Versão On-line ISBN 978-85-8015-075-9Cadernos PDE
OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE
Produções Didático-Pedagógicas
Ficha Identificação da Produção Didático-pedagógica - Turma 2013
Título: Modelos Moleculares: Construção e Utilização no Ensino de Ligação Covalente e Estrutura Molecular
Autora: Clistina Paula Soares da Costa Cruz
Disciplina/Área: Química/Professor PDE-2013
Escola de Implementação do Projeto e sua localização:
Colégio Estadual Souza Naves Ensino Fundamental, Médio e Profissionalizante
Município da escola: Rolândia
Núcleo Regional de Educação: Londrina
Professor Orientador: Profª. Drª. Rení Ventura da Silva Alfaya
Instituição de Ensino Superior: Universidade Estadual de Londrina-UEL
Resumo: Sabe-se que os alunos do Ensino Médio têm uma grande dificuldade em assimilarem os conceitos básicos de Química. No ensino de ligação covalente e estrutura molecular a dificuldade está, principalmente, na visualização tridimensional das moléculas. A utilização de modelos moleculares versáteis desenvolve uma habilidade cognitiva importante para a compreensão da geometria dos compostos moleculares. A proposta desta unidade didática é a construção e utilização de modelos moleculares como recurso didático para melhorar o estudo, a assimilação e o aprendizado de conceitos químicos que envolvem ligação covalente e estrutura molecular. As atividades serão desenvolvidas com alunos, os quais irão confeccionar kits de modelos moleculares a partir de massa de biscuit e de hastes flexíveis, com o objetivo de criar modelos de moléculas que melhorem a visualização tridimensional destas e que sejam fáceis de construir e manusear.
Palavras-chave: Ensino de Química; Modelos Moleculares; Ligação Covalente; Geometria Molecular.
Formato do Material Didático: Unidade Didática
Público: Alunos do 1ọ ano do Ensino Matutino
1. APRESENTAÇÃO
Seguindo as recomendações das Diretrizes Curriculares da Educação
Básica no seu item de Encaminhamentos metodológicos (SEED, 2008), nesta
Unidade Didática propõe-se uma metodologia para o ensino da ligação
covalente e estrutura molecular, na qual professora e alunos trabalharão juntos
visando uma aprendizagem mais significativa pelos alunos.
Os assuntos abordados serão ligação covalente e estrutura molecular.
Estes conteúdos são muito importantes porque há muito se sabe que as
propriedades de uma substância dependem do tipo de ligação química que une
seus átomos e da sua estrutura.
São muitos os exemplos de compostos formados por ligações
covalentes: o líquido mais precioso presente em nosso planeta, a água (H2O);
os combustíveis comuns têm muitos compostos covalentes como o metano
(CH4), o etanol (CH3CH2OH); os gases presentes na nossa atmosfera como o
H2, O2, N2 e CO2; os polímeros como o PET (polietileno tereftalato), o PVC
(policloreto de vinila); a molécula de ácido desoxirribonucleico, o ADN, ou mais
conhecido como DNA por causa do nome em inglês (deoxyribonucleic acid).
Estes conteúdos serão desenvolvidos, primeiramente, por meio de aulas
expositivas e dialogadas.
Em um segundo momento, os alunos serão divididos em grupos, e então
cada grupo deverá confeccionar os modelos moleculares, sob a orientação da
professora.
1.1. A LIGAÇÃO COVALENTE E ESTRUTURA MOLECULAR
O compartilhamento de elétrons entre átomos acontece quando a
transferência de elétrons é energeticamente “desfavorável”. Os elétrons
compartilhados atraem os núcleos e isso provoca uma diminuição da energia
potencial dos átomos quando a ligação covalente se forma. Uma ligação
covalente resulta do compartilhamento de um par de elétrons entre átomos. A
força de ligação resulta da atração entre estes elétrons compartilhados e os
núcleos positivos dos átomos que participam da ligação. (BRADY, RUSSELL e
HOLUM, 2002).
