pedagogia/química abordagem alternativa … · modelo micro − conceitual e abstrato) − para...

_____________________________Pedagogia/Química

Essentia, Sobral, vol. 13, n° 2, p. 139-163, dez. 2011/maio 2012

ABORDAGEM ALTERNATIVA PARA O CONTEÚDO DE LIGAÇÕES QUÍMICAS NO

ENSINO MÉDIO1

Wellyton Silva Vasconcelos2

Murilo Sérgio da Silva Julião3

RESUMO – O assunto ligações químicas é de fundamental importância no

ensino de Química. Entretanto, a abordagem que o mesmo recebe, tanto nas

aulas quanto principalmente nos livros didáticos para o ensino médio, parece

ser inconveniente. Isso é consequência de uma linguagem fragmentada, que

envolve muitos conceitos inadequadamente conectados e explicados. Diante

desta situação, foi elaborado um texto que traz uma abordagem alternativa

àquela normalmente utilizada para este tema, no qual os problemas ressalta-

dos são minimizados. Portanto, o objetivo principal deste trabalho é estabe-

lecer uma linha única de raciocínio, para que o aluno compreenda a razão de

aprender cada um dos conceitos apresentados nessa fase de aprendizagem.

Palavras-chave: Abordagem. Ensino. Ligações. Química.

1 INTRODUÇÃO

Ligações químicas (LQ) é, sem dúvida, um dos principais tópi-

cos estudados em Química. Uma completa compreensão dos concei-

tos relacionados às ligações químicas é essencial para o entendimento

de muitos outros tópicos em Química, tais como reações químicas,

diferenciação entre íons, moléculas, compostos metálicos e formação

1 Monografia apresentada junto ao curso de Química da Universidade Estadual Vale

do Acaraú – UVA para a obtenção do grau de licenciado em Química. 2 Licenciado em Química pela Universidade Estadual Vale do Acaraú – UVA. 3 Professor adjunto do curso de Química da Universidade Estadual Vale do Acaraú –

UVA. Bolsista de Produtividade e Incentivo à Interiorização – FUNCAP. E-mail: [email protected]

mailto:[email protected]

Pedagogia/Química

140 Essentia, Sobral, vol. 13, n° 2, p. 139-163, dez. 2011/maio 2012

dos compostos de carbono, além de fornecer subsídios para o enten-

dimento das muitas transformações que ocorrem em nosso mundo.

Entretanto, a atual abordagem adotada no ensino médio para esse

tema parece ser inconveniente, e isso é consequência de uma lingua-

gem fragmentada, que envolve muitos conceitos que são inadequada-

mente conectados.

Verifica-se que no atual processo de ensino-aprendizagem

consolidado nas escolas, em sua grande maioria, há uma enorme de-

pendência dos professores em relação aos livros didáticos, que acabam

se constituindo na única ferramenta de auxílio à estruturação das aulas

e abordagem dos conteúdos. De acordo com Melo (2002, p. 1) as ra-

zões para isso podem ser a falta de conhecimento do professor, sua

formação inadequada, as normas da escola onde trabalha, ou ainda por

considerá-los práticos no momento da revisão da matéria e aplicação

de exercícios.

Vários artigos da literatura (BODNER; DOMIN, 2000, p. 28-

29; GRIFFITHS; PRESTON, 1992, p. 614-615; PETERSON; TRE-

AGUST, 1989, p. 459-460; TABER, 2001, p. 163) mostraram que o

ensino de LQ a partir da abordagem contida nos livros didáticos para

o ensino médio é problemático, por considerar que os alunos acabam

por construir concepções alternativas e modelos mentais não científi-

cos, faltando a eles um profundo entendimento conceitual dos princi-

pais temas relativos às LQ e uma integração dos modelos mentais por

eles construídos com o coerente conceito científico, como ratifica

Melo (2002, p. 1-3), ao abordar a problemática da apresentação do

tema ligações químicas nos livros didáticos para o EM, destacando a

presente distorção d conceitos, o excesso de informações, uso de ana-

logias inadequadas, a carência de discussão e a falta de correlação entre

os conteúdos, que acabam contribuindo para a inadequação da abor-

dagem adotada atualmente.

Evidencia-se, com isso, a necessidade de desenvolvimento de

novas propostas de abordagem conceitual para o ensino de LQ, mais

efetivas e cientificamente alinhadas e que correlacionem outros tópi-

cos da Química com o de LQ, proporcionando aos alunos a aprendi-

Pedagogia/Química

Essentia, Sobral, vol. 13, n° 2, p. 139-163, dez. 2011/maio 2012 141

zagem do conceito científico mais coerente, evitando a fragmentação

dos conteúdos.

1.1 A fragmentação do conteúdo

A análise das discussões existentes sobre os livros didáticos de

Química para o ensino médio possibilitou observar que estes trazem sempre a mesma sequência de apresentação dos conteúdos, ou seja, antes da apresentação do conteúdo de ligações químicas é apresentado um capítulo sobre estrutura atômica, seguido de tabela periódica (MELO, 2002, p. 4-2)

Percebe-se também essa apresentação fragmentada quando se discutem modelos moleculares e interações moleculares. Os dois con-teúdos são discutidos separadamente e após a discussão cada assunto é cobrado a partir da resolução de exercícios, sem que haja uma relação entre a utilização dos modelos moleculares para a explicação das inte-rações moleculares.

