de uma formação sólida em Química, que, além de conceitos e processos, contemple o desenvolvimento de competências de pensamento crítico e de argumentação; F. Aplicação de conhecimentos de química em questões pessoal ou socialmente relevantes, que envolvam também outras dimensões, por exemplo éticas, com vista à promoção de literacia científica e à integração de EDS em Química. 2.2 Competências específicas Os temas gerais, as unidades temáticas, os subtemas e os conteúdos selecionados devem ser entendidos de forma flexível e permeável a contextos localmente relevantes. Simultaneamente, apresentam-se claros relativamente ao que ensinar, de modo que as atividades educativas contribuam para que os alunos efetivamente desenvolvam competências, numa perspetiva de cidadania ativa e de prosseguimento de estudos. Para tal, é necessário assegurar a concretização de diversas condições, em particular as necessárias para que interpretações pessoais não comprometam ou adulterem finalidades educativas definidas. Esta perspetiva requer clareza nos conteúdos a abordar, os quais incluem os contextos [7] utilizados para enquadrar conteúdos canónicos de química, ou seja, os conteúdos a abordar não devem restringir-se a conteúdos canónicos de química, devendo estes apresentar-se integrados em contextos pessoal e/ou socialmente relevantes. Pretende-se que a Química, nos três anos do Ensino Secundário, contribua de forma decisiva para que os alunos, em geral, desenvolvam o conjunto de competências específicas que se enunciam a seguir com referência a cada aluno. O aluno deverá ser capaz de: 1. Caraterizar objetos de estudo de química, enunciar e aplicar conceitos, princípios e teorias de química no âmbito da natureza da matéria e suas transformações, propriedades físicas e químicas de substâncias e aplicações correlacionadas; 2. Desenvolver raciocínio, espírito crítico e outras competências necessárias para resolver problemas, em particular as referentes a observar, inferir, classificar, prever, medir, formular e testar hipóteses, controlar variáveis, interpretar dados, planear e executar experiências; 3. Utilizar construções teórico-conceptuais apropriadas para explicar relações entre a estrutura da matéria e as suas propriedades, bem como as transformações que ocorrem em reações químicas; 4. Conhecer e identificar terminologia específica de química e utilizá-la corretamente em diversas situações: contextos escolares com conteúdos canónicos para explicar expressões científicas integradas em contextos quotidianos diversos dos de química escolar, de ora em diante designados outros quotidianos; para interpretar linguagens utilizadas nestes e relacioná-las com linguagem científica, em particular terminologia específica de química; 5. Relacionar experiências ou observações realizadas em contextos de química com situações e experiências de outros quotidianos; 6. Compreender que os processos que se desenvolveram e se desenvolvem em química tiveram, e têm, consequências positivas e negativas; 7. Obter informação proveniente de diversas fontes, utilizando também tecnologias de informação e comunicação, analisar e avaliar o seu conteúdo; 8. Desenvolver competências para organizar e realizar trabalho, individualmente e em grupo, e para comunicar ideias, oralmente e por escrito, usando linguagem adequada e terminologia científica correta; 9. Desenvolver atitudes necessáriasà construção de conhecimentos no contexto da realização de atividades em química, designadamente curiosidade, perseverança e rigor; 10. Ponderar e avaliar argumentos sobre assuntos socialmente controversos que envolvam dimensões científicas e tecnológicas, em particular de química, numa perspetiva de aprendizagem ao longo da vida. Ou seja, proporcionar oportunidades de formação que ajudem os alunos a, no futuro, acompanharem desenvolvimentos científico-tecnológicos e avaliarem a sua importância numa perspetiva de DS; 11. Procurar compreender informação relativa a desenvolvimentos científico- tecnológicos e avaliar a sua importância para promover DS; 12. Numa perspetiva de DS, compreender quais os aspetos que, em situações concretas, têm de ser ponderados, ou devem ser ponderados, na tomada de decisões; 13. Pesquisar, selecionar e utilizar informações de química (em materiais impressos e por via eletrónica) para formar opiniões pessoais fundamentadas; [8] 14. Usar corretamente terminologia técnico-científica, símbolos e unidades; 15. Manipular reagentes com segurança e confiança, reconhecendo os perigosos e respeitando escrupulosamente normas para a sua manipulação; 16. Utilizar diversas competências manipulativas associadas à realização de atividades laboratoriais; 17. Realizar diversas atividades laboratoriais, respeitando normas de segurança e aplicando técnicas apropriadas; 18. Formular hipóteses relativas ao que prevê vir a observar em atividades laboratoriais; 19. Preparar registos de dados referentes a atividades laboratoriais, analisá-los e discuti- los com base em modelos ou quadros teóricos pertinentes; 20. Interpretar os resultados obtidos e confrontá-los com as hipóteses previamente formuladas e/ou com outros que sirvam como referência; 21. Discutir a validade dos resultados obtidos, tendo em conta limites relativos a observadores, técnicas e instrumentos utilizados; 22. Reformular o planeamento de atividades laboratoriais e justificar as alterações propostas com base na interação entre modelos ou quadros teóricos pertinentes e resultados obtidos. 3. ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DO PROGRAMA PARA O CICLO DE ESTUDOS Os programas da disciplina de Química foram concebidos para ajudar a formar cidadãos capazes de refletirem sobre conhecimentos de química e sobre a sua importância para percecionarem problemas que atualmente afetam as sociedades, a diversos níveis incluindo o local, nacional e global, numa perspetiva de cidadania ativa e no sentido de melhorar a qualidade de vida dos timorenses num quadro mais amplo de sustentabilidade do sistema Terra. Neste quadro, desenvolver competências que permitam percecionar os problemas constitui um requisito essencial, porque inerente a necessidades de se identificarem causas, consequências e atores sociais intervenientes. Estas identificações, por seu turno, são requeridas para que os alunos compreendam a multiplicidade de papéis que, numa perspetiva de sustentabilidade, competem a diversos atores sociais, incluindo eles próprios, as suas famílias e comunidades locais. Os programas de Química distribuem-se por três anos de escolaridade (10.º, 11.º e 12.º anos), integrando cada ano duas unidades temáticas. A figura 2 apresenta as diferentes unidades temáticas exploradas em Química e a sua distribuição por anos de escolaridade. [9] Figura 2 – Esquema conceptual dos programas de Química. [10] A tabela 1 mostra os temas gerais e as unidades temáticas para cada ano letivo. Ano / Tema Geral Unidade Temática 10.º Ano Sobrevivência e Qualidade de Vida A – Materiais, Resíduos e Gestão de Riscos B – Alimentação, Higiene e Saúde 11.º Ano Recursos Materiais e Sustentabilidade Ambiental A – Matérias-primas, Recursos Energéticos e Consumo B – Qualidade da Água, Ar e Solos 12.º Ano Controlo de Qualidade, Saúde e Segurança A – Segurança Alimentar e Qualidade Ambiental B – Meios de Diagnóstico e Investigação Forense Tabela 1 – Temas gerais e unidades temáticas Os subtemas estão mais próximos de conteúdos canónicos de química. Desta forma, pretende- se que os alunos aprendam química em múltiplas dimensões, incluindo tomadas de consciência de questões relativas a DS. Simultaneamente, pretende-se contribuir para que os alunos desenvolvam competências e clarifiquem projetos de vida compatíveis com perspetivas de DS. Estes projetos podem englobar o prosseguimento de estudos em ciências e tecnologias, incluindo áreas afins de química. As tabelas 2, 3 e 4 mostram as unidades temáticas para cada ano de escolaridade e os subtemas que as integram. Ano – Unidade Temática Subtemas 10.