Ex.:
Quando átomos se unem por meio de ligações covalentes são formadas
moléculas e quando se fala de molécula não se pode deixar de lado o seu
arranjo estrutural, o qual pode ser conhecido determinando-se sua geometria
molecular. A geometria molecular descreve como os núcleos estão
posicionados uns em relação aos outros, segundo Peruzzo e Do Canto (2010).
As geometrias moleculares mais importantes serão também objeto de estudo
desta Unidade Didática.
Pode-se prever a forma das moléculas utilizando a chamada teoria da
repulsão do par eletrônico da camada de valência (RPECV ou VSEPR, iniciais
da expressão em inglês). Esta teoria é baseada na noção de que os pares de
elétrons da camada de valência, carregados negativamente, permanecem tão
separados quanto possível, de modo a minimizar suas repulsões mútuas.
(BRADY, RUSSELL e HOLUM, 2002).
São cinco as geometrias previstas para as moléculas pela teoria
RPECV, mostradas na Figura 1, para que os pares de elétrons ligados ao
átomo central fiquem mais afastados possível uns dos outros. Estas são as
geometrias de par de elétrons (GPE).
Figura 1. Geometrias de par de elétrons previstas pela teoria RPECV.
Para determinar a geometria da molécula (GM) ou a forma da molécula
só se considera os pares de elétrons ligados entre dois átomos. Então se sobre
o átomo central não tiver nenhum par de elétrons isolados a GPE e a GM
coincidem, caso contrário elas são diferentes. Por exemplo, as moléculas de
CH4, NH3, H2O têm quatro pares de elétrons em volta do átomo central, logo,
todas têm GPE tetraédrica, mas a GM ou a forma da molécula são,
respectivamente, tetraédrica, pirâmide trigonal e angular, como mostra a Figura
2.
Figura 2. GM ou forma das moléculas de CH4, NH3, H2O.
Quando se determina a geometria molecular, um parâmetro muito
importante é o ângulo de ligação. Por exemplo, nas moléculas lineares como
CO2 e BeF2 ele vale 180°; na trigonal como o BF3, vale 120°; e nas tetraédricas
como CH4 e CCl4, vale 109,5°.
Na água, H2O, (angular) e na amônia, NH3, (pirâmide trigonal), os
ângulos entre as ligações valem, respectivamente, 105° e 107,5°. O fato destes
ângulos serem menores do que 109,5° é explicado pela acentuada repulsão
que existe entre os pares de elétrons não compartilhados. (PERUZZO e DO
CANTO, 2010).
2. OBJETIVOS
2.1. GERAL
Ensinar os conteúdos de ligação covalente e estrutura molecular.
2.2. ESPECÍFICOS
- Ensinar, por meio de aulas expositivas, como ocorrem as ligações
covalentes e como se determina uma estrutura molecular, utilizando exemplos
de compostos formados por estas ligações que sejam comuns no dia a dia dos
alunos.
- Montar, passo a passo, junto com os alunos, kits para simular a formação
de ligações covalentes e representar as estruturas moleculares visando um
melhor entendimento destes conteúdos pelos alunos.
- Incentivar os alunos a manusear os modelos moleculares por meio da
montagem de algumas moléculas presentes no seu dia a dia.
- Avaliar se a utilização dos kits colaborou para um melhor aprendizado
dos conteúdos, comparando o resultado das avaliações realizadas antes e
depois do uso dos kits.
3. DESENVOLMENTO METODOLÓGICO
3.1. CONTEÚDO
Ligação covalente e estrutura molecular.
3.2. DESCRIÇÃO DAS AÇÕES
Primeira etapa: a professora irá ensinar como ocorrem as ligações covalentes
e estrutura molecular, utilizando exemplos de compostos formados por estas
ligações que sejam comuns no dia a dia dos alunos e ao final verificará o que
os alunos aprenderam por meio de um questionário que estes deverão
responder.
