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EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
1 CABUM! Explodiu, e agora?
Minicurso
CABUM! Explodiu, e agora?
São Paulo
2016
ELABORAÇÃO:
Evandro Ivanov
Laís de Stefano Ortunho
Laura Mortara
Samuel Vanique
ORIENTAÇÃO:
Prof. Dr. Marcelo Giordan
Aluno: Série:
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
2 CABUM! Explodiu, e agora?
Sumário
Aula 1 – Para começar........................................................................................ 3
Aula 2 – Diferentes discursos... .......................................................................... 5
Aula 3 – Os combustíveis ................................................................................. 10
Aula 4 – Incêndio no tanque de combustíveis .................................................. 14
Aula 5 – A indústria Cloro-Álcali .................................................................... 19
Aula 6 – Produtos da indústria cloro-álcalis ...................................................... 25
Aula 7 – Preparação Para o Debate .................................................................. 33
Aula 8 – Debate e Finalização .......................................................................... 39
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
3 CABUM! Explodiu, e agora?
Aula 1 – Para começar...
Atividade 1 – Vamos interagir!
Vamos passar algum tempo juntas/os nada mais justo que
nos conhecermos, não?!
Realizaremos uma brincadeira para integrar a sala e
conhecer os alunos! Retire um pedaço de papel do bolo e responda a
pergunta em voz alta!
Atividade 2 – O que você sabe sobre ciência?
Que tal nos contar um pouco o que você sabe sobre o que é
ciência? Para que ela serve afinal? Quais os usos que podem ser feitos
dela?
Ao final da oficina mostraremos uma nuvem de palavras com as quais
vocês mais escreveram aparecerão em destaque!
Para isso utilize a folha em anexo ao final da apostila para escrever o seu texto.
Anotações
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4 CABUM! Explodiu, e agora?
Atividade 3 – CABUM! Explodiu: Os acidentes ocorridos.
Anotações sobre o vídeo
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Atividade 4 – Afinal, o que foram os acidentes?
Vamos completar a tabela abaixo juntos!
Acidentes Substâncias
envolvidas
Consequências a
curto prazo
Consequências a
longo prazo
2015
2016
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
5 CABUM! Explodiu, e agora?
Aula 2 – Diferentes discursos...
Atividade 1 – Análises dos discursos
Você já parou pra pensar que uma mesma notícia pode ser vista de
várias formas diferentes? Que dependendo do meio de comunicação
elas podem até se contradizer? Portanto, devemos saber como analisar
o que está sendo descrito na notícia e, para isso, propomos ajuda-los
com mecanismos de mapeamento de argumentos e análise de discursos
contidos em Textos de Divulgação Científica!
Para uma melhor aprendizagem sugerimos que vocês completem com palavras chaves
os esquemas que estão nos slides e reproduzidos abaixo:
Imagem 1: Esquema de análise de TDC proposto por Ferreira e Queiroz (2011)
Fonte: FATARELI, E. F. et al; Mapeamento de Textos de Divulgação Científica para Planejamento de Debates no Ensino de
Química. Elton Fabrino Fatareli, Luciana Massi, Luciana Nobre de Abreu Ferreira e Salete Linhares Queiroz. Química Nova na
Escola Vol. 37, Nº 1, p. 12. São Paulo: SP, Fevereiro de 2015. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc37_1/04-EA-19-14.pdf> Acesso: 28 ago 2016.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
6 CABUM! Explodiu, e agora?
Imagem 2: Esquema de disputa proposto por Piassi e Pietrocola (2007)
Fonte: FATARELI, E. F. et al; Mapeamento de Textos de Divulgação Científica para Planejamento de Debates no Ensino de
Química. Elton Fabrino Fatareli, Luciana Massi, Luciana Nobre de Abreu Ferreira e Salete Linhares Queiroz. Química Nova na Escola Vol. 37, Nº 1, p. 12. São Paulo: SP, Fevereiro de 2015. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc37_1/04-EA-19-
14.pdf> Acesso: 28 ago 2016.
Anotações
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Atividade 2 – Vamos ler um pouco?
Agora que aprendemos como mapear o discurso de um TDC vamos praticar
um pouco! Para isso façam a leitura dos textos abaixo e completem a tabela destinada
para cada texto.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
7 CABUM! Explodiu, e agora?
TEXTO 1
“O que é, e qual a importância, da fumaça do litoral paulista?
O incêndio no Guarujá causou uma fumaça que atingiu três municípios da região
Se você passou pelo litoral paulista entre ontem (14) e hoje (15), é provável
que tenha avistado uma imensa cortina de fumaça. Também há grandes possibilidades
de que algumas pessoas que cruzaram seu caminho estivessem nitidamente passando
mal. Não era a produção de nenhum filme ou novela. Eram 20 toneladas de ácido
dicloroisocianúrico sendo queimadas no porto de Santos, no Guarujá.
Não é à toa que aparece "cloro" no nome do produto incendiado. A substância
é a utilizada para produzir o pó que, misturado com a água, serve para a limpeza de
piscinas. E é justamente a reação do produto com o liquido que pode ter causado tudo
isso. O ponto é que o ácido em questão reage de forma efervescente, ao entrar em
contato com a água. A hipótese sustentada pela Companhia Ambiental do Estado de
São Paulo (CETESB) é que o contêiner que levava o carregamento de dicloro estava
com algum tipo de problema de vedação. Choveu, a água entrou, a substância reagiu
com o liquido e produziu uma reação exotérmica (onde há geração de calor), a caixa
esquentou e as sacas começaram a pegar fogo, outros contêineres (com produtos ainda
desconhecidos pelo Corpo de Bombeiros) foram atingidos assim surgiu a fumaça -
tóxica.
