UTILIZAÇÃO DE VÍDEO DIGITAL NO TRABALHO...

MESTRADO EM QUMICA

PARA O ENSINO

FACULDADE DE CINCIAS UNIVERSIDADE DO PORTO

Departamento de Qumica

UTILIZAO DE VDEO DIGITAL NO TRABALHO

LABORATORIAL EM ENSINO DA QUMICA:

UMA EXPERINCIA NO 12 ANO

Ana Isabel Peixoto e Amaro

Janeiro 2007 QD40

AMAaU 2007

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FACULDADE DE CINCIAS UNIVtKStDAOI O O PORTO

DEPARTAMENTO DE QVMICA

MESTRADO EM QUMICA

PARA 0 ENSINO

Tese orientada por:

Professor Doutor Joo Carlos de Matos Paiva - Universidade do Porto

Professora Doutora Maria das Dores Ribeiro da Silva - Universidade do Porto

KIVSIDAO DO , , ~1 BIBLIOTECA

5 2 j a I

[ "Depart. Qumica]

Ana Isabel Peixoto e Amaro

Dissertao submetida Faculdade de Cincias da Universidade do Porto para obteno do grau de

Mestre em Qumica para o Ensino

Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Quimica: uma experincia no 12 ano

* r

Jô*

IV Mestrado em Qumica para o Ensino

Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12 ano ("**

Agradecimentos

Gostaria de expressar os meus profundos agradecimentos a todos aqueles que de alguma forma

contribuiram para a concretizao deste trabalho.

Ao Professor Doutor Joo Carlos de Matos Paiva, orientador desta tese, pelo apoio

disponibilizado, pelas suas palavras de orientao e verdadeiro incentivo na realizao deste trabalho.

Professora Doutora Maria das Dores Ribeiro da Silva, co-orientadora, pelas suas palavras de

incentivo, pela sua disponibilidade, pelos seus comentrios e sugestes pertinentes, pela sua leitura e

reviso do texto.

Doutora Ana Paula Carvalho e Professora Doutora Ana Reis pela disponibilidade e pelo apoio

prestado no laboratrio.

A todos os Professores que contriburam para a minha formao (durante todo o meu percurso

escolar), sem a qual no teria desenvolvido esta dissertao.

Ao Programa Ps-conhecimento da Unio Europeia que financiou o projecto Mocho@bandalarga,

sem o apoio do qual no seria possvel a realizao deste trabalho.

Ao Eng. Ildio Martins, pela sua disponibilidade e prontido na execuo das tarefas.

empresa Rijo Madeira Produes pela filmagem e respectivo tratamento do vdeo desde a

aplicao do som, s correces e actualizaes que foram necessrias.

Aos alunos e Professora Gabriela Rodrigues, da Escola Secundria da Trofa, por terem

colaborado to entusiasticamente neste projecto.

Aos meus pais e irmo, pela compreenso, incentivo ao longo deste trabalho e ao longo de toda a

vida.

s minhas amigas Lu, Carlinha, Caty, Andreia, Beta por todo o incentivo e apoio prestado.

Ao Vitinho, por acreditar sempre nas minhas capacidades, pelo apoio prestado e por estar sempre

ao meu lado.

A todos o meu obrigada!

V Mestrado em Quimica para o Ensino

Utilizao de vdeo digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12 ano

VI Mestrado em Qumica para o Ensino


Lista de abreviaturas

a. C. Antes de cristo

GR - Ganho residual

GRC Ganho residual corrigido

GRCM - Ganho residual corrigido mdio

M.E. - Ministrio da Educao

S. A. - Sem autor

S. D. - Sem data

TIC Tecnologias de Informao e comunicao

vs - Versus

WWW - World Wide Web

VII Mestrado em Qumica para o Ensino

Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica, uma experincia no 12 ano

VIII Mestrado em Qumica para o Ensino

Utilizao de vdeo digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12" ano

Resumo

Este estudo teve como objectivo principal a investigao do efeito do uso de um vdeo digital no

ensino e aprendizagem de conceitos relacionados com uma actividade laboratorial.

Foram realizados vdeos de trs actividades laboratoriais, de carcter obrigatrio, constantes no

actual Programa de Qumica do 12 ano de escolaridade. Optou-se por realizar o estudo junto dos

alunos apenas para uma das actividades filmadas: "Um Ciclo do Cobre".

Partiu-se de duas hipteses de investigao:

a) A utilizao de mdulos digitais sobre actividades laboratoriais constitui um recurso pedaggico

til para os alunos, na compreenso dos conceitos que envolvem o tema.

b) importante a sequncia de insero destes recursos no design pedaggico.

De uma amostra de 40 alunos do 12 ano realizou-se uma diviso em 4 grupos que foram sujeitos

a uma sequncia diferente de metodologias de ensino, envolvendo: 1) uma actividade laboratorial; 2)

uma fundamentao terica e 3) um vdeo laboratorial. Os diferentes grupos foram sujeitos a sequncias

diferentes dos momentos 1), 2) e 3), tendo todos os alunos realizado um pr-teste e um ps-teste para

observao dos ganhos de aprendizagem. Embora os resultados no tenham sido muito conclusivos,

sugerem que a actividade laboratorial, em si prpria, dever ser o motor da estratgia pedaggica. Em

relao aos mdulos digitais usados antes ou depois da actividade laboratorial, verificou-se que eles

podem potenciar o ensino experimental da Qumica.

Qualitativamente, foi bastante bvio o feedback positivo que se obteve em relao ao uso do

vdeo laboratorial no ensino que, segundo a populao do estudo, ajuda a esclarecer algumas dvidas,

permite boa aquisio de conhecimentos e torna o ensino bastante motivador.

No final do trabalho sugerem-se hipteses de reformulao e desenvolvimento futuro, quer dos

recursos digitais em si quer da prpria investigao.

IX Mestrado em Qumica para o Ensino


Abstract

This study had as main purpose the research of the effect of digital video use in the teaching and

learning concepts concerning a laboratorial activity.

Videos were filmed for three compulsory laboratorial activities, included in the current Chemistry

curriculum for the 12th form. We chose to opt by doing this study with studens in only one of the activities

filmed: " A Coper Cycle".

We started on from two hypothesis:

a) The use of the digital modules about laboratorial activities constitutes a useful pedagogical

resource for students, in the understanding of concepts which involve the topic.

b) It is important the insertion sequence of this resource in the pedagogical design.

From a sample of 40 students of the 12th from, we divided them in four groups that were submitted

to a different methodology sequence, involving: 1) a laboratorial activity; 2) a thorie fundamentation and

3) a laboratorial video. Each of the groups were submitted to different sequences to moments 1), 2) and

3), but all the students did a pre-test and a pos-test to observe the learning gains. Although the results

were not very conclusive, they suggest that the laboratorial activity should be the engine for the

pedagogical strategy. Concerning the digital modules, used before and after the laboratorial activity, we

have stated that they may enhance the experimental teaching of Chemistry.

Qualitativily, it was quite obvious the positive feedback concerning the use of the laboratorial video

in the teaching that, according to the group sample, helps to clarify some doubts, allows a good

acquisition of knowledges and makes the study become motivator.

In the end of the work we suggest hypothesis of future reformulation and development, not only of

digital resources but also its own investigation.

X Mestrado em Qumica para o Ensino

NDICE

Agradecimentos V

Lista de abreviaturas VII

Resumo IX

Abstract X

ndice de figuras XIII

ndice de grficos XVII

ndice de tabelas XIX

ndice de esquemas XXI

1. Prembulo 3

2. O Laboratrio e o ensino da Qumica 7

2.1 Princpios orientadores do Programa do 12 ano de Qumica 7

2.2 O Trabalho Laboratorial: algumas consideraes 9

2.2.1 Generalidades 9

2.2.2 Dificuldades na introduo do Trabalho Laboratorial no ensino das Cincias 10

2.2.3 Consideraes sobre a impreciso de linguagem na classificao das modalidades de

Trabalho Prtico 11

2.3 Actividades laboratoriais em estudo: alguns aspectos relevantes 13

2.3.1 Um Ciclo do Cobre 13

2.3.1.1 Enquadramento no Programa de 12 ano de Qumica 13

2.3.1.2 A era do cobre 15

2.3.1.3 Propriedades e aplicaes do cobre 16

2.3.1.4 Purificao do cobre 18

2.3.1.5 A actividade laboratorial 20

2.3.1.6 Preveno e segurana Qumica 23

2.3.2 Funcionamento de um sistema tampo 27


2.3.2.2 Generalidades 29

2.3.2.3 Clculo do pH de uma soluo tampo 31



2.3.3 Determinao da entalpia de combusto de diferentes lcoois 34


XI Mestrado em Quimica para o Ensino

Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12o ano K**a>

2.3.3.2 Calorimetria: alguns fundamentos 36

2.3.3.3 Determinao de entalpias de reaco 37



3. Multimdia e Ensino da Quimica 45

3.1 Recursos digitais e e-learning 45

3.2.1 Vantagens e constrangimentos do e-learning 48

3.2 Software educativo 49

3.2.1 Classificao dos softwares educativos relativamente aos nveis de aprendizagem 50

3.2.2 Software educativo em cincias Fsico-Qumicas: alguns exemplos 51

4. Descrio dos recursos digitais produzidos no mbito deste trabalho 57

4.1 As filmagens 57

4.2 Os vdeos online 59

5. Estudo de campo 75

5.1 Instrumento de recolha de dados 75

5.2 Caracterizao da amostra 80

5.3 Descrio do estudo 83

5.4 Resultados 88

5.4.1 Tratamento quantitativo 88

5.4.2 Inqurito de opinio 90

6. Notas finais 97

6.1 Algumas concluses 97

6.2 Auto-crtica, reformulao e projectos futuros 98

7. Bibliografia 103

Glossrio 109

8. Anexos 113

XII Mestrado em Qumica para o Ensino


ndice de figuras

Figura 2.1 Amostra de cobre no estado nativo (Gauss, 2006). 15

Figura 2.2 Mina de cobre em Chuquicamata, no Chile (Pepe, 2006). 16

Figura 2.3 Representao esquemtica da purificao electroltica do cobre (Adaptado de Chang, 18

2005).

Figura 2.4 Representao do processo refinao por zonas. 19

Figura 2.5 Representao esquemtica de um ciclo do cobre (Gil et ai., 2005). 20

Figura 3.1 Mdulo "dissoluo de sais" do "Molecularium" 52

(http://www.molecularium.net/pt/sais/index.html).

