QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 23, MAIO 2006

19Oensino de Química no EnsinoMédio deveria ter como focoas “explicações químicas”

necessárias à vida do aluno/cidadão(Holman e Hunt, 2002; MEC/SEM-TEC, 1999), pois elas: (i) têm signifi-cado prático na vida dos indivíduos;(ii) permitem que as pessoas enten-dam muitas das notícias veiculadasna mídia, nas quais questões de di-mensão científica estão envolvidas;(iii) podem mudar a maneira como oaluno/cidadão percebe o mundo,despertando novos interesses.

Para isso, ao se planejar um cursodeve-se ter claro algumas das princi-pais idéias e/ou conceitos que qual-quer cidadão deveria saber sobreQuímica. A Tabela 1 mostra algumasdessas idéias e a sua importância nacompreensão de alguns fatos/fenô-menos/observações, segundo Hol-man (2001). Segundo esse autor, acompreensão da estrutura da matériaé uma das idéias/conceitos funda-mentais, pois é através dela que con-seguimos entender as propriedadesdas substâncias, e portanto, dos ma-teriais obtidos a partir destas.

Dentro desta perspectiva, as inte-rações intermoleculares e como estasafetam as propriedades das substân-cias e dos materiais torna-se um temaimportante e que deve ser trabalhado

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Recebido em 11/4/05; aceito em 14/3/06

de modo que os alunos percebam arelação entre a estrutura molecular eas propriedades macroscópicas dasubstância ou material em questão.

Interações intermoleculares são asforças de atração, de natureza ele-trostática, que mantêm as moléculasunidas nos estados sólido e líquido.No estado gasoso as moléculas es-tão em constante movimento e a forçade atração entre elas é muito fraca,por isso não nos referimos a esse es-tado quando tratamos de interaçõesintermoleculares. Para moléculas neu-tras as interações intermoleculares aserem consideradas são: dispersãode London, interações dipolo-dipoloe ligação de hidrogênio. As primeirassão as mais fracas, pois ocorrem emmoléculas apolares, nas quais nãoexiste um dipolo permanente - é a dis-torção da nuvem eletrônica devida àaproximação de uma outra moléculaque leva à formação de um dipolotemporário. Em moléculas polares asinterações são mais fortes, pois nes-tas os dipolos são permanentes.

As ligações de hidrogênio são asinterações mais fortes das três, po-dendo ser consideradas como umcaso extremo das interações dipolo-dipolo, devido à diferença de eletro-negatividade entre o hidrogênio e oxi-gênio, nitrogênio e flúor. É esse tipo

de interação que explica porque o pa-pel absorve água mas não uma saco-la plástica feita de polietileno. A Tabela2 mostra as ordens de grandezadessas interações em relação às dasligações covalentes e iônicas.

Outro tipo de interação que tam-bém deve ser considerado é a intera-ção íon-dipolo, importante para solu-ções iônicas. É essa interação a res-ponsável pela solvatação dos íonsquando uma substância iônica se dis-solve em água, por exemplo. E é tam-bém essa interação que permite queuma fralda descartável absorva água,uma vez que o polímero superabsor-vente contém íons sódio e carboxilato(Figura 1).

Neste artigo mostramos que es-sas interações podem ser introduzi-das através de experimentos simplesutilizando-se materiais poliméricoscomo papel, sacola plástica, cristaisde gel para plantas e fraldas descar-táveis, com ênfase nas estruturas dasmoléculas que formam esses produ-tos. As sugestões aqui apresentadasforam aplicadas durante quatro anoscom alunos do 1o ano do Ensino Mé-dio do Colégio Bandeirantes, nacidade de São Paulo, num projetoextracurricular sobre polímeros.