Outro problema também bastante comum é a utilização de certos conceitos para a explicação de determinado conteúdo sem que antes os alunos os tenham estudado ou então a discussão de determi-nados conceitos que não serão utilizados naquele momento.

A consequência dessa abordagem fragmentada apresentada nos livros didáticos é a enorme dificuldade sentida pelos alunos para estabelecer relações entre os modelos atômico, molecular e o compor-tamento da matéria. Em outras palavras, ele não saberá utilizar um modelo micro − conceitual e abstrato) − para compreender fenôme-nos macro − real e prático. (NAKHLEH, 1992, p. 193). 1.2 A utilização inadequada da Tabela Periódica

Outros problemas constatados na apresentação dos conteúdos nos livros didáticos são as generalizações inadequadas para as proprie-dades periódicas manifestadas pelos elementos químicos quando do estudo do conteúdo de Tabela Periódica, e esta, por sua vez, é apenas decorada e não utilizada para prever, por exemplo, a existência ou não de determinado composto. Normalmente os livros se preocupam em

Pedagogia/Química


demonstrar aos alunos como as propriedades periódicas se manifes-tam ao longo da tabela periódica, através das seguintes generalizações, Figura 1.

Figura 1 - Perfil do: (a) raio atômico; (b) afinidade eletrônica; (c) energia de ionização; (d) caráter metálico e (e) caráter não metálico ao longo da tabela periódica.

(a) (b)

(c) (d) (e)

Fonte: Vasconcelos, p. 13-14, 2009.

A utilização dessas generalizações sem uma coerente discussão

pouco contribui para uma real compreensão da manifestação das pro-priedades periódicas dos elementos, visto que elas não ocorrem de maneira uniforme, havendo inúmeras exceções ao longo dos períodos e dos grupos. Além disso, elas não são utilizadas no desenvolvimento de outros conceitos como, por exemplo, a formação da ligação iônica.

Pedagogia/Química


1.3 A regra do octeto em ligação química e a formação da ligação iônica

As ligações químicas (LQ) são explicadas nos livros didáticos

pela utilização da regra do octeto, assim definida:

Um átomo será estável quando sua última camada possuir 8 elétrons (ou 2, caso da camada K). Os átomos não estáveis se unem uns aos outros a fim de adquirir essa configuração de estabilidade. (PERUZZO, 2006, p. 102). Existe uma lei geral da natureza, segundo a qual todos os sistemas têm a tendência a aumentar a sua estabilidade. Isso pode ser conseguido se os átomos adquirirem a configuração estável, isto é, com 8 elétrons na camada mais externa (ou 2 se ela for a camada K). A configuração estável pode ser obtida pelo compartilhamento de elétrons en-tre os átomos ou da transferência de elétrons de um átomo para o outro. Dessa maneira, formam-se as ligações químicas entre os átomos. (CAR-VALHO, 1997, p. 87). Um átomo adquire estabilidade quando possui 8 elétrons na camada eletrônica mais externa, ou 2 elétrons quando possui apenas a camada K. (FELTRE, 2009, p. 116).

Portanto, o que justifica a formação das LQ entre os átomos é

a “necessidade” que estes têm de adquirir uma configuração com 8 elétrons na última camada (camada de valência), 2 no caso da camada K, visto que com isso atingirão a configuração dos gases nobres que supostamente são estáveis e não reativos. A formação dos íons, espé-cies carregadas positiva ou negativamente, que darão origem à ligação iônica também é explicada a partir da regra do octeto.

Pedagogia/Química


Taber e Coll (2002, p. 226-230) afirmam que essas generaliza-ções antropomórficas acabam por fornecer aos alunos conceitos não científicos que poderão constituir obstáculos futuros na aprendizagem, como, por exemplo, quando estes se depararem com ligações nas quais os átomos centrais não têm seus octetos completos, ou quando os átomos centrais possuírem mais de 8 elétrons em sua camada de valência, ou ainda por não considerarem como sendo ligações quími-cas as interações por pontes de hidrogênio entre as moléculas, visto que essas não seguem a regra do octeto. 1.4 A regra do octeto e a formação da ligação covalente

Além da ligação iônica, existe outro tipo de ligação, também abordada no ensino médio a partir da utilização da regra do octeto; essa, por sua vez, não é explicada pela transferência de elétrons de um átomo para outro, mas sim pelo compartilhamento de elétrons entre os átomos, de modo que estes fiquem com seus octetos completos. Esse novo tipo de ligação é chamado de ligação covalente. As ligações covalentes são explicadas com base nos modelos propostos pelo cien-tista norte-americano Gilbert N. Lewis (1875-1946).

Melo (2002, p. 74) assim define a formação das ligações cova-lentes:

A estrutura de Lewis para uma molécula corres-ponde a uma representação que mostra todos os elétrons do nível de energia mais externo de cada um dos átomos presentes na mesma, tanto àqueles que participam dos vários tipos de ligação quanto àqueles que não são compartilhados.