Figura 3.2 Mdulo "Ligaes intermoleculares" do "Molecularium" 53

(http://www.molecularium.net/pt/ligintermol/index.html).

Figura 3.3 Extracto da Tabela Peridica existente em (http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/). 54

Figura 3.4 Portal Mocho (WWW.mocho.pt). 54

Figura 4.1 Imagens captadas durante as filmagens. 58

Figura 4.2 Estdios Rijo Madeira Produes. 59

Figura 4.3 Gravao do som que acompanha as actividades laboratoriais. 59

Figura 4.4 Pgina do site do Mocho@bandalarga que permite o acesso aos vdeos laboratoriais e 60

onde constam vrios trabalhos a serem desenvolvidos por investigadores.

Figura 4.5 Pgina da produtora "Rijo Madeira Produes" onde possvel aceder, 60

provisoriamente, aos vdeos laboratoriais.

Figura 4.6 Pgina que d acesso aos vdeos laboratoriais. 61

Figura 4.7 Pgina do [email protected] que d acesso aos vdeos laboratoriais. 61

Figura 4.8 Pgina do vdeo laboratorial: "Um Ciclo do Cobre" 62

Figura 4.9 Pormenor da barra cinzenta onde surgem as opes "Download" e "Visualizao". 62

XIII Mestrado em Qumica para o Ensino

http://www.molecularium.net/pt/sais/index.htmlhttp://www.molecularium.net/pt/ligintermol/index.htmlhttp://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/http://WWW.mocho.pt

Utilizao de vdeo digital no trabalho laboratorial em ensino da Quimica: uma experincia no 12 ano ( * *

Figura 4.10 Pormenor das opes das diferentes velocidades para se visualizar o vdeo. 62

Figura 4.11 Pormenor da barra que comanda a visualizao do vdeo. 63

Figura 4.12 Local onde aparece a descrio da actividade laboratorial (assinalado com uma 63

circunferncia a preto).

Figura 4.13 Imagem de apresentao do vdeo "Um Ciclo do Cobre". 64

Figura 4.14 Medio da massa inicial do fio de cobre. 64

Figura 4.15 Formao do nitrato de cobre (II) com a respectiva equao qumica da reaco. 64

Figura 4.16 Formao do hidrxio de cobre (II) com a respectiva equao qumica da reaco. 65

Figura 4.17 Decomposio do hidrxido de cobre (II) a xido de cobre (II) e respectiva equao 65

qumica.

Figura 4.18 Decantao do xido de cobre (II). 66

Figura 4.19 Formao de sulfato de cobre (II) acompanhado da respectiva equao qumica. 66

Figura 4.20 Reduo do sulfato de cobre (II) a cobre metlico. 66

Figura 4.21 Medio da massa de cobre final, aps decorrido todo o ciclo. 67

Figura 4.22 Montagem: elctrodo de pH, mquina calculadora grfica e placa de agitao. 67

Figura 4.23 Solues tampo para calibrar o medidor de pH. 68

Figura 4.24 Titulao do carbonato de sdio com a soluo aquosa de cido clordrico. 68

Figura 4.25 Grfico obtido no final da titulao. 69

Figura 4.26 Montagem do vaso calorimtrico. 69

Figura 4.27 Lavagem da lamparina com o etanol. 70

Figura 4.28 Lamparina com o pavio aceso para se ajustar a altura da chama. 70

Figura 4.29 Lamparina com a campnula. 70

Figura 4.30 Medio do conjunto lamparina e campnula. 71

Figura 4.31 Valor da temperatura da gua no vaso calorimtrico. 71

Figura 4.32 Fecho do vaso calorimtrico. 72

XIV Mestrado em Qumica para o Ensino

Utilizao de vdeo digital no trabalho laboratorial em ensino da Quimica: uma experincia no 12 ano

Figura 4.33 Reaco de combusto do etanol a decorrer no interior do vaso calorimtrico. 72

Figura 4.34 Colocao da compnula na lamparina. 73

Figura 4.35 Leitura do valor mximo atingido pela gua. 73

Figura 5.1 Aula de fundamentao terica. 87

Figura 5.2 Aula de actividade Laboratorial. 87

Figura 5.3 Aula da visualizao do vdeo. 88

Figura 5.4 Realizao do pr-teste e do ps-teste. 88

XV Mestrado em Quimica para o Ensino


XVI Mestrado em Quimica para o Ensino

Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12" ano

ndice de grficos

Grfico 5.1 Resultados relativos questo: "Costuma realizar experincias nas aulas de

Qumica?"

Grfico 5.2 Frequncia na utilizao do computador no dia-a-dia.

Grfico 5.3 Utilizao do computador na escola.

XVII Mestrado em Qumica para o Ensino


XVIII Mestrado em Qumica para o Ensino

Utilizao de vdeo digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12 ano fiR

ndice de tabelas

Tabela 2.1 Caractersticas principais do cobre. 16

Tabela 2.2 Riscos associados s substncias envolvidas na actividade laboratorial "Um 23

Ciclo do Cobre" (Sigma Aldrich, 2006); (Merck, 2006); (Air Liquide, 2003).

Tabela 2.3 Aspectos de segurana associados s substncias envolvidas na actividade 25

laboratorial "Um Ciclo do Cobre" (Sigma Aldrich, 2006); (Merck, 2006); (Air

Liquide, 2003).

Tabela 2.4 Riscos associados s substncias envolvidas na actividade laboratorial 33

"Funcionamento de um sistema tampo" (Sigma Aldrich, 2006); (Merck, 2006).


laboratorial "Funcionamento de um sistema tampo" (Sigma Aldrich, 2006);

(Merck, 2006).

Tabela 2.6 Riscos associados s substncias envolvidas na actividade laboratorial 40

"Determinao da entalpia de combusto de diferentes lcoois" (Sigma

Aldrich, 2006); (Merck, 2006).


laboratorial "Determinao da entalpia de combusto de diferentes lcoois"

(Sigma Aldrich, 2006); (Merck, 2006).

Tabela 5.1 Vantagens e desvantagens dos diferentes tipos de questes. 77

Tabela 5.2 Caractersticas que um inqurito por questionrio deve possuir. 79

Tabela 5.3 Vantagens e desvantagens de um inqurito por questionrio. 80

Tabela 5.4 Informao relativa idade e ao sexo dos alunos constituintes da amostra em 82

estudo.

Tabela 5.5 O que mais e menos importante para os alunos da nossa amostra. 84

XIX Mestrado em Qumica para o Ensino


Tabela 5.6 Organizao do percurso que cada grupo seguiu para a realizao da

investigao.

Tabela 5.7 Equaes das rectas, ajustadas por regresso linear, obtidas para cada grupo.

Tabela 5.8 Valores do ganho residual corrigido mdio para cada grupo.

Tabela 5.9 Categorizao das respostas dadas nos inquritos de opinio - questo 1.



Tabela 5.12 Respostas dadas nos inquritos de opinio - questo 4.

Tabela 5.13 Ideias principais da docente colaboradora em relao ao trabalho de

investigao que foi realizado com os seus alunos.

XX Mestrado em Qumica para o Ensino


ndice de esquemas

Esquema 2.1 Domnios que o Trabalho Laboratorial pode permitir alcanar. 10

Esquema 2.2 Relao entre os vrios tipos de Trabalho Prtico (adaptado de Leite, 2001 ). 12

Esquema 2.3 Contextualizao dos conceitos relacionados com a actividade laboratorial de 14

"Um Ciclo do Cobre" (Adaptado de Ministrio da Educao, 2004).

Esquema 2.4 Algumas aplicaes do cobre. 18


"Funcionamento de um sistema tampo" (Adaptado de Ministrio da Educao,

2004).


"Determinao da entalpia de combusto de diferentes lcoois" (Adaptado de

Ministrio da Educao, 2004).

Esquema 3.1 Tipos de comunicao no ensino distncia. 48

XXI Mestrado em Quimica para o Ensino


XXII Mestrado em Qumica para o Ensino

Captulo 1

Prembulo

Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Quimica: uma experincia no 12" ano

Mestrado em Quimica para o Ensino


1. Prembulo

Nos dias de hoje, o contexto de vida fortemente influenciado por grandes mudanas cientficas e

tecnolgicas. Tais mudanas exigem novos e diferentes desafios educao, em geral, e educao

em Cincias, em particular. Esta deve perseguir ideais de cultura cientfica e tecnolgica dos alunos, por

oposio a uma lgica de mera instruo cientfica (Hodson, 2000). Deste modo, h uma necessidade

crescente em diversificar as metodologias de ensino, com a criao de condies que motivem os

alunos na aquisio de conhecimento cientfico, tomando-se crticos na interpretao do "Mundo".

O presente trabalho, de carcter investigative integra-se na anlise de metodologias de ensino

que possam promover um ensino mais eficaz e estimulante da Qumica. Usaremos em sequncias

diferenciadas 1) uma actividade laboratorial, 2) uma fundamentao terica e 3) um vdeo laboratorial

online. Surgem, neste contexto, duas questes de investigao pertinentes:

a) Ser que a utilizao de mdulos digitais sobre actividades laboratoriais, constitui um recurso

pedaggico til para os alunos, na compreenso dos conceitos que envolvem um tema?

b) importante a sequncia de insero destes recursos no design pedaggico?

Esta dissertao tem, assim, como objectivo principal, a investigao do efeito do uso de recursos

digitais no ensino de uma actividade laboratorial obrigatria, do actual Programa de Qumica do 12 ano

de escolaridade.

Foram realizados vdeos para trs actividades laboratoriais: "Um ciclo do Cobre", "Funcionamento

de um sistema tampo" e "Determinao da entalpia de combusto de diferentes lcoois". Contudo,

apenas se estudou e investigou o uso do vdeo para a actividade "Um ciclo do Cobre", pois a limitao

temporal no permitiu a extenso deste estudo s restantes actividades. Optou-se por "Um Ciclo do

Cobre", pois trata-se de uma actividade envolvendo um grande nmero de conceitos qumicos de

variados temas: metais e suas propriedades, tipos de reaces qumicas, reciclagem, estados de

oxidao, reactividade dos metais, metais de transio, etc.