Os experimentos realizados e aquisugeridos são todos adaptados da

Denise Curi

O conceito de interações intermoleculares - interações de van der Waals, interação dipolo-dipolo, ligação dehidrogênio, interação molécula-íon - é um conceito importante pois grande parte das aplicações que fazemosde determinados materiais que utilizamos são derivadas dessas interações. O presente artigo mostra umapossibilidade de se trabalhar esses conceitos através de experimentos simples, empregando-se materiaispoliméricos como papel, sacola plástica, gel para plantas e fraldas descartáveis.

interações intermoleculares, relação estrutura-propriedade, polímeros

Polímeros e interações intermoleculares

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literatura e requerem materiais sim-ples e baratos. Por não requereremnenhum equipamento, reagentes oucuidados especiais (como trabalharem capela, por exemplo), eles podemser realizados em sala de aula, nasescolas onde não há laboratóriodisponível.

Nesses experimentos observou-se um grande interesse dos alunos,demonstrado por uma freqüência nasaulas maior do que 90% e pelo baixoíndice de desistência, menor do que15%, índices expressivos para umprojeto extracurricular. Todos os alu-nos mostraram uma boa compreen-são dos fenômenos e conceitos dis-cutidos: em cada nova aula eles semostravam mais preparados paradiscutir os resultados obtidos e a rela-ção com a estrutura dos polímerosrelacionados com os experimentos.Vários alunos participantes do projetoforam capazes de responder umaquestão modificada da FUVEST2,para explicar o processo de tingimen-to da celulose com o corante crisoi-dina sem a presença do fixador,mostrando que muitos foram capazesde transferir o conhecimento adqui-rido através dos experimentos parauma outra situação.

ObjetivosO principal objetivo do projeto foi

discutir as propriedades e, portanto,as aplicações que damos aos dife-rentes produtos em função da suaestrutura molecular e das interaçõesintermoleculares. Um segundo obje-tivo foi o de desenvolver novas estra-tégias que pudessem ser utilizadasem sala de aula para a discussão deconceitos fundamentais para a com-preensão da Química.

Atividades experimentaisAs atividades apresentadas a se-

guir mostram como foram realizadosos experimentos e as discussões.

Atividade 1 - Por que o papel molha?Esta atividade (Sarquis, 1995) tem

como objetivo iniciar as discussõessobre interações intermoleculares eas propriedades macroscópicas dosmateriais utilizados. Os testes mos-tram porque o papel não encerado

Polímeros e interações intermoleculares

As idéias

1. Tudo é feito de átomos e moléculas1:

• Eles são muito pequenos• Eles estão em constante movimento

2. Substâncias químicas têm uma composiçãofixa, invariável:

• Tudo é feito de elementos• Toda substância pura tem uma fórmula fixa• Amostras de um composto químico em par-

ticular são idênticos, não importa como nósos obtemos

3. A idéia de transformação química:

• Quando ocorre uma transformação química, osátomos se ligam de um modo diferente do ini-cial, produzindo novas substâncias com no-vas propriedades

4. A noção de que as propriedades das subs-tâncias dependem de sua estrutura molecular:

• A “forma” das moléculas que constituem asubstância e a maneira como elas se mantêmunidas definem como é a substância e as suaspropriedades

5. O poder e as limitações da Ciência:

• Como os cientistas tentam responder as ques-tões

• As questões às quais a Ciência pode ou nãoresponder

Tabela 2: Comparação entre interações intermoleculares e ligações químicas.

Interação Tipo Ordem de grandeza / kJ mol-1

Ligações químicas Ligação covalente 100-1000Ligação iônica 100-1000

Interações Dispersão de London* 0,1-2intermoleculares Dipolo-dipolo 0,1-10

Ligação de hidrogênio 10-40

*Também conhecida como dipolo instantâneo-dipolo induzido.

Importantes para a compreensão:

• Do comportamento de sólidos,líquidos e gases

• Da idéia de pureza• Da idéia de concentração• Da idéia de composição cons-

tante

• O que a indústria química faz• Dos diferentes efeitos biológicos

dos elementos e substâncias

• A “arquitetura” da matéria• Como os químicos planejam ma-

teriais, drogas etc. com proprie-dades específicas

• Considerações éticas de ques-tões relativas a Ciências de ummodo racional

• Avaliar as “histórias” científicasveiculadas na mídia

Tabela 1: O que todo mundo deveria saber sobre Química*.

