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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 22, NOVEMBRO 2005A corrosão na abordagem da cinética química

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RELATOS DE SALA DE AULA

A seção “Relatos de sala de aula” socializa experiências e construções vivenciadas nas aulas de Química ou a elasrelacionadas.

Recebido em 27/4/04; aceito em 31/10/05

Ametodologia tradicional deensino de Química na Edu-cação Básica se destaca pela

utilização de regras, fórmulas e no-menclaturas, gerando uma grandedesmotivação entre os alunos. Soma-se a este fato a ausência de correla-ção desta disciplina com o cotidianodesses alunos, tornando a Química,que é uma ciência de natureza experi-mental, excessivamente abstrata.Esta é uma das questões evidencia-das nos Parâmetros Curriculares Na-cionais (Brasil, 1999), onde se desta-ca que o ensino desta ciência estávoltado para a transmissão de infor-mações, definições e leis isoladas,não tendo uma interligação necessá-ria com a vida do aluno.

Neste contexto, o emprego de ati-vidades experimentais, voltadas paraas aplicações práticas da Química,surge como opção relevante na bus-ca de melhorias para o ensino destaciência. Segundo Valadares (2001),propostas de experimentos de baixocusto centradas no aluno e na comu-nidade constituem uma das alterna-tivas na construção de uma ponteentre o conhecimento ensinado na

Thiago Santangelo Costa, Danielle Lanchares Ornelas, Pedro Ivo Canesso Guimarães e Fábio Merçon

O emprego de temas com caráter interdisciplinar na tentativa de contextualização do ensino de Químicacom o cotidiano social vem ganhando destaque atualmente. O presente trabalho visa apresentar os resultadosde uma aula experimental aplicada em turmas da segunda série do Ensino Médio, na qual, a partir do estudocinético da reação de oxirredução do alumínio em meio ácido, fez-se uma interação entre ciência, tecnologia esociedade.

alumínio, aulas experimentais, cinética química, corrosão

sala de aula e o cotidiano dos alunos.De acordo com esse autor, o uso deprotótipos e experimentos simplesestimula os alunos a adotarem umaatitude mais crítica e empreendedora.

A falta de laboratórios equipadose, em muitos casos, de espaço físicoapropriado, acaba por limitar a possi-bilidade de realiza-ção de aulas experi-mentais em grandeparte das instituiçõesde ensino do País.Outro fator determi-nante são os recur-sos financeiros, jáque materiais e rea-gentes representam um gasto signi-ficativo. Desta forma, o emprego demateriais usuais pode minimizar oscustos relacionados à aplicação dedeterminada atividade, ampliando apossibilidade de aplicação desta aulaem um maior número de escolas.

Segundo Dias et al. (2003), a abor-dagem de aulas experimentais ba-seadas no cotidiano dos alunospermite que estes compreendam astransformações químicas que ocor-rem no mundo físico de forma abran-

gente e integrada e, assim, possamjulgar criticamente as informaçõesuniversalizadas pela tradição culturale, até mesmo, pela mídia.

Neste âmbito, o ensino de Quími-ca deve estar comprometido com odesenvolvimento total do aluno, jáque aprender supõe a preparação do

indivíduo para elabo-rar pensamentosautônomos e críticose para formular osseus próprios juízosde valor, de modo apoder decidir por simesmo frente às di-ferentes circunstân-

cias da vida. Esse aprendizado devepossibilitar ao aluno a compreensãotanto dos processos químicos quantoda construção de um conhecimentocientífico em estreita relação com asaplicações tecnológicas e suas impli-cações ambientais, sociais, políticase econômicas.

Santos e Schnetzler (1996) apon-taram que o estudo da Química exer-ce um papel fundamental para o de-senvolvimento do caráter crítico dosalunos, o qual pode ser verificado nacapacidade de tomada de decisões.Isto requer que o ensino desta ciênciaesteja contextualizado, ou seja, os

O emprego de atividadesexperimentais, voltadas

para as aplicações práticasda Química, surge como

opção relevante na buscade melhorias para o ensino

desta ciência

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conhecimentos químicos discutidosdevem ser fundamentais para que oaluno possa participar ativamente dasociedade, tomando suas própriasdecisões e consciente das conse-qüências provenientes dos seus atos.Desta forma, ao abordar um temacotidiano, pode-se fazer uma ponteentre o conhecimento químico e arealidade da sociedade, possibilitan-do uma maior parti-cipação crítica e fun-damentada por par-te dos alunos.