Espessa por conta de suas toxinas, especialmente o ácido dicloro, os que
passavam pela fumaça começavam a sentir efeitos na hora. E se engana quem pensa que
foram poucos. A fumaça atingiu três cidades (Santos, Guarujá e Cubatão), e mais de
140 pessoas da região procuraram hospitais. As reclamações se repetiam: problemas
respiratórios, náuseas, dores de cabeça e sintomas como irritações na garganta, olhos e
pele. Nesses últimos casos vale ressaltar que, apesar do instinto natural ser molhar as
partes do corpo que estão gerando incomodo, aqui vale mais a pena se controlar um
pouco lembrar as aulinhas de química. Se você colocar água, o cloro vai encarar a
região como um lugar mais do que propicio para reagir e, infelizmente, as coisas só vão
piorar. O mesmo vale em usar pano molhados para tentar cobrir o rosto. É melhor que
os pedaços de tecido estejam secos.
O outro problema que a fumaça pode causar talvez seja o pior deles, e só
descobriremos a longo prazo. Ainda não se sabe quais as consequências que a fumaça
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
8 CABUM! Explodiu, e agora?
pode trazer para o ambiente da região. A CETESB anunciou que só analisará os danos
após o término de todos os trabalhos dos bombeiros. Por enquanto, a única notificação
dada é a de que não foram encontrados animais marinhos mortos nos entornos. O
Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA)
também afirmou que está acompanhando o caso e sugeriu que caminhões suguem águas
contaminadas na região, antes que elas prejudiquem a vida marítima.”
GERMANO, F. O que é, e qual a importância, da fumaça do litoral paulista? - O incêndio no Guarujá
causou uma fumaça que atingiu três municípios da região. Felipe Germano. Super Interessante.
15/01/2016. Disponível em <http://super.abril.com.br/ciencia/o-que-e-e-qual-a-importancia-da-fumaca-
do-litoral-paulista>. Acesso: 28 ago. 2016. 15:30
TEXTO 2
“Há previsão de chuva ácida por conta do incêndio, afirma instituto
Apesar do nome, chuva ácida não vai causar queimaduras, garante meteorologista
As mensagens que circulam nas redes sociais sobre os riscos da chuva tóxica
para a saúde da população têm fundamento. O meteorologista Alexandre do
Nascimento, do instituto Climatempo, garantiu nesse sábado (4) que as toxinas liberadas
pela queima de combustível nos tanques da Ultracargo podem produzir chuva ácida.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
9 CABUM! Explodiu, e agora?
Diante da previsão de uma frente fria para a região, neste domingo (5), com
possibilidade de chuva moderada, o conselho do meteorologista é o de que a população
evite se expor. “Apesar do nome, a chuva ácida não vai causar queimaduras, mas como
não sabemos seus efeitos ainda, melhor evitá-la”.
Ele também alerta que, quanto mais fina a chuva, pior o seu impacto na
natureza. “Numa garoa, a concentração de poluentes em cada gota é maior, causando a
chuva ácida. Na chuva mais forte, a concentração de toxinas é menor em gotas maiores,
causando um impacto menor”.
Nascimento prevê pancadas mais fortes de chuva já a partir do meio-dia de
hoje. “O choque da frente fria com o calor que faz na região poderá provocar uma chuva
mais pesada, podendo lavar a atmosfera das toxinas liberadas pela fumaça”, diz.
Porém, o meteorologista reconhece que não há meios da fumaça não impactar
no meio ambiente. “A qualidade do ar na região está muito ruim. O dano está feito”.
Composição da chuva ácida
Preocupados com a alta concentração de componentes tóxicos na atmosfera, a
equipe do Climatempo postou em seu site a explicação do especialista em poluição
atmosférica Ivan Heten sobre como a composição da chuva ácida: “o dióxido de
enxofre, emitido pela queima de óleos e combustíveis ricos em enxofre (derivados do
petróleo), próximo à superfície reage rapidamente para formar o trióxido de enxofre,
que em presença de água irá formar o ácido sulfúrico”.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
10 CABUM! Explodiu, e agora?
CAFIERO, C. “Há previsão de chuva ácida por conta do incêndio, afirma instituto. - Apesar do
nome, chuva ácida não vai causar queimaduras, garante meteorologista. Carlota Cafiero. Portal A
Tribuna 05/04/2015 - 09:15 - Atualizado em 05/04/2015 - 09:26 Disponível em
<http://www.atribuna.com.br/noticias/noticias-detalhe/cidades/ha-previsao-de-chuva-acida-por-conta-
do-incendio-afirma-instituto/?cHash=a07f5e803a8cd8c0a355fcb443199f86> Acesso: 26 ago. 2016,
16:30
Atividade 3 – O que foi analisado?
Analisamos e fizemos o mapeamento de dois TDC, vamos ver o que cada
grupo analisou e anotar as discussões efetuadas?
Anotações
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Aula 3 – Os combustíveis
Atividade 1 – Introdução aos combustíveis
O professor apresentará alguns conceitos básicos que envolvem o estudo dos
combustíveis.
Combustível é qualquer substância química cuja reação com oxigênio seja rápida e
libere grandes quantidades de calor, ou seja, qualquer substância inflamável. Essa
reação entre o combustível e o oxigênio é chamada de combustão, e pode ser completa,
quando todos os átomos do combustível chegam ao estado máximo de oxidação, ou
incompleta, em que isso não ocorre. Isso significa que a combustão completa de
hidrocarbonetos e compostos orgânicos oxigenados sempre produzirá gás carbônico
(CO2) e água (H2O), enquanto sua combustão incompleta é mais difícil de prever, pois
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
11 CABUM! Explodiu, e agora?
produz monóxido de carbono (CO) e carbono inorgânico elementar (fuligem). A reação
de combustão completa do etanol é dada por:
C2H5OH(aq) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g)
A quantidade de calor liberada varia de combustível para combustível e é dada pela
variação de entalpia do sistema, que depende da estrutura química e do estado físico
dos produtos e reagentes. O cálculo dessa quantidade faz parte da série de conteúdos
chamada termoquímica.
