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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 21, MAIO 2005A velha vela em questão

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Recebido em 30/4/04; aceito em 11/3/05

Em pesquisa anterior, mapeamosalgumas características de ati-vidades experimentais marcan-

tes segundo estudantes de Química.Foram elas: a) a inserção da atividadeexperimental em um contexto maisamplo que o conteúdo disciplinar; b)a necessidade de superar visões em-piristas da experimentação, vistacomo simples possibilidade de teo-rização a partir da prática; c) a impor-tância do diálogo oral e escritopermeando a explicitação do conhe-cimento do grupo, a construção deargumentos e a vali-dação desses argu-mentos, contribuin-do para o enriqueci-mento das teoriasdos participantes so-bre o fenômeno emestudo e d) a surpre-sa dos resultadoscomo modo de con-frontar os diversosargumentos dadospara justificar os re-sultados observados(Galiazzi e Gonçal-ves, 2004).

Considerando essas característi-cas, temos planejado e desenvolvido,em cursos de graduação em Quími-ca, atividades experimentais em uma

Maria do Carmo Galiazzi, Fábio Peres Gonçalves, Bianca H. Seyffert, Elisa Lotici Hennige Juliana Carriconde Hernandes

Neste artigo, propõe-se a realização de uma atividade experimental na perspectiva sociocultural, em que os experimentossão considerados ferramentas ou artefatos culturais para a apropriação do discurso químico pelos estudantes. A aula propostaé desenvolvida usando-se alguns artefatos culturais (o questionário, a tabela, os experimentos, o diálogo, a escrita, os textosteóricos) com o objetivo de problematizar os conhecimentos dos estudantes sobre o fenômeno da combustão.

atividades experimentais, abordagem sociocultural, educar pela pesquisa, diálogo argumentativo

abordagem sociocultural1 e, nestetexto, sugerimos uma das que desen-volvemos, sobre o tradicional experi-mento da vela.

A proposta de atividade em aulaAs reações de combustão, embo-

ra presentes na nossa vida, são pou-co compreendidas em seus aspectosquímicos (Anderson, 1983 e 1990).Schnetzler et al. (2000) apontam al-gumas das dificuldades de compre-ensão desse fenômeno, entre asquais destacamos o não reconheci-

mento do oxigêniocomo um dos rea-gentes, possivelmen-te por ser um gásinvisível, aparente-mente sem massa, eo entendimento equi-vocado da combus-tão como uma carac-terística intrínseca deuma substância, nãocomo uma reaçãoentre um combustívele um comburente.De outra parte, emextensa bibliografia,

inclusive nos livros didáticos, ascausas da extinção de uma chamano experimento da vela têm sido atri-buídas ao término total do oxigênio e

as razões para explicá-la continuamapresentando equívocos.

Birk e Lawson (1999) apresenta-ram um conjunto de argumentos teó-ricos e empíricos sobre o conhecidoexperimento da vela, argumentandoque, ao apagar a vela, o oxigênio nãoé consumido totalmente. O equacio-namento químico da combustão davela e o relato do mesmo experimentoem que um rato vivo foi colocado nomesmo recipiente da vela e perma-neceu vivo enquanto a chama da velaapagou são alguns dos aspectos elu-cidativos daquele trabalho. A ativi-dade que está sendo sugerida nesteartigo foi desenvolvida especialmentea partir dos argumentos apresenta-dos por esses autores.

O primeiro momento da atividadecorresponde ao questionamento paraa explicitação do conhecimento decada um dos participantes do grupo.Para isso, sugerimos que a aula co-mece com a aplicação do questioná-rio inicial, a ser respondido individual-mente e por escrito.

Questionário inicial para explicitaçãodo conhecimento

Suponha que um copo seja em-borcado sobre uma vela acesa fixadaem um recipiente contendo água. Apartir do que ocorre, responda as

As reações de combustãosão pouco compreendidasem seus aspectos químicos.