* Publicada por Holtz (2001).

Figura 1: Estruturas dos polímeros citados neste artigo.

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absorve água, enquanto o plásticonão. As discussões são feitas mos-trando aos alunos as diferenças en-tre as moléculas de celulose, quecompõem o papel, e as de polietileno,principal componente das sacolasplásticas (Figura 1). O trabalho comestruturas em duas e três dimensõesdessas moléculas, por meio de sítiosdisponíveis na Internet, facilita avisualização, por parte dos alunos,das interações entre os polímeros ea molécula de água. Animações (Lee,2005) mostrando os diferentes tiposde interações moleculares tambémcolaboram no entendimento desta edas demais atividades. A compara-ção entre o papel comum (folha decaderno ou saco de pão) e um papelencerado serve para mostrar comopodemos modificar as propriedadesdos materiais e solucionar um proble-ma, a partir do momento que enten-demos os fenômenos que originamesse problema.

Material• Pedaços de papel (não encera-

do-guardanapo, folha de cader-no, saco de papel de padariaetc.) de 10 cm x 10 cm

• Pedaços de papel encerado de10 cm x 10 cm

• Pedaços de saco plástico (sa-cola plástica) de 10 cm x 10 cm

Procedimento1. Coloque os diferentes pedaços

de papel e de saco plástico lado alado.

2. Pingue algumas gotas de águasobre cada um deles e espere algunsminutos. Observe. Quais materiaisabsorvem água? Houve diferença navelocidade de absorção?

3. Construa uma tabela para ano-tar os resultados.

Questões sugeridas para discussão1. Comparando-se as estruturas

da celulose, do polietileno e da água,explique porque o papel é capaz deabsorver água mas não o plástico,pensando em termos de interaçõesentre os polímeros e a molécula deágua.

2. Sabendo-se que ceras sãoformadas por hidrocarbonetos, por-que o papel encerado não absorveágua?

Atividade 2 - Como funcionam os“cristais de gel” para plantas?

Nesta atividade (Mateus, 2001) -absorção de água por “cristais” de gelde poliacrilamida - a discussão princi-pal gira em torno das ligações de hidro-gênio formadas entre o polímero e asmoléculas de água. O experimentocom a solução aquosa de NaCl 10%serve para mostrar aos alunos que asinterações entre a água e os íons desódio e cloreto são muito mais fortesque as interações entre a água e o gru-po NH2 da poliacrilamida. A desidrata-ção do gel, observada quando se adi-ciona cloreto de sódio sólido sobre omesmo, permite que se introduza a dis-cussão sobre interações íons-dipolo.

Esta atividade também pode serusada para se discutir o significado dotermo “poliacrilamida com ligaçõescruzadas”, ou seja, cadeias de polia-crilamida ligadas em rede, que formam“poros” onde as moléculas de águaficam alojadas, permitindo o cresci-mento do cristal.

Material• 2 béqueres de 100 mL (ou copo

descartável)• Água destilada (ou água da tor-

neira)• Solução aquosa de NaCl a

10% m/m• NaCl sólido (ou sal de cozinha)• Régua• “Cristais de gel” para plantas (en-

contrados em floricultura, gel depoliacrilamida de laços cruzados)

• Etiquetas• Proveta de 50 mL

Procedimento1. Rotule 2 béqueres com identi-

ficações “Água destilada” e “Soluçãode NaCl 10%”. Adicione 20 mL de águadestilada no béquer correspondente.No outro adicione 20 mL da soluçãode NaCl 10%.

2. Pegue 4 cristais de gel para plan-tas com tamanhos parecidos. Meça-os e anote o tamanho de cada umdeles. Em cada um dos béqueres adi-cione 2 cristais de gel. Espere aproxi-madamente 20 min.

3. Retire os cristais de gel da águadestilada e coloque-os sobre a ban-cada. Observe o que aconteceu emeça-os. Faça o mesmo com os cris-

tais de gel da solução de NaCl 10%.Anote os resultados.