º Ano A – Materiais, Resíduos e Gestão de Riscos 1. Classificação dos Materiais 2. Tabela Periódica dos Elementos Químicos 3. Técnicas de Separação e Purificação 4. Reações Químicas 10.º Ano B – Alimentação, Higiene e Saúde 1. Soluções – Caraterísticas e Composição 2. Estrutura da Matéria 3. Ligações Intermoleculares Tabela 2 – Subtemas para o 10.º ano. [11] Ano – Unidade Temática Subtemas 11.º Ano A – Matérias-primas, Recursos Energéticos e Consumo 1. Quantidade de Matéria e Cálculos Estequiométricos 2. Compostos Orgânicos 3. Energia em Reações Químicas 11.º Ano B – Qualidade da Água, Ar e Solos 1. Equilíbrio Químico 2. Equilíbrios de Ácido-Base 3. Dissoluções e Equilíbrios de Solubilidade 4. A Química da Atmosfera Tabela 3 – Subtemas para o 11.º ano. Ano – Unidade Temática Subtemas 12.º Ano A – Segurança Alimentar e Qualidade Ambiental 1. Medições em Química 2. Reações em Solução Aquosa 3. Oxidação-redução 12.º Ano B – Meios de Diagnóstico e Investigação Forense 1. Estrutura Eletrónica em Átomos e Moléculas 2. Química Nuclear 3. Ligações intermoleculares Tabela 4 – Subtemas para o 12.º ano. No que respeita à componente laboratorial, além de atividades laboratoriais de demonstração e ilustração, estabelecem-se também atividades práticas laboratoriais, a realizar pelos alunos, trabalhando em pequenos grupos, sob orientação do professor. Estas atividades devem realizar-se nas aulas que funcionem em turnos, cuja dimensão, além de razões de foro pedagógico, deve ter em conta razões logísticas e de segurança. As atividades práticas laboratoriais definem-se tendo em conta os seguintes critérios: 1. Exequibilidade, face às condições humanas e materiais existentes. Previsão de viabilidade utilizando materiais laboratoriais simples; 2. Potencialidade para evolução e extensão, em função de melhorias aos níveis de condições materiais, formação de professores, aprendizagens efetivas dos alunos e tempo disponível; 3. Grau de abertura elevado e proximidade em relação à natureza do trabalho científico, de acordo com práticas pedagógicas alicerçadas em investigação pertinente; 4. Estreita articulação com o tema geral, unidades temáticas, subtemas e conteúdos definidos; 5. Moderação no número de atividades práticas laboratoriais essenciais a realizar, o que permitirá dispor de várias aulas por atividade prática laboratorial. [12] 4.1 APRESENTAÇÃO Na seleção da temática geral e dos temas respeitantes a cada unidade, destacam-se problemas atuais e propostas de solução, tendo por matriz os Objetivos de Desenvolvimento do Milénio, especificamente os que parecem mais facilmente relacionáveis com química. No 10.º ano o programa divide-se em duas unidades temáticas, com base na abordagem do tema geral, Sobrevivência e Qualidade de Vida. As duas unidades temáticas são: Unidade temática A – Materiais, Resíduos e Gestão de Riscos; Unidade temática B – Alimentação, Higiene e Saúde. A escolha deste tema Sobrevivência e qualidade de vida permite integrar dois Objetivos de Desenvolvimento do Milénio (Objetivo 4,Reduzir a mortalidade infantil e Objetivo 6, Combater a SIDA, malária e outras doenças) tendo ainda em conta diversas relações entre conhecimento químico e problemáticas relacionadas com sobrevivência e qualidade de vida, nomeadamente as relações entre: Classificação de materiais, a sua rotulagem e acidentes, em particular os acidentes infantis; Técnicas de separação e purificação e obtenção de água potável; Tabela Periódica e propriedades de elementos químicos, como toxicidade; Reações químicas e a eliminação de resíduos por combustão; Composição quantitativa de soluções, estabelecimento de doses e a realização de diluições; Estrutura da matéria, componentes ativos em medicamentos e produtos de higiene; Forças intermoleculares e atuação de produtos de higiene e limpeza. Além de várias atividades laboratoriais, sugeridas como demonstração, apontam-se três atividades laboratoriais que devem ser realizadas pelos alunos, organizados em pequenos grupos. 1. Separação de componentes de uma mistura-problema: trabalho de pesquisa, isto é, atividades de resolução de problemas que incluam também atividade laboratorial. Por exemplo, separar componentes de água residual doméstica, água de pântano, água de uma salina, água de maré negra, água do mar, água residual de oficina. 2. Preparação de soluções: atividade exploratória, isto é, inclui discussão de dificuldades sentidas durante o processo e de limitações identificáveis na solução final obtida (nomeadamente incerteza, grau de pureza e assepsia). Por exemplo, recorrendo a processos de diluição, produzir uma solução que possa funcionar como medicamento: soro fisiológico ou desinfetante. 3. Testes laboratoriais de solubilidade: atividade experimental, isto é, envolve manipulação e controlo de variáveis, como a temperatura, a massa de soluto, o volume de solvente, o tempo de agitação, etc. Por exemplo, testar a solubilidade de possíveis componentes ativos de medicamentos em vários solventes. PROGRAMA DA DISCIPLINA QUÍMICA 10.º ANO DE ESCOLARIDADE [13] 4.2 ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DAS UNIDADES TEMÁTICAS A diversidade de materiais e a constante procura de novas aplicações úteis à humanidade conduz à evolução do conhecimento científico, em geral, e, em particular, de química. Os progressos científico-tecnológicos resultam de necessidades diversas, incluindo as que se sentem no quotidiano. Por um lado, relacionam-se com necessidades associadas à sobrevivência, por exemplo referentes a alimentação, higiene e saúde. Por outro lado, resultam de estímulos que dão resposta a um incessante ímpeto consumista, proporcional à dependência de novos materiais e a avanços tecnológicos, que se vinculam a novos costumes pessoais e sociais. O consumo pode relacionar-se com problemas de sustentabilidade relativamente à utilização de recursos materiais e com perceções de necessidades diversas, as quais também dependem de contextos em que cada um vive, podendo relacionar-se com parâmetros utilizados para caraterizar DS e conceções de qualidade de vida. É, assim, imperativo que os alunos, enquanto cidadãos e consumidores, desenvolvam competências essenciais para tomar decisões orientadas por preocupações e princípios de DS. É igualmente nesta perspetiva de DS que se procura relacionar os conteúdos abordados ao longo do 10.º ano de escolaridade com os Objetivos de Desenvolvimento do Milénio, com foco no Objetivo 4: Reduzir a mortalidade infantil e no 6: Combater a SIDA, malária e outras doenças. Também nesta perspetiva, é essencial desenvolver competências em química. Figura 3 – Organização do programa do 10.º ano. [14] Unidade Temática A: Materiais, resíduos e gestão de riscos O tema Materiais, resíduos e gestão de riscos justifica-se pela sua pertinência face à diversidade de materiais, às formas como são utilizados, armazenados, transportados e eliminados. A classificação de materiais baseia-se em critérios diferenciados, por exemplo perigosidade (grau ou tipo), o que pressupõe utilizações e conhecimentos específicos. A classificação é também importante em gestão de resíduos. Uma adequada gestão de resíduos, além de pressupor o envolvimento dos cidadãos, pressupõe conhecimentos em química, designadamente de diversas caraterísticas de elementos químicos, técnicas de separação de substâncias e purificação, bem como de reações químicas, em particular reações de combustão. Os conhecimentos de química a mobilizar nesta unidade temática integram-se em quatro subtemas: Subtema A.1 – Classificação dos Materiais Subtema A.2 – Tabela Periódica dos Elementos Químicos Subtema A.3 – Técnicas de Separação e Purificação Subtema A.4 – Reações Químicas Subtema A.1 - Classificação dos Materiais Classificar materiais surge como uma necessidade face à diversidade de proveniências, caraterísticas e aplicações, sendo