Se tomarmos como exemplo a molécula do gás cloro (Cl2), os

átomos de Cl poderiam ser assim representados por estruturas de Le-wis:

Pedagogia/Química


Do compartilhamento de um par de elétrons, representado na estrutura seguinte por um traço, dá-se origem à molécula de Cl2 na qual os átomos de cloro que antes possuíam sete elétrons em sua ca-mada mais externa passarão a apresentar oito, completando assim os seus octetos:

Entretanto, o que deveria ser enfatizado é o fato de não haver

relação entre a manutenção da união dos átomos e a necessidade de os átomos ficarem com seus octetos completos, mas sim porque essa situação é mais favorável energeticamente do que se comparada com os átomos isolados. 1.5 Outra forma de representar a ligação covalente: a ligação dativa

Quando se trabalha com átomos mais pesados, ou moléculas mais complexas, utiliza-se outro tipo de ligação, derivada da ligação covalente, a chamada ligação covalente coordenada ou ligação dativa. As ligações dativas são assim definidas nos livros de ensino médio:

É aquela na qual um dos átomos entra com dois elétrons para o compartilhamento e o outro com nenhum. (PERUZZO, 2006, p. 104). [...] trata-se não mais da ligação covalente normal, onde cada ligação é formada por um elétron de cada átomo, mas de um novo tipo de covalência chamada covalência dativa, na qual o par de elé-trons é trazido por apenas um dos átomos de liga-ção, do ponto de vista energético. (FELTRE, 2009, p. 118). Ligação dativa ou coordenada é um par de elé-trons compartilhado entre dois átomos, sendo que

Pedagogia/Química


esse par de elétrons é fornecido apenas por um dos átomos participantes da ligação. Ela ocorre quando um dos átomos da ligação já completou o seu octeto enquanto o outro ainda não. (CARVA-LHO, 1997, p. 89).

A ligação dativa é explicada também pela utilização das estru-turas de Lewis, a qual pode ser exemplificada pela molécula do ácido nítrico (HNO3). Se estabelecermos as ligações de modo que nitrogênio e oxigênio atinjam seus octetos e o hidrogênio atinja o dueto, sua es-trutura será assim representada:

A ligação dativa entre o átomo de nitrogênio (N) e o átomo de

oxigênio (O) é representada por uma seta, no qual o N contribui com dois elétrons para a formação da molécula, e o O, com nenhum elé-tron. Entretanto, seria mais correto explicar a partir da premissa de que os pares de elétrons compartilhados em torno da molécula são indistinguíveis, ou seja, os elétrons não pertencem a um átomo ou outro, mas sim à molécula como um todo. 1.6 Regra do octeto: apenas um guia

A regra do octeto, embora muito criticada pelos autores como uma forma de abordagem não cientificamente correta, que gera nos alunos inúmeras concepções alternativas sobre a natureza das LQ, pode, sim, ser mencionada em alguns momentos pelos professores do ensino médio, pois, segundo Russel (1994, p. 344), ela pode ser um guia útil para fazer previsões sobre a ligação e estequiometria em al-guns compostos.

Entretanto, os professores devem ter em mente que ela é ape-nas um guia e não uma lei aplicada a todos os tipos de compostos, que existem inúmeras exceções a essa regra (diria até que existe mais exce-ção do que regra), como enfatiza Russel (1994, p. 345) ao afirmar:

Pedagogia/Química


É muito comum os elementos de transição violar a regra do octeto usando os elétrons (n – 1)d em ligações, o mesmo ocorrendo com alguns elemen-tos representativos. A regra do octeto é mais co-mumente obedecida por átomos de elementos re-presentativos do segundo e terceiro período, po-dendo também neste caso ocorrer violações à re-gra.

Portanto, os professores devem tomar bastante cuidado ao mencioná-la na abordagem das ligações químicas, para que não gerem mais confusão para os alunos, e que estes não a vejam como uma lei que determina a formação de todos os tipos de ligações químicas. 1.7 Outro tipo de ligação química: a ligação metálica

Existe ainda um terceiro tipo de ligação, que é pouco explana-da no ensino médio, mas não menos importante que as já citadas: a ligação metálica. No ensino médio, diferentemente da maneira como são abordados os outros tipos de ligações, a ligação metálica não é explicada a partir da regra do octeto, mas pelo modelo do “mar de elétrons”.

As ligações metálicas são formadas por átomos de elementos metálicos, cujos elétrons, em função da baixa entalpia de ionização, estão susceptíveis à fraca atração por parte dos vários núcleos que compõem o composto metálico, originando os cá-tions. (MELO, 2002, p. 109).

Artigos recentes publicados na literatura (DE POSADA, 1999,

p. 428; TABER, 2003, p. 754-758) mostraram que a forma como a ligação metálica é abordada no ensino médio ocasiona indesejáveis consequências para os alunos, como um pobre entendimento da liga-ção entre átomos metálicos, que gera concepções alternativas para o conceito de ligação metálica.