Esta dissertao est organizada em 8 captulos. Aps uma apresentao inicial do trabalho, no

captulo 2 realizada uma introduo sobre os vrios assuntos que so fundamentais a esta

investigao: os princpios orientadores do Programa do 12 ano de Qumica, aspectos gerais sobre o

trabalho laboratorial (dificuldades na sua insero no ensino das Cincias, consideraes sobre a

impreciso de linguagem na classificao das modalidades do trabalho prtico) e uma abordagem breve

dos conceitos qumicos que fundamentam as actividades de que foram elaborados os vdeos digitais -

3 Mestrado em Qumica para o Ensino

Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12 ano i - j

"Um Ciclo do Cobre", "Funcionamento de um sistema tampo" e "Determinao da entalpia de

combusto de diferentes lcoois".

No captulo 3, realizou-se um contextualizao do e-learning, inclusive de algumas vantagens e

desvantagens deste tipo de ensino, e fez-se, ainda, uma descrio dos componentes digitais de

recursos educativos.

No captulo 4 efectuou-se uma descrio dos recursos audiovisuais utilizados ao longo da

investigao, designadamente as filmagens, os vdeos digitais e a pgina na Internet onde esto

disponveis os vdeos online.

No captulo 5 descreve-se um estudo de campo que englobou o instrumento de recolha de dados,

a caracterizao das turmas envolvidas neste estudo, a explicitao de todo o processo patente na

investigao, bem como os resultados obtidos.

No captulo 6 esto presentes as notas finais deste trabalho incluindo algumas concluses, a

autocrtica, a apresentao de uma proposta de reformulao do trabalho e uma proposta de projectos

futuros.

No captulo 7 apresenta-se a bibliografia e no captulo 8 surgem os questionrios aplicados aos

alunos (pr e ps-testes), os protocolos das actividades laboratoriais, a entrevista realizada Professora

das turmas envolvidas no estudo e outros documentos adicionais.

No CD-ROM anexo ao trabalho e na Internet, em http://nautilus.fis.uc.pt/cec/teses/anaamaro

encontra-se esta tese em verso digital e todos os recursos a ele associados.


http://nautilus.fis.uc.pt/cec/teses/anaamaro

Captulo 2

O Laboratrio e o ensino da Qumica


Mestrado em Qumica para o Ensino


2.0 Laboratrio e o ensino da Qumica

2.1 Princpios orientadores do Programa do 12 ano de Qumica

De acordo com os princpios da Reforma do Ensino Secundrio de 2003, a disciplina de Qumica

(12 ano) surge na sequncia da disciplina de Fsica e Qumica A, dos 10 e 11 anos, e orienta-se por

princpios idnticos, em particular no que se refere componente desta rea cientfica. O programa de

carcter nacional permite, de acordo com o estabelecido na estrutura curricular, a opo por tarefas,

estratgias de explorao e metodologias de ensino, conforme os interesses e desenvolvimento dos

alunos. Este aspecto pode ser encarado como uma forma de flexibilizao, com vista a uma melhor

adequao aos interesses dos alunos, como um factor despoletador de motivao pelo estudo da

Qumica. De facto, aquilo que se pretende nesta etapa final do Ensino Secundrio que muitos dos

alunos que optaram por frequentar a disciplina se interessem por continuar estudos na rea (M. E.,

2004).

Viso Geral do Programa

O Programa, globalmente subordinado temtica geral "Materiais", est organizado em trs

Unidades:

Unidade 1 - Metais e Ligas Metlicas;

Unidade 2 - Combustveis, Energia e Ambiente;

Unidade 3 - Plsticos, Vidros e Novos Materiais.

A escolha do tipo de materiais a abordar em cada unidade teve em conta critrios de pertinncia

social (hbitos de consumo e estilos de vida), econmica (indstrias associadas e seu valor

acrescentado), cultural (caractersticos de diferentes pocas), histrica (motores de desenvolvimento

tecnolgico), ambiental (esgotamento de recursos e implicaes para a qualidade do ambiente), tica

(valores susceptveis de serem desenvolvidos, por exemplo polticas contra o sobre-consumo) e

cientfica (conceitos qumicos centrais que permitem adquirir conhecimento).

Embora incidindo sobre tipos de materiais diferentes, todas as Unidades seguem princpios

idnticos e foram organizadas internamente tendo em conta os critrios atrs referidos, de modo a

relevar a integrao das perspectivas social, tecnolgica e cientfica do conhecimento, de acordo com a

orientao Cincia-Tecnologia-Sociedade seguida nos Programas dos 10 e 11 anos. Os princpios

ento enunciados continuam a ser defendidos, escolhendo-se agora temas e contextos julgados

pertinentes para alunos que concluem uma formao em Qumica de nvel secundrio. Esta formao

dever proporcionar uma interpretao razovel e actual da diversidade e complexidade dos materiais



que nos cercam. Mais ainda, a interpretao alcanada dever ser til como base para o

prosseguimento de estudos em Qumica de nvel superior (M. E., 2004).

Orientaes para a organizao do ensino da Quimica

Considera-se que a orientao do ensino da Qumica no 12 ano dever reger-se por princpios

que promovam a literacia cientfica dos alunos, surgindo dificuldades, de acordo com os autores, sobre

um conceito nico de literacia cientfica e o carcter opcional da disciplina. Importa, portanto, apresentar

os princpios, que do nosso ponto de vista justificam as opes programticas, enquadrados por valores

de sociedades democrticas onde o conhecimento ser um valor a preservar em favor do

desenvolvimento social e da paz. No entanto, apesar das evidncias da importncia da Cincia e

Tecnologia para a Sociedade, no irrelevante ponderar os objectivos, os contedos e as formas de

ensino da Cincia e das Tecnologias, neste caso da Qumica, que so mais adequados para a formao

dos alunos (M. E., 2004).

So oito os princpios utilizados na concepo do Programa da disciplina:

1. Ensinar Qumica como um dos pilares da cultura do mundo moderno.

2. Ensinar Qumica para o dia-a-dia.

3. Ensinar Qumica como forma de interpretar o mundo.

4. Ensinar Qumica para a cidadania.

5. Ensinar Qumica para compreender a sua inter-relao com a tecnologia.

6. Ensinar Qumica para melhorar atitudes face a esta Cincia.

7. Ensinar Qumica por razes estticas.

8. Ensinar Qumica para preparar escolhas profissionais (M. E., 2004).

8 Mestrado em Quimica para o Ensino

Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12 ano

2.2 O Trabalho Laboratorial: algumas consideraes

2.2.1 Generalidades

O ensino laboratorial das Cincias nas escolas demasiado prisioneiro do passado, sendo

necessrio reexaminar criticamente o seu papel, actualmente, enquanto auxiliar da aprendizagem das

Cincias pelos alunos. O ensino de Cincias na escola sem trabalho laboratorial pode considerar-se

impensvel, embora no possa mais atribuir-se-lhe objectivos que no podem ser realisticamente

atingidos ou que podero ser conseguidos por meios alternativos (Wellington, 1998).

O trabalho laboratorial deve ser dinamizado e (re)orientado para a compreenso de conceitos

cientficos e para o desenvolvimento de capacidades de pensamento requeridas para a tomada de

deciso a nvel pessoal, a participao esclarecida em assuntos cvicos e culturais e a produtividade a

nvel econmico.

De facto, envolver os alunos na realizao de trabalho laboratorial tende a valorizar as

potencialidades deste no sentido de permitir atingir objectivos relacionados com a aprendizagem de

conhecimento conceptual e procedimental, bem como a aprendizagem de metodologia cientfica e a

promoo de capacidades de pensamento. Neste ltimo aspecto, de salientar o desenvolvimento de

pensamento crtico e criativo e o desenvolvimento de atitudes como, por exemplo, a abertura de esprito,

a objectividade e a prontido para suspender juzos sempre que a evidncia e as razes no sejam

suficientes para o sustentar (Hodson, 2000).

H muitas razes para incluir o trabalho laboratorial nas aulas de Cincias:

1. O envolvimento no trabalho laboratorial ajuda os alunos a adquirir a destreza de um bom

cientista. Assim, so desenvolvidos aspectos relacionados com o planeamento de investigaes e uma

seleco apropriada de instrumentos, a observao e medio cuidadas, o registo correcto e claro dos

resultados, tratando-os, tendo em considerao as condies de validade.

2. A realizao de trabalho laboratorial ajuda os alunos a compreender factos e conceitos.

3. A participao no trabalho laboratorial encoraja uma aprendizagem activa em vez de uma

aprendizagem passiva, pois exige que os alunos pensem sobre o objectivo da actividade.

4. Com o trabalho laboratorial, os alunos sentem mais motivao, o que estimula os seus

interesses e gostos.

5. O trabalho laboratorial pode tornar os fenmenos reais.

6. O trabalho laboratorial adiciona variedade e interesse s aulas de Cincias.

7. O trabalho laboratorial ajuda a desenvolver, entre outros, a comunicao, a literacia, o

raciocnio (Hodson, 2000); (Millar, 2004); (Wellington, 1998).



De um modo geral, os objectivos que o trabalho laboratorial permitem alcanar podem ser

agrupados, conforme o esquema 2.1, em diferentes domnios: das atitudes (por exemplo, a motivao

dos alunos e o estmulo da cooperao entre os mesmos), procedimental (o desenvolvimento de

capacidades de observao, o domnio de tcnicas laboratoriais), conceptual (por exemplo, aquisio de

conceitos ou interpretao de fenmenos), e da metodologia cientfica (como, por exemplo, resoluo de

situaes problema). O facto de o trabalho laboratorial poder permitir alcanar objectivos daquela

diversidade de domnios, no significa que o consiga (pelo menos de igual forma) na prtica, pois essa

consecuo depende do modo como implementado. Assim, diversos autores (como Wellington, 1998 e

Hodson, 2000) assinalam que o papel motivador do trabalho laboratorial no pode ser assumido como

um dado adquirido, argumentando como principal causa o facto de o trabalho laboratorial realizado ser o

que interessa ao professor e no necessariamente ao aluno.

Domnios que o Trabalho Laboratorial pode permitir alcanar

Metodologia cientfica

Esquema 2.1 - Domnios que o Trabalho Laboratorial pode permitir alcanar.