Dificuldades de compreensãodesse fenômeno são o não

reconhecimento do oxigêniocomo um dos reagentes e o

entendimento equivocado dacombustão como uma

característica intrínseca deuma substância, não como

uma reação entre umcombustível e um

comburente

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questões a seguir.1. O que aconteceu com a cera

da vela?2. O que aconteceu com o ar do

recipiente?3. Do que era feita a chama da

vela?4. Por que a vela apaga?5. Por que, ao apagar a vela, o

nível de água sobe dentro do copo?No momento seguinte sugerimos

que se proceda à análise das respos-tas dos alunos, com a busca de umaclassificação e síntese das respostas.Isto pode ser feito no grande grupoou em pequenos grupos. Nas nossasaulas, temos usado como categoriasde análise as explicações dadas parao fenômeno de combustão comoexplicitadas em Andersson (1990) eRosa e Schnetzler (1998) e das quaisfazemos uma breve síntese a seguir.

Desaparecimento – Quando o es-tudante se refere a alguma substânciater desaparecido na reação química,como pode ser exemplificado pelaresposta dada para explicar porqueentra água no copo que está a seguir:“o líquido ocupa o lugar do oxigênio”.

Modificação – Quando o estudan-te se refere à reação química comouma mudança de estado físico, comoexemplificam os relatos que explicamo papel da cera na reação de com-bustão: “parou de derreter”, “ela fun-diu e algumas partículas evaporaram,e outras se solidificaram novamente”,“por aquecimento, a parafina começaa mudar de estado físico, aumentan-do a distância entre as moléculas ederretendo a cera”.

Interação parcial – Quando a expli-cação do fenômeno fica restrita àssubstâncias ou à energia. Por exem-plo, quando foi perguntado do queera a chama da vela, tivemos comoresposta: “energia”, “energia térmicae energia luminosa”, não tendo refe-rência às substâncias também pre-sentes na chama.

Interação – Quando a compreen-são sobre a reação química estácompleta e adequada, contemplandoa interação entre reagentes e energiapara produzir como resultado outrassubstâncias e energia.

A classificação das respostas dosalunos pode ser feita em pequenos

grupos e cada um desses grupos po-de fazer uma síntese das suas idéiase conclusões, a serem posteriormentediscutidas por todos na sala de aula.Pode também ser apresentada a sín-tese de uma análise das respostasdadas por estudantes em anos ante-riores, como se tem feito em nossasaulas e está mostrada na Tabela 1.

A análise das respostas dos estu-dantes ao questionário tem sido feitaprocurando mostrar os equívocos nacompreensão do fenômeno. Porexemplo, considerando o quadro derespostas, na primeira questão umnúmero expressivo de respostasapontam para um entendimento deque a cera não participa da reaçãoquímica. Os questionamentos dosestudantes durante as aulas referen-dam essas respostas, pois em maisde uma turma em que a atividade foidesenvolvida aparece a idéia de quea cera é apenas suporte para o pavioe não um dos reagentes (nessasocasiões, fazemos uma vela durantea aula, queimando inicialmente ape-nas o pavio, depois molhando o paviona cera derretida antes de acendê-loe discutindo os argumentos apresen-tados pelos alunos).

A análise da segunda e da terceiraquestões permite problematizar oentendimento de que a causa para aextinção da chama é o consumo to-tal do oxigênio, resposta muito fre-qüente nos questionários, como tam-bém possibilita discutir sobre a produ-ção de energia na reação exotérmica,a energia de ativação necessária paraacender a vela e a energia necessáriapara manter a vela acesa.

Novamente as respostas dadas àquarta e quinta questões mostram oentendimento parcial da reação quí-mica da combustão, uma vez que, emum número expressivo de respostas,o desaparecimento do oxigênio du-

rante a combustão é recorrente.Alguns diálogos com os estudan-

tes têm sido interessantes, como osque possibilitam discutir o equacio-namento químico da reação a partirda suposição da composição da ceraser C25H52. A reação em quantidadesestequiométricas necessitaria de 38mols de oxigênio e produziria 25 molsde gás carbônico e 26 mols de água,ou seja, se produziria gás em maiorvolume do que o ocupado pelo oxigê-nio, caso este fosse todo consumido.A condensação rápida da água e adissolução do gás carbônico emágua possibilitam trazer outros aspec-tos para a discussão, que problema-tizam a explicação simples de que aágua ocupou o volume deixado pelooxigênio consumido (Birk e Lawson,1999).