Pedagogia/Química


Para Acar e Tarhan (2007, p. 416), um correto entendimento da natureza da ligação metálica proporciona aos estudantes entender porque os metais apresentam elevados pontos de fusão e ebulição, são bons condutores de eletricidade e calor, como são formadas as ligas metálicas, necessitando assim uma abordagem que melhor explane todos essas características apresentadas pelos compostos metálicos.

O principal objetivo deste trabalho é desenvolver uma aborda-gem alternativa, mais coerente com o conhecimento científico, para o ensino de ligações químicas no ensino médio, de modo a abandonar alguns aspectos da inadequada abordagem tradicional que este conteú-do vem recebendo e que propicie aos alunos um entendimento mais concreto de como e por que estas ligações ocorrem. 2 METODOLOGIA

Este trabalho consistiu na análise das discussões existentes na literatura sobre a problemática existente nos livros didáticos para o ensino médio no tocante às LQ, procurando dar enfoque às distorções de conceitos, à carência de discussão, às concepções alternativas que podem gerar e à falta de correlação entre os conteúdos.

A pesquisa foi realizada sob a forma de um estudo de caso e executada em uma turma de 3º ano do ensino médio de uma escola da rede pública de ensino na cidade de Marco-CE e em duas turmas do curso de Química da UVA, em Sobral, a fim de investigar como havia sido abordado o tópico de LQ. A escola pesquisada tem 12 turmas de alunos, distribuídas nos três turnos, perfazendo um total de 480 estudantes matriculados. Foram incluídos no estudo de caso ape-nas alunos do 3º ano, pois se considera que nesta série os alunos já tiveram contato com o assunto de ligações químicas.

Para a aplicação do questionário foram considerados dois grupos: o grupo 1, formado por 40 alunos, sendo 25 da escola de ensino médio, mais 15 estudantes do curso de Química da UVA que não haviam estudado LQ com base na abordagem adotada no ensino superior. O grupo 2 foi composto por 15 alunos do curso de Química da UVA que já haviam estudado LQ no ensino superior. O questio-

Pedagogia/Química


nário foi elaborado de forma que apresentasse questões objetivas, com a finalidade de identificar as concepções dos alunos sobre como ocorrem os diferentes tipos de ligações químicas. Um paralelo foi estabelecido entre as respostas dos dois grupos para identificar se houve evolução de entendimento conceitual e até que ponto a abor-dagem adotada no ensino médio ainda mantém influência no segundo grupo de alunos.

A fim de minimizar os problemas advindos da abordagem tra-dicional do ensino de LQ, foi elaborado um texto que trabalha uma abordagem diferenciada da que vem sendo adotada atualmente, com base em livros do ensino superior e artigos da literatura; este texto foi discutido antes da aplicação dos questionários. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO As consequências geradas pela aprendizagem conceitual das ligações químicas, a partir da abordagem simplista empregada no ensi-no médio, foram discutidas com base na análise do questionário apli-cado aos dois grupos de alunos. As duas primeiras questões foram elaboradas para verificar como algumas das principais propriedades periódicas são utilizadas para justificar a formação das ligações químicas. Na primeira. questão, os alunos deveriam identificar a característica da ligação química for-mada a partir de átomos com baixa energia de ionização e átomos de elevada afinidade eletrônica. Os resultados obtidos para os dois grupos de alunos são apresentados na Figura 2.

Analisando-se a Figura 2, observa-se que a maioria (>60%) dos alunos dos dois grupos conseguiu responder satisfatoriamente a ques-tão proposta, já que as ligações formadas por átomos de baixa energia de ionização e átomos de elevada afinidade eletrônica são caracteristi-camente iônicas. Isso pode estar relacionado ao fato de que as ligações iônicas são generalizadas, nos livros didáticos para o ensino médio, como sendo formadas a partir de átomos de metais e não metais, bas-tando aos alunos saber que os metais apresentam geralmente baixos

Pedagogia/Química


valores de energia de ionização e os não metais, altos valores de afini-dade eletrônica. Figura 2 - Concepções dos alunos dos grupos 1 e 2 acerca do tipo de ligação química formada a partir da energia de ionização e da afinidade eletrônica

0

10

20

30

40

50

60

Grupo 1

Grupo 2

1 2 3 4

Grupo 1

Grupo 2

%

de R

esp

ost

as

Tipo de Ligação

Tipo de Ligação

(1) Metálica

(2) Covalente

(3) Iônica

(4) Gasosa

Fonte: Vasconcelos, 2009, p. 22

Mesmo obtendo êxito na resposta, observa-se que os alunos do grupo 2 sentiram maiores dificuldades em determinar o tipo de ligação formada, fato esse que pode estar relacionado não a uma ade-quada compreensão do que são propriedades periódicas e como estas podem ser usadas para explicar as ligações químicas, mas sim a partir da abordagem proposta nos livros do ensino médio, apenas memori-zaram como estas se manifestam ao longo da tabela periódica, sem que houvesse preocupação de relacioná-las com as ligações químicas.