2.2.2 Dificuldades na introduo do trabalho laboratorial no ensino das Cincias

A importncia da realizao de trabalho laboratorial no ensino das Cincias tem sido largamente

defendida por diversos autores. Contudo, esta importncia nem sempre acompanhada de resultados

positivos decorrentes da realizao do mesmo. Alguns autores defendem que o insucesso da

implementao do trabalho laboratorial reside no modo como o mesmo realizado, pois este assume

habitualmente caractersticas prescritivas, assentes no cumprimento de instrues detalhadas,

conduzindo os alunos para a resposta correcta (Garcia Barros, 1998). O trabalho laboratorial realizado

consiste essencialmente em demonstraes realizadas pelos professores ou actividades de carcter

ilustrativo (Dourado, 2001), que reforam uma ideia de Cincia indutiva.

Por isso, desde h algum tempo, os especialistas tm vindo a defender uma mudana no modo

como o trabalho laboratorial utilizado no ensino das Cincias, que o torne mais coerente com a prpria

epistemologia da Cincia e com a viso construtivista da aprendizagem. Contudo, nem sempre

sugestes preconizadas pela investigao em educao em Cincias conduzem a mudanas nas

IO Mestrado em Quimica para o Ensino

Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12" ano ftfc"!

prticas dos professores, pelo que, no caso do trabalho laboratorial, aquelas sugestes podem no ter a

expresso desejada.

Alm de toda a problemtica envolvente sobre dificuldades em realizar trabalho laboratorial e da

maioria dos professores de Cincias concordarem que as suas aulas deveriam incluir o trabalho

laboratorial, na maior parte dos casos, tal no acontece.

As razes apresentadas pelos professores para no realizarem actividades laboratoriais podem

ser includas em trs categorias: (S.A., Praticai Work in science).

o Falta de condies laboratoriais;

o Escassez de tempo;

o Elevado nmero de alunos por turma.

2.2.3 Consideraes sobre a impreciso de linguagem na classificao das modalidades de

trabalho prtico

Apesar da existncia de vasta informao acerca do assunto, ainda comum a utilizao, de

forma imprecisa, dos termos que caracterizam as diferentes modalidades de trabalho prtico: trabalho

laboratorial, trabalho de campo e trabalho experimental.

Segundo Hodson, 2000, o trabalho laboratorial, o trabalho de campo e o trabalho experimental so

modalidades de trabalho prtico reconhecidas, quer por professores quer por investigadores, como

recursos de inegvel valor no ensino e aprendizagem das Cincias.

O trabalho laboratorial refere-se a actividades que requerem a utilizao de materiais de

laboratrio, mais ou menos convencionais, podendo ser realizadas num laboratrio, ou mesmo numa

sala de aula, desde que no sejam necessrias condies especiais, sobretudo de segurana, para a

realizao das mesmas (Dourado, 2001).

As actividades de trabalho de campo proporcionam a possibilidade de percepo da amplitude,

da diversidade e da complexidade dos fenmenos naturais, das transformaes que ocorrem na

natureza, da diversidade da fauna e flora de uma dada regio e da sua interaco com o meio. Estes

aspectos favorecem ocasies privilegiadas para a aquisio de conhecimentos e para o

desenvolvimento de capacidades, nomeadamente no que respeita observao, interpretao,

reflexo e anlise dos fenmenos em ambiente natural (Chaves, 2003).

Segundo Leite (2001), o trabalho experimental envolve todas as actividades que exigem o

controlo e manipulao de variveis. Logo, as actividades experimentais podem corresponder a

actividades laboratoriais, de campo ou a qualquer outro tipo de trabalho prtico.

De um modo mais resumido, a relao entre os vrios tipos de trabalho referidos anteriormente

apresentada no esquema 2.2, cuja anlise permite inferir a abrangncia do trabalho prtico.



Trabalho Laboratorial

Trabalho Experimental

Trabalho de Campo

Esquema 2.2- Relao entre os vrios tipos de Trabalho Prtico (adaptado de Leite, 2001).



2.3 Actividades laboratoriais em estudo: alguns aspectos relevantes

2.3.1 Um Ciclo do Cobre

2.3.1.1 Enquadramento no Programa de 12 ano de Qumica

A actividade laboratorial "Um Ciclo do Cobre" surge enquadrada no tema denominado "Metais e

ligas metlicas", do Programa de 12 ano de Qumica. Esta actividade laboratorial de carcter obrigatrio

envolve diversos conceitos qumicos inter-ligados, tal como possvel verificar no esquema 2.3, nos

campos assinalados.

A actividade laboratorial "Um Ciclo do Cobre" centra-se na questo: Como reciclar um metal

usando processos qumicos?. Por outro lado, podem destacar-se diversos objectos de ensino:

reactividade de um elemento metlico, explorao da Qumica do cobre, reaces de oxidao-reduo,

reaces de cido-base e reaces de precipitao. Associada a esta actividade existem, ainda, os

seguintes objectivos de aprendizagem:

Caracterizar a reactividade de elementos metlicos, tendo como exemplo a reactividade do

cobre;

Reconhecer a importncia da reciclagem do cobre e as potencialidades da reciclagem dos

metais em geral;

Identificar alguns problemas de poluio relacionados com a reciclagem do cobre (M. E., 2004)

Este trabalho consiste na realizao e observao de uma sequncia de reaces envolvendo o

elemento cobre. Existem diversas variantes de trabalhos laboratoriais com compostos de cobre que, por

terem a mesma espcie como reagente inicial e produto final de um conjunto de reaces sucessivas,

so designadas por "Ciclo do Cobre". No entanto, alguns destes ciclos so limitados a reaces de um

s tipo (por exemplo, reaces de complexao) ou no incluem o prprio metal como substncia.

Tendo em considerao os objectivos de aprendizagem previstos, importante que o trabalho seja

executado pelos alunos com o grau de elaborao proposto (M. E., 2004).



Ligas metlicas

1 ao / ao inoxidvel lato

organizadas na

Srie electroqumica Hemoglobina

um exemplo importante

Esquema 2.3- Contextualizao dos conceitos relacionados com a actividade laboratorial de "Um Ciclo do Cobre" (Adaptado de Ministrio da Educao, 2004).



2.3.1.2 A era do cobre

Apesar da idade dos metais ter tido incio cerca de 8000 a. C, no se pode apontar um fim para

este perodo que mudou radicalmente a civilizao, ao colocar termo idade da pedra. Tudo comeou

com a explorao do cobre, o primeiro metal a ser transformado pelo ser humano (M. E., 2004).

A palavra Cobre deriva da palavra latina Cuprum, que por sua vez deriva da palavra Cyprium,

usada para designar a ilha de Chipre, situada na zona leste do Mediterrneo e considerada a principal

jazida do cobre antigo. O cobre foi o primeiro metal a ser utilizado pelas civilizaes antigas, pois este

metal pode surgir na natureza na sua forma nativa, ou seja, pode encontrar-se livre (figura 2.1). Alm

disto, o cobre apresenta uma cor bastante atraente e tambm possui uma elevada maleabilidade, sendo

portanto facilmente trabalhado.

Figura 2.1 - Amostra de cobre no estado nativo (Gauss, 2006).

Para alm dos importantes depsitos de cobre na ilha de Chipre, este era relativamente vulgar

em quase toda a zona mediterrnica, em Inglaterra (na Cornualha e em Devon), na Frana Ocidental e

na zona central europeia (na Saxnia e na Bomia). Aparece superfcie, junto a correntes de gua e

nas paredes de desfiladeiros, embora muitas vezes com uma cor azul-esverdeada, resultado da

formao de carbonato por exposio s intempries do clima.

No Mdio Oriente, as primeiras grandes civilizaes a usarem metais foram as das cidades-

estado da Sumria. Os Sumrios navegaram no rio Eufrates, nas rotas do comrcio que incluam o

transporte de cobre da Armnia para norte. A designao sumria para o cobre, "urudu", a mesma

palavra usada para designar o rio Eufrates, literalmente, "rio de cobre".

Em Gerza, no rio Nilo, a sul da moderna cidade do Cairo, os seus habitantes desenvolveram

uma civilizao baseada na metalurgia do cobre, tendo aprendido, por volta do ano 3500 a. C, os

fundamentos bsicos da metalurgia daquele metal com imigrantes vindos da Mesopotmia (Wikipdia,

2006; Simes, 2005).



Actualmente, a maior mina de cobre do mundo a cu aberto, representada na figura 2.2, situa-se

em Chuquicamata, no Chile.

Figura 2.2 - Mina de cobre em Chuquicamata, no Chile (Pepe, 2006).

2.3.1.3 Propriedades e aplicaes do cobre

O cobre um elemento relativamente escasso, constituindo apenas 6,8 x 103% da massa da

crosta terrestre. Este elemento pode surgir na natureza na forma nativa (no combinada) ou combinado

com outros elementos, em minrios como, por exemplo, a calcopirite, CuFeS2.

O cobre metlico, de cor castanho-avermelhado, apresenta o segundo valor mais elevado de

condutividade elctrica (a prata o elemento com maior condutividade elctrica) e um bom condutor

trmico. Na tabela 2.1, resume-se um conjunto de algumas propriedades caractersticas deste elemento

(Chang, 2005).

Tabela 2.1 - Caractersticas principais do cobre.

PROPRIEDADES DO COBRE

Nmero atmico |Kjj 29

Massa atmica I ^ ^ H 63,546

Raio atmico ^ ^ ^ 1 1,35 pm

Configurao electrnica j ^ ^ H [Ar]3d14s1

1a Energia de ionizao I ^ ^ H 745,5 kJ mol-1

2a Energia de ionizao 9 ^ H 1957,9 kJ mol-1

Electronegatividade H H 1,9

Densidade l ^ ^ l 8,96

Estado fsico, a 25 C H l Slido

Ponto de fuso flHI 9HHHH

1083C

Ponto de ebulio ^ ^ H 2595 C

Capacidade calorfica molar (slido) j ^ ^ H 24,440 J K-1 moi-1


Utilizao de video digital no trabalho laboratorial em ensino da Quimica: uma experincia no 12 ano MH9;--

De acordo com a configurao electrnica de valncia do cobre (3d10 4s1), este pode originar

dois caties: o io Cu + , com a configurao electrnica de valncia 3d10, e o io Cu2 + , com a

configurao electrnica de valncia 3d9. Deste modo, o cobre um elemento de transio porque, pelo

menos o io Cu2 + , possui uma orbital d incompleta (Chang, 2005).

