MINISTRIO DA EDUCAODireco Geral de Inovao e de Desenvolvimento Curricular

Programa de Qumica12 AnoCurso Cientfico-Humanstico de Cincias e Tecnologias

AutoresIsabel P. Martins (Coordenadora) Jos Alberto L. Costa Jos Manuel G. Lopes Maria Otilde Simes Paulo Ribeiro-Claro Teresa Sobrinho Simes

Homologao22/11/2004

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ndice1. Introduo ........................................................................................................................................ 2 2. Apresentao do Programa........................................................................................................... 2 2.1. Viso Geral do Programa......................................................................................................... 3 2.2. Orientaes para a Organizao do Ensino da Qumica.................................................. 7 2.3. Finalidades da Disciplina de Qumica ..10 2.4. Sugestes Metodolgicas ..10 2.5. Avaliao 13 Unidade 1 Metais e Ligas Metlicas ................................................................................................15 Introduo ...........................................................................................................................................15 Objecto de Ensino..............................................................................................................................18 Objectivos de Aprendizagem ......................................................................................................... 20 Actividades Prticas de Sala de Aula ........................................................................................... 25 Actividades Prtico-Laboratoriais ................................................................................................ 26 Actividade de Projecto Laboratorial (APL) ................................................................................. 26 Unidade 2 - Combustveis, Energia e Ambiente.............................................................................. 38 Introduo .......................................................................................................................................... 38 Objecto de Ensino..............................................................................................................................41 Objectivos de Aprendizagem ......................................................................................................... 43 Actividades Prticas de Sala de Aula ........................................................................................... 48 Actividades Prtico-Laboratoriais ................................................................................................ 49 Unidade 3: Plsticos, Vidros e Novos Materiais............................................................................. 56 Introduo .......................................................................................................................................... 56 Objecto de Ensino............................................................................................................................. 59 Objectivos de Aprendizagem ..........................................................................................................61 Actividades Prticas de Sala de Aula ........................................................................................... 64 Actividades Prtico-Laboratoriais ................................................................................................ 65 Actividade de Projecto Laboratorial (APL) ................................................................................. 65 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................... 75 1-Bibliografia Essencial.................................................................................................................... 75 2- Bibliografia Complementar......................................................................................................... 78 3- Bibliografia de Didctica............................................................................................................ 79 4- Bibliografia sobre Trabalho Laboratorial - Segurana e Tcnicas ................................... 82 5- Revistas de Publicao Peridica .............................................................................................. 83 6- Endereos d@ Internet ............................................................................................................ 84 7- Outras Fontes de Informao .................................................................................................. 85

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PROGRAMA DE QUMICA 1. IntroduoA disciplina de Qumica uma das disciplinas que integram o plano de estudos da componente de Formao Especfica do Curso Cientfico-Humanstico de Cincias e Tecnologias do Ensino Secundrio, no 12 Ano, e de carcter opcional. Trata-se, portanto, de uma disciplina terminal do Ensino Secundrio que deve proporcionar uma viso actual de aspectos relevantes do conhecimento qumico, estruturantes de uma forma cientfica de interpretar o mundo, e permitir prosseguir para interpretaes mais aprofundadas, em estudos de nvel superior. De acordo com os princpios da Reforma do Ensino Secundrio a disciplina de Qumica sucede disciplina de Fsica e Qumica A, dos 10 e 11 Anos, e orienta-se por princpios comuns, em particular os relativos componente de Qumica. O programa de carcter nacional, conforme estabelecido na estrutura curricular, permite, no entanto, a opo livre por tarefas, estratgias de explorao e metodologias de ensino conforme os interesses e desenvolvimento dos alunos, aspecto que pode ser encarado como uma forma de flexibilizao com vista a uma melhor adequao aos interesses dos alunos e factor despoletador de motivao pelo estudo da Qumica. De facto, aquilo que se pretende nesta etapa final do Ensino Secundrio que muitos dos alunos que optaram por aceder disciplina se interessem por continuar estudos na rea. A disciplina de Qumica desenvolve-se ao longo do ano lectivo nas 33 semanas previstas, com uma carga semanal de 3 aulas a que corresponde um total de 99 aulas de 90 minutos cada. Destas, apenas 82 aulas esto contempladas no desenvolvimento programtico proposto, ficando as restantes (17 aulas) para serem geridas pelo professor, tendo em conta as caractersticas da turma e/ou situaes imprevistas. Uma das sesses semanais deve assumir o formato de aula prtico-laboratorial e ser conduzida no Laboratrio equipado para o efeito. Para optimizao do acompanhamento do trabalho dos alunos pelo professor, a turma dever ser desdobrada conforme o estipulado no Despacho n 13765/2004, de 8 de Junho.