No 2o. item do questionário os alunos deveriam responder co-mo é formada a ligação iônica a partir da eletronegatividade. Os resul-tados mostraram que a grande maioria (>80%) dos alunos dos dois

Pedagogia/Química


grupos respondeu de forma correta que átomos com grandes diferen-ças de eletronegatividade originam ligações com características iônicas. Novamente, isso pode estar relacionado à generalização repassada aos alunos de que, para entender a formação das ligações iônicas a partir de átomos de metais e não metais, é necessário apenas saber que estes apresentam, respectivamente, pequenos e grandes valores de eletrone-gatividade.

3.1 Formação da ligação iônica

No 3o. item do questionário os alunos deveriam estabelecer qual o fator determinante para a formação da ligação iônica no NaCl. A partir das repostas apontadas pelos dois grupos observa-se que os alunos do grupo 1 consideraram como determinante na formação da ligação iônica no NaCl o fato do Na ser um metal e o Cl ser um não metal. Já o grupo 2 optou por afirmar que o fator determinante na formação da ligação iônica no NaCl é a transferência de elétrons entre os átomos envolvidos. Entretanto, nenhum dos dois grupos conseguiu responder corretamente o 3o. item, já que, embora a transferência de elétrons entre átomos neutros no estado gasoso seja uma etapa impor-tante na formação dos pares iônicos, esta não é a etapa determinante para a formação da ligação iônica, e apesar de a grande maioria das ligações iônicas serem formadas a partir de átomos de metais e não metais, isso por si só também não é um fator determinante para se dizer se a ligação é iônica ou não, já que existem ligações formadas por átomos com essas características que apresentam caráter covalente. O que de fato determina a formação da ligação iônica é a interação ele-trostática entre íons de cargas opostas, já que esta é acompanhada de uma grande liberação de energia.

As respostas incorretas dos dois grupos foram influenciadas pela abordagem adotada no ensino médio para a formação dos com-postos iônicos, pois esta é justificada a partir da transferência de elé-trons entre átomos, afim de que os mesmos possam atingir a configu-ração do gás nobre mais próximo e que todas as ligações iônicas são formadas a partir de átomos de metais e não metais.

Pedagogia/Química


3.2 Formação da ligação covalente

O item 4 do questionário aplicado trata do fator que determina a união de átomos dando origem às moléculas, ou seja, o que determi-na a formação das ligações covalentes. Foi observado nos dois grupos que a grande maioria dos alunos (>60%) considera como fator deter-minante na união de átomos originando moléculas a necessidade que estes têm de atingir a configuração de um gás nobre com 8 elétrons na camada de valência.

A partir da abordagem para as ligações químicas no ensino médio, era de se esperar que a maioria dos alunos optasse por essa resposta, pois a abordagem prediz que o que justifica a formação das ligações químicas entre os átomos para originar moléculas é a “neces-sidade” que estes têm de adquirir uma configuração com 8 elétrons na última camada (camada de valência), 2 no caso da camada K, visto que atingirão a configuração dos gases nobres, que supostamente são está-veis e não reativos. Entretanto, a chamada regra do octeto em química, embora útil em alguns casos, não é uma lei que se aplica a todo e qual-quer tipo de molécula. Inúmeras moléculas fogem a essa regra, que é mais utilizada para explicar a união entre alguns elementos representa-tivos do primeiro e segundo período da tabela periódica. Os átomos de fato se unem para formar moléculas porque isso lhes proporciona um estado de energia mais favorável quando comparado ao estado energético dos átomos isolados.

Um maior percentual (27%) de alunos do grupo 2, em compa-ração ao percentual (12%) de alunos do grupo 1, conseguiu responder satisfatoriamente a esse item. Isto pode estar relacionado à aprendiza-gem que estes poucos alunos obtiveram no ensino superior, de que o fator energético deve ser levado em consideração na formação das ligações químicas. 3.3 Os compostos metálicos

O item 5 do questionário trata de uma das principais proprie-dades dos compostos formados por átomos de elementos metálicos.

Pedagogia/Química


Diferentes concepções foram apresentadas pelos dois grupos de alunos. O grupo 1 considera a baixa energia de ionização dos me-tais o fator responsável pela sua condutividade elétrica, enquanto que o grupo 2 considera as fortes ligações existentes entre os átomos dos metais como determinante na condução de eletricidade.

Embora o modelo do “mar de elétrons” proposto no ensino médio para a explicação das ligações existentes entre átomos de metais fosse suficiente para a escolha da resposta correta, ele não foi utilizado por nenhum dos dois grupos para responder este item do questioná-rio. O modelo do “mar de elétron” prediz que a alta condutividade elétrica apresentada pelos metais está associada ao movimento de elé-trons “livres” em torno de toda a estrutura metálica.

A discordância de ideias entre os dois grupos aponta para uma não preocupação dos professores, tanto no ensino médio quanto no ensino superior, de enfatizar o ensino das ligações metálicas da mesma forma como são enfatizadas as ligações iônicas e covalentes, por não considerá-las tão importantes quanto estas últimas. 3.4 Exceções à regra do octeto

As três questões seguintes trabalharam com compostos que fogem à tão mencionada regra do octeto, que são o PCl5, o ClO2 e o SO4

2-. Na 6a. questão foi solicitado aos alunos que assinalassem o item correto, com base na estrutura proposta para a molécula do PCl5 (Fig. 3).