De facto, nos compostos em cuja composio surge o cobre, este surge principalmente nos

estados de oxidao +1 e +2. O cobre no estado de oxidao +1 menos estvel e, em soluo aquosa,

sofre dismutao. Assim, o io cuproso, Cu-, em soluo, facilmente reduzido a metal ou oxidado ao

estado +2, conforme est traduzido nas equaes qumicas (2.1) e (2.2), respectivamente.

Cu+(aq) + e" -> Cu(s) E = 0,52 V (2.1)

Cu+(aq) -> Cu2+(aq) + e" E=-0,15 V (2.2)

Globalmente, o processo de dismutao pode ser traduzido pela equao qumica (2.3). A esta

reaco corresponde uma constante de equilbrio com o valor de 2 x 106, a 25C. No entanto, a reaco

pode ser invertida na presena de ligandos ( C l " e CN~ ) que complexam mais fortemente com Cu(l) do

que com Cu(l l).

2Cu+(aq) -> Cu(s) +Cu 2 + (aq) E = 0,37V (2.3)

O io cprico, Cu2 + , pode formar um hexaaquocomplexo de cor azul, [Cu(H20)6 f+ , com a

estrutura de um octaedro tetragonal distorcido, no qual duas molculas de gua esto mais distantes do

cobre do que as outras quatro molculas. Por outro lado, a adio de base ao io cprico conduz

precipitao de hidrxido de cobre(ll), Cu(OH)2, que insolvel em gua, mas dissolve-se

ligeiramente em soluo concentrada de OH~, formando o io Cu(OH):, . O hidrxido de cobre (II),

Cu(OH)2, tambm se dissolve facilmente em soluo aquosa de NH 3 , formando o io

[Cu(NH3)4]2+, de cor azul intensa, que apresenta uma estrutura tetragonal distorcida. A adio de

cido a este complexo leva precipitao de Cu(OH)2 que se pode dissolver, de novo, com a adio

de excesso de cido (Russell, 1982).

O consumo total de cobre no mundo ocidental no ano de 1997 foi de cerca de 13 milhes de

toneladas. A indstria elctrica consumiu cerca de 50% e a da construo cerca de 14%. O cobre um

metal que possui um elevado nmero de aplicaes no nosso dia-a-dia. Este metal maioritariamente

utilizado como condutor elctrico, sendo tambm bastante importante em medicina (so utilizadas lentes

de cristal de cobre em radiologia para a deteco de pequenos tumores), no fabrico de ligas, no



revestimento de fachadas, em caleiras, em escultura, na cunhagem de moedas, etc. Um dos compostos

de cobre - sulfato de cobre (II) - tambm fundamental na agricultura. Um resumo das aplicaes do

cobre est representado no esquema 2.4 (Wikipdia, 2006).

Aplicaes do cobre

Medicina Revestimento de

fachadas Motores elctricos

Esquema 2.4 - Algumas aplicaes do cobre.

2.3.1.4 Purificao do cobre

Na natureza existem vrios minerais de cobre, como a bonite (Cu5FeS4), a covelite (CuS), a

calcocite (Cu2S), a calcopirite ( CuFeS2 ), etc. Contudo, a calcopirite o mineral de cobre mais comum,

sendo tambm o seu minrio mais importante (Bishop, 2005).

Dispondo do minrio calcopirite, CuFeS2, o metal cobre pode ser obtido por fuso ou calcinao,

resultando Cu2S e posteriormente o metal, de acordo com as reaces traduzidas pelas equaes

qumicas (2.4) e (2.5).

2CuFeS2(s) + 402(g) -> Cu2S(s) + 2FeO(s) + 3S02 (g) (2.4)

Cu2S(s) + 02 (g) -> 2Cu(s) + S02(g) (2.5)

O cobre metlico assim obtido no puro, contendo impurezas como zinco, ferro, prata e ouro.

Para a sua purificao pode-se recorrer electrlise ou refinao por zonas, conforme est

esquematizado nas figuras 2.3 e 2.4, respectivamente.

Lit

Ctodo de nodo de 1 H cobre puro

ipo 1

Figura 2.3- Representao esquemtica da purificao electroltica do cobre (Adaptado de Chang, 2005).



No processo de purificao electroltico, os elctrodos de cobre "impuro" e cobre puro,

mergulhados numa soluo de cido sulfrico contendo ies Cu2+ (electrlito), funcionam de nodo e

ctodo, respectivamente, de acordo com as reaces traduzidas pelas equaes (2.6) e (2.7):

nodo (oxidao): Cu(s) -> Cu2+(aq) + 2e" (2.6)

Ctodo (reduo): Cu2+(aq) + 2 e " ^ Cu(s) (2.7)

As impurezas reactivas que existem no nodo de cobre, como o ferro e o zinco, so tambm

oxidadas no nodo e vo para a soluo na forma de ies Fe2+e Zn2 + , que no so, no entanto,

reduzidos no ctodo. Por sua vez, os metais menos reactivos, tais como o ouro e a prata, no so

oxidados no nodo; medida que o nodo de cobre se dissolve, estes metais caem eventualmente para

o fundo da clula. O resultado global deste processo a transferncia de cobre do nodo para o ctodo.

O cobre obtido atravs deste processo possui uma pureza superior a 99,5% (Chang, 2005); (Reger,

1997).

Outra tcnica usada com o objectivo de obter metais muito puros a refinao por zonas. Neste

processo, introduz-se uma haste do metal impuro numa bobina, que uma resistncia elctrica de

aquecimento, que funde o metal (figura 2.4).

Figura 2.4 - Representao do processo refinao por zonas.



medida que a haste metlica emerge da bobina de aquecimento, arrefece e o metal puro

cristaliza, deixando as impurezas na poro de metal fundido que ainda se encontra no interior da

bobina de aquecimento. Quando a zona fundida que transporta as impurezas, agora em maior

quantidade, atinge o extremo da haste, arrefecida e depois cortada. A repetio sucessiva deste

processo conduz a um metal com uma pureza superior a 99,99% (Chang, 2005); (Reger, 1997).

2.3.1.5 A actividade laboratorial

Reciclar materiais um dos pilares de qualquer desenvolvimento continuado e sustentado, pois

os recursos naturais no so ilimitados.

O cobre um metal bastante utilizado a nvel industrial e os resduos resultantes das suas

aplicaes apresentam, frequentemente, malefcios para o meio ambiente. Este ltimo aspecto, bem

como a necessidade crescente de preservar matrias primas e economizar energia, impe a reciclagem

de tais resduos, ainda que tal operao possa tornar-se dispendiosa.

O cobre pode ser transformado atravs de uma sequncia de reaces sucessivas que

permitem recuperar o metal inicial. Esta sequncia denomina-se "Ciclo do Cobre". O rendimento desta

"reciclagem" do cobre depender de vrios factores, entre os quais a extenso das reaces Qumicas

envolvidas, a existncia de reaces laterais, o grau de pureza dos reagentes ou o cuidado posto na

tcnica laboratorial (Gil, et ai. 2005).

O ciclo do cobre permite evidenciar a ocorrncia de reaces qumicas envolvendo a formao

de um precipitado, a libertao de um gs, a alterao de cor ou com uma variao de temperatura. Na

figura 2.5, est representado esquematicamente um ciclo do cobre, em que ocorrem (ou podem ocorrer)

diversas transformaes qumicas.

Passo 5 Cu Passo 1

CuS04 CutlWJ 32

Passo 4

Passo 2

CuO Cu


Assim, para o ciclo do cobre apresentado na figura 2.5, as sucessivas transformaes podem

ser resumidas da seguinte forma:

Passo 1: Reaco de oxidao-reduo.

Cu(s) + 4HN03(aq) -^ Cu(N03)2(aq) + 2H20(l) + 2N02 (g) (2.8)

A equao qumica indicada representa a reaco de oxidao do cobre metlico a Cu2+, na

presena de io nitrato (agente oxidante). Neste passo, h formao de nitrato de cobre (II) (slido de

cor azul esverdeado) e a libertao de vapores castanhos (dixido de azoto).

Passo 2: Reaco de precipitao.

Cu(N03)2(aq) + 2NaOH(aq) -^ Cu(OH)2 (S) + 2NaNO, (aq) (2.9)

Neste passo d-se a reaco de hidrxido de sdio com nitrato de cobre (II), resultando a

precipitao de um slido, o hidrxido de cobre (II) (slido azul claro).

Passo 3: Reaco de decomposio.

Cu(OH)2(s) - ^ - > CuO(s) + H20(1) (2.10)

O hidrxido de cobre (II) formado anteriormente, decomposto, por aquecimento, em xido de

cobre (II) (slido preto) e gua.

Passo 4: Reaco de cido-base.

CuO(s) + H2S04(aq)^CuS04(aq) + H20(l) (2.11)

Neste passo faz-se reagir o xido de cobre(ll) - carcter bsico - com cido sulfrico, originando

um sal (sulfato de cobre) e gua.

Passo 5: Reaco de oxidao - reduo.

CuS04(aq) + Zn(s)-^Cu(s) + ZnS04 (aq) (2.12)

Nesta equao qumica est representada a reaco de reduo do io cobre (II) a cobre

metlico, na presena de zinco (agente redutor). Neste passo, h formao de sulfato de cobre (II) e

cobre metlico.

As reaces qumicas responsveis pelas transformaes ocorridas nos diversos passos

anteriormente descritos so de diferentes tipos, pelo que se segue uma abordagem sucinta das suas

caractersticas.



Reaco de oxidao - reduo

Uma reaco de oxidao-reduo (ou reaco redox) caracterizada por um processo de

transferncia de electres entre espcies. Numa reaco redox, pelo menos uma espcie tem que ser

oxidada e pelo menos outra tem de ser reduzida.

Por simplicidade, as reaces redox so frequentemente representadas como duas reaces de

elctrodo, para evidenciar as espcies entre as quais existe a transferncia de electres. Numa reaco

de elctrodo d-se a reaco de oxidao ou a reaco de reduo, aparecendo explicitamente os

electres envolvidos. A reaco parcial de oxidao envolve a perda de electres, enquanto a reaco

parcial de reduo traduz o ganho de electres.

Tal como em qualquer reaco Qumica, as cargas e o nmero de tomos de cada elemento tm

de estar acertados em todas as equaes que traduzem as reaces de elctrodo.

Em qualquer reaco de oxidao-reduo, a espcie oxidante aquela que provoca a oxidao

de outras espcies, "aceitando" os electres destas. A espcie redutora a substncia que "fornece"

electres para uma outra espcie que reduzida. A espcie redutora perde electres e, portanto, oxida-

se (Reger, 1997); (Chang, 2005).