2. Apresentao do ProgramaA disciplina de Qumica aqui apresentada procura inserir-se na orientao cientfico-humanista do ensino das cincias, a qual tem vindo a ser defendida por um nmero crescente de investigadores e associaes cientficas de educao em cincia, entendida como aquela que permite aos alunos compreender fenmenos de cariz cientficotecnolgico onde a construo do conhecimento enquadrada num leque vasto de competncias, atitudes e valores importantes e, por isso, teis para o crescimento pessoal, social e profissional de cada aluno e para a consolidao de princpios prprios da democracia. Tal como nos Programas dos 10 e 11 anos, considera-se como imprescindvel para a boa concretizao do Programa o envolvimento activo dos alunos (tarefas prticas e, em especial, do tipo laboratorial), a existncia de meios (instalaes, equipamentos, recursos didcticos e apoio tcnico) e professores com formao adequada concepo, realizao e avaliao de estratgias didctico-pedaggicas apropriadas a cada turma (e da a necessidade de as instituies e associaes de formao de professores organizarem

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programas de formao inicial e continuada que promovam a confiana dos professores para prosseguirem caminhos de inovao no ensino da Qumica). 2.1. Viso Geral do Programa O Programa est organizado em trs Unidades, cada uma delas sobre um tema prprio, mas todas subordinadas temtica geral Materiais, sua estrutura, aplicaes e implicaes da sua produo e utilizao. A escolha do tipo de Materiais a abordar em cada Unidade teve em conta critrios de pertinncia social (hbitos de consumo e estilos de vida), econmica (indstrias associadas e seu valor acrescentado), cultural (caractersticos de diferentes pocas), histrica (motores de desenvolvimento tecnolgico), ambiental (esgotamento de recursos e implicaes para a qualidade do ambiente), tica (valores susceptveis de serem desenvolvidos, por exemplo polticas contra o sobre-consumo) e cientfico (conceitos qumicos centrais que permitem desenvolver). Os temas escolhidos so os seguintes: Unidade 1 Metais e Ligas Metlicas; Unidade 2 Combustveis, Energia e Ambiente; Unidade 3 Plsticos, Vidros e Novos Materiais. Embora sobre tipos de materiais diferentes, todas as Unidades seguem princpios idnticos explicitados a seguir (Seco 2.2) e foram organizadas internamente tendo em conta os critrios atrs referidos, de modo a relevar a integrao das perspectivas social, tecnolgica e cientfica do conhecimento, de acordo com a orientao CTS seguida nos Programas dos 10 e 11 Anos. Os princpios ento enunciados continuam a ser defendidos, escolhendo-se agora temas e contextos que se julgam pertinentes para alunos que concluem uma formao (por ns entendida como educao) em Qumica de nvel secundrio, a qual dever proporcionar uma interpretao razovel e actual da diversidade e complexidade dos materiais que nos cercam. Mais ainda, a interpretao alcanada dever ser til como base para o prosseguimento de estudos em Qumica de nvel superior. As Unidades tm extenses diferentes conforme a pertinncia que lhes atribuda na formao dos alunos, o que se reflecte nos objectos de ensino e nos objectivos de aprendizagem. A apresentao geral do tema de cada Unidade feita no incio de cada uma, pelo que, por razes de extenso, prescindimos de o fazer neste momento. A concepo de um programa de Qumica implica sempre uma posio sobre uma imagem social da Qumica e do seu ensino para o nvel de escolaridade em causa. O que se segue pretende apresentar essas posies.