Como exemplo,pode-se citar a rela-ção entre a metalur-gia e a corrosão demetais, destacandosua evolução tec-nológica e seus reflexos na socieda-de, inclusive no tocante à viabilidadeeconômica e ambiental da reciclagemde metais. De uma maneira geral, po-de-se considerar o fenômeno da cor-rosão como o “caminho inverso” doprocesso metalúrgico. Enquanto estepromove a extração do metal a partirde seus minérios e de outros com-postos, a corrosão induz a oxidaçãodo metal, formando óxidos metálicosque, muitas vezes, são semelhantesaos minérios que originaram o metal.

Por ser espontâneo, na maioriados casos, o processo corrosivo estáconstantemente presente nas trans-formações de diversos metais, com-prometendo muitas propriedades,como durabilidade e desempenho.Desta forma, os gastos destinadosaos reparos dos processos corrosi-vos, tanto em relação à reposição demateriais quanto à prevenção da cor-rosão, são cada vez mais elevados,principalmente em países mais de-senvolvidos (Gentil, 1996).

No entanto, embora a corrosãopromova danos causados pela dete-rioração de materiais, é importanteressaltar que esta também apresentadeterminados aspectos positivos e degrande importância comercial e in-dustrial, dentre os quais se tem:

• oxidação de peças de alumíniocom formação de uma camada prote-tora constituída por óxido de alumínio(Al2O3);

• fosfatização de superfícies me-

tálicas para melhorias na aderênciade tintas;

• oxidação de aços inoxidáveis,com formação de óxido de cromo(Cr2O3), que a exemplo do Al2O3 tam-bém é uma película protetora.

Devido às suas propriedades, osmetais são largamente empregadosem utensílios e equipamentos presen-tes no dia-a-dia. Destes, nas últimas

décadas tem seobservado o crescen-te uso do alumínio,principalmente emfunção de suas pro-priedades físicas. Pornão se encontrar sobforma pura na nature-za, o alumínio é obti-do a partir da eletró-

lise ígnea da bauxita (Al2O3.xH2O), seuminério mais comum. Entretanto, aquantidade de energia envolvidanessa transformação química é muitoelevada, tornando o processo econo-micamente viável apenas em regiõescom disponibilidade de energiaelétrica a um baixo custo (Lee, 2000).

Essa questão econômica é a prin-cipal “incentivadora” da reciclagemdeste metal, a qual representa umaeconomia de energia de aproxima-damente 90% em relação ao proces-so eletrolítico. Logo, por se tratar deum material largamente empregadopela sociedade e que, devido a essacrescente utilização, requer uma pro-dução constante, a reciclagem do alu-mínio é um fator primordial para a suamanutenção, além de estar direta-mente relacionada às questõesambientais. Mesmo dispondo dereservas de bauxita, as vantagenseconômicas da reciclagem fazem doBrasil um dos países que mais re-ciclam alumínio.

Atividades desenvolvidasNo presente trabalho pretende-se

relatar a aplicação de uma aula ex-perimental, utilizando material simplese de baixo custo, em que se procuroucorrelacionar os conteúdos progra-máticos da Química com suas impli-cações tecnológicas e estas com asociedade. Como tema, selecionou-se a corrosão do alumínio, devido tan-to ao seu crescente uso no cotidiano,

quanto à aplicação prática da cor-rosão na conceituação de velocidadede reação química e análise dos fato-res que a afetam.

Esta aula foi aplicada em turmasda segunda série do Ensino Médio doInstituto de Aplicação Fernando Ro-drigues da Silveira (CAP/UERJ), soba mediação do professor da turma edo aluno-mestre (licenciando em Quí-mica).

Resultados e discussãoNa Figura 1 são apresentados os

principais materiais utilizados no de-senvolvimento da aula. Sempre quepossível, buscou-se o emprego demateriais de baixo custo e presentesno cotidiano dos alunos. Assim, papelalumínio e anéis de latas de refri-gerantes foram as fontes de alumínioe soluções comerciais “limpa piso”proporcionaram o ácido clorídrico. Éimportante ressaltar que tubos de en-saio, béqueres e provetas podem sersubstituídos por material alternativo,tal como garrafas de PET – poli(teref-talato de etileno) –, copos de vidro eembalagens de remédio transparen-tes. Por questões de segurança, osalunos vestiram guarda-pó, calçacomprida e sapato fechado e as prin-cipais normas e procedimentos emlaboratório foram discutidos com asturmas.

O primeiro conceito abordado foio de velocidade de uma reação quí-mica, definida como a variação daquantidade de reagente ou produtoao longo do tempo de reação. Cabedestacar que, apesar do termo velo-cidade ser uma grandeza física rela-cionada com a variação de espaçoem função de tempo e neste caso serpreferencial o uso de taxa de reaçãoquímica, optou-se por manter a ex-pressão velocidade de uma reaçãoquímica por esta predominar noslivros didáticos e ser de uso correnteno Ensino Médio.