4. Adicione NaCl sólido sobre umdos cristais de gel que estava em águadestilada e observe. O que acontece?Questões sugeridas para discussão

1. Conhecendo a estrutura da polia-crilamida, explique porque ela é capazde absorver água.

2. Por que os cristais que estavamna solução de NaCl 10% absorverammenos água?

3. Como você explica o queacontece quando se joga NaCl sólidosobre o gel com água?

Atividade 3 - Por que fraldasdescartáveis são mais eficientes?

Esta atividade (Mateus, 2001; Mar-conato e Franchetti, 2002) nos mostranovamente que as interações íons-dipolo são muito mais fortes do queligações de hidrogênio entre os gruposOH da celulose e as moléculas deágua (Figura 1). O conceito de osmo-se pode ser trabalhado quando seobserva uma maior absorção de águaao mergulhar a fralda em água desti-lada, em relação às soluções aquosasde NaCl. Quanto maior a concentra-ção do sal, menor o volume de águaabsorvido, pois menor a diferença deconcentração entre a solução e o inte-rior do FlocGel®, marca registrada daJohnson & Johnson para o poliacrilatode sódio (Figura 1).

Material• 4 béqueres de 100 mL (ou copo

descartável)• Água destilada (ou água da tor-

neira)• Solução aquosa de NaCl 1% m/m• Solução aquosa de NaCl 10% m/m• NaCl sólido (ou sal de cozinha)• Balança (ou régua, caneta e te-

soura)• 0,5 g do “recheio” de uma fralda

descartável - FlocGel® (ou peda-ços de 3 cm x 3 cm)

• 0,5 g de fralda de algodão (ou pe-daços de 5,5 cm x 5,5 cm)

Procedimento1. Etiquete os béqueres da seguin-

te maneira: “Água destilada” (2 béque-res); “NaCl (aq) 1%” (1 béquer) e “NaCl(aq) 10%” (1 béquer).

2. Coloque um pedaço de fralda de

Polímeros e interações intermoleculares

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algodão num béquer para águadestilada.

3. Coloque os pedaços de fraldadescartável (apenas o recheio) nosoutros béqueres.

4. Acrescente em cada béquer50 mL das diferentes amostras deágua e soluções salinas.

5. Aguarde por aproximadamente20-30 min.

6. Observe os tamanhos dos pe-daços de fralda descartável e comparecom o da fralda de algodão.

7. Meça o volume de água quesobrou em cada béquer simplesmentetransferindo o excesso de água para aproveta.

8. Anote em uma tabela os resul-tados (volume inicial, volume final e vo-lume absorvido).

Questões sugeridas para discussão1. Qual fralda é a mais eficiente, a

de algodão ou a descartável? Por quê?2. Em qual situação a fralda des-

cartável absorveu a maior quantidadede água? Explique em termos de inte-rações intermoleculares.

Considerações finais

As atividades, embora muito sim-ples, trabalham conceitos importantesda Química, relacionando-os ao dia-a-

Abstract: Polymers and Intermolecular Interactions – The concept of molecular interactions - van der Waals interactions, dipole-dipole interaction, hydrogen bond, molecule-ion interaction -, is animportant concept since most applications that we do of certain materials that we use are derived from these interactions. This paper shows the possibility of working with these concepts throughsimple experiments, using polymeric materials such as paper, plastic bags, plant gel and discardable diapers.Keywords: molecular interactions, structure-property relationship, polymers

Polímeros e interações intermoleculares

Referências bibliográficasHOLMAN, J. All you need to know

about chemistry... Educ. Chem., v. 39,n. 1, p. 10-11, 2002.

HOLMAN, J. e HUNT, A. What does itmean to be chemically literate? Educ.Chem., v. 39, n. 1, p. 12-14, 2002.

LEE, M. Types of chemical bond. Em:ICSD Science Zone. (http://ithacasciencezone.com/chemzone/les-s o n s / 0 3 b o n d i n g / m l e e b o n d i n g /default.htm). Acesso em março/2005.