Reaco de precipitao

Uma reaco de precipitao envolve a formao de um ou vrios compostos insolveis, em

soluo, como resultado da reaco entre compostos solveis. As reaces de precipitao so

convenientemente descritas por equaes inicas efectivas. Por exemplo, a mistura de uma soluo de

hidrxido de sdio com uma soluo de nitrato de cobre (II), produz o hidrxido de cobre (II) slido como

precipitado, tal como est representado pela equao qumica (2.9).

Uma vez que todos os compostos envolvidos nesta reaco, excepto o Cu(OH)2(s), so

solveis, dissociando-se em ies em soluo, a reaco inica completa traduzida por (2.13), embora

a equao inica efectiva seja traduzida pela equao (2.14) (Reger, 1997).

Cu2+(aq)+2NO~(aq) + 2Na+ +20H"(aq) -> Cu(OH)2(s) +2Na+(aq) +2N03" (aq) (2.13)

Cu2+(aq) + 20H"(aq) -> Cu(OH)2 (s) (2.14)

Reaco cido-base

A reaco entre um cido e uma base designa-se por reaco de neutralizao. Estas reaces,

em meio aquoso, originam um sal e gua. Um sal um composto inico constitudo por um catio

diferente de H + e um anio diferente de OH" ou O2". Todos os sais so electrlitos fortes.



Na actividade laboratorial "Um Ciclo do Cobre", d-se uma reaco de cido-base num dos

passos, tal como est evidenciado em (2.15):

CuO(s) + H 2 S0 4 (aq)^ CuS04(aq) + H20(l) (2.15)

Base cido Sal gua

Neste caso, o xido de cobre (II) funciona como a base e reage com o cido sulfrico (cido

diprtico).

Reaco de decomposio

Uma reaco de decomposio corresponde rotura de uma ou mais ligaes num composto,

originando-se duas ou mais novas espcies. No caso concreto da actividade laboratorial, o hidrxido de

cobre (II) decomposto em xido de cobre (II) (slido preto) e gua, por aquecimento, de acordo com a

reaco traduzida em (10) (Reger, 1997).

2.3.1.6 Preveno e segurana Qumica

Pela importncia de que se reveste a segurana Quimica na realizao de actividades

laboratoriais, seguem-se algumas consideraes relacionadas com o trabalho laboratorial "Um Ciclo do

Cobre", para as quais os estudantes devem ser devidamente alertados.

A segurana uma responsabilidade colectiva que requer a cooperao de todos os utilizadores

do laboratrio. Os acidentes resultam normalmente de uma atitude indiferente dos utilizadores, ausncia

de senso comum ou falha no cumprimento das instrues a seguir. Antes de qualquer trabalho

laboratorial o operador deve estar informado sobre os riscos inerentes aos reagentes a utilizar, bem

como conhecer as precaues de segurana e os procedimentos de emergncia em caso de acidente

(Pereira, 2000).

De seguida apresentam-se duas tabelas, uma com a identificao dos riscos que os compostos

envolvidos nesta actividade laboratorial apresentam - tabela 2.2 - e outra com os procedimentos de

segurana associados a cada um - tabela 2.3.

Tabela 2.2 - Riscos associados s substncias envolvidas na actividade laboratorial "Um Ciclo do Cobre" (Sigma

Aldrich, 2006); (Merck, 2006); (Air Liquide, 2003).



Acido sulfrico

(soluo concentrada)

R25 - Txico por ingesto.

R35 Provoca queimaduras graves.

R36 - Irritante para os olhos.

R37 Irritante para as vias respiratrias.

R38 Irritante para e pele.

R49 Pode causar cancro por inalao.

Acido clordrico

(soluo concentrada)

R34 Provoca queimaduras.

R37 Irritante para as vias respiratrias. '

Acido ntrico

(soluo concentrada)

R8 0 contacto com materiais combustveis pode causar incncido.

R35 - Provoca queimaduras graves.

Hidrxido de sdio

(soluo concentrada)

R34 - Provoca queimaduras.

Acetona R11 - Facilmente inflamvel.


R66 - Pode provocar secura da pele ou fissuras, por exposio repetida.

R67 Pode provocar sonolncia e vertigens, por inalao dos vapores.

Dixido de azoto R26 Muito txico por inalao.


Zinco

(em p)

R15 Em contacto com a gua liberta gases extremamente inflamveis.

R17 Espontaneamente inflamvel ao ar.

R50 - Muito txico para os organismos aquticos.

R53 Pode causar efeitos nefastos a longo prazo no ambiente aqutico.



Tabela 2.3 - Aspectos de segurana associados s substncias envolvidas na actividade laboratorial "Um Ciclo do Cobre"

(Sigma Aldrich, 2006); (Merck, 2006); (Air Liquide, 2003).

i Substncia Aspectos de segurana

Cobre

(em p)

S16 Manter afastado de qualquer chama ou fonte de ignio - No fumar.

Acido sulfrico

(soluo concentrada)

S26 - Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente

em gua e chamar um mdico.

S30 - Nunca adicionar gua.

S37 - Usar luvas*.

S45 Em caso de acidente ou indisposio consultar imediatamente um

mdico (se possvel mostrar-lhe o rtulo do produto).

Acido clordrico

(soluo concentrada)

S9 - Manter o recipiente num local bem ventilado: hotte.

S26 Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente

com gua e chamar um mdico.

536 - Usar vesturio de proteco adequado: bata. ,

537 - Usar luvas*.

S39 - Usar proteco adequada para os olhos: culos de segurana.

S45 - Em caso de acidente ou indisposio consultar imediatamente um


Acido ntrico

(soluo concentrada)

S23 No respirar o vapor: utilizar a hotte.


com gua e consultar um mdico.

536 - Usar vesturio de proteco adequado: bata. ,

537 Usar luvas*.




S45 - Em caso de acidente ou indisposio consultar imediatamente um


Hidrxido de sdio

(soluo concentrada)

S26 Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente


536 Usar vesturio de proteco adequado: bata.

537 Usar luvas*.

S39 Usar proteco adequada para os olhos: culos de segurana.



Acetona S9 Manter o recipiente num local bem ventilado.

S16 Manter afastado de qualquer fonte de ignio - No fumar.

S23 - No respirar os vapores: utilizar a hotte.

S33 - Evitar a acumulao de cargas electrostticas.


com gua e consultar um mdico.

Dixido de azoto S9 - Manter em local bem ventilado: utilizar a hotte.



S28 - Em caso de contacto com a pele lavar imediata e abundantemente

com gua durante pelo menos 15 minutos.

536 - Usar vesturio de proteco adequado: bata.

537 Usar luvas*.



mdico.

Mestrado em Quimica para o Ensino

Utilizao de vdeo digital no trabalho laboratorial em ensino da Qumica: uma experincia no 12 ano jf *-

Zinco S43 - Em caso de incncio usar p seco.

S46 - Em caso de ingesto consultar imediatamente um mdico e mostrar o

rtulo ou a embalagem.

S60 Elimina-se o produto e o recipiente como resduos perigosos.

S61 - Evitar a sua libertao para o meio ambiente. Ter em ateno as

instrues especficas das fichas de dados de Segurana.

*Nota: Nesta actividade laboratorial utilizaram-se luvas de ltex, uma vez que se trabalhou com cidos e uma base diludos.

2.3.2 Funcionamento de um sistema tampo


A actividade laboratorial "Funcionamento de um sistema tampo" surge enquadrada no tema

denominado "Metais e ligas metlicas", do Programa de 12 ano de Qumica. Esta actividade

laboratorial, sendo de carcter obrigatrio, tambm envolve diversos conceitos qumicos inter-ligados, tal

como possvel verificar no esquema 2.5, nos campos assinalados..

A actividade laboratorial "Funcionamento de um sistema tampo" centra-se na questo: "Como

simular o efeito tampo do sangue face a variaes de pH?". Por outro lado, pode destacar-se um

objecto de ensino que avaliar experimentalmente o efeito de um sistema tampo. Associada a esta

actividade existem, ainda, os seguintes objectivos de aprendizagem:

Realizar um titulao cido forte-base fraca;

Elaborar tabelas para registo de resultados;

Explicar a necessidade de um rigoroso controlo de variveis;

Interpretar tabelas dos resultados obtidos (M. E, 2004).



I m p o r t n c i a soc ia l e

t ecno lg ica

tem

I

Minerais Poluio

1 n Processos de

extraco Processos de

extraco podem original

M a t r i a s pr imas no renovveis obrigam a

reciclagem

caracterizados peias propriedades

Metais so constituintes de

formados por cuja organizao

estruturai

Ligas metlicas

Elementos metlicos

Duc t i f i dade

Maleab i l i dade Condu t ib i l i dade Br i l ho met l i co

no met l i cos semimet l i cos

que. possuem

ca rc te r m e t l i c o con f igu rao e l e c t r n i c a c a r a c t e r s t i c a

cuja variao se verifica na

permitindo um outro oihar sobre

exemplo.

aa I ao inoxidvel lato " o u r o " " m e t a i s " com

memr ia d e f o r m a

Rede Cr is ta l i na

permite explicar L igao

m e t l i c a

1 L T a b e l o Per iod i ca

Ligao nou t ros sl idos

yue pvumtu &&

Corroso

na qual ocorrem

' < ' ' " Inicos Covalentes Moleculares

i Reaces

Redox usadas na Reaces

Redox

~r ' I quotidiano em

1 Purificao de metos

quotidiano em

1 Pilhas e baterias

que pode ser por

A E l e c t r H s e

cuja d dp.

depende de

no futuro

i dependendo

1 L_ Potencial padro de reduo (F1)

Orb i ta is d

formam

I es complexos

Pilhas de combustvel

gua NaCI

organizados na

Srie eectroqumica

mdifpstisawe-is

Seres vivos

cujo actividade depende do

1 um exenrpio importante

Hemog lob ina

Esquema 2.5- Contextualizao dos conceitos relacionados com a actividade laboratorial de "Funcionamento de um sistema tampo" (Adaptado de Ministrio da Educao, 2004).