A análise das respostas ao ques-tionário tem gerado sempre um con-junto de questionamentos dos estu-dantes e, com o objetivo de tornarmais complexo o conhecimento dogrupo, executam-se alguns experi-mentos que descrevemos a seguir.Nas aulas em que fazemos essaatividade, os experimentos têm sidodesenvolvidos pelo próprio professor.Ao ir fazendo os experimentos, sugeri-mos prosseguir com a conversadesorganizada (Wells, 1999) sobre ofenômeno enquanto se aguarda algu-ma transformação observável nosexperimentos. Os resultados dosexperimentos selecionados têm pos-sibilitado contrastar as expectativasdos alunos, pois, muitas vezes, vãode encontro a algumas de suas teo-rias, e esse aspecto favorece a pro-blematização de teorias do grupo,contribuindo assim para tornar oconhecimento químico dos estudan-tes mais complexo.

O primeiro dos experimentos é odescrito no questionário, em que osalunos emborcam um copo sobreuma vela acesa em um recipientecom água. Na seqüência dosdiálogos acerca desse experimento,realizamos outros três experimentos.Um deles é o “experimento da velasem a vela” (Krnel e Glazar, 2001), emque se aquece a parte superior de umrecipiente alto com a chama da vela,bico de Bünsen ou lamparina até que

A velha vela em questão

Tabela 1. Respostas ao questionário cate-gorizadas por questão.

Questão

Categoria 1 2 3 4 5

Desaparecimento - 39 - 64 62

Modificação 64 3 - - -

Interação parcial 14 41 74 14 3

Interação - - - - 2

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a água condensada nas paredesevapore e então se emborca nova-mente esse recipiente sobre um pratocom água. Com o passar do tempo,observa-se o deslocamento da águapara dentro do copo, o que proble-matiza a justificativa geralmente dadapara a extinção da chama no experi-mento anterior (o consumo total deoxigênio), uma vez que o mesmo efei-to – a entrada de água no copo – éobservado por outra causa: a contra-ção do volume do ar resfriado pelocontato com o vidro (vide Figura 1).

Outra possibilidade de problema-tizar o conhecimento inicial e favore-cer a construção de argumentos coe-rentes com o discurso químico aceitoé o experimento da oxidação do ferroembebido em vinagre (Braathen,2000). Nessa atividade, embebe-seaproximadamente 0,5 g de uma bu-cha de palha de aço em vinagre (puroou diluído com água na proporção de1:1) durante cerca de 1 minuto. Apósisto, a palha de aço é sacudida paraeliminar a maior parte do vinagre e,então, a bucha é colocada no fundode um tubo de ensaio, que, por suavez, é emborcado em um béquer con-tendo água. Após aproximadamente20 minutos, surgem evidências doconsumo de oxigênio pela oxidaçãoda palha de aço e, conseqüentemen-te, a água entra no tubo de ensaio,neste caso em razão da reação do

oxigênio com o ferro produzindoóxido de ferro (vide Figura 2).

Após a discussão dos experimen-tos, para novamente problematizar asteorias pessoais dos alunos e, aomesmo tempo, perceber as dificul-dades e aprendizagens, retorna-se aoexperimento da vela, alterando, porexemplo, o recipiente emborcado ecolocando um funil (vide Figura 3).Novamente a atividade experimentalinicia pelo questionamento, em quepodem ser questões a serem discuti-das as que seguem: Se o recipienteestiver aberto vai apagar a vela? Porque a chama da vela é amarela? Se achama é só energia (como aparecenos questionários), o que é a fuligem?