Termoquímica
A termodinâmica estuda as transferências de energia entre um sistema e sua
vizinhança. A entalpia (H) é a energia potencial armazenada em um sistema, que é
transferida para a vizinhança na forma de calor quando ocorre uma transformação
química ou mudança de estado físico. No caso da combustão de etanol, isso pode ser
representado da seguinte forma:
A variação de entalpia é a diferença entre a entalpia final (Hfinal) e da entalpia
inicial (Hinicial):
∆𝐻 = 𝐻𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝐻𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
Sistema
Sistema
Vizinhança Vizinhança
Calor
Hinicial
Hfinal
< Hinicial
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
12 CABUM! Explodiu, e agora?
Portanto, se a entalpia final do sistema for menor do que a inicial, como no caso
das reações de combustão, o sinal de ΔH será negativo. A esse tipo de reação é dado o
nome de exotérmica, ou seja, que libera calor.
Atividade 2 – Experimento: Poder Calorífico de Combustíveis
Agora faremos um experimento para calcular e comparar os valores aproximados do
poder calorífico de dois combustíveis diferentes. Os materiais e procedimento estão
abaixo, mas antes, o professor apresentará um colóquio sobre o experimento. Aproveite
o roteiro para anotar informações importantes e comentários sobre o procedimento, se
necessário.
Objetivos:
Reconhecer que diferentes combustíveis produzem diferentes quantidades de
energia. Calcular o poder calorífico do etanol e do querosene pela aproximação da
quantidade de energia absorvida pela água.
Introdução:
A principal característica de qualquer combustível é gerar calor. Esta
propriedade é chamada de Poder Calorífico, a qual é definida pela quantidade de energia
térmica produzida na queima de 1 kg (combustíveis sólidos) ou 1 L (combustíveis
líquidos ou gasosos) de combustível.
Não é possível medir diretamente essa quantidade de calor desprendida, mas este
calor provoca um aquecimento num certo sistema conhecido (recipiente calorimétrico) e
fornece uma diferença de temperatura na água nele contida (∆T). As massas inicial e
final do combustível são pesadas, e pela diferença, determina-se a massa de combustível
consumida (M). Uma aproximação do valor do poder calorífico (PC) poderá ser
calculada somente a partir da quantidade de energia absorvida pela água (Q),
desprezando a energia total produzida que é dissipada também aquecendo o ar e o
recipiente, por exemplo.
Sendo Q a quantidade de energia absorvida pela água, m a quantidade de massa
de água aquecida, c o calor específico da água (1 cal/ g °C), ∆T a variação de
temperatura e M a massa de combustível consumida, tem-se:
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
13 CABUM! Explodiu, e agora?
Q = m.c.∆T eq. (1)
PC = Q / M eq. (2)
Materiais e reagentes:
4 latas de alumínio;
Suporte universal com duas garras, uma pequena, e outra grande;
Lamparina com etanol;
Lamparina com querosene;
Lamparina com diesel;
Lamparina com gasolina;
Proveta;
Fósforo;
Termômetro;
Balança digital;
Água.
Procedimento:
1. Monte o suporte universal e prenda a lata com a garra grande;
2. Adicione 100 mL de água na proveta e transfira para a lata de alumínio;
3. Prenda o termômetro na garra pequena e ajuste a altura para que o bulbo fique
mergulhado na água e não encoste o fundo da lata;
4. Depois de alguns segundos, anote a temperatura inicial da água;
5. Meça e anote a massa inicial da lamparina com o etanol;
6. Coloque a lamparina com etanol na base do suporte universal e ajuste a altura da
argola para que a lata fique bem próxima da lamparina;
7. Ajuste novamente a garra para que o bulbo do termômetro fique mergulhado na
água e não encoste o fundo da lata;
8. Acenda a lamparina com o fósforo (CUIDADO!);
9. Espere até que a temperatura da água chegue a 90ºC;
10. Apague a lamparina, meça e anote sua massa final;
11. Repita o procedimento para a lamparina com querosene, diesel e gasolina utilizando
as outras latas de alumínio e outros 100 mL de água.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
14 CABUM! Explodiu, e agora?
Combustível Temp. Inicial Temp. Final Massa inicial Massa final
Atividade 2 – Cálculo de Poder Calorífico
Nessa atividade o professor irá apresentar as etapas para o cálculo dos valores
aproximados de poder calorífico. Utilize os dados obtidos em seu experimento e o
espaço abaixo para a realização dos cálculos. Faça outras anotações, se necessário.
Combustível ΔT Δ m Calor
envolvido
Poder calorífico
Anotações
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Aula 4 – Incêndio no tanque de combustíveis
Atividade 1 – Situação Problema – A gasolina está alterada?
Vamos agora exercitar o cérebro. Apresentamos abaixo uma situação problema. Tente
resolvê-la com seus conhecimentos e os conhecimentos adquiridos nessa aula.
Atividade:
Um homem está dirigindo para levar seu filho à escola e de repente seu carro começa a
perder o torque. Não entende o porquê, pois havia acabado de completar o tanque de
combustível. Seu filho, já na escola, pergunta ao professor de química por que isso
aconteceu após colocar o combustível. O professor responde que há várias
possibilidades e uma delas possa ser que a gasolina contenha mais álcool que o
permitido pela legislação (20 a 24%). A pedido do professor, no dia seguinte, o aluno
levou uma amostra da gasolina para um experimento teste. O experimento consistia em
colocar 50 mL da amostra de gasolina em uma proveta de 100 mL e em seguida,
completa-la com mais 50 mL de água. Agitou-se e, após a separação de fases, observou-
se 34 mL da fase superior (gasolina) e 66 mL da fase inferior (água + álcool).
a) Calcule a porcentagem de álcool contida na amostra de gasolina. Essa porcentagem
está dentro do que é permitido pela legislação?