igualmente necessário para estruturar conhecimentos. Para classificar materiais, em química, recorre-se a diversos critérios, por exemplo estado físico, que tem implicações práticas, nomeadamente no que respeita ao transporte, armazenamento e manuseamento. Uma outra classificação amplamente usada baseia-se no conceito de substância, central em química, e está intimamente ligada à estrutura da matéria. A classificação pela perigosidade de substâncias, e suas misturas, é particularmente importante em termos tecnológicos e sócio-ambientais, por ter implicações para a segurança individual, coletiva e ambiental. Conteúdos Metas de aprendizagem Atividades práticas e práticas laboratoriais essenciais A.1.1 Classificação pelo estado físico Estados físicos Mudanças de estado Ponto de fusão Ponto de ebulição a) Identifica mudanças de estado físico em casos concretos do quotidiano, atribuindo-lhes nomes: vaporização (evaporação e ebulição), condensação, fusão, solidificação (congelação) e sublimação; explicita que numa mudança de estado não há modificação da natureza da substância. b) Descreve os estados físicos a nível sub-microscópico em termos de agregação das partículas, * relaciona o estado de agregação a nível sub-microscópico com propriedades macroscópicas. Analisar e interpretar: Representações (esquemas, figuras) relativas a mudanças de estado; Descrições de situações em que ocorrem mudanças de estado; Representações de estados físicos a nível sub-microscópico, incluindo limitações dessas representações. Realizar exercícios de aplicação sobre: Identificação de estados físicos ou mudanças de estado a partir das suas representações ou descrições; [15] c) Carateriza ponto de fusão e ponto de ebulição de substâncias, reconhece que dependem da pressão a que estão sujeitas; * identifica o estado físico de uma substância, a partir do conhecimento dos pontos de fusão e de ebulição e da temperatura e pressão a que se encontra. Identificação do estado físico predominante a partir de informações sobre os pontos de fusão e de ebulição; Relações entre propriedades macroscópicas e sub-microscópicas (por exemplo: a mobilidade elevada e compacticidade elevada das partículas nos líquidos implica que estes tenham forma variável e volume constante). A.1.2 Classificação das misturas e das substâncias Substâncias Fórmulas químicas Misturas de substâncias Substâncias puras Misturas homogéneas Misturas heterogéneas Substâncias elementares Substâncias compostas a) Associa a designação de substância a um material com composição química bem definida, o que se traduz por uma fórmula química. b) Explica que a generalidade dos materiais são misturas de substâncias, de composição variável, dando alguns exemplos. c) Associa a designação substâncias puras a materiais constituídos por uma única substância, referindo que estes materiais apresentampropriedades bem definidas, nomeadamente estado físico, ponto de fusão e ponto de ebulição; *identifica alguns materiais em que predomina uma substância e cujo grau de pureza (elevado) permite considerá-los substâncias puras. d) * Distingue o termo puro em contexto químico e noutros contextos (por exemplo bacteriologicamente puro ou naturalmente puro). e) Aplica os conceitos de ponto de fusão e de ebulição, utilizando- os como critérios de pureza. f) Classifica, por observação a olho nu ou por descrição, misturas como sendo homogéneas ou heterogéneas; * carateriza misturas homogéneas e heterogéneas (por exemplo, quando se apresentam uniformes em toda a sua extensão ou quando é possível distinguir constituintes a olho nu). g) Classifica substâncias como elementares ou compostas, recorrendo às respetivas fórmulas químicas ou nomes sistemáticos; * designa as substâncias elementares também por «substâncias simples» e as substâncias compostas também por «compostos». Analisar a composição de materiais recorrendo a rótulos ou etiquetas e classificá-los como misturas de substâncias ou como substâncias puras. Classificar misturas como homogéneas ou heterogéneas: Por observação de materiais ou de suas imagens; Por análise de informação de rótulos e etiquetas. Classificar substâncias em compostas ou elementares a partir de: Representações simbólicas (por ex. fórmulas químicas); Nomes sistemáticos. Realizar exercícios de aplicação que visem: Classificar materiais, por observação e por análise de informação, nomeadamente em rótulos e etiquetas; Classificar substâncias em compostas ou elementares; Interpretar fórmulas químicas ao nível sub-microscópico (água, H2O, é formada por moléculas, cada uma com dois átomos de hidrogénio e um de oxigénio; ferro, Fe, é formado por uma estrutura com átomos de ferro; sal, NaCl, é formado por uma estrutura em que existem os elementos sódio e cloro; Néon, Ne, é formado por átomos do elemento com o mesmo nome). Realizar a determinação laboratorial do ponto de ebulição (ou de fusão) da água – atividade prática laboratorial de demonstração. [16] A.1.3 Classificação pela perigosidade Informação de segurança Símbolos de perigo Equipamento de proteção individual a) Interpreta um sistema básico de classificação de perigosidade para materiais (produtos químicos), incluindo simbologia usada e graduação de perigo. b) Enuncia a regra mais importante relativa ao armazenamento de produtos perigosos: «manter fora do alcance das crianças». c) Enumera equipamentos de proteção individual (EPI) usados na manipulação de produtos químicos; * identifica limitações no uso de EPI (por exemplo: máscara para poeiras não protegem de vapores e gases; as luvas de borracha não proporcionam proteção universal, etc.) d) Consulta informação de segurança, disponível nos rótulos ou em Fichas de Dados de Segurança (por exemplo: informação sobre riscos, conselhos de segurança e símbolos de perigo), para gerir riscos na utilização de produtos químicos, assim como na sua eliminaçã0, em situações concretas. Analisar e interpretar: Informação e símbolos de perigo em rótulos e etiquetas; Informação de segurança em casos concretos (etanol, acetona, ácido sulfúrico, hidrogénio, naftaleno, etc.). Realizar exercícios de aplicação para: Associar símbolos e respetivas designações e/ou definições; Agrupar e hierarquizar materiais de acordo com a perigosidade; Selecionar EPI. Elaborar trabalho de pesquisa sobre perigosidade de um produto (em alternativa). * Assinala nível de desempenho superior (ver Orientações metodológicas). [17] Subtema A.2 - Tabela Periódica dos Elementos Químicos A organização sistemática dos diversos elementos químicos na Tabela Periódica, traduzindo a periodicidade das suas propriedades, proporcionou uma das sínteses de conhecimento científico mais interessantes e úteis. É, pois, imprescindível que os alunos desenvolvam não só conhecimentos sobre esta importante fonte de informação, como também competências para a consultarem, analisarem e recolherem informações sobre diversas propriedades, tanto relativas a elementos como às correspondentes substâncias elementares. Para explorar o mundo material, o conceito de átomo e o conhecimento da sua constituição são incontornáveis. Estes conhecimentos são fundamentais para se compreender a constituição da matéria a nível sub-microscópico e a sistematização de propriedades atingida em diversas versões da Tabela Periódica. São também necessários para se compreenderem práticas quotidianas que se recomendam numa perspetiva de proteção ambiental, por exemplo no âmbito da gestão de resíduos perigosos. Conteúdos Metas de aprendizagem Atividades práticas e práticas laboratoriais essenciais A.2.1 Estrutura atómica Elementos químicos Átomos Iões Protões, neutrões e eletrões Número atómico Número de massa Isótopos Massa atómica relativa a) Interpreta a composição de materiais identificando, através das fórmulas químicas apresentadas, elementos químicos constituintes. b) * Explica que qualquer material é constituído por elementos químicos, aos quais correspondem