Qumica, Tecnologia e Sociedade As cincias qumicas mudaram substancialmente nos ltimos tempos. Das divises clssicas como qumica analtica, qumica inorgnica, qumica orgnica, qumica fsica, qumica terica ou bioqumica evoluiu-se para domnios mais especficos como, por exemplo, nanotecnologia, cincia dos materiais, qumica computacional. Tambm a ligao entre qumica e engenharia qumica tida como cada vez mais aprofundada dada a procura de solues para problemas novos e/ou a capacidade de criar novos produtos, os quais passam a constituir-se como necessidades reais da sociedade. , pois, neste enquadramento que podemos referir (National Research Council of the National Academies dos Estados3

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Unidos, 2003) alguns dos grandes desafios que actualmente se colocam aos qumicos e engenheiros qumicos: 1. Sintetizar e produzir novas substncias com interesse cientfico ou prtico, atravs de processos altamente selectivos para o produto desejado, com baixo consumo de energia e ambientalmente no agressivos. 2. Desenvolver novos materiais e sistemas de identificao altamente sensveis para substncias perigosas potencialmente utilizveis em actos de terrorismo, atentados militares, acidentes, crimes e doenas. 3. Compreender e controlar como as molculas reagem em processos de grande escala ou a nvel individual de modo a incrementar as aplicaes prticas. 4. Conceber e produzir novas substncias com propriedades determinadas para fins especficos. 5. Compreender a qumica dos sistemas vivos, em particular as interaces a nvel celular. 6. Desenvolver medicamentos e terapias para tratamento de doenas ainda incurveis. 7. Compreender a complexa qumica da Terra, incluindo o solo, o mar, a atmosfera e a biosfera, de modo a evitar intervenes que ponham em risco a sustentabilidade do Planeta. 8. Desenvolver processos de produo, armazenamento e transporte de energia que no ponham em causa as reservas energticas. 9. Projectar e desenvolver sistemas de produo optimizados para a produo de substncias desejadas. Por outras palavras, pode dizer-se que os qumicos procuram compreender qual a relao entre a estrutura e as propriedades fsicas, qumicas e biolgicas das substncias, sejam elas naturais ou sintticas, com vista a inventar novas substncias para fins especficos, para o que ser tambm necessrio desenvolver processos de sntese laboratorial e de produo industrial. Mas a sntese de novas substncias no ocorre apenas para dar resposta a questes de ordem prtica; tambm se procuram sintetizar substncias para comprovar/testar teorias. Estimava-se em 1996 que deveriam existir 10200 molculas com propriedades de interesse para a medicina. O interesse pela sntese qumica estende-se tambm s substncias naturais com vista a poder encontrar-se alternativas mais econmicas ou de mais fcil acesso. Foi o que aconteceu com a sntese da penicilina quando se descobriram as suas propriedades farmacolgicas. Mas o interesse pela sntese no acontece apenas com molculas. A pesquisa com vista sntese de novos tomos continua em progresso, pese embora no seja de prever que eles tenham aplicaes prticas. Em todos os casos de sntese procuram-se mtodos que conjuguem o menor nmero de passos, a maior eficincia no processo e a produo mnima de produtos secundrios. A indstria qumica transformadora procura conciliar o aumento do rendimento dos processos com a reduo de custos dos materiais, da mo-de-obra, da energia, sem pr em causa a qualidade, a segurana e o impacte ambiental mnimo. De facto, muitas das matrias-primas usadas, em particular as derivadas do petrleo, do gs natural e de alguns animais e plantas esto a ser exploradas e consumidas a um ritmo muito superior ao da capacidade da sua reposio. Existe tambm preocupao com os intermedirios dos processos qumicos, solventes e catalisadores que devem ser no txicos, recuperveis (reciclveis) aps o uso ou biodegradveis. Espera-se que no futuro seja possvel usar mais matrias-primas renovveis como o dixido de carbono, sais, alcatro e lamas, que so actualmente consideradas como desperdcios sem valor.