Segunda etapa: após a avaliação do questionário, a professora irá propor aos
alunos a realização de um experimento no qual montarão, passo a passo, kits
para representar a formação das ligações covalentes e as estruturas
moleculares, visando facilitar e melhorar o entendimento deste conteúdo. A
sala será divida em cinco grupos ou mais de acordo com o número de alunos
por sala.
Os materiais necessários para os kits e o procedimento para a
montagem destes são descritos a seguir.
Materiais
- Massa de biscuit
- Hastes flexíveis
-Tinta acrílica (preto, azul, branco, vermelho, verde-escuro, verde-claro,
amarelo, púrpura)
-Tesoura
- Transferidor
Procedimento
A massa de biscuit será usada para elaboração dos modelos de
compostos, tendo cuidado de selecionar as devidas cores de acordo com a
tabela padrão dos elementos, encontrada nos modelos comerciais (Tabela 1)
(GONÇALVES ET AL, 2007).
Para a representação dos átomos individuais, utilizando a massa de
biscuit, será preciso fazer pequenas esferas, que deverão ter um tamanho
relativo de acordo a massa de cada elemento, isto é, átomos maiores serão
representados por esferas maiores e os menores por esferas menores. Sendo
assim, o átomo de hidrogênio será representado pela esfera de menor
tamanho. As esferas deverão ter diferentes cores, pois dependendo do átomo a
ser representado, a esfera terá uma determinada cor. É necessário ter o
cuidado de não deixar as esferas entrarem em contato umas com as outras
durante a secagem. A massa será deixada secar ao ar, por um período entre
12 e 48h.
Tabela 1: Identificação dos compostos e suas cores através da tabela padrão
dos elementos.
ELEMENTO COR
Carbono Preto
Nitrogênio Azul
Hidrogênio Branco
Oxigênio Vermelho
Cloro Verde-escuro
Flúor Verde-claro
Enxofre Amarelo
Fósforo Púrpura
As hastes flexíveis serão usadas para as ligações entre as esferas. Para
isto, serão retiradas das mesmas as pontas de algodão e cortadas, com uma
tesoura, em pedaços de comprimento entre 2,5 e 3 cm. Antes da massa de
biscuit secar por completo, as esferas serão perfuradas com o palito em
posições de acordo com a geometria da molécula a ser representada.
As moléculas escolhidas para serem representadas pelos modelos de
biscuit são H2, O2, N2, CO2, H2O, NH3, CH4, CH3CH2OH, H2SO4, HCl,, CF4,
PH3, entre outras, porque são bastante conhecidas no cotidiano dos alunos.
Terceira etapa: depois da montagem dos kits e da utilização destes para
representar várias moléculas diferentes e da discussão destes exemplos, a
professora voltará a questionar os alunos sobre seu conhecimento de ligação
covalente e estrutura molecular, para verificar o quanto o uso dos kits ajudou
estes alunos a compreender melhor o conteúdo trabalhado. Outra maneira de
avaliar a eficiência do uso dos kits é a comparação das notas das provas dos
alunos que participaram desta experiência com as notas daqueles que não
participaram.
4. REFERÊNCIAS
BRADY, J.E.; RUSSELL, J.W.; HOLUM, J.R., Química A Matéria e Suas
transformações, 3ª Ed., v.1, Rio de Janeiro: LTC, 2002.
GONÇALVES, C.L; BORGES, E.L; MOTA, F.V; SCHUBERT, R.N;
LENARDÃO, E.J; GARCIA, I.T.S., Construção de Modelos Moleculares
Versáteis para o Ensino de Química Utilizando Material Alternativo e
de Baixo Custo, UFPel: Rio Grande do Sul, 2007.
PARANÁ, Secretaria de Estado da Educação Diretrizes Curriculares da
Educação Básica. Curitiba, 2008.
PERUZZO, F.M.; DO CANTO, E.L., Química na abordagem do
cotidiano, 4ª Ed., V.1, São Paulo: Moderna, 2010.