2.3.2.2 Generalidades

Uma soluo tampo caracteriza-se por ter a capacidade de resistir a variaes de pH, resultantes

da adio de pequenas quantidades de cido ou base. Tal sucede porque a soluo tampo contm

concentraes de cido e de base suficientemente elevadas para reagirem com os ies OF-Te H+que

lhe sejam adicionados; por outro lado, as espcies cida e bsica que constituem a soluo tampo no

se devem consumir mutuamente numa reaco de neutralizao. Estas condies so satisfeitas por um

par cido-base conjugado, isto , um cido fraco e a sua base conjugada ou uma base fraca e o seu

cido conjugado (exemplos: CH3COOH/CH3COONa ; NaHC03 /Na2C03 ).

Os sistemas tampo so muito importantes em sistemas qumicos e biolgicos. Por exemplo, no

corpo humano existem vrios tampes que so fundamentais para garantir o pH de diversos fluidos, cujo

bom funcionamento essencial nossa sobrevivncia. O sangue que circula nos tecidos transporta

oxignio e nutrientes para manter as clulas vivas e remove o dixido de carbono e outros compostos

inteis ao metabolismo. A natureza faz uso de vrios sistemas tampo para distribuir o oxignio e

remover dixido de carbono de um modo extremamente eficiente. O sangue um sistema muitssimo

complexo, mas para os objectivos em questo apenas se vai fazer referncia ao plasma sanguneo e

aos glbulos vermelhos ou eritrcitos. O plasma sanguneo contm muitas espcies, incluindo protenas,

ies metlicos e fosfatos orgnicos. Os eritrcitos contm molculas de hemoglobina, assim como a

enzima anidrase carbnica, que catalisa tanto a formao do cido carbnico (H 2 C0 3 ) como a sua

decomposio, de acordo com a equao qumica (2.16).

C02(aq) + H20(1) ^ = ^ H2C03(aq) (2.16)

As substncias no interior do eritrcito esto protegidas do fluido extracelular (plasma

sanguneo) por uma membrana que selectivamente permevel. O pH do plasma sanguneo mantido

a cerca de 7,40 por vrios sistemas tampo, sendo o mais importante o par HC0 3 /H 2 C0 3 . No

eritrcito, onde o pH 7,25, os principais sistemas tampo so HC0 3 /H 2 C0 3 e a hemoglobina que

uma protena complexa contendo vrios protes, sendo ionizvel. Numa aproximao grosseira,

podemos trat-la como um cido monoprtico, representado por HHb, estando traduzida na equao

qumica (2.17) a respectiva reaco de dissociao (HHb representa uma molcula de hemoglobina e

Hb" a sua base conjugada).

HHb(aq) ^ ^ H+(aq) + Hb"(aq) (2.17)



A oxihemoglobina (HHb02), formada pela combinao da hemoglobina com o oxignio, um

cido mais forte que HHb, cuja reaco de dissociao est representada na equao qumica (2.18).

HHb02(aq) ^ = ^ H+(aq) + HbO~(aq) (2.18)

O dixido de carbono produzido pelos processos metablicos difunde-se para dentro do

eritrcito, onde rapidamente convertido em H2C03(aq), pela anidrase carbnica, tal como est

representada pela equao qumica (2.16). A ionizao do cido carbnico representada pela equao

qumica (2.19), tem duas consequncias importantes: a primeira, que o io bicarbonato difunde-se

para fora do eritrcito e transportado pelo plasma para os pulmes (este o principal mecanismo para

remover o dixido de carbono); a segunda, o desvio do equilbrio (equao qumica (2.20)), a favor da

formao da molcula de oxihemoglobina no ionizada, provocado pelos ies H + :

H2C03(aq) ^ ^ H+(aq) + HCOâq) (2.19)

H + (aq) + Hb02(aq) ^ ^ HHb02(aq) (2.20)

Uma vez que HHb02 liberta oxignio mais facilmente do que a sua base conjugada (Hb0 2 ) , a

formao do cido promove a reaco representada pela equao qumica (2.21):

HHb02(aq) ^ ^ HHb(aq) + 02(aq) (2.21)

As molculas de O2 difundem-se para fora do eritrcito e so recebidas pelas outras clulas dos

tecidos para realizar o metabolismo. Quando o sangue venoso volta aos pulmes, os processos acima

referidos so invertidos. Os ies bicarbonato difundem-se, ento, para dentro do eritrcito, onde reagem

com a hemoglobina para formar o cido carbnico, de acordo com a equao qumica (2.22):

HHb(aq) + HCOâq) v = ^ Hb"(aq) + H2C03(aq) (2.22)

A maior parte do cido , ento, convertido em CO2 pela anidrase carbnica, de acordo com a

reaco representada pela equao qumica (2.23):

H2C03(aq) ^ ^ C02(aq) + H20(1) (2.23)

O dixido de carbono difunde-se at aos pulmes e expirado. A formao dos ies Hb"

(devida reaco representada pela equao (2.22)) tambm favorece a captao do oxignio nos

pulmes (ver equao (2.24)) porque Hb'tem maior afinidade para o oxignio do que HHb.



Hb'(aq) + 02(aq) ^==^ HbOj(aq) (2.24)

Quando o sangue arterial volta a fluir pelos tecidos do corpo, todo o ciclo se repete. Se o pH do sangue inferior a 6,7 ou superior a 7,8, isso poder evidenciar problemas de

sade: acidose, no primeiro caso, e alcalose, no segundo. Por isso, a anlise do pH do sangue e do

respectivo teor em C 0 2 e em HCO3 usado em diagnstico mdico (Chang, 2005); (Gil et ai., 2005).

2.3.2.3 Clculo do pH de uma soluo tampo

Uma soluo contendo um cido fraco, HA, e a sua base conjugada, A " , pode ser cida, neutra ou bsica dependendo do deslocamento dos dois equilbrios qumicos traduzidos pelas equaes qumicas (2.25) e (2.26):

HA(aq) ^==^ A"(aq) + H+(aq) (2.25)

A"(aq) + H20(l) v = ^ OH"(aq) + HA(aq) (2.26)

Para cada um dos equilbrios qumicos representados em (2.25) e (2.26) correspondem

constantes de equilbrio que so expressas pelas equaes (2.27) e (2.28), respectivamente, sendo Kw

a constante de autoprotlise da gua.

[0H-]x[HA] = ^ IA"] Ka

As duas expresses de constante de equilbrio (equaes (2.27) e (2.28)) mostram que a

concentrao relativa dos ies H + e O H " depende no s de Ka e K b , mas tambm da razo das

concentraes de cido e da sua base conjugada. Rearranjando a equao (2.28), pode-se obter a equao (2.29) e aplicando-se-lhe o simtrico do

logaritmo a ambos os lados, obtm-se a equao (2.30).

M =Kajfj (2.29)

-\og[H+]=-\ogKa - l o g ^ j (2.30a) IA

ou



log[//+]=-log^+logj|J (2.30b)

Assim, a equao (2.30b) pode ser escrita na forma representada em (2.31), que conhecida por

equao Henderson-Hasselbalch.

\A-\ pH-pKm+\ogU (2.31)

O conhecimento dos valores de Ka e das concentraes do cido e da base conjugados permite

calcular o pH da soluo (Harris, 1999); (Skoog, 1996); (Chang, 2005).

A equao Henderson-Hasselbalch deduzida a partir de uma expresso da constante de

equilbrio. Quando as concentraes iniciais (ou analticas) do cido fraco HA e do seu sal so

razoavelmente elevadas ( > 0,1 mol dm"3), pode-se desprezar a ionizao do cido e a hidrlise do

sal. Esta aproximao considerada vlida porque HA um cido fraco e a extenso da hidrlise do io

A " geralmente muito pequena. Mais ainda, a presena de A " (proveniente do sal) contribui para

suprimir a hidrlise de HA . Portanto, neste caso possvel considerar, sem erro aprecivel, que as

concentraes de equilbrio so as concentraes iniciais (Skoog, 1996); (Chang, 2005).

2.3.2.4 A actividade laboratorial

Na actividade laboratorial "Funcionamento de um sistema tampo", pretende-se realizar uma

titulao de uma soluo de carbonato de sdio (base) com uma soluo de cido clordrico (cido) -

titulao cido forte-base fraca. Como o carbonato de sdio uma base diprtica a curva da sua

titulao tem dois pontos de equivalncia. O primeiro surge para o valor pH=8,3 e corresponde

converso do carbonato em hidrogenocarbonato cuja equao qumica se encontra representada em

(2.32).

C O ^ a q ) + H+(aq) - HCO-(aq) (2.32)

O segundo ponto de equivalncia surge a pH=3,7 e diz respeito converso do

hidrogenocarbonato a cido carbnico est representado na equao qumica (2.33).

HCO-(aq) + H+ (aq) -> H2C03(aq) (2.33)

A fiabilidade dos valores obtidos para os dois pontos de equivalncia, nesta actividade laboratorial,

pode ficar afectada devido a possveis erros experimentais: incorreces nas leituras de valores da



bureta, na preparao incorrecta das solues, bem como os erros inerentes aos instrumentos de

medida, em particular a calibrao incorrecta do elctrodo (Gil et ai., 2005).

2.3.2.5 Preveno e segurana Qumica

Como em qualquer outra actividade laboratorial, h riscos que devero ser minimizados pela

implementao de regras de segurana.

Apresentam-se duas tabelas, uma com a identificao dos riscos que os compostos utilizados

nesta actividade laboratorial apresentam - tabela 2.4 - e outra com os procedimentos de segurana

associados a cada um - tabela 2.5.

Tabela 2.4 - Riscos associados s substncias envolvidas na actividade laboratorial "Funcionamento de um sistema

tampo" (Sigma Aldrich, 2006); (Merck, 2006).

Substncia

Carbonato de sdio

Aspectos de risco



Acido clordrico

(soluo concentrada)



Tabela 2.5 - Aspectos de segurana associados s substncias envolvidas na actividade laboratorial "Funcionamento

de um sistema tampo" (Sigma Aldrich, 2006); (Merck, 2006).

Substncia Aspectos de segurana

Carbonato de sdio S22 No respirar o p.

S26 - Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e

abundantemente com gua e consultar um mdico.

cido clordrico S9 Manter o recipiente num local bem ventilado: utilizar a hotte.

(soluo concentrada) S26 - Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e

abundantemente com gua e chamar um mdico.

S36 - Usar vesturio de proteco adequado: bata.

S37 Usar luvas*.



S39 - Usar proteco adequada para os olhos: culos de

segurana.

S45 - Em caso de acidente ou indisposio consultar

imediatamente um mdico (se possvel mostrar-lhe o rtulo do

produto).