símbolos químicos, que existem em número limitado (pouco mais de uma centena) e cuja sistematização se apresenta na Tabela Periódica. c) Descreve os átomos como unidades estruturais da matéria constituídos por protões, neutrões e eletrões, e utiliza-os para explicar a existência de moléculas e iões. d) Caracteriza protões, neutrões e eletrões, em termos de carga elétrica, e refere que o átomo, tendo igual número de protões e eletrões, é eletricamente neutro; * refere que a massa do protão é praticamente igual à massa do neutrão, sendo a massa do eletrão desprezável relativamente àquelas. e) Descreve a constituição dos átomos identificando o núcleo, com protões e neutrões, e os eletrões, exteriores ao núcleo, em número igual ao de protões. f) Caracteriza os elementos pelo número atómico, Z, ou seja, pelo número de protões. g) Caracteriza os átomos pelo seu número atómico, Z, pelo número de massa, A, e pelo símbolo químico; usa a notação . Analisar rótulos de produtos alimentares, de limpeza, bulas de medicamentos ou boletins de análises para, através de nomes sistemáticos e fórmulas químicas, identificar os elementos químicos presentes. Realizar exercícios de aplicação para: Utilizar a notação , ou descrição similar, para caracterizar átomos, iões e isótopos de elementos; Determinar a carga de iões por soma algébrica da carga de protões, neutrões e eletrões. XAZ XAZ [18] A.2.2 O modelo quântico do átomo e a estrutura eletrónica Modelo quântico Quantização da energia Níveis e subníveis de energia Orbitais Nuvens eletrónicas Notação spdf Forma e orientação das orbitais Configuração eletrónica Spin Eletrões de valência Fotão Efeito fotoelétrico h) Identifica átomos pertencentes ao mesmo elemento químico mas que são diferentes entre si, por não terem o mesmo número de neutrões, designando-os por isótopos. i) Explica a utilidade do conceito de massa atómica relativa com base em argumentos de escala ao nível sub-microscópico – a massa dos átomos é extremamente reduzida. Refere como termo de comparação 1/12 da massa do átomo de carbono-12. j) * Caracteriza massa atómica relativa de um elemento químico, explicitando a contribuição dos seus isótopos naturais através das massas isotópicas relativas e respetivas abundâncias. a) Explica que, de acordo com o modelo atómico mais atual – modelo quântico –, a energia dos eletrões no átomo está quantizada, isto é, só pode assumir certos valoresassociados a níveis e subníveis de energia. b) Explica que o modelo quântico descreve o comportamento dos eletrões nos átomos através de orbitais, as quais se representam através de nuvens eletrónicas, * que traduzem a possibilidade (probabilidade) de encontrar o eletrão no espaço exterior ao núcleo atómico; * explica diferentes representações de nuvens eletrónicas. c) Interpreta a notação spdf (por exemplo: 2py2 representa dois eletrões cujo comportamento é descrito por uma orbital de um subnível do 2º nível de energia, com a nuvem eletrónica em forma de haltere, referindo-se y á orientação dessa orbital no espaço); * explicita que a forma das orbitais pode ser esférica – orbitais s –, em forma de haltere – orbitais p –, ou em forma de trevo (e outras) – orbitais d –, e que as orbitais podem ter diferentes orientações: por exemplo, px, py e pz. d) Interpreta a configuração eletrónica de um átomo como correspondendo à distribuição dos seus eletrões por orbitais, a qual obedece a uma ordem, baseada em princípios e regras; refere que no estado fundamental só é permitida uma configuração eletrónica (por exemplo 11Na – 1s2 2s2 2p6 3s1); * refere que cada orbital comporta no máximo dois eletrões, os quais terão spins diferentes, representando esta situação por . Analisar e interpretar: Esquemas que representem a quantização de energia eletrónica em átomos; Diferentes representações de orbitais; Configurações eletrónicas em casos particulares; Informação sobre configurações eletrónicas em tabelas periódicas. Realizar exercícios de aplicação para retirar informação a partir de configurações eletrónicas e da tabela periódica. [19] A.2.3 Tabela Periódica e substâncias elementares Tabela Periódica Grupos e períodos Elementos representativos Elementos de transição Metais e não-metais Propriedades de substâncias elementares Alótropos Famílias de substâncias elementares e) Utiliza configurações eletrónicas, por exemplo disponíveis em tabelas periódicas, para apurar o número de eletrões de valência. f) * Explica que a quantização da energia é uma propriedade intrínseca do mundo quântico (sub-microscópico), assim como de todas as radiações eletromagnéticas. g) * Interpreta o efeito fotoelétrico (ejeção de eletrões por um metal quando nele incide determinado tipo de radiação) com base na interação de fotões com eletrões, explicitando a importância deste efeito em Física. h) Enumera famílias de substâncias elementares (gases nobres, metais alcalinos, halogéneos); * relaciona algumas propriedades caraterísticas para cada família com utilizações concretas. a) Interpreta a organização da Tabela Periódica em termos de grupos e períodos, de elementos representativos e de transição, bem como de metais e não-metais. b) Associa, para os elementos representativos, grupo e período a eletrões de valência: o grupo ao número de eletrões de valência e o período ao nível de energia. c) Interpreta, com base no posicionamento dos elementos químicos na Tabela Periódica, a existência de alguns elementos essencialmente na forma de iões (por exemplo o sódio ocorre na forma Na+ em compostos iónicos, como o cloreto de sódio). d) Identifica propriedades das substâncias elementares: estado físico, ponto de fusão, ponto de ebulição e caráter metálico. e) Aponta exemplos de alótropos e indica que, apesar de constituídos pelo mesmo elemento químico, são substâncias diferentes. Analisar as informações de uma Tabela Periódica, e interpretar informações relativas a elementos (por exemplo, número atómico, número de massa) e a substâncias elementares (por exemplo, estado físico, ponto de ebulição e fusão). Realizar exercícios de aplicação para identificar grupo e período de um elemento, ou elementos pertencentes ao mesmo grupo ou período, a partir de informações variadas (eletrões de valência, níveis de energia, notação AZX, configuração eletrónica). [20] A.2.4 Tabela Periódica e elementos Propriedades de elementos químicos Reatividade Toxicidade e essencialidade Caráter metálico Energia de ionização Afinidade eletrónica a) Identifica propriedades associáveis aos elementos químicos: reatividade; toxicidade e essencialidade; caráter metálico. b) Descreve a reatividade em grupos específicos: gases nobres; metais alcalinos; halogéneos. c) Relaciona a reatividade dos elementos com energia de ionização e afinidade eletrónica identificando regularidades e padrões de variação na Tabela Periódica; * explica requisitos incluídos nas definições de energia de ionização e de afinidade eletrónica. d) Distingue propriedades de elementos das propriedades de correspondentes substâncias elementares, designadamente referentes a toxicidade (por exemplo: o ozono, substância elementar, é tóxico, embora toxicidade não seja caraterística intrínseca do elemento oxigénio. Já no caso do elemento chumbo a toxicidade pode considerar-se intrínseca, pois esta caraterística é quase sempre independente da forma em que este elemento se encontra). Analisar as informações de uma Tabela Periódica e interpretar as informações relativas a elementos e a eles associáveis. Realizar exercícios de aplicação para: Caraterizar a reatividade de elementos pertencentes a um mesmo grupo, para vários grupos específicos; Distinguir propriedades de elementos das de substâncias elementares. Elaborar um trabalho de pesquisa sobre um elemento químico (em alternativa – ver Orientações Metodológicas). [21] Subtema A.3 - Técnicas de Separação e Purificação As técnicas de separação de misturas permitem, idealmente, a obtenção