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Parece, assim, que o grande desafio das cincias qumicas e de engenharia criar novas molculas e sistemas qumicos, ampliando o universo qumico, e aumentar as capacidades futuras, em particular no campo da medicina. Mas, para que a sntese qumica possa prosseguir, fundamental a compreenso, em profundidade, da estrutura molecular e atmica das substncias conhecidas: distribuio espacial, distncias interatmicas, ngulos de ligao, natureza das interaces intra- e intermoleculares so requisitos indispensveis para o desenho de novas molculas. A Qumica estrutural e as tcnicas de anlise associadas so, assim, uma ferramenta imprescindvel para o avano da sntese de novas substncias. Em sentido inverso, quando nos confrontamos com um material novo, a questo mais fundamental que poderemos colocar Que molculas (ou ies, etc.) ele contm e em que quantidade?. Para um cientista qumico, isto significa descobrir a composio molecular das substncias constituintes, a composio quantitativa e o modo como se distribuem entre si. O contexto de tal descoberta pode ser muito diverso: o nosso prprio corpo, o pntano das redondezas, o ar no cume de uma montanha, o p branco dentro de um envelope, o planeta mais prximo ou uma galxia distante. Precisamos, pois, de detectar e medir, duas operaes que necessitam de instrumentos prprios, as quais, alis, so essenciais na maioria das actividades humanas, tais como, a produo de bens, os cuidados sobre o ambiente, a sade e os medicamentos, a agricultura ou a segurana nacional. Um dos campos que tem vindo a ganhar uma importncia crescente diz respeito interface da Qumica com a Biologia e a Medicina. Com efeito, entre os maiores desafios que se podem colocar s cincias qumicas est a inveno de medicamentos que permitam tratar e at prevenir doenas vitimadoras em grande escala como o cancro, a doena de Alzheimer, a demncia ou a diabetes, bem como a inveno de materiais biocompatveis que permitam substituir partes do prprio organismo. Numa meta mais longnqua estar a produo de sistemas qumicos organizados capazes de imitar o funcionamento de clulas biolgicas. Conhecer a diversidade de materiais naturais uma das grandes aspiraes dos qumicos a par da capacidade de produzir um material para um fim especfico. Diz-se, por isso, que a investigao sobre sntese qumica se dirige hoje procura de processos que viabilizem a construo de molculas para um determinado fim. Entre as substncias de sntese mais importantes no sculo XX esto os polmeros e os nanomateriais, uns e outros formando campos de conhecimento qumico especficos: a qumica macromolecular e a nanoqumica. Embora no seja a nica viso, podemos considerar como objecto de estudo das nanocincias a preparao, caracterizao e aplicao de molculas com dimenses da ordem de 1 a 100 nm. Tambm no domnio da nanotecnologia existem avanos muito importantes envolvendo colides, emulses, polmeros, cermicos e semicondutores. Existe um interesse crescente nas propriedades elctricas e pticas de nanopartculas, ao ponto de se imaginar a concepo de mquinas minsculas capazes de reproduzir processos prprios de sistemas biolgicos celulares e se procurar desenvolver tcnicas de fabrico de nano-estruturas importantssimas para componentes de sistemas de micro-electrnica. A revoluo na produo de novos materiais parece instalada: substituio do clssico silcio na indstria electrnica por materiais orgnicos electrnicos e spintrpicos; explorao de molculas individuais a nvel electrnico de modo a compreender os limites reduo das dimenses de partculas; produo de materiais sofisticados biocompatveis como os destinados a implantes, os ferromagnticos orgnicos, os materiais com ndice de refraco negativo, os nanoelectrnicos e os colides funcionais.