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b) Se o álcool também é combustível, por que o carro ficou falhando? (Utilize a tabela
abaixo e os conceitos trabalhados nessa aula para responder a pergunta)
Combustível Poder Calorífico (kcal/kg)
Gasolina isenta de álcool 11.220
Gasolina com 20% de álcool 9.700
Etanol 7.090
Álcool combustível 6.507
Metanol 5.311
Fonte: Interações e transformações, Química para 2º grau – GEPEQ
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Atividade 2 – Mais sobre combustíveis
Quando falamos sobre combustíveis geralmente incluímos no assunto a
sustentabilidade de cada material. Para isso, precisamos falar sobre os produtos
gerados na queima de cada combustível, e comparar com a quantidade de calor
gerado, e ai sim podemos falar sobre os melhores combustíveis.
A seguir, temos uma imagem para usar de comparação:
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
17 CABUM! Explodiu, e agora?
http://www.ubrabio.com.br/1891/noticias/estudodaubrabiocomparaprecoesustentabilidadedecombustiveis
_227906
É bastante fácil fazer essa comparação, basta calcularmos, pela estequiometria
de reação, quanto de CO2 é gerado comparando-se quantidades iguais.
Vamos calcular, por exemplo, a quantidade de CO2 gerada por 1g de gasolina,
e comparar com etanol:
Gasolina:
Considerando gasolina somente octano:
C8H18 + 25/2 O2 ----> 8CO2 + 9H2O
MM C8H18 = 12*8+18*1= 114g/mol
1 g de gasolina ----------------------------- x mols
114g ---------------------------------------------1 mol
X = 0,0088 mols
1 mol de C8H18 ---------------------------- 8 mols de CO2
0,0088 mols------------------------------------y
Y=0,0704 mols de CO2
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
18 CABUM! Explodiu, e agora?
Etanol:
C2H5OH + 3O2 2 CO2 + 3 H2O
MM C2H5OH = 12*2+1*6+16*1= 46 g/mol
1 g de etanol----------------------------- x mols
46g ---------------------------------------------1 mol
X = 0,022 mols
1 mol de C2H5OH ---------------------------- 2 mols de CO2
0,022 mols------------------------------------y
Y=0,0435 mols de CO2
Atividade 3 – Situação problema 2
Vamos exercitar?
Considerando que cada um dos seis tanques tinha capacidade para 34 mil metros
cúbicos de combustível, e estavam cheios de etanol, cuja densidade 790 kg/m³, calcule:
a) A quantidade de água que poderia ser aquecida de 25 a 75ºC, com o calor liberado
pela queima de todo o combustível.
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EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
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b) A massa de CO2(g) que foi liberada no processo.
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Aula 5 – A indústria Cloro-Álcali
Atividade 1 – Apresentação
Um dos vídeos apresentados na primeira aula fala sobre o vazamento do ácido
dicloroisocianúrico, uma molécula clorada. Vários outros compostos da grande
importância são moléculas cloradas. Mas como o cloro é gerado na indústria
química? Geramos o cloro a partir do sal comum, NaCl, em um tipo de indústria
denominada Cloro-Álcalis. Mas qual o processo de produção do cloro? Vamos
apresentar slides sobre a Indústria Cloro-Álcali, e em seguida faremos um
experimento do processo de produção em pequena escala.
Vamos apresentar alguns indicadores sobre as indústrias brasileiras e sua
produção em 2014. O texto abaixo foi retirado do relatório anual da abiclor,
associação das indústrias cloro-álcali.
“Segurança no Transporte de Produtos do setor cloro-álcalis
Há 17 anos, a Abiclor realiza o encontro anual dos transportadores onde são
discutidas as melhores técnicas e práticas para a segurança no transporte dos
produtos do setor.
O indicador a seguir demonstra o esforço que as empresas do setor têm
dispendido para a redução de acidentes verificados no transporte de cloro,
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
20 CABUM! Explodiu, e agora?
soda e derivados. Nos últimos anos, o setor diminuiu consideravelmente a sua
taxa de frequência de acidentes.”
Frequência de acidentes por 10.000 viagens
“Em 2013, para a produção de 1.247,9 mil toneladas de cloro, foram utilizados
4.005,7 GWh de energia elétrica ou 3,2MWh por tonelada de cloro produzido.
O outro importante insumo utilizado na produção do setor de cloro-álcalis é o
sal, que pode ser de origem marinha ou salgema. Em 2013, foram utilizadas
2.381,4 mil toneladas de sal na produção do setor. 61% foram provenientes
das minas (salgema), consumo específico de 2,2 e 39% do mar (marinho),
consumo específico de 1,7.
Os gráficos a seguir mostram a evolução do consumo específico de energia
(MWh por tonelada) e sal (t/t) pelo setor cloro-álcalis nos últimos anos.”
Energia elétrica - consumo específico (base cloro)
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
21 CABUM! Explodiu, e agora?
Sal marinho e salgema - consumos específicos
Retirado de: http://www.abiclor.com.br/relatorio2014/soda-caustica.html
O processo de produção de cloro e soda é pela eletrólise da salmoura. Vamos
ver como isso acontece?
A célula da eletrólise está representada a seguir:
A eletrólise é uma reação de oxirredução não espontânea, que acontece com
ajuda de uma bateria.
Você sabe o que é uma reação de oxirredução?
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
22 CABUM! Explodiu, e agora?
Reações de oxirredução são reações de transferência de elétrons entre duas
substâncias. O caso mais comum de oxirredução que conhecemos, é o
processo do ferro sendo oxidado, que chamamos de enferrujamento.
Eletrólise é uma reação não espontânea provocada pelo fornecimento de
energia elétrica, proveniente de um gerador (pilhas).
O polo negativo da pilha (-) fornece elétrons para que a reação aconteça.
Cátions, positivos, são atraídos pelo polo negativo, e são reduzidos. Ânions são
atraídos pelo lado positivo e oxidam.