de substâncias puras. Efetivamente, permitem separar substâncias com graus de pureza tais que, para efeitos práticos, se consideram substâncias puras. No dia a dia, estas técnicas revestem-se de particular importância, por exemplo na indústria petroquímica para separar os derivados do petróleo. As técnicas usadas na separação de misturas heterogéneas têm importantes aplicações em diversos domínios. Destacam-se aplicações no tratamento de águas residuais e no processamento de resíduos sólidos urbanos. Já as técnicas de separação de misturas homogéneas podem ser usadas, por exemplo, no tratamento de água para consumo humano – essencial para preparar alimentos numa perspetiva de prevenção de doenças e de promoção de saúde. Para assegurar o controlo de qualidade, em particular da água para consumo humano, é importante distinguir entre desinfeção e purificação. Conteúdos Metas de aprendizagem Atividades práticas e práticas laboratoriais essenciais A.3.1 Técnicas de separação e suas aplicações Purificação Desinfeção Impurezas Contaminantes A.3.2 Separação de componentes de misturas heterogéneas Decantação Filtração Centrifugação Peneiração Separação magnética a) * Explica o que são impurezas do ponto de vista químico; * Explica o que são contaminantes. b) Distingue purificação (uso de técnicas de separação para remover impurezas) de desinfeção (processo de inativação de microrganismos); explica que a água potável deve ser bacteriologicamente pura mas não quimicamente pura, * ainda que não deva conter contaminantes. a) Identifica, por descrição, representação ou definição, técnicas usadas para separar componentes de misturas heterogéneas: decantação; filtração; centrifugação; peneiração; separação magnética. b) * Pesquisa, interpreta e usa informação sobre técnicas de separação (definição, descrição, aplicações, limitações): filtração; decantação; centrifugação; peneiração; separação magnética.c) Assinala técnicas de separação de misturas heterogéneas particularmente úteis no processamento de Resíduos Sólidos Urbanos, águas residuais e efluentes gasosos. Analisar e interpretar representações e definições de técnicas de separação. Analisar sequências de técnicas de separação que permitam separar vários componentes a partir de misturas. Elaborar trabalho de pesquisa sobre técnicas de separação e suas aplicações (em alternativa – ver Orientações Metodológicas). [22] A.3.3 Separação de componentes de misturas homogéneas Destilação Cristalização Centrifugação Adsorção Absorção Extração Diálise Osmose inversa A.3.4 Separação de componentes de uma mistura- problema Regras gerais de segurança Procedimentos laboratoriais básicos Regras de segurança específicas a) Identifica, por descrição, esquema ou definição, técnicas de separação aplicáveis a misturas homogéneas: destilação, cristalização, adsorção, absorção, extração, diálise, osmose e osmose inversa. b) Aponta técnicas de separação de misturas homogéneas particularmente úteis na purificação de água. c) * Pesquisa, interpreta e usa informação sobre técnicas de separação (definição, descrição, aplicações, limitações): destilação; cristalização; adsorção; absorção; extração; diálise; osmose; osmose inversa. a) Cumpre regras gerais de segurança durante a realização de atividades laboratoriais. b) Realiza, usando técnicas adequadas, procedimentos laboratoriais básicos relacionados com a separação de componentes de misturas (transferência de sólidos, transvase de líquidos, agitação, aquecimento, dobragem de papel de filtro, preparação de montagens), tendo em conta regras de segurança específicas. c) Planifica e executa atividade laboratorial onde aplica processos de separação (usando procedimentos laboratoriais corretos, numa sequência adequada e cumprindo regras de segurança) com o objetivo de separar componentes a partir de uma mistura-problema (real ou simulada). Analisar e interpretar quadro ou cartaz com regras gerais de segurança. Observar procedimentos laboratoriais básicos usados na separação de componentes de misturas (por exemplo, transferência de sólidos, transvase de líquidos, agitação, aquecimento, dobragem de papel de filtro, preparação de montagens) – atividade prática laboratorial de demonstração. Realizar individualmente alguns dos procedimentos laboratoriais básicos usados na separação de componentes de misturas – atividade prática laboratorial. Proceder à purificação de uma água – atividade prática laboratorial de grupo. Por exemplo, purificação de uma água residual doméstica, água de uma salina, água do mar, água residual de oficina, água de maré negra. [23] Subtema A.4 - Reações Químicas Umas mais percetíveis que outras, as reações químicas são uma constante no dia a dia. A multiplicidade e diversidade de reações químicas conduziram à necessidade de as representar de forma prática e universal. Química engloba diversas áreas de estudo, entre as quais cinética química dedicada ao estudo da velocidade das reações, que se repercutem em diversos setores de atividade. Referem-se diversas aplicações quotidianas relacionadas com a conservação e degradação de alimentos. Abordam-se reações químicas numa perspetiva de EDS, associando-as a processos naturais e devidos a ação humana, por exemplo em queimadas e incineração. Relevam-se inter-relações entre reações químicas e materiais, resíduos e gestão de riscos, referindo formação de gases com efeito de estufa e libertação de elementos químicos perigosos através de reações de combustão. Os conceitos de conservação da massa e a indestrutibilidade de elementos químicos são centrais na interpretação destes fenómenos. Conteúdos Metas de aprendizagem Atividades práticas e práticas laboratoriais essenciais A.4.1 Equações químicas Reações químicas Reagentes e produtos da reação Equações químicas A.4.2 A Lei da Conservação da Massa Lei da Conservação da Massa Acerto de equações químicas a) Representa reações químicas através de equações químicas, nas quais usa fórmulas químicas para representar as substâncias ou espécies intervenientes, separadas por sinais +, e uma seta, , que permite distinguir, para cada reação, os reagentes dos produtos da reação; utiliza, quando apropriado, as notações (s), (l), (g) e (aq) para descrever os estado de agregação de reagentes e produtos da reação. a) Explica que numa reação química a massa dos reagentes transformados é igual à massa dos produtos da reação gerados e associa esta relação de igualdade à Lei da Conservação da Massa, também conhecida por Lei de Lavoisier; * enuncia a Lei da Conservação da Massa. b) Aplica a Lei da Conservação da Massa no acerto de equações químicas simples; * explica que numa reação química o número de entidades de cada elemento deve ser igual nos reagentes e nos produtos, e que, nesta perspetiva, os elementos químicos são indestrutíveis. c) * Identifica a necessidade de, em atividades laboratoriais destinadas a verificar a Lei da Conservação da Massa, se utilizar sistemas fechados; * aplica a Lei da Conservação da Massa mesmo em situações menos óbvias, como, por exemplo, quando ocorrem reações em recipiente aberto com libertação de gases. Realizar exercícios de aplicação de acerto de equações químicas simples. Planear e realizar experiências sobre a Lei da Conservação da Massa, em sistema aberto e em sistema fechado – atividade prática laboratorial centrada. [24] A.4.3 Velocidade das reações químicas Velocidade Teoria das colisões Energia de ativação Colisão eficaz Ignição A.4.4 Fatores que afetam a velocidade das reações e a conservação de alimentos Prazos de validade Efeito da temperatura Efeito do grau de divisibilidade de reagentes Efeito da concentração dos reagentes Efeito da luz Efeito de catalisadores Enzimas a) Explica a ocorrência de reações químicas como resultando de choques entre entidades dos reagentes, as quais reconhece estarem em incessante movimento – Teoria das Colisões. b) Explica que, para que haja reação, é necessário