*Nota: Nesta actividade laboratorial utilizaram-se luvas de ltex, uma vez que se trabalhou com cidos e uma base diludos.

2.3.3 Determinao da entalpia de combusto de diferentes lcoois


A actividade laboratorial "Determinao da entalpia de combusto de diferentes lcoois" surge

enquadrada no tema denominado "Combustveis, Energia e Ambiente", do programa de 12 ano de

Qumica. Esta actividade laboratorial tambm de carcter obrigatrio, envolvendo vrios conceitos

qumicos inter-ligados, tal como est assinalado no esquema 2.6.

A actividade laboratorial "Determinao da entalpia de combusto de diferentes lcoois" centra-

se na questo: "Qual a influncia da posio do grupo OH e do comprimento da cadeia carbonada de

lcoois na energia libertada na sua combusto?". Por outro lado, pode destacar-se a evidncia da

variao de entalpia na combusto de lcoois diferindo no comprimento da cadeia carbonada: metanol,

etanol, propanol, butanol. Por indisponibilidade de reagentes e tempo, no foi possvel estudar outros

lcoois com o grupo funcional em diferentes posies na cadeia carbonada. Contudo, tal no ser difcil

de conseguir futuramente, permitindo, assim, evidenciar a influncia da posio do grupo -OH na

entalpia de combusto dos lcoois.

Associada a esta actividade existem, ainda, os seguintes objectivos de aprendizagem:

Explicar a necessidade de um rigoroso controlo de variveis;

Traar um grfico de entalpia de combusto dos lcoois, ACH, em funo do nmero de tomos

de carbono da cadeia carbonada;

Interpretar o grfico obtido;

Elaborar uma tabela para registo de resultados (M.E., 2004).



S l i d o s

L qu idos ^ podem existir

gasosos

~l

C o m b u s t v e i s

eveaenciafdo

i_ i n t e r a c e s m o l e c u l a r e s

d e i n t e n s i d a d e va r i ve l

podem

paraoseuats

A l t e r n a t i v o s

a o :

c o m b u s t v e i s


a l t e r n a t i v e s

p i l h e s d e

c o m b u s t v e l

c l u l a : f o t o v o t o i c o ;

;Enc rg i a n u c l e a r

XJSEP

'podem

motivo

g u e r r a s e c o n f l i t o s e c o n m i c o s ,

p o l t i c o s e soc ia i s

p r o b l e m a s e c o l g i c o s / c a t s t r o f e s


f s s e i s

h i d r o g n i o

l c o o l

bioaJcool

b i o d i e s e l

biogi

g : n a t u r a l

p e t r l e o b r u t o

cuja e/iergra se re-laciona com

conceitos e eis da Termodinmica como

E n t o i p i e e E n t a l p i a p a d r o

V a r i a o d e e n t a l p i a

E n t o i p i o d e f o r m a o

E n t a l p i a d e c o m b u s t o

Le i d e H e s s

,111^

dos ovais , como so importa conhecer

extrados

como se tansportam

p r o b l e m a s

e c o l g i c o s

p o l u i o

pode causar

I n d s t r i a

P e t r o q u m i c a

por destilao fraccionada otm-se

produzida em

JL Reaces d e f i s s o

e f u s o

n u c l e a r e s

hidrocarbonetos

saturados gasosos

gasolina na f t a

querosene diesel

que tem

ove soo

L resduos

> n d i c e d e o c t a n o s

a d i t i v o s c o m o

t e t r a e t i l c h u m b o . b e n z e n o

t e r

G a s e s

r e a i s

por exempte

JL.

comportamento se ejtplka par

Gprexima&s aos

produz por cracking

estro;

d canos

HZ cuja estrutura se exp/ka por

gs d e b o t i j a

g s d e c i d a d e

possuindo

T e o r i a d a s

O r b i t a i s

m o l e c u l a r e s ( T O M )

T e o r i a da l i gao

d e va lnc ia { T L V )

h i b r i d t z a o j j j

cuja estrutura ' se explica por

possuindo

gases

i d e a i s

out obedecem estritamente

c i c l o a l c a n o s

alcenos a r o m t i c o s

alcinos

n o m e n c l a t u r a

H L ^

L e i d o s

gases

i dea i s

Esquema 2.6- Contextualizao dos conceitos relacionados com a actividade laboratorial de "Determinao da entalpia de combusto de diferentes lcoois" (Adaptado de Ministrio da Educao, 2004).



2.3.3.2 Calorimetria: alguns fundamentos

No laboratrio, o "calor" posto em jogo numa transformao (processo fsico ou qumico) pode ser

avaliado com um calormetro. Tal pode envolver uma mudana de fase, de temperatura, de presso, de

composio Qumica ou qualquer outra propriedade do sistema associada com trocas de calor. , ento,

possvel que um calormetro possa ser usado para medir, de uma forma indirecta, outras quantidades

alm do calor. Contudo, vulgarmente, em sistemas no reactivos, apenas uma ou duas quantidades so

significativas. Por exemplo, na medio da capacidade calorfica de um slido a temperaturas e

presses moderadas, a variao de temperatura usualmente a nica quantidade significativa, embora

a influncia do volume e da presso tambm possam ser importantes.

As medies calorimtricas envolvendo transformaes Qumicas podem efectuar-se em

condies experimentais diversas, sendo as mais vulgares a condio de volume constante (utilizada

frequentemente para medir "calores de combusto" em bomba) e a condio de presso constante

(usada para medir outros calores de reaco). Em todas estas determinaes, se no existir transio

de fase, o calor envolvido, Q, reflecte-se numa variao de temperatura, A7\ A razo QIAT define a

capacidade calorfica mdia do sistema, C, para o intervalo de temperatura A r (Ribeiro da Silva, 1994).

Em calorimetria, usam-se algumas propriedades termodinmicas que se relacionam

directamente com a quantidade de calor determinada experimentalmente. Uma dessas propriedades a

energia interna, U, de um sistema, que uma funo de estado, logo, a sua variao, A / , quando o

sistema passa de um a outro estado, independente do "caminho" seguido pelo sistema.

Na ausncia de qualquer outro tipo de trabalho no elstico, o Primeiro Princpio da

Termodinmica, aplicado a uma transformao infinitesimal, traduz-se por:

dU = dQ-m *r> (2.34)

^dU = Q-pdV (2.35)

A maior parte das experincias calorimtricas so efectuadas a presso aproximadamente

constante, e como a amostra executa trabalho elstico, W, sobre a vizinhana, o calor envolvido no

corresponde variao de energia interna, A / . Neste caso, a quantidade de calor medida, Q,

corresponde variao de uma outra quantidade termodinmica, a entalpia, H, que definida por:

H = U + pV (2.36)

em que p e V representam, respectivamente, a presso e o volume da amostra. A presso constante,

Q = H2-H[=AH = (U2-Ul) + p{V2-V{) (2.37)

(Ribeiro da Silva, 1994)



2.3.3.3 Determinao de entalpias de reaco

As entalpias das molculas so arbitrariamente estabelecidas em relao s entalpias dos seus

elementos constituintes, nos respectivos estados de padro (ou seja, os estados mais estveis

presso de 105 Pa (1 bar)) e a uma dada temperatura de referncia (normalmente, usa-se a temperatura

de 298,15 K (25 C)).

Os valores das entalpias de formao padro dos compostos, embora no tenham significado

fsico, reflectem o contedo entlpico das molculas relativamente aos seus elementos constituintes,

cujas entalpias de formao padro, por conveno, se tomam iguais a zero. As entalpias de formao

padro podem representar-se pelo smbolo A(Hm (onde "" indica o estado padro e "m" significa que

se trata de uma grandeza definida para uma mole da substncia em causa) ou, tambm, de uma forma

mais simplificada, AHf (Martinho Simes, 1993); (Chang, 2005).

A importncia do conhecimento das entalpias de formao padro dos compostos que, uma

vez conhecidos os seus valores, possvel calcular a entalpia de reaco padro, ArH, em que os

mesmos participam. Por exemplo, considerando a reaco representada pela equao (2.38), na qual as

letras maisculas representam os reagentes e os produtos e as letras minsculas representam os

coeficientes estequiomtricos, possvel definir a correspondente entalpia de reaco padro (105 Pa),

usando a Lei de Hess, o que conduz equao (2.39).

aA + bB - * cC + dD (2.38)

Ar//=tAf//;(C) + dAf//;(D)J-[aAf//:(A)+bAf//,;(B)J (2.39)

Assim, de um modo geral, pode calcular-se a entalpia de reaco atravs da equao (2.40), em

que m e n correspondem aos coeficientes estequiomtricos para os reagentes produtos,

respectivamente.

AtH = I n A(Hm (produtos)- Z m A{Hm (reagentes) (2.40)

Para determinar ArH, necessrio conhecer os valores de A f H de todos os compostos que

participam na reaco, podendo o seu clculo ser efectuado por um mtodo directo ou indirecto

(Martinho Simes, 1993); (Chang, 2005).

Mtodo directo para a determinao de A, / / "

Este mtodo aplica-se a compostos que podem ser facilmente sintetizados a partir dos seus

elementos. Como exemplo, se se pretende determinar a entalpia de formao do dixido de carbono,



pode-se medir a entalpia da reaco entre o carbono (grafite) e o oxignio molecular, nos seus estados

padro, para originar dixido de carbono, tambm no estado padro, de acordo com a equao qumica

(2.41).

C(grafite) + 02(g) -> C02(g) (2.41)

A entalpia desta reaco pode ser calculada pela equao (2.42) e, uma vez que tanto a grafite

como o oxignio molecular so as formas alotrpicas mais estveis dos elementos,

AfHm(C,grafite) = 0 e A(Hm(O2,g) = 0, o seu valor coincide com a entalpia de formao do

dixido de carbono, tal como est indicado na equao (2.43).

AXH = AfHm{C02,g)-[AX(C,grafite)+AHm{02,g)\ = -393,5 kJ/mol (2.42)

ArH = Af//,;(C02,g) = -393,5 kJ/mol (2.43)

Mtodo indirecto para a determinao de AtH

H muitos compostos que no podem ser sintetizados directamente a partir dos seus elementos.

Nalguns casos, as reaces do-se demasiado lentamente, noutros, surgem reaces laterais que

podem produzir substncias diferentes do composto desejado. Nestes casos, AVH pode ser

determi

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