Em soluções aquosas, temos que lembrar da presença da água, que pode
sofrer redução ou oxidação:
A reação de oxidação e redução que vai acontecer depende da tendência da
espécie reduzir ou oxidar. A ordem de preferência para a reação de oxidação é:
Ânions Oxigenados < H2O < ânions não-oxigenados < halogênios, e para a
redução: Alcalinos, Alcalinos Terrosos e Al3+ < H2O < demais cátions.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
23 CABUM! Explodiu, e agora?
Fonte: http://educacao.globo.com/quimica/assunto/eletroquimica/eletrolise.html
O processo de eletrólise da indústria Cloro-Álcali é feito em uma solução de sal
(NaCl) em água. Então, temos um cátion, Na+, um ânion, Cl- e a H2O.
NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq)
Que espécie vai oxidar? Que espécie vai reduzir? O que vai ser formado nesse
processo? Tente escrever aqui!
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Equações da eletrólise:
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EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
24 CABUM! Explodiu, e agora?
Agora faremos um experimento para reproduzir em escala laboratorial o processo de
produção de cloro da indústria cloro-Álcali. Os materiais e procedimento estão abaixo.
Vamos ler o material antes de começar?
Atividade 2 – Experimento: Eletrólise da Salmoura
Materiais e reagentes:
2 béqueres 50mL;
1 béquer 250mL;
Tubo de vidro em “U”;
Algodão;
Conta gotas;
Carregador de celular ligado a eletrodos de grafite;
Água potável;
Indicador;
Colher;
Caneta de vidro;
Sal de cozinha;
2 tubos de ensaio;
Amido sólido;
Solução de iodeto de potássio 1,8%;
Vinagre;
Solução de água sanitária 2%.
Procedimento:
Adicione aproximadamente 100 mL de água no béquer de 250 mL, com 3 colheres de
sal. Agite até dissolver todo o sal. Numere os béqueres pequenos, 1 e 2. Adicione 30
mL da salmoura em cada um dos béqueres.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
25 CABUM! Explodiu, e agora?
Ponte salina:
Preencha o tubo em U com a salmoura. Tampe as extremidades do tubo com algodão,
com cuidado com as bolhas. Para isso, umedeça o algodão antes de utiliza-lo. Coloque a
ponte salina nos béqueres.
Adicione 10 gotas de indicador universal no béquer 1. Agora é a vez de colocar os
eletrodos. Coloque o polo negativo no béquer 1 e positivo no béquer 2. Deixe o sistema
funcionando em repouso por cerca de 5 minutos.
Teste para a presença de cloro:
Em um dos tubos de ensaio, adicione 2 mL de água, 5 gotas de iodeto, 10 gotas de
vinagre incolor, 1 ponta de espátula de amido, e a solução de água sanitária. Observe.
Agora repita o procedimento, usando ao invés da água sanitária, o conteúdo do béquer
2. Procure pegar a solução próxima ao eletrodo de grafite.
Aula 6 – Produtos da indústria cloro-álcalis
Atividade 1 – Questionário
Responda em grupos o questionário a seguir, com base no que foi observado no
experimento e na apresentação do professor.
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Questionário sobre o experimento: Eletrólise da Salmoura
O béquer 1 está representado abaixo.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
26 CABUM! Explodiu, e agora?
Quais as espécies presentes nesse béquer? Represente-as dentro do próprio béquer. Qual
a reação de oxirredução que aconteceu nesse béquer? É uma reação de oxidação ou
redução? Escreva abaixo.
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_____________________________________________________
O béquer 2 está representado abaixo.
Quais as espécies presentes nesse béquer? Represente-as dentro do próprio béquer. Qual
a reação de oxirredução que aconteceu nesse béquer? É uma reação de oxidação ou
redução? Escreva abaixo.
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
Qual a reação global do processo?
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Atividade 2 – Quantidades de produtos
Na indústria é muito importante saber a quantidade de matéria-prima que será
necessário comprar e qual será seu rendimento. Visto que a eletrólise é um processo
muito utilizado na indústria, principalmente no que diz respeito à produção de
substâncias simples que servem de matérias-primas e para a purificação de metais; os
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
27 CABUM! Explodiu, e agora?
aspectos quantitativos relacionados a esse processo tornam-se, então, de extrema
necessidade.
Um cientista que contribuiu muito para isso foi o físico-químico Michael Faraday
(1791-1867). Ele realizou uma série de experimentos e percebeu que quando uma
corrente elétrica (eletrólise) passa em uma solução de determinado metal, os íons desse
metal se depositam no fundo do recipiente.
Desse modo, ele concluiu que a massa de uma substância transformada ou formada por
eletrólise é diretamente proporcional à quantidade de carga elétrica do sistema.
Isso significa que quanto maior for a intensidade da corrente elétrica dispensada na
eletrólise, maior será a quantidade formada de massa do produto.
A fórmula em que se calcula essa carga elétrica (Q) é muito usada na Física:
Q= i * t
Onde:
i = corrente elétrica, sendo sua unidade o ampère (A)
t = tempo de passagem da corrente em segundos (s)
A unidade usada para a carga elétrica é o coulomb (C).
Na eletrólise, os coeficientes das semirreações nos ajudam nos cálculos. Por exemplo,
na eletrólise do NaCl (Cloreto de sódio ou sal de cozinha) são necessários 2 elétrons
para se produzir 1 Cl2:
2 Cl- → Cl2 + 2e-
Mas quanto vale cada elétron? O cientista norte-americano Robert Andrews Millikan
(1868-1953) descobriu qual é a carga fundamental de 1 elétron: 1,6 . 10-19 C. Pelo
Número de Avogadro, 1 mol corresponde a 6,02 . 1023 elétrons. Assim, para descobrir a
carga que 1 mol de elétrons carrega é só multiplicar esses dois números:
(1,6x10-19) x (6x10-23) = 96500 C = 1 faraday
Esse valor passou a ser chamado de Constante de Faraday ou Unidade Faraday (1 F).