As respostas dos alunos geral-mente evidenciam outras lacunas deentendimento do fenômeno e permi-tem continuar o diálogo em sala deaula que problematiza o conhecimen-

to simples acerca das reações decombustão.

Como finalização, sugere-se queos alunos produzam um texto indivi-dual ou coletivo que sintetize as justifi-cativas para a extinção da chama, porexemplo, se o mesmo experimentofosse realizado com três velas ace-sas. Alguns instantes do fenômenorealizado posteriormente a essa pre-visão estão mostrados na Figura 4.

Nesta situação, novamente a pre-visão permite perceber o conheci-mento dos estudantes. Alguns evi-denciam pouca aprendizagem:

– As três velas vão apagarquando terminar o materialcomburente.

Outros que o conhecimento se tornoumais complexo:

– As velas vão se apagar por-que necessitam de energia eoxigênio para queimarem. Coma reação, a quantidade de oxi-gênio vai diminuindo e comisso vai produzindo menosenergia. A energia liberada pelareação é absorvida pelas pare-des do recipiente, o que dimi-nui a energia no sistema, che-gando a um determinado nívelque a energia de ativação paramanter a chama acesa não éalcançado e a chama apaga.

– O principal aspecto foiaprender que a água não entrano copo quando a vela apagasimplesmente porque o O2 éconsumido e a água ocupa oespaço deixado. Como tudo setransforma, o oxigênio consu-mido se transforma em CO2,H2O e energia.

– A chama é um reator quí-mico em que há além da ener-gia, reagentes e produtos. Coma diminuição do oxigênio norecipiente, diminui também aenergia e quando não houverenergia suficiente para mantera reação, a vela apaga.

– Uma coisa que mudou meuraciocínio foi sobre a composi-ção da chama.

A velha vela em questão

Figura 1: Montagem para discussão sobrecontração do volume de ar por diminuiçãoda temperatura.

Figura 2: Montagem para discussão sobrecontração do volume de ar por transfor-mação do O2 gasoso em óxido.

Figura 3: Montagem para discussão dascondições de manutenção/extinção dachama (comburente e energia).

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Abstract: A Suggestion of Experimental Activity: The Old Candle in Question – In this paper, the realization of an experimental activity in the sociocultural perspective is proposed, thus consideringthe experiments as cultural tools or artifacts for the appropriation of chemical discourse by the students. The proposed class is developed using some cultural artifacts (the questionnaire, the table,the experiments, the dialogue, the writing, the theoretical texts) with the goal of problemizing the knowledge of the students about the combustion phenomenon.Keywords: experimental activities, sociocultural approach, educating by investigation, argumentative dialogue

Com esta atividade temos preten-dido problematizar e tornar mais com-plexos os conhecimentos dos alunosacerca da reação de combustão. Aomesmo tempo, busca-se desenvolveratividades experimentais em umaabordagem sociocultural que tem nainterlocução um de seus aportessignificativos a ser incorporado nasatividades experimentais.

A velha vela em questão

Nota1. Utiliza-se a expressão artefato

cultural para se remeter aos instru-mentos (culturais e técnicos) envol-vidos na mediação.

Maria do Carmo Galiazzi (carmo@mikrus.com.br), doutora em Educação, é docente doDepartamento de Química da FundaçãoUniversidade Federal do Rio Grande – FURG.

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Fábio Peres Gonçalves, licenciado em Química –habilitação Ciências pela FURG, é mestre emEducação Científica e Tecnológica pela UFSC.Bianca H. Seyffert, engenheira química pelaFURG, mestre em Catálise pela UFRGS, édoutoranda em Oceanografia na FURG. ElisaLotici Hennig, bolsista de iniciação científica daFAPERGS, é aluna do curso de licenciatura emQuímica da FURG. Juliana Carriconde Hernan-des, bolsista de iniciação científica do CNPq, éaluna do curso de licenciatura em Química daFURG.

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Figura 4: Montagem para discussão do fenômeno em relação à quantidade de O2; deslocamento de água e energia.