Figura 3. Estrutura de Lewis para o PCl5

Fonte: Vasconcelos, p. 29, 2009.

Pedagogia/Química


Novamente foi observado que os dois grupos apresentaram discordância em relação às respostas. Os alunos do grupo 1 desconhe-cem a existência de átomos que podem acomodar mais de 8 elétrons em sua camada de valência, enquanto que os alunos do grupo 2 consi-deraram o átomo de fósforo (P) como pentavalente por estar localiza-do na família 5A (Grupo 15) da Tabela Periódica.

Embora as edições mais recentes de alguns livros de ensino médio mencionem algumas moléculas que fogem à regra do octeto, as respostas do grupo 1 revelam que estas exceções não foram estudadas pelos mesmos, já que estes desconhecem o fato de que o fósforo (P), por estar localizado no terceiro período da tabela periódica, pode a-comodar mais de 8 elétrons na camada de valência; portanto a estrutu-ra proposta para o PCl5 está coerente. A não discussão das exceções à regra do octeto entre os professores e alunos no ensino médio pode estar relacionada ao modo como estas são apresentadas nos livros didáticos, pois são mostradas apenas umas poucas estruturas que não obedecem a essa regra, sem que haja uma preocupação de discutir o porquê de elas ocorrerem.

As respostas do grupo 2 revelam que os alunos deste grupo sabem da existência de átomos que apresentam mais de 8 elétrons em sua camada mais externa, entretanto não consideraram esse fator co-mo o determinante na construção da estrutura de Lewis para o com-posto, mas sim o fato de que o P é pentavalente por apresentar 5 elé-trons em sua camada de valência. Isso mostra que, além das dificulda-des dos alunos desse grupo na aprendizagem sobre LQ, os mesmos apresentam dificuldades em outro assunto de química geral: a valência dos átomos.

No 7o. item, os alunos foram instruídos a representar a estrutu-ra de Lewis mais coerente para a molécula de ClO2. A estrutura de Lewis mais estável para a molécula de ClO2 a partir da abordagem proposta neste trabalho seria a seguinte:

Pedagogia/Química


Entretanto, nenhum dos alunos dos dois grupos conseguiu construir tal estrutura. Isso mostra que os alunos não conseguem construir estruturas coerentes para representação de moléculas que não sigam a regra do octeto, por desconhecer que isso possa ser possí-vel, ou por considerar que a abordagem proposta nos livros de ensino superior é muito diferente da abordagem que tiveram no ensino mé-dio, optando por esta na resolução das questões, por considerá-la mais simples ou por sentirem dificuldades em superá-la.

Na 8a. questão os alunos deveriam escolher entre três estrutu-ras propostas, Figura 4, a que melhor representa o ânion SO4

2-, justifi-cando a escolha.

Figura 4. Estruturas de Lewis para o ânion SO4

2-

Fonte: Vasconcelos, p. 32, 2009.

As respostas dadas pelos dois grupos de alunos deixam expres-

sar que a grande maioria ainda desconhece o fator energético como essencial na estabilidade do composto, sendo que os alunos do grupo 1 optaram por afirmar que a estabilidade é consequência da obediência à regra do octeto ou da formação de ligações covalentes dativas a par-tir de elétrons não ligantes em torno do átomo central, e os alunos do grupo 2 consideraram apenas a obediência à regra do octeto como fator determinante na estabilidade do ânion.

A estrutura que melhor representa o ânion SO42- é aquela que

lhe configura um estado mais estável, ou seja, um estado de menor energia, portanto será a estrutura III. Esse estado de menor energia é consequência da menor quantidade de carga formal apresentada pelos átomos que compõem a estrutura.

Pedagogia/Química


3.5 Metais e não metais: relações com as ligações iônicas

O último item do questionário trata da determinação do tipo de ligação existente, a partir das propriedades macroscópicas dos áto-mos dos elementos químicos envolvidos na sua formação. As respos-tas dos alunos podem ser conferidas na Figura 5.

Observa-se na Figura 5 que as respostas dos alunos dos dois grupos foram equivalentes, ou seja, ambos consideraram que as liga-ções existentes entre um átomo de um metal e um átomo de um não metal são iônicas. A escolha dessa resposta está diretamente relaciona-da às generalizações existentes nos livros didáticos para o ensino mé-dio, para as ligações iônicas como sendo formadas exclusivamente por átomos de metais e não metais. Portanto, tendo por base apenas esse parâmetro, a grande maioria dos alunos nos dois grupos optou por responder que as ligações existentes no BeO são caracteristicamente iônicas. Entretanto o comportamento macroscópico do BeO indica que suas ligações são caracteristicamente covalentes, e não iônicas, mesmo o berílio (Be) sendo um metal e o oxigênio (O) um ametal. Figura 5 - Concepções dos alunos dos grupos 1 e 2 sobre ligações formadas

a partir de elementos metálicos e não-metálicos: (1) iônicas; (2) covalentes; (3) metálicas e (4) pontes de hidrogênio.

12

34

0

20

40

60

80

Grupo 1Grupo 2

Grupo 1

Grupo 2

%

de R

esp

ost

as

Tip

o de

ligaç

ão

Fonte: Vasconcelos, p. 33-34, 2009.