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
28 CABUM! Explodiu, e agora?
Assim, no caso citado do cloro, visto que são dois mols de elétrons necessários para
produzir um mol de Cloro, a carga (Q) será de 2 F ou 193 000 C (2 x
96500C=193000C).
A corrente elétrica necessária para produzir 1 mol de cloro no tempo de 1 minuto (60 s)
será de aproximadamente 3216,67 A, conforme os cálculos abaixo:
I = Q/t → i = 193000 C/60 s → i = 3216,67 A
Agora vamos tentar calcular!
Com uma corrente de 1000A, quanto tempo é necessário para produzir 1t de cloro?
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E para produzir o dobro de cloro?
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Atividade 3 – Os produtos da eletrólise
Mas quais são os produtos gerados? O que podemos fazer com o cloro e com
a soda? Abaixo reproduzimos um texto também da abiclor sobre os produtos
da indústria, o cloro e a soda.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
29 CABUM! Explodiu, e agora?
Cloro
Fonte: http://www.abiclor.com.br/a-industria-no-brasil/cloro-no-cotidiano/
O cloro é produzido pela passagem de uma corrente elétrica através de uma
solução de salmoura (sal comum dissolvido em água). Este processo é
chamado de eletrólise. Os subprodutos gerados são a soda cáustica (hidróxido
de sódio ou NaOH) e o hidrogênio (H2). Para cada tonelada de cloro, são
produzidas 1,1 toneladas de soda cáustica e 0,03% toneladas de hidrogênio.
São três as tecnologias de produção de cloro: células de diafragma, células de
membrana e células de mercúrio.
No Brasil, a tecnologia mais utilizada pelo setor de cloro e soda é a de
diafragma, que corresponde a 63% da capacidade instalada, sendo 9%
diafragma sem asbestos e 54% com crisotila. Em seguida vem a tecnologia de
membrana (23%) e a de mercúrio (14%).
Principais Aplicações
PVC
A principal aplicação industrial do cloro é na fabricação de PVC (cloreto de
polivinila), um plástico muito importante, que é utilizado em escala industrial
desde 1930. Feito a partir de sal (57%) e óleo (43%), o PVC é um material
sustentável, menos dependente do petróleo do que qualquer outro
termoplástico. Devido à sua natureza versátil, tem aplicações industriais e
comerciais nas áreas de construção civil, medicina, alimentos (insumo para a
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
30 CABUM! Explodiu, e agora?
produção de embalagens), calçados, brinquedos, fios e cabos, revestimentos e
outros. Como isolante térmico é muito utilizado em janelas, portas e forros.
Medicina
O cloro está presente em 85% dos medicamentos, seja em sua formulação
final ou como parte do processo de produção, incluindo os remédios para
tratamento de AIDS, alergias, artrite, câncer, depressão, diabetes, doenças
cardíacas, infecções, pneumonia, hipertensão. Além disso, o cloro ajuda a
proteger os pacientes de infecções hospitalares (limpar e desinfetar áreas de
trabalho e matar bactérias que podem viver em sistemas de ar condicionado do
hospital).
Produção de alimentos
O cloro está presente na composição de 96% dos produtos químicos
empregados para proteger as plantações agrícolas. No preparo dos alimentos
comerciais, produtos à base de cloro são usados para eliminar bactérias de
origem alimentar, tais como Salmonella, Escherichia coli e Campylobacter, na
higienização das embalagens para manter os alimentos seguros e frescos, na
preparação de molhos e geleias e para realçar o sabor dos alimentos.
Soda Cáustica
A soda cáustica é obtida por eletrólise da salmoura (solução concentrada de
cloreto de sódio em água) livre de impurezas que prejudicam sensivelmente a
eficiência e o rendimento do processo produtivo. Independentemente do
processo, a soda cáustica apresenta-se sob a forma de solução aquosa,
límpida, contendo cerca de 50% de hidróxido de sódio (NaOH) em peso,
comercializada na forma a granel e transportada em carros-tanque e vagões
ferroviários.
É um reagente essencial para a produção de diversos produtos químicos
orgânicos. Entre as principais aplicações está o branqueamento de papel e
celulose, além de ser amplamente utilizada na indústria química e
petroquímica, metalurgia (produção de alumina para a indústria do alumínio),
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
31 CABUM! Explodiu, e agora?
sabão e detergentes, indústria têxtil e de alimentos. De origem natural, tem
relevante papel na prevenção à poluição e no tratamento de efluentes,
viabilizando diversos processos industriais.
No processo da eletrólise, a soda cáustica é co-produzida numa proporção fixa
de 1 tonelada de cloro e 1,13 toneladas de soda cáustica. Utilizada numa
grande variedade de aplicações industriais, a soda cáustica é muito valorizada
pelo seu poder neutralizador e também porque ajuda a controlar e remediar a
poluição ácida do meio ambiente. Por isso é usada em vários processos para
controlar a acidez, neutralizar os rejeitos ácidos e para a lavagem de gases.
Fonte: http://www.abiclor.com.br/a-industria-no-brasil/soda-caustica/
Principais aplicações
Controle da poluição
Por sua propriedade alcalina, a soda cáustica é o oposto químico dos ácidos e
por isso consegue neutralizá-los. A reação de neutralização produz a água e o
sal. Lavadores de gases são dispositivos para o controle da poluição do ar,
projetados para utilizar as propriedades alcalinas da soda cáustica. Tais
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
32 CABUM! Explodiu, e agora?
sistemas neutralizam as emissões de gases ácidos de chaminés, contribuindo
assim para tornar o meio ambiente mais limpo e livre de poluição.