que as colisões ocorram com energias iguais ou maiores que um valor determinado (energia de ativação) e é necessário que os choques originem novas espécies químicas (colisões eficazes). c) Associa uma ignição à necessidade de se iniciar uma determinada reação química vencendo a barreira da energia de ativação. a) Refere a importância do controlo da velocidade das reações químicas na conservação dos alimentos; refere que o estabelecimento de um prazo de validade tem por base estudos da cinética das reações de degradação dos alimentos. b) Prevê e interpreta, com base na Teoria das Colisões, o efeito da variação da temperatura na velocidade das reações químicas; associa a refrigeração e congelação de alimentos à necessidade de impedir que se degradem. c) Prevê e interpreta, com base na teoria das colisões, o efeito do grau de divisibilidade de reagentes e da concentração de reagentes na velocidade das reações químicas; associa o maior grau de divisibilidade de alguns alimentos à sua mais rápida degradação (por exemplo, carne picada). d) Afirma que a luz aumenta a velocidade de determinadas reações químicas; refere o uso de recipientes escuros (por exemplo, garrafas) para proteção dos seus conteúdos, sejam alimentos, medicamentos ou reagentes laboratoriais. e) Descreve o efeito de catalisadores positivos e negativos (inibidores) na velocidade das reações químicas e refere a utilização de catalisadores negativosna conservação de alimentos processados (antioxidantes, conservantes); descreve as enzimas como catalisadores biológicos referindo a importância do seu estudo em biologia. Analisar exemplos concretos de reações com diferentes velocidades. Analisar e interpretar simulações de reações químicas com base na teoria das colisões. Analisar e interpretar situações concretas de variação da velocidade de reações químicas. Realizar exercícios de aplicação para: Identificar informações em rótulos ou especificações técnicas relacionados com cinética química, por exemplo: prazos de validade; conservantes; antioxidantes; conselhos de conservação e de confeção de alimentos; Relacionar previsões de aumento ou diminuição da velocidade de reações químicas com fatores que a afetam; Redigir interpretações e justificações de previsões feitas com base na teoria das colisões. [25] A.4.5 Reações de combustão e eliminação de resíduos Combustão Queimada Incineração a) Carateriza combustão como uma reação química de combinação com oxigénio; * carateriza combustão como uma reação química rápida de combinação com oxigénio, acompanhada de libertação de calor e luz, cujos produtos são principalmente CO2(g) e H2O(g), e que necessita de ignição. b) Distingue queimada (combustão incontrolada) de incineração (combustão controlada); * explica que uma queimada é uma reação combustão incontrolada e que, por isso, além de CO2(g), se formam outros poluentes; * explica que uma incineração é uma reação combustão controlada, na qual as emissões gasosas podem ser purificadas, sendo, por isso, constituídas quase exclusivamente por CO2(g) e H2O(g), tendo ainda a vantagem de simultaneamente poder aproveitar-se energia. c) Explica que uma combustão controlada implica que ocorra a temperatura elevada, com o grau de divisibilidade do combustível ajustado e com a concentração de oxigénio regulada, de modo a aumentar a sua velocidade. d) Explica que se existirem elementos químicos tóxicos num determinado resíduo, nunca poderão ser destruídos por combustão, considerando que tal resulta da Lei da Conservação da Massa; associa as queimadas de resíduos contendo elementos tóxicos (pilhas, lâmpadas fluorescentes, tintas e vernizes, etc.) à disseminação de poluentes na atmosfera. e) * Explica que as reações de combustão são amplamente usadas para eliminar resíduos por permitirem transformar reagentes sólidos, que ocupam terrenos, em produtos gasosos, que se disseminam para a atmosfera. f) * Enumera algumas consequências ambientais da eliminação de resíduos através de queimadas e incineração (por exemplo: emissões gasosas de poluentes, emissão de gases com efeito de estufa e destruição de florestas). Realizar exercícios de aplicação de associação entre conceitos e definições e vice-versa. Elaborar trabalho de pesquisa sobre materiais ou objetos contendo elementos tóxicos (em alternativa – ver Orientações Metodológicas). Debate sobre o tema «Resíduos sólidos: queimadas ou lixeiras? Em que circunstâncias?» ou, em alternativa, «Resíduos sólidos: Incineração ou aterro sanitário? Em que circunstâncias?» [26] Unidade Temática B: Alimentação, higiene e saúde A diversidade de materiais disponíveis facilmente se reflete na preparação de misturas, em particular de soluções. O quotidiano está repleto deste tipo de misturas, sendo inúmeros os exemplos que podem ser encontrados em áreas essenciais, como alimentação, higiene e saúde. A sua importância, eficácia e diversidade de aplicações estão associadas à diversidade de composições, qualitativas e quantitativas. A compreensão do fenómeno da dissolução e da diversidade de solutos e solventes torna necessário aprofundar conhecimentos sobre a estrutura da matéria e interações a nível sub-microscópico. Os conhecimentos de química a mobilizar nesta unidade temática integram-se em três subtemas: Subtema B.1 – Soluções – Caraterísticas e Composição Subtema B.2 – Estrutura da Matéria Subtema B.3 – Ligações Intermoleculares Subtema B.1 - Soluções – Caraterísticas e Composição A identificação de soluções em contextos tão vastos como a alimentação, a saúde, a higiene e o ambiente, requer que se defina conceitos de solução e outros relacionados com este, remetendo para alguns aspetos da composição qualitativa e da composição quantitativa. Isto implica que é necessário clarificar os significados que em química se atribuem a soluto e solvente, a dissolução e diluição, a solução concentrada e a solução diluída, e que nem sempre coincidem com os resultantes da experiência pessoal dos alunos. Numa perspetiva de promoção de aprendizagens pessoal e socialmente relevantes, a clarificação destes conceitos deve enquadrar-se em contextos próximos dos alunos. Estes contextos servem para explorar e discutir caraterísticas de diversos tipos de soluções, algumas das quais são essenciais à sobrevivência de populações humanas ou à promoção de níveis adequados de qualidade de vida. Conteúdos Metas de aprendizagem Atividades práticas e práticas laboratoriais essenciais B.1.1 Soluções, solutos e solventes - Solução - Solutos e solvente - Componentes ativos e excipientes - Soluções aquosas e alcoólicas a) Carateriza as soluções como sendo misturas homogéneas; * descreve a constituição de uma solução referindo solvente e solutos. b) Explica que num medicamento os solutos são quase sempre os componentes ativos e o solvente é o excipiente. c) Aponta as soluções líquidas, aquosas e alcoólicas, cujos solutos podem apresentar-se originalmente sólidos, líquidos ou gasosos, como as mais usadas em alimentação, saúde e higiene. Analisar e interpretar: Rótulos e bulas de medicamentos com componentes ativos e excipientes; Exemplos de soluções, usadas em alimentação saúde e higiene, assinalando solutos e solventes; Representações de soluções de diferentes concentrações a nível sub-microscópico; Diferentes modos de exprimir a composição de soluções, indicando os seus significados, por exemplo usando rótulos e etiquetas. [27] B.1.2 Composição quantitativa de soluções e sua utilidade em alimentação, saúde e higiene Solução concentrada e diluída Concentração em massa Partes por milhão Percentagem em massa Percentagem em volume Diluições B.1.3 Preparação de soluções Regras de segurança Medição de volumes a) Distingue solução concentrada de solução diluída. b) Interpreta o significado de concentração em massa, recorrendo a exemplos concretos no domínio da alimentação, saúde ou higiene, nos quais se usem as unidades mais comuns: g/dm3 e mg/dm3; * associa «partes