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Tambm no domnio da qumica de polmeros existe um vasto campo de problemas procura de resposta: sntese de molculas com estruturas de ordem superior, de materiais semicondutores que permitam a miniaturizao de circuitos electrnicos para maior potncia nos computadores por aumento da capacidade instalada num dado espao, de compsitos e materiais hbridos, de biomateriais tubulares capazes de imitar aquilo que se passa num sistema biolgico real, de materiais de base sustentada (eco-materiais e ecotecnologia). Aquilo que hoje designado por cincia dos materiais inseparvel da qumica e da engenharia qumica, sendo a importncia dos materiais ilustrada, preferencialmente, pelos efeitos que os mesmos podem ter na qualidade de vida humana. A lista dos vinte maiores feitos do sculo XX no domnio da engenharia, compilado pela National Academy of Engineering em 2000 (http://www.greatachievements.org/), contempla muitas entradas que dependem dos avanos na cincia e engenharia dos materiais e dentro do que expectvel para o Sculo XXI, o ritmo de crescimento desta importncia ir aumentar muito mais. Mas as preocupaes de qumicos e engenheiros qumicos tambm se dirigem a uma melhor compreenso da composio qumica e comportamento de grandes sistemas como rios, lagos, oceanos, atmosfera e o prprio Planeta. Quais so as interaces de sistemas uns com os outros e como que os seus efeitos se repercutem na actividade humana e na prpria constituio e equilbrio do Planeta? Preocupamo-nos hoje com a utilizao de produtos em condies de segurana para ns prprios e para o ambiente. A segurana ambiental no mais vista apenas como uma preocupao local. A legislao que regulamenta e fiscaliza as actividades industriais de produo, de transporte, de armazenamento e de consumo de bens tem por base conhecimento cientfico/qumico de modo a antecipar, detectar e evitar riscos para as pessoas e para o ambiente, agora e no futuro. Para a identificao de fenmenos atmosfricos, reconhecidos como problemas ambientais escala planetria, foi crucial o contributo das cincias qumicas (destaca-se a degradao do ozono estratosfrico e o aumento do efeito estufa). Associado compreenso das causas de efeitos to indesejados como estes para a qualidade de vida e segurana do planeta est o desenvolvimento da chamada Qumica Verde, isto , a concepo de produtos e respectivos processos de produo que gerem impacte mnimo sobre o ambiente (sentido lato). Esta (deve ser!) a aspirao de quem produz conhecimento cientfico-tecnolgico. No topo deste desgnio no podem deixar de estar os recursos e processos de obteno de energia. A procura de alternativas viveis aos combustveis fsseis tem de ser uma preocupao de cientistas e engenheiros e as cincias qumicas tem a um papel fundamental. Encontrar novas formas de obteno de energia e novos materiais condutores elctricos (caso de polmeros condutores, descoberta que mereceu o Prmio Nobel da Qumica em 2000) um campo de pesquisa do presente que no pode desenvolver-se sem conhecimento qumico. Mas no domnio da segurana contra ataques militares, terroristas, criminosos ou catstrofes naturais e acidentais que importa desenvolver sistemas de proteco. No entanto, a complexidade dos problemas to vasta que ser sempre necessrio uma abordagem multidisciplinar, de modo a que possamos dispor de sistemas anti-armas nucleares, biolgicas ou qumicas. As cincias qumicas sero sempre um domnio do conhecimento que no poder ser ignorado.