Além disso, as instalações de galvanização de metal geram efluentes contendo
concentrações de metais pesados dissolvidos que terão que ser removidos
antes dos efluentes serem descarregados nos esgotos municipais ou nos
corpos d’água receptores. Normalmente, pode-se obter isso adicionando um
produto químico alcalino do tipo soda cáustica aos efluentes. Os hidróxidos de
metais insolúveis formados pela reação da soda cáustica com os metais dos
efluentes são fisicamente removidos, como parte do processo de pré-
tratamento dos efluentes.
A soda cáustica também pode ser usada para neutralizar a drenagem ácida
das minas, um dos principais perigos ambientais. Durante o trabalho
de mineração, se o ar e a água entram em contato com minerais recentemente
extraídos que contém enxofre, estes se oxidam rapidamente e liberam uma
determinada quantidade de acidez, metais e outros componentes químicos
prejudiciais ao meio ambiente. A soda cáustica é especialmente eficiente em
neutralizar fluxos baixos de drenagem ácida das minas localizadas em locais
remotos, e também tratar os fluxos que apresentam um alto teor em manganês.
Limpeza
A soda cáustica desempenha um papel importante na fabricação de sabão em
pó, sabão em barra e detergentes, sendo que uma quantidade significativa vem
sendo usada na produção de sabões industriais e sabões especiais. Os países
em desenvolvimento apresentam demanda significativa de soda cáustica, pois
o sabão em barra costuma ser usado exclusivamente para a lavagem de
roupas e para a higiene pessoal. Os sabões especiais incluem os sabões para
limpeza de fornos e de equipamentos para a preparação de alimentos,
detergentes mais potentes para lavadoras de pratos, limpeza de pisos, limpeza
de metais, removedores de tinta e muitos outros usos.
Retirado de: http://www.abiclor.com.br/a-industria-no-brasil/soda-caustica/
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
33 CABUM! Explodiu, e agora?
Ácido dicloroisocianúrico
É principalmente usado como um desinfetante, biocida, desodorante e
detergente industrial. É encontrado em alguns tabletes ou filtros para
purificação de água. É mais eficiente que o desinfetante de água antigamente
usado halazona. Nestas aplicações, é uma fonte de lenta liberação de cloro em
baixas concentrações a uma taxa relativamente constante. Como um
desinfetante, é usado para esterilizar água potável, piscinas, instrumentos de
cozinha e ar, na luta contra as doenças infecciosas como rotina de
desinfecção.
Aula 7 – Preparação Para o Debate
Atividade 1 – Leitura: Mais informações sobre o acidente
Vamos ler o texto a seguir, que contém algumas informações importantes sobre os
acidentes.
Impactos ambientais e sociais dos acidentes de 2015 e 2016 no Porto de Santos
Os acidentes
O porto de Santos é ponto estratégico do ponto de vista econômico dado seu tamanho
e localização. Ele foi palco de dois acidentes ambientais de grandes proporções nos anos
de 2015 e 2016. Ambos atingiram reservatórios de produtos químicos das empresas
Ultracargo e Localfrio, respectivamente. O primeiro envolvendo tanques de combustível
(gasolina e etanol), e o segundo, 12 tanques de ácido dicloroisocianúrico.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
34 CABUM! Explodiu, e agora?
Tanto os impactos ambientais provocados quanto à estratégia para combate ao
incêndio empregada pelo corpo de bombeiros e pela defesa civil dependeram da
natureza química dos produtos armazenados e das dimensões do acidente. O acidente da
Ultracargo envolveu maior quantidade de produtos e afetou uma área muito maior do
porto e da cidade de Santos. Por outro lado, o acidente da Localfrio provocou
vazamento de produtos de maior toxicidade.
Os impactos
Do ponto de vista da saúde da população, os maiores danos foram provocados por
inalação da fumaça, com aumento da ocorrência de atendimentos por problemas
respiratórios. Três dias depois do incêndio da Ultracargo, a Companhia Ambiental do
Estado de São Paulo (Cetesb) realizou medidas no bairro do Bom Retiro, três dias
depois do acidente e classificou a qualidade do ar como boa. Embora a poluição
atmosférica possa produzir graves danos imediatos, tende a não produzir efeitos
duradouros. A poluição de corpos hídricos da região, por outro lado, provocou impactos
sociais e ambientais mais severos e duradouros, como a morte de peixes em corpos
hídricos da região, como denunciado pela ONG Instituto Ecofaxina. A ocorrida atinge
não apenas o ecossistema aquático, mas também o sustento de famílias que dependem
da pesca, como os habitantes da vila dos pescadores, em Cubatão, vizinhos do mangue
afetado. Laudos posteriores mostram que as mortes não foram provocadas por produtos
vazados ou produzidos pelo incêndio, mas pelo aumento da temperatura da água, que,
além de ser superior à tolerada pelos organismos aquáticos, promoveu diminuição da
concentração de oxigênio dissolvido. Deve-se mencionar ainda a contaminação por
derivados da espuma utilizada para apagar o fogo.
No caso da Localfrio, os produtos gasosos emitidos na atmosfera podem afetar
gravemente olhos, mucosas e pulmão, consequentemente, os efeitos imediatos foram
mais perceptíveis pela população. A fumaça atingiu, principalmente, o distrito de
Vicente de Carvalho, e pacientes internados no Pronto Socorro do local tiveram que ser
transferidos para a UPA de Boa Esperança. Ademais, ao menos 52 pessoas procuraram
ajuda média em função da ardência nos olhos ou desconforto respiratório. De acordo
com reportagem do Valor Econômico:
“O gabinete de gestão de crise da Prefeitura de Guarujá, que reúne agentes da Defesa
Civil Estadual, Corpo de Bombeiros, Exército, e secretarias de Saúde, Meio Ambiente,
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
35 CABUM! Explodiu, e agora?
Governo e Defesa Social, orienta as pessoas que moram em um raio de até 100 metros
do terminal a deixarem o local.”
Quanto aos impactos mais a longo prazo, há a preocupação com a acidificação
das chuvas e seu consequente efeito sobre a vegetação local.
Fatalidade ou irresponsabilidade?