MARCONATO, J.C. e FRANCHETTI,S.M. Polímeros superabsorventes e asfraldas descartáveis: Um materialalternativo para o ensino de polímeros.Química Nova na Escola, n. 15, p. 42-44, 2002.

MATEUS, A.L. Química na cabeça.Experiências espetaculares para você fa-zer em casa ou na escola. Belo Hori-

dia do aluno e, também, trabalhamhabilidades importantes comoobservação, comparação, construçãode tabelas etc. Os alunos são levadosa elaborar respostas nas quais elesprecisam relacionar estrutura químicacom propriedades macroscópicas,tornando a Química mais “palpável” e,portanto, mais compreensível.

Os experimentos mostraram-semuito valiosos na introdução do temainterações intermoleculares3. O fato dosexperimentos terem sido aplicados aalunos do 1o ano do Ensino Médiomostra que é possível se trabalhar essesconceitos através da utilização demoléculas orgânicas mais complexasmesmo com alunos iniciando seusestudos em Química. O professor podetambém aplicá-los para a introdução aoestudo da Química Orgânica.

É importante ressaltar que a com-preensão das interações intra e inter-moleculares não é importante apenaspara a Química. Conceitos importan-tes em Biologia, como a estrutura doDNA e o motivo do emparelhamentodas bases nitrogenadas serem sem-pre citosina-guanina e adenina-timina,por exemplo, podem ser melhorcompreendidos se discutidos emtermos das ligações de hidrogênio queocorrem entre as bases nitrogenadas.

A discussão sobre as aplicaçõestecnológicas em função das proprie-dades das moléculas que compõemos produtos permite apresentar aosalunos uma outra perspectiva da im-portância do estudo da Química. Umexcelente exemplo é a discussão sobreos diversos tipos de polímeros, e suasfunções, que estão presentes nasfraldas descartáveis, como mostramMarconato e Franchetti (2002).

Notas

1. O autor, nessa afirmação, estáse referindo apenas às substâncias,portanto, sólidos, líquidos e gases, nãolevando em consideração as diferen-tes formas de energia utilizadas pelohomem, ou a natureza “partícula-on-da” do elétron.

2. Questão 5 da 2a fase da Fuvest2002.

3. A autora coloca-se à disposiçãopara fornecer roteiros de outros expe-rimentos realizados no projeto, assimcomo apostilas; basta mandar-lhe umamensagem eletrônica solicitando-os.

Denise Curi (denicuri@colband.com.br), licenciada/bacharel em Química e doutora em Ciências(Química Orgânica) pela USP, realizou estágio depós-doutoramento na Univ. de Harvard (EUA), naUNICAMP e na USP. É professora do Ensino Médiodo Colégio Bandeirantes, em São Paulo - SP.

zonte: Ed. UFMG, 2001. p. 90-92.MEC/SEMTec - Ministério da Educação,

Secretaria de Educação Média eTecnológica. Parâmetros CurricularesNacionais para o Ensino Médio. CiênciasMatemáticas e da Natureza e suasTecnologias. Brasília: MEC/SEMTEC,1999. v. 3.

SARQUIS, M. (Ed.). Chain gang - Thechemistry of polymers. Em: Science in OurWorld. Middletown: Terrific Science Press,1995. v. 5.

Para saber maisMANO, E.B. e MENDES, L.C. Introdu-

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Na InternetMINATTI, E. Forças intermoleculares.

Em: QMCWEB-Revista Eletrônica do

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ROCHA, W.R. Interações intermolecu-lares. Em: AMARAL, L.O.F. e ALMEIDA,W.B. de. (Eds.). Cadernos Temáticos deQuímica Nova na Escola, n. 4, 31-36,2001. Disponível em: http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/uploads/602/interac.pdf (março/2005).

SENESE, F. What are van der Waalsforces? Em: General chemistry online.Disponível em http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/liquids/faq/h-bonding-vs-london-forces.shtml (março/2005).

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