Pedagogia/Química


Embora generalizações desse tipo sejam válidas, há ainda uma carência de discussão nos livros didáticos sobre a não existência de ligações 100% iônicas ou covalentes e que não somente esse, mas, outros fatores também devem ser considerados para se determinar o tipo de ligação formada, tais como a eletronegatividade, o tamanho e a carga dos íons, etc. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A abordagem simplista adotada no ensino médio para o ensino de ligações químicas contribui negativamente na aprendizagem dos alunos, de modo que estes não conseguem estabelecer construções coerentes para a representação dos modelos abstratos de muitos com-postos, sejam eles iônicos, covalentes ou metálicos.

Inúmeros erros conceituais são gerados a partir dessa mesma abordagem por não levar em consideração o fator energético como importante na explicação da formação dessas ligações.

A dificuldade de superação dos obstáculos na aprendizagem gerados pela abordagem simplista das ligações químicas pode ser per-cebida nos alunos que, mesmo depois de terem contato com outros conceitos mais sólidos quando do estudo desse tema no ensino supe-rior, ainda apresentam as mesmas concepções de alunos que ainda não trabalharam com outras formas de abordagem.

Estabelecer uma abordagem mais alinhada cientificamente e não fragmentada desde o primeiro contato dos alunos com as ligações químicas seria uma excelente alternativa para ajudá-los a minimizar e até superar tais dificuldades na aprendizagem.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem o apoio financeiro concedido pela Funcap, por meio do Programa de Bolsas de Produtividade em Pesquisa e Estímulo à Interiorização (Processo BPI-0202-1.06/08).

Pedagogia/Química


ALTERNATIVE APPROACH FOR THE CONTENT OF CHEMICAL BONDS ON HIGH SCHOOL

ABSTRACT – The bonds topic has fundamental importance on Chemistry teaching. Although, the approach that have been used in the classroom as the one developed in class books in high schools seem to be inconvenient. Probably, that is the consequence of a fragmented language which involves many concepts that are connected and explained inadequately. By using the ideas suggested from this situation, a text was elaborated based on this alternative approach where the problems that were stressed are minimized previously. Therefore the main aim of this work is to establish an only line of reasoning to promote the comprehension of the students about the reason of learning each concept presented during the learning phase. Keywords: Approach. Bonds. Chemistry. Teaching.

REFERÊNCIAS

ACAR, B; TARHAN, L. Effects of cooperative learning on students’ understanding of metallic bonding. Research in Science Education, v. 38, n. 4, p. 401–420, 2007. BODNER, G.; DOMIN, D. Mental models: The role of representa-tions in problem solving in chemistry. University Chemistry Educa-tion, v. 4, n. 1, p. 24-30, 2000. CARVALHO, G. C. Química Moderna. São Paulo: Scipione, 1997, 687 p. DE POSADA, J. M. The presentation of metallic bonding in high school science textbooks during three decades: Science educational reforms and substantive changes of tendencies. Science Education, v. 83, p. 423–447, 1999.

Pedagogia/Química


FELTRE, R. Química - 1o. Ano. 19. ed., São Paulo: Moderna, 2009, 528p. FERNANDEZ, C; MARCONDES, M. E. R. Concepções dos estu-dantes sobre ligação química. Química Nova na Escola, n. 24, p. 20–24, 2006. GRIFFITHS, A.; PRESTON, K. Grade-12 students’ misconceptions relating to fundamental characteristics of atoms and molecules. Jour-nal of Research in Science Teaching, v. 29, n.6, p. 611–628, 1992. MELO, M. R. Estrutura atômica e ligações químicas: uma abor-dagem para o ensino médio. Campinas, SP, 2002. 128p. Dissertação (Mestrado) - UNICAMP, 2002. NAHUM, T. L.; MAMLOK-NAAMAM R.; HOFSTEIN, A.; KRAJCIK J. A new “bottom-up” framework for teaching chemical bonding. Journal of Chemical Education, v. 85, n. 12, p. 1680–1685, 2008. ______. Developing a new teaching approach for the Chemical Bond-ing concept aligned with current scientific and pedagogical knowledge. Science Education, v. 91, n. 4, p. 579–603, 2007. NAKHLEN, M. B. Why some students don't learn chemistry: Chemi-cal misconceptions. Journal of Chemical Education, v. 69, n. 3, p. 191-196, 1992. PERUZZO. T. M.; CANTO. E. L. Química na abordagem do co-tidiano. Vol. 1, 4. ed., São Paulo: Moderna, 2006, 520p. PESSOA JUNIOR, O. A representação pictórica de entidades quânti-cas da química. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. n. 7, p. 25-33, 2007.