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2.2. Orientaes para a Organizao do Ensino da Qumica Assume-se que a orientao do ensino da Qumica no 12 Ano dever reger-se por princpios que promovam a literacia cientfica dos alunos, pese embora a dificuldade de acordo com os autores sobre um conceito nico de literacia cientfica, e o carcter opcional da disciplina. Importa, portanto, apresentar os princpios que do nosso ponto de vista justificam as opes programticas, enquadradas por valores de sociedades democrticas onde o conhecimento ser um valor a preservar em favor do desenvolvimento social e da paz. No entanto, apesar das evidncias da importncia da Cincia e Tecnologia para a sociedade, no irrelevante ponderar que finalidades, que objectivos, que contedos e que formas de ensino da Cincia e das Tecnologias, neste caso de Qumica, so as mais adequadas para a formao dos alunos. Tomam-se como princpios para o ensino da Qumica perspectivas de educao em cincia preconizadas nos Programas dos 10 e 11 Anos e seguidas por muitos autores espalhados um pouco por todo o mundo. Todos os princpios enunciados se baseiam na democracia como um valor e, por isso, como um objectivo do desenvolvimento humano, e na cincia como um domnio que persegue ideais de bem para a Humanidade. nesta perspectiva que muitos investigadores em desenvolvimento curricular vm defendendo que a educao em Cincias deve perseguir ideais de cultura cientfica dos alunos, por oposio a uma lgica de mera instruo cientfica, que promovam o desenvolvimento pessoal dos alunos e lhes permitam alcanar uma participao social esclarecida. O modelo de ensino a usar deve assentar no recurso inter- e transdisciplinaridade dos saberes, abordagem de situaes-problema retiradas de contextos reais, utilizao de estratgias de trabalho metodologicamente diversificadas e necessidade de conduzir processos de avaliao conceptualmente concordantes. So oito os princpios utilizados na concepo do Programa da disciplina: 1. Ensinar Qumica como um dos pilares da cultura do mundo moderno. Os temas a desenvolver devem assentar em questes da actualidade onde se mobilizem conceitos qumicos importantes na histria das ideias em Qumica, pela sua centralidade. Alis, desde meados do sculo XIX que se tem vindo a argumentar que todos os indivduos cultos deveriam conhecer princpios que explicam como funciona o mundo, saber pensar de forma cientfica e interpretar correctamente a inter-relao Cincia-Sociedade. A opo por temas da actualidade envolvendo materiais metlicos, combustveis e plsticos pretende desenvolver conceitos qumicos centrais (por exemplo, ligao qumica, estrutura atmica e molecular, oxidao-reduo, termoqumica, Tabela Peridica), mas salientando a importncia deste conhecimento para a interpretao de situaes particulares. o caso da interpretao da diferena de propriedades de substncias com estruturas distintas, metais, hidrocarbonetos e polmeros (ligao qumica e grupos funcionais), da degradao dos metais e formas de a minorar, da origem da energia dos combustveis e das diferenas energticas de vrios combustveis, da relao entre tipo de substncia elementar (metal ou no-metal) e posio do elemento na Tabela Peridica, da variedade de materiais polimricos em funo da reactividade dos respectivos monmeros. 2. Ensinar Qumica para o dia-a-dia. O conhecimento qumico deve ser til para interpretar o que nos rodeia, como o mundo evolui e tambm como poderemos preservar os recursos existentes. Seleccionaram-se, por isso, conceitos e princpios que podem dar este contributo.