Como este foi o contato inicial dosalunos com a cinética química, foi pre-ciso discutir as formas possíveis parase dimensionar este conceito. Tendoem vista que a reação realizada acar-reta um desprendimento gasoso (H2),conforme apresentado na Eq. (1), to-mou-se como parâmetro a identifi-

Selecionou-se a corrosãodo alumínio, devido tantoao seu crescente uso no

cotidiano, quanto àaplicação prática da

corrosão na conceituaçãode velocidade de reação

química

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cação visual de gás formado.

2Al(s) + 6HCl(aq) →2AlCl3(aq) + 3H2(g) (1)

A Figura 2 ilustra esse processoquímico. Mediante a observação dofenômeno, os alunos constataram aformação do gás na superfície do só-lido e o conseqüente desprendi-mento das bolhas. A caracterizaçãodo gás como hidrogênio foi feita atra-vés do som característico da suacombustão em um simples “teste dechama”.

Por sua vez, a partir do acompa-nhamento do consumo do alumíniometálico, foi possível introduzir a dis-cussão sobre a corrosão dos mate-riais. Desta forma, associaram-se osdanos que o processo corrosivo cau-sa à sociedade, desde a destruiçãode utensílios domésticos até a degra-dação de monumentos históricos, àsmodificações na forma e estrutura dometal. Este momento foi importantepara se iniciar uma discussão comos alunos das relações entre o pro-cesso químico e os aspectos econô-micos, sociais, históricos e ambien-tais envolvidos.

Esses fatores também foram res-gatados ao se abordar a questão dareciclagem do alumínio, um tema que

envolve aspectos econômicos, so-ciais e ambientais, ao se contrastara indústria da reciclagem e as condi-ções de vida dos catadores e o im-pacto dessa atividade sobre o meioambiente.

A partir da conceituação da corro-são, partiu-se para a discussão decomo a velocidade deste fenômenopode ser reduzida, de forma a seaumentar a “vidaútil” de um determi-nado bem. Nestemomento, foram in-troduzidos os princi-pais fatores que afe-tam a velocidade deuma reação quími-ca.

No primeiro ex-perimento procurou-se abordar a açãoda concentraçãodos reagentes, va-riável introduzida apartir da discussão de: a) diferençasde teor alcoólico entre diversos tiposde bebidas e os respectivos temposde metabolização no organismo, evi-denciadas pelas mudanças com-portamentais; b) das concentraçõesde determinadas substâncias emremédios, as quais são indicadas de

acordo com o grau de enfermidadedo paciente, possibilitando uma açãomais rápida da droga.

O procedimento empregado con-sistiu em analisar a evolução da rea-ção em dois tubos de ensaio distin-tos, contendo um “anel” de alumíniode lata de refrigerante, 10 mL de so-lução “limpa piso” no primeiro tuboe o mesmo volume de solução diluídaa 50% no segundo tubo.

Os alunos puderam verificar queno tubo que continha solução “limpapiso” diluída a reação demorou maistempo para se iniciar. Verificando oaquecimento dos tubos durante oprocesso, foi possível constatar quea reação em questão é exotérmica.Neste instante os alunos verificaramque mesmo sendo mais lenta a rea-ção com a solução diluída, esta tam-bém ocorre com liberação de calor.Desta forma, concluiu-se que a inten-sidade de calor liberado é um dosfatores que permitem discutir os pa-râmetros cinéticos, ou seja, o “caloré um dos produtos da reação” equanto maior a sua quantidade maiorserá a velocidade desta reação.

Em seguida, real izou-se oensaio abordando a influência datemperatura no meio reacional. Osensaios foram realizados com-

parando-se a tem-peratura ambiente euma temperatura in-fer ior, alcançadacom o auxílio de umbanho de gelo, parao sistema formadopor um “anel” dealumínio e 10 mL desolução “limpa pi-so” em tubo de en-saio.

A influência dasuperfície de con-tato do alumínio foi

avaliada a partir da comparação en-tre dois ensaios. Simultaneamente,foram adicionados dois pedaços depapel alumínio de mesmo tamanho,sendo que um papel apresentavasuperfície lisa e o outro amassadosob a forma de bola, em duasgarrafas de PET contendo 50 mL de

A partir doacompanhamento doconsumo do alumíniometálico, foi possívelintroduzir a discussãosobre a corrosão dos

materiais do ponto de vistados danos que causa à

sociedade, desde adestruição de utensílios

domésticos até adegradação de

monumentos históricos

Figura 1 - Material utilizado nos experimentos sendo manuseado pelos alunos.