Pedagogia/Química


PETERSON, R. F.; TREAGUST, D. F. Grade-12 students’ miscon-ceptions of covalent bonding and structure. Journal of Chemical Education, v. 66, n. 6, p. 459–460, 1989. RUDIO, F. V. Introdução ao Projeto de Pesquisa Científica. 36. ed., Rio de Janeiro: Vozes, 2009, 144p. RUSSEL, J. B. Química Geral. Vol. 1, 2. ed. São Paulo: Makron Bo-oks, 1994, 582p. SARDELLA, A. Química. 3. ed., São Paulo: Ática, 2000, 752p. TABER, K. S.; COLL, R. Bonding. In: GILBERT, J. K.; JONG, O.; JUSTY, D. R.; TREAGUST, D. F.; VAN DRIEL, J. H. (dds.), Chem-ical education: Towards research-based practice. Dordrecht: Kluwer, 2002, p. 213–234. TABER, K. S. Mediating mental models of metals: Acknowledging the priority of the learner’s prior learning. Science Education, v. 87, p. 732–758, 2003. TOMA, H. E. Ligações químicas: abordagem clássica ou quântica? Química Nova na Escola, n. 6, p. 8–12, 1997. TRIVIÑOS, A. N. S. Introdução à Pesquisa em Ciências Sociais: a pesquisa qualitativa em educação. São Paulo: Atlas, 1995, 176p. VASCONCELOS, W. S. Abordagem Alternativa para o Conteúdo de Ligações Químicas no Ensino Médio. Sobral, CE, 2009. 77p. Monografia (Conclusão de Curso) - Universidade Estadual Vale do Acaraú, 2009.

Pedagogia/Química


ANEXO 1 – Questionário aplicado nos grupos 1 e 2

1. As propriedades periódicas são muito úteis quando se pretende determinar o caráter das ligações químicas. Dentre as principais pro-priedades periódicas podemos destacar a energia de ionização e a afinidade eletrônica. Ligações formadas a partir de átomos com bai-xa energia de ionização e átomos de elevada afinidade eletrônica apre-sentam características: a) metálicas b) covalentes c) iônicas d) gasosas 2. A eletronegatividade também é uma propriedade periódica muito útil na determinação das características das ligações químicas. Basean-do-se nas diferenças de eletronegatividade apresentadas pelos átomos de diversos elementos químicos podemos afirmar que as ligações iônicas são formadas a partir: a) de átomos com mesmo valor de eletronegatividade. b) de átomos com grandes diferenças de eletronegatividade. c) de átomos com pequenas diferenças de eletronegatividade. d) de átomos com valores de eletronegatividade iguais a zero. 3. O que determina a formação da ligação iônica entre os íons Na+ e Cl- no NaCl? a) A transferência de um elétron do átomo de Na para o átomo de Cl, afim de que os mesmos possam atingir a configuração do gás nobre mais próximo. b) A energia liberada pela atração eletrostática dos íons Na+ e Cl- dan-do origem ao par iônico Na+Cl-. c) O compartilhamento de um par de elétrons entre os átomos de Na e de Cl. d) O fato do Na ser um metal e o Cl ser um não-metal. 4. Por que os átomos se unem dando origem a moléculas? a) Porque essa situação é mais favorável energeticamente do que se comparada com os átomos isolados.

Pedagogia/Química


b) Porque necessitam atingir a configuração estável de um gás nobre com 08 elétrons na camada de valência. c) Porque a transferência de elétrons entre os átomos leva a formação de íons que, por serem espécies instáveis, reagem entre si dando ori-gem a moléculas. d) Porque as moléculas originadas são menos estáveis que os átomos isolados. 5. Os metais exibem uma série de propriedades em comum. Dentre elas podemos destacar que os metais são bons condutores de eletrici-dade. Esse fato é explicado a partir: a) da forte atração que os metais apresentam para com seus elétrons de valência. b) da baixa energia de ionização dos metais que leva à formação de íons positivos por transferência de elétrons de um metal para o outro. c) das fortes ligações existentes entre os átomos metais, impedindo o seu rompimento e possibilitando a condução de eletricidade. d) do movimento de elétrons livres em torno de toda a estrutura metá-lica. 6. Considere a seguinte estrutura de Lewis para a molécula do PCl5:

Assinale o item verdadeiro: a) A estrutura está errada, pois o P não pode ficar com 10 elétrons em sua camada de valência. b) A estrutura está errada, pois o P só pode fazer no máximo 03 liga-ções covalentes e não 05. c) A estrutura está correta, pois o P, por estar localizado no terceiro período da Tabela Periódica, pode acomodar mais de 08 elétrons em sua camada de valência. d) A estrutura está correta, pois o P, por estar localizado na Família 5A (grupo 15) da Tabela Periódica é pentavalente.

Pedagogia/Química


7. Desenhe a estrutura de Lewis mais coerente para a representação da molécula de ClO2. 8. Qual das seguintes estruturas de Lewis melhor representa o ânion SO4

2-? Explique o porquê de sua escolha.

( ) estrutura I ( ) estrutura II ( ) estrutura III.

9. Considere as seguintes premissas: I. O berílio (Be) é um metal localizado no 2o período do grupo 2 da Tabela Periódica. II. O oxigênio (O) é um não metal localizado no 2o período do grupo 16 da Tabela Periódica. Baseado nessas premissas é possível afirmar que as ligações existentes no BeO são: a) iônicas. b) covalentes. c) metálicas. d) por pontes de hidrogênio.

pedagogia/química abordagem alternativa … · modelo micro − conceitual e abstrato) − para...

Documents