por milhão» a ppm e indica que, em soluções aquosas suficientemente diluídas, ppm equivale a mg/dm3. c) Interpreta o significado de percentagem em massa usando exemplos concretos de alimentação, saúde ou higiene (por exemplo em alimentos ou pomadas). d) Interpreta o significado de percentagem em volume usando exemplos concretos de alimentação, saúde ou higiene (por exemplo álcool sanitário ou bebidas alcoólicas). e) Interpreta o significado de percentagem massa – volume como caso particular da concentração em massa, usando exemplos concretos de alimentação, saúde ou higiene (por exemplo na acidez de vinagre ou na composição de produtos de limpeza). f) Resolve exercícios e problemas que permitam determinar concentrações e percentagens, bem como apurar doses de ingestão em alimentação, de ingestão ou aplicação em saúde, ou de aplicação em higiene, avaliando criticamente os resultados. g) Resolve exercícios e problemas relacionados com diluições (por exemplo na preparação de alimentos, na utilização de produtos de limpeza, etc.), avaliando criticamenteos resultados (por exemplo, a razoabilidade, ou não, do valor obtido). h) * Usa a massa volúmica de água, ou de outros líquidos para converter massa em volume e vice-versa. a) Cumpre regras gerais e específicas de segurança durante a realização de atividades laboratoriais. b) Procede com rigor a pesagens (medição de massa com balança) Realizar exercícios de aplicações: Que incluam conversões de unidades em situações simples; Que permitam determinar concentrações, bem como apurar ou decidir doses de ingestão ou de aplicação de produtos usados em alimentação, saúde ou higiene (por exemplo recorrendo a informação disponível nos rótulos de águas engarrafadas, sumos, leite, xaropes, etc.); Relacionados com diluições (por exemplo na preparação de alimentos, na utilização de produtos de limpeza, etc.); De ordenação de procedimentos simples com vista a preparação de uma solução, a partir de um soluto sólido e por diluição; Com cálculos necessários à preparação de soluções: a partir de um soluto sólido; por diluição. Resolver problemas: Envolvendo massas volúmicas de solutos, solventes ou soluções. Relacionados com conversão de unidades; Relacionados com diluições; Envolvendo a descrição de procedimentos simples com vista à preparação de uma solução: a partir de um soluto sólido; por diluição. Observar procedimentos laboratoriais de pesagem e de medição de volumes (com proveta, pipeta e balão volumétrico) – atividade prática laboratorial de demonstração. [28] Pesagem Preparação de soluções e medições de volume (com material de laboratório ou usando doseadores com escala volumétrica). c) Indica que a massa da solução é igual à soma das massas de solvente e solutos; * indica que o volume da solução, não é necessariamente igual à soma dos volumes do solvente e solutos. d) Ordena numa sequência correta procedimentos simples com vista a preparar uma solução: a partir de um soluto sólido e por diluição; * descreve uma sequência correta de procedimentos simples com vista a preparar uma solução: a partir de um soluto sólido e por diluição. e) Efetua os cálculos necessários para preparar soluções: a partir de um soluto sólido; por diluição. f) Segue instruções de preparação, dosagem e aplicação de produtos de limpeza e higiene, fitossanitários (pesticidas) e, em particular, medicamentos. Planificar uma atividade de mistura de dois líquidos miscíveis para averiguar a conservação, ou não, de massa e volume. Observar procedimentos de preparação de soluções: a partir de soluto sólido e por diluição (usando balão volumétrico, proveta ou outro objeto adequado, por exemplo doseadores) – atividade prática laboratorial de demonstração. Realizar individualmente procedimentos laboratoriais de medição de volumes – atividade prática laboratorial. Realizar individualmente procedimentos laboratoriais de pesagem – atividade prática laboratorial (em alternativa a B.3.4). Preparar um medicamento por diluição – atividade prática laboratorial de grupo. Por exemplo, preparação de soro fisiológico ou de um desinfetante. [29] Subtema B.2 - Estrutura da matéria É o estudo de materiais ao nível sub-microscópico que permite interpretar adequadamente propriedades da matéria e compreender melhor algumas aplicações em contextos variados do quotidiano, como a atuação de medicamentos. É também recorrendo a este nível, com base na diversidade de combinações entre átomos dos elementos químicos para a formação de outras unidades estruturais, como moléculas e iões, que se interpreta a existência e diversidade de materiais e se explicam as especificidades associadas a utilizações de cada um. Este nível é também essencial para os progressos conseguidos no design de novas moléculas. Deste modo, compreende-se melhor o uso de determinados solutos, iónicos e moleculares, que atuam como componentes ativos em medicamentos e desinfetantes. Conteúdos Metas de aprendizagem Atividades práticas e práticas laboratoriais essenciais B.2.1 As soluções ao nível sub- microscópico Dissolução B.2.2 Ligação covalente e estrutura molecular Moléculas Ligação covalente Ligações múltiplas Ordem de ligação Notação de Lewis Eletrões ligantes e não- ligantes Regra do octeto a) Explicita que os solutos podem ser constituídos por moléculas ou iões. b) * Descreve a dissolução em termos de interações soluto-soluto, solvente-solvente e soluto-solvente, a nível sub-microscópico, indicando que as entidades envolvidas não são observáveis ao microscópio. a) Descreve a ligação covalente como aquela em que os átomos partilham eletrões de valência, sendo cada eletrão partilhado atraído simultaneamente por ambos os núcleos, o que confere estabilidade à espécie química resultante. b) Associa ligação covalente simples, dupla e tripla à partilha por dois átomos de um, dois ou três pares de eletrões, respetivamente; * associa ordem de ligação ao número de pares de eletrões nela envolvidos. c) Representa átomos pela notação de Lewis, apurando o número de eletrões de valência por consulta da Tabela Periódica; usa a notação de Lewis para representar a estrutura de moléculas. d) Interpreta a formação de moléculas homonucleares, como H2, N2, O2 e Cl2, com base na partilha de eletrões. e) Identifica eletrões de valência que não estão envolvidos em ligação química (eletrões não-ligantes). Analisar e interpretar: Representações de uma solução a nível sub-microscópico, incluindo representações elaboradas previamente pelos próprios alunos; Representações gráficas ou simulações computacionais de dissolução. Analisar e interpretar representações ou modelos tridimensionais de moléculas. Realizar exercícios de aplicação para: Representar, usando a notação de Lewis, átomos e iões; Representar, usando a notação de Lewis, moléculas simples com base na partilha de eletrões; Representar fórmulas de estrutura em situações em que a regra do octeto é aplicável; Identificar, a partir de fórmulas moleculares de estrutura, pares de eletrões ligantes e não-ligantes e classificar ligações como covalente simples, duplas ou triplas. [30] B.2.3. Estabilidade, reatividade e poder desinfetante Comprimento de ligação Energia de ligação Estabilidade e reatividade B.2.4 Iões e a sua estrutura Iões Catiões e aniões f) Analisa a estrutura de moléculas polinucleares, por exemplo H2O, CO2, H2O2, NH3, HCHO, HCl, CH3CO2H, CH4, C2H2, identificando pares de eletrões ligantes e não-ligantes e classificando as ligações como covalentes simples, duplas ou triplas. g) Usa a regra do octeto para estabelecer fórmulas de estrutura de moléculas simples; indica que esta regra só é validamente aplicável em elementos dos períodos 2 e 3 da Tabela Periódica. a) Carateriza os parâmetros comprimento e energia de ligação; * refere que a energia de ligação é simétrica da energia de dissociação. b) Relaciona valores de comprimento e de energia de ligação de ligações simples, duplas e triplas entre átomos