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solução “limpa piso”, previamenteresfriada em banho de gelo, o quefacilitou a interpretação dos resul-tados.

Durante a realização deste expe-rimento, pôde-se discutir outrasaplicações cotidianas deste princí-pio, como a comparação entre avelocidade de dissolução de umcomprimido antiácido inteiro e outromacerado, ou ainda a não reco-mendação de consumo de carnepreviamente moída e embalada pordiversos hipermercados.

A realização do experimento emsistema fechado permitiu a análisedo gás formado e os alunos pude-ram comparar a variação da pres-são interna das garrafas ao longodo processo. Este experimentotambém possibilita a associaçãocom a “Lei de Conservação dasMassas”. Embora a velocidade sejamaior em um dos sistemas, ao fi-nal da reação a quantidade de pro-duto formado é a mesma em am-bos os casos e obedece à estequio-metria da reação. Este estudo não

Referências bibliográficasBRASIL (país). Ministério da

Educação. Secretaria de EducaçãoMédia e Tecnológica. ParâmetrosCurriculares Nacionais: Ensino Médio.Brasília: MEC, 1999.

DIAS, M.V.; GUIMARÃES, P.I.C. eMERÇON, F. Corantes naturais:Extração e emprego como indicadoresde pH. Química Nova na Escola, n. 17,p. 27-30, 2003.

GENTIL, V. Corrosão. Rio de Janeiro:Livros Técnicos e Científicos, 1996.

LEE, J. Química Inorgânica não tãoconcisa. São Paulo: Ed. EdgardBlücher, 2000.

SANTOS, W.L.P. e SCHNETZLER,R.P. Função social - O que significaensino de Química para formar ocidadão? Química Nova na Escola, n.4, p. 28-29, 1996.

VALADARES, E.C. Propostas deexperimentos de baixo custo centra-das no aluno e na comunidade. Quími-ca Nova na Escola, n. 13, p. 38-40,2001.

Para saber maisLUTFI, M. Os ferrados e cromados:

Produção social e apropriação privadado conhecimento químico. Ijuí: Ed.Unijuí, 1992.

MERÇON, F.; GUIMARÃES, P.I.C. eMAINIER, F.B. Corrosão: um exemplousual de fenômenos químicos.Química Nova na Escola, n. 19, p. 11-14, 2003.

Figura 2 - Evolução da reação química.

foi realizado já que seria necessáriaa utilização de uma balança. Logo,optou-se apenas por abordar teori-camente este aspecto após o tér-mino da reação nos dois sistemas.

Conclusões

A utilização da corrosão comotema contextualizador proporcionoua fácil correlação de conteúdos daQuímica com o cotidiano dos alunosatravés da discussão de temas rela-cionados às questões sociais. Asassociações e discussões desenvol-vidas ao longo da aula foram funda-mentais para demonstrar a importân-cia do ensino de Química para a for-mação de uma sociedade crítica ecapaz de modificar sua realidade.

As discussões decorrentes daabordagem dos experimentos de-monstraram que muitos fenômenossão multidisciplinares e, portanto,suas explicação e compreensão po-dem ser obtidas através de diferentestipos de experimentos.

Thiago Santangelo Costa (thiagosantangelo@hotmail.com), licenciado em Química pela

Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) emestrando do curso de Química com ênfase emPolímeros da UERJ. Danielle Lanchares Ornelas(daniornelas@hotmail.com), engenheira químicapela UERJ e mestranda do curso de Engenharia deProcessos da UERJ. Pedro Ivo Canesso Guimarães(canesso@uerj.br), químico industrial pela Univer-sidade Federal Fluminense (UFF), licenciado emQuímica pela UERJ e doutor em Ciência e Tecno-logia de Polímeros pela Universidade Federal do Riode Janeiro (UFRJ), é docente do Instituto de Químicada UERJ. Fábio Merçon (mercon@uerj.br), enge-nheiro químico e licenciado em Química pela UERJ,doutor em Ciências (Engenharia Química) pelaCOPPE/UFRJ, é docente do Instituto de Química edo Instituto de Aplicação Fernando Rodrigues daSilveira da UERJ.

Abstract: Corrosion With a Chemical-Kinetics Approach – The use of themes of an interdisciplinary nature aiming at contextualizing the teaching of chemistry with the daily social life is currentlygaining prominence. This paper reports results of an experimental teaching class with junior high-school students, where, based on the kinetic study of the oxireduction of aluminum in acid medium,an interaction between science, technology and society was carried out.Keywords: aluminum, experimental classes, chemical kinetics, corrosion