O engenheiro Celso Atienza, ex-presidente da Associação Brasileira de Engenheiros
de Segurança do Trabalho (Apaest) comentou o acidente da Ultracargo pouco tempo
depois da ocorrência e apontou falhas na engenharia de segurança. Segundo Atienza, o
desastre teve tanta proporção por uma sucessão de erros que levaram a empresa a
ignorar não um, mas diversos fatores – O projeto deveria prever a possibilidade de
vazamento de materiais inflamáveis, garantir maior distância entre os tanques de
combustível e prever um plano de emergência que respondesse a qualquer ocorrência
com maior agilidade e materiais mais adequados.
O presidente da Associação Brasileira dos Terminais Retroportuários e das
Transportadoras de Contêineres (ABTTC), Martim Aron, comentou no jornal A Tribuna
sobre o ocorrido na Localfrio. Ele acredita que o acidente poderia ter sido evitado se a
empresa se adequasse ao rigor que o gerenciamento de riscos exige, de acordo com ele,
“...nós somos mais reativos do que preventivos. O que precisa acontecer é a prevenção
rápida e o isolamento seja suficiente para o alastramento”. O consultor portuário Sérgio
Aquino critica a falta de transparência da Localfrio em relação às medidas usadas para
prevenção e combate a acidentes.
As consequências legais
As empresas Ultracargo e Localfrio foram multadas pela Cetesb em, respectivamente,
22,5 milhões e 10 milhões de reais. O instrumento legal utilizado para a aplicação das
multas foi o decreto federal 6514 de 2007, que determina as sanções por condutas por
parte de pessoas físicas ou jurídicas que impactem danos ao meio ambiente. O artigo 61
trata de danos provocados por poluição que afetem a saúde humana ou provoquem
mortandade de animais e destruição da biodiversidade. As empresas foram multadas por
tornar áreas impróprias para habitação humana, provocar emissão atmosférica que
implique a retirada de habitantes da região por risco de danos respiratórios e, no caso da
Ultracargo, por provocar a morte de animais no entorno do acidente.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
36 CABUM! Explodiu, e agora?
Para a análise do texto, utilize-se da análise 2 apresentada na segunda aula do
curso:
Atividade 3 – Divisão em grupos
Agora precisamos dividir a sala em grupos para organizar o debate. Serão três grupos: a
defesa, a acusação e a banca. A divisão será aleatória.
Atividade 4 – Material de apoio e preparação para o
debate
Como já mencionamos, o tema do debate será a presença de indústrias e armazenamento
de produtos químicos em áreas residenciais, tomando como exemplo o caso dos
acidentes no porto de Santos – Um dos grupos deverá tomar posição a favor, outro
contra e o terceiro grupo mediará o debate e dará uma posição final.
Para elaborar argumentos para cada uma das posições ou realizar uma mediação mais
fundamentada, propomos que cada um dos grupos se prepare respondendo às seguintes
questões:
1) Discuta a importância social e econômica da presença do complexo industrial no
porto de Santos.
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2) Na sua opinião, quais são as vantagens e desvantagens de ter desenvolvimento
industrial próximo a áreas residenciais?
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Atividade 1 – Realização do debate
Mas afinal, como vai acontecer o debate? Preste atenção às seguintes instruções:
Organização geral
1 – Falas iniciais: O primeiro grupo a falar será definido por sorteio. Cada grupo terá 5
minutos para fazer uma exposição inicial, apresentando os argumentos que sustentam a
posição. Durante as apresentações, os membros da banca deverão organizar perguntas a
ser realizadas a cada um dos grupos. A banca poderá ser dividida em subgrupos
menores dependendo da quantidade de perguntas.
2 – Sabatina da banca: Cada membro ou subgrupo da banca terá, então, 30 segundos
para perguntar algo para um dos grupos, definido por sorteio. O grupo terá um minuto
para responder e o outro grupo terá um minuto para comentar a resposta.
3 – Sabatina entre grupos: Nessa etapa, cada grupo terá 30 segundos para realizar
perguntas para o grupo adversário, seguidos por um minuto de resposta e um minuto de
réplica.
EDM0432 – Metodologia do ensino de Química
38 CABUM! Explodiu, e agora?
4 – Posição da banca: A seguir, a banca terá dez minutos para se reunir e emitir uma
posição final sobre a questão. É necessário que os membros da banca tenham atitude
construtiva e apontem os principais elementos que levaram à decisão tomada.
Penalidades
1 – Respeito ao tempo: Caso um dos grupos ultrapasse o tempo determinado para uma
pergunta ou resposta, a banca poderá aplicar uma penalidade, descontando tempo de
uma etapa posterior.
2 – Direito de resposta: Caso o membro de um dos grupos se sinta pessoalmente
ofendido por declaração de um dos membros do grupo adversário, poderá solicitar
direito de resposta à banca, que tomará a decisão de conceder ou não.
3 – Respeito e honestidade: A qualquer momento, a banca poderá aplicar penalidades
por posturas consideradas desonestas ou desrespeitosas por qualquer integrante dos
grupos debatedores.
Utilize esse espaço para elaborar seus argumentos:
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Aula 8 – Debate e Finalização Propostas contra:
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Propostas a favor:
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Banca:
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Atividade 2– Finalização do minicurso
Agradecemos a presença! Espero que tenham gostado! Preparamos um questionário
para saber sua opinião sobre o minicurso! Por favor, responda e entregue.
Você achou a temática interessante?
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Você gostou dos conteúdos tratados no minicurso?
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Você já sabia alguma coisa sobre eletrólise? E sobre os combustíveis?
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Você gostou do experimento da eletrólise? E do experimento dos combustíveis?
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41 CABUM! Explodiu, e agora?
O que você achou do debate?
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Tem algum comentário e sugestão?
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Obrigada!
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42 CABUM! Explodiu, e agora?
Suas concepções sobre ciência...
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