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Sendo a diversidade de materiais algo muito valorizado nas sociedades de consumo actuais, importa ajudar a compreender que muitos recursos esto a ser gastos a um ritmo insustentvel para o Planeta e que, por isso, h que encontrar formas de os poupar, de encontrar alternativas e/ou de os reciclar. por esta razo que se incluem tpicos de processos de extraco e explorao de metais e de combustveis, de recursos energticos alternativos aos combustveis fsseis, de fontes de matrias-primas no convencionais para a produo de polmeros, de reciclagem de metais, de materiais orgnicos, de vidros e de plsticos. 3. Ensinar Qumica como forma de interpretar o mundo. O conhecimento cientfico subjaz mais evoluda e vlida explicao sobre a natureza e absolutamente necessrio que os alunos distingam cincia de outras formas de pensar, que reconheam os limites da cincia (por exemplo, questes que podem e que no podem ter resposta em cincia), a validade dos dados e dos procedimentos usados para os obter. O ensino da Qumica, uma cincia, deve ter este enquadramento. A opo por actividades prticas laboratoriais organizadas em torno de questesproblema procura ser uma aproximao situao com que se confrontam os cientistas e engenheiros: procurar resposta a uma questo determinada, organizando um procedimento, recolhendo dados, analisando-os e ponderando sobre a concluso a tirar. 4. Ensinar Qumica para a cidadania. A educao em Qumica deve ajudar a lidar de forma informada com assuntos sociais, de modo a que os cidados possam actuar mais esclarecida e fundamentadamente em democracia. Seleccionar temas geradores de controvrsias para explorao nas aulas de Qumica, analisando argumentos a favor e contra, ser uma via para desenvolver a capacidade de tomar decises e, eventualmente, de exprimir opinio em debates sobre controvrsias em torno de temas sociais e descobertas cientficas. Todas as Unidades esto organizadas com esta lgica. Escolhidas classes de materiais especficos para cada uma delas, inclui-se sempre o estudo do impacte ambiental, seja da explorao de metais, seja do consumo dos combustveis fsseis e do esgotamento destes recursos, seja da forma de aumentar a biodegradabilidade dos plsticos. Nas actividades prticas de Sala de Aula os alunos so envolvidos na pesquisa de dados a favor e/ou contra determinada temtica controversa e so solicitados a ponderar as consequncias de uns e de outros. Atravs destas actividades pretende-se ilustrar que uma deciso representa uma tomada de posio ponderando argumentos variados, sendo alguns deles de natureza cientfico-tecnolgica. O conhecimento cientfico uma componente imprescindvel no exerccio da cidadania. 5. Ensinar Qumica para compreender a sua inter-relao com a tecnologia. A educao em Qumica deve ajudar a compreender as inter-relaes QumicaTecnologia, em particular como o conhecimento cientfico influencia o desenvolvimento tecnolgico e como o conhecimento tecnolgico determina o desenvolvimento cientfico. Sendo grande parte do conhecimento qumico actual indissocivel de aplicaes prticas com enorme repercusso na sociedade, no aceitvel conduzir o ensino da Qumica margem de uma indstria que disponibiliza bens que marcam o estilo das sociedades actuais, seja na melhoria da qualidade de vida (sade, alimentao, transportes, vesturio, habitao, comunicaes), seja no sobre-consumo de grupos mais favorecidos, aspecto que importa, alis, discutir. , por isso, relevante consciencializar os alunos da importncia social da actividade industrial, dos produtos industriais que marcam cada poca, dos impactes ambientais desses produtos, bem como dos processos que lhes deram origem. A

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opo por um programa centrado em materiais implica que em todas as Unidades se refiram aspectos da tecnologia associada sua obteno e/ou transformao. Assim acontece no caso dos Metais, no caso dos Combustveis, no caso dos Plsticos e Vidros. Mais ainda, pretende-se que a formao dos alunos neste domnio possa ser completada com uma visita a uma instalao industrial, de preferncia num dos ramos referidos. 6. Ensinar Qumica para melhorar atitudes face a esta Cincia. A educao em Qumica deve proporcionar aos alunos formas de melhorarem a sua atitude perante o conhecimento qumico, em particular combaterem a imagem social negativa da indstria qumica. A opo por um programa de Qumica focado em contextos reais e tendo como objecto de estudo produtos que todos utilizamos em actividades dirias, a maioria deles sem questionarmos a sua provenincia e o seu destino aps o uso, permitir discutir a importncia econmica e social da actividade industrial, neste caso envolvendo conhecimento qumico. Compreender tambm que o conhecimento qumico que permitir aumentar a eficcia dos processos (por exemplo, uso de catalisadores na indstria Unidade 1), minimizar o impacte negativo para a sade e ambiente (por exemplo, uso de aditivos oxigenados na gasolina para aumentar o ndice de octano - Unidade 2) e encontrar materiais alternativos aos de origem biolgica capazes de substituir partes do corpo humano em caso de doena ou de acidente (por exemplo, obteno de biomateriais Unidade 3). 7. Ensinar Qumica por razes estticas. O mundo natural apresenta-se com uma enorme beleza intelectual atravs do conhecimento cientfico que permite explicar a sua origem, diversidade e evoluo. Promover a apropriao de saberes que permitam essa compreenso pode ser causa de deslumbramento intelectual. Compreender pode ser fonte de prazer, de beleza e de inspirao, aspecto fundamental para que os jovens se entusiasmem com o prosseguimento de carreiras cientficas. Embora sejam muito variados os factores que determinam as preferncias individuais por reas de conhecimento distintas e a Qumica no 12 Ano seja uma disciplina opcional, previsvel que os alunos que a ela acedem se sintam com motivao para avanarem no