semelhantes. c) Relaciona energia de ligação com estabilidade molecular ou, inversamente, com reatividade molecular. d) Relaciona reatividade molecular com poder desinfetante, identificando exemplos e contraexemplos. e) Interpreta a existência de radicais, tais como, O, Cl e NO, com base na existência de eletrões de valência não emparelhados. f) Associa as designações «oxigénio ativo», «cloro ativo» e «iodo ativo» a desinfetantes e/ou a produtos de limpeza que contêm substâncias que originam oxigénio, cloro e iodo, respetivamente. g) Enumera aplicações em alimentação, saúde ou higiene de soluçõescontendo solutos que são constituídos por moléculas polinucleares. a) Explica que os iões podem ser entendidos como resultando de átomos ou moléculas que adquiriram carga elétrica. b) Distingue iões positivos (catiões) de iões negativos (aniões) e iões mononucleares de iões polinucleares. Analisar e interpretar: Tabelas com comprimentos e energias de ligação; Reatividade de N2, O2, O3, Cl2 e I2; Exemplos de solutos moleculares usados em alimentação, saúde e higiene. Analisar e interpretar: Tabelas com comprimentos e energias de ligação; Exemplos de solutos moleculares usados em alimentação saúde e higiene. Realizar exercícios de aplicação para: Determinar a carga de iões a partir da soma algébrica das cargas de eletrões e protões neles existentes; Indicar nomes e fórmulas de iões mais comuns. [31] Nomes de iões Fórmulas químicas de iões B.2.5 Ligação iónica e estrutura de sais Sais Rede iónica Fórmulas químicas de sais Regras de nomenclatura c) Interpreta a carga de iões como o resultado da soma algébrica das cargas unitárias de eletrões e protões neles existentes. d) Indica os nomes e as fórmulas dos iões mais comuns (por exemplo H+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Al3+, Zn2+, Cu2+, Ba2+ e ainda Cl, I, F, SO42, NO3, PO43, CO32, OH, O2, MnO4) a) Interpreta a estrutura de sais como resultando de ligações iónicas, estabelecidas entre iões que formam uma rede (rede iónica); interpreta a ligação iónica como resultante de forças elétricas de atração entre iões de sinais contrários. b) Explica que nos compostos iónicos a fórmula química traduz a proporção dos iões, que se traduz na eletroneutralidade destes compostos. c) Designa sais aplicando regras de nomenclatura e escreve fórmulas de sais a partir dos respetivos nomes. d) Aponta exemplos de sais com interesse farmacológico, referindo que muitas vezes são usados em solução. Analisar e interpretar: Representações ou modelos de redes iónicas; Fórmulas e nomes de sais; Exemplos de sais com interesse farmacológico. Realizar exercícios de aplicação de escrita de nomes e fórmulas de sais. Elaborar um trabalho de pesquisa sobre uma substância iónica (ou molecular) e seu uso como componente ativo em medicamentos (em alternativa – ver Orientações Metodológicas). [32] Subtema B.3 - Ligações Intermoleculares Muitas das propriedades observáveis dos materiais interpretam-se e podem explicar-se com base em caraterísticas sub-microscópicas. Estas relacionam-se com interações entre entidades constituintes, moléculas ou iões, que genericamente se designam ligações intermoleculares. Caraterísticas macroscopicamente observáveis de substâncias, como o estado físico, volatilidade e solubilidade em diferentes solventes, são influenciadas pela natureza e tipo destas interações, as quais se explicam, pelo menos em parte, com base na polaridade molecular. Esta, por sua vez, depende da geometria das moléculas ou, mais genericamente, da geometria das unidades estruturais constituintes das substâncias. Conteúdos Metas de aprendizagem Atividades práticas e práticas laboratoriais essenciais B.3.1 Geometria molecular e polaridade das moléculas Geometria molecular Geometria linear Geometria angular Geometria triangular plana Geometria piramidal Geometria tetraédrica TRPEV Eletronegatividade Ligações polares e apolares Moléculas polares e apolares B.3.2 Polaridade das moléculas e ligações intermoleculares Ligações intermoleculares Interações dipolo-dipolo Forças de London a) Associa a geometria molecular à distribuição tridimensional dos átomos na molécula, identificando as geometrias linear, angular, triangular plana, piramidal e tetraédrica, a partir de fórmulas estrutura (estereoquímicas) de moléculas. b) Formula hipóteses de geometria de moléculas simples, com base na Teoria da Repulsão dos Pares Eletrónicos de Valência. c) Carateriza eletronegatividade como a tendência de um átomo atrair para si os eletrões que formam a ligação química em que intervém; compara a eletronegatividade de diferentes elementos consultando a Tabela Periódica. d) Associa ligação polar e ligação apolar a distribuições de carga elétrica assimétrica e simétrica, respetivamente. e) Explica que a polaridade molecular depende da polaridade das ligações e da geometria da molécula. f) Identifica moléculas polares e apolares partindo da respetiva fórmula de estrutura. a) Distingue entre ligações «intermoleculares» e «intramoleculares»; refere que a intensidade das ligações intermoleculares é muito inferior à das ligações intramoleculares. Analisar e interpretar representações ou modelos tridimensionais de moléculas. Analisar e interpretar a eletronegatividade de diversos elementos usando a Tabela Periódica. Realizar exercícios de aplicação para: Designar geometrias moleculares pelos respetivos nomes; Formular hipóteses de geometria de moléculas simples; Identificar moléculas polares e apolares. Analisar e interpretar representações, animações ou simulações computacionais de forças intermoleculares. Realizar exercícios de aplicação para identificar exemplos concretos em que ocorrem interações dipolo-dipolo, dipolo instantâneo-dipolo induzido, ião-dipolo e ligações de hidrogénio. [33] Interações ião-dipolo Ligações de hidrogénio B.3.3 Ligações intermoleculares e solubilidade Solubilidade Solvatação Lipossolubilidade Hidrossolubilidade Hidrofílico Hidrofóbico b) Associa a intensidade das ligações intermoleculares a materiais no estado sólido, líquido e gasoso. c) Interpreta a ligação entre moléculas polares como resultando principalmente de interações do tipo dipolo-dipolo. d) Interpreta a ligação entre moléculas apolares como resultando de interações do tipo dipolo instantâneo – dipolo induzido (forças de London). e) Interpreta a ligação entre iões e moléculas polares como resultando principalmente de interações do tipo ião – dipolo; explica a formação de sais hidratados com base em interações ião-dipolo e interpreta as correspondentes fórmulas químicas. f) Interpreta as ligações de hidrogénio, associando-as à presença de hidrogénio e de átomos fortemente eletronegativos, como O, N, F; * refere a importância destas ligações em biologia. a) Explicita que a solubilidade depende do par soluto-solvente, da temperatura e da pressão; refere a existência de limites de solubilidade. b) Aplica a regra «igual dissolve igual» a exemplos que envolvam solventes orgânicos (soluções de óleos; efeito dos tira-nódoas), e aquosos, incluindo situações em que ocorrem interações por pontes de hidrogénio (por exemplo soluções de álcool etílico e água). c) Identifica substâncias lipossolúveis e hidrossolúveis, dando exemplos relacionados com higiene e saúde (misturas de cremes e óleos). d) * Explica o funcionamento de sabões e detergentes, com base em interações de natureza simultaneamente hidrofílica e hidrofóbica da sua estrutura. Analisar e interpretar: Situações concretas em que se apliquem regras de solubilidade: «igual dissolve igual»; Exemplos de substâncias lipossolúveis e hidrossolúveis e suas aplicações; Representações, animações ou simulações computacionais da ação de detergentes. Realizar exercícios de aplicação para aplicar regras de solubilidade em situações concretas. [34] B.3.4 Testes laboratoriais de solubilidade Regras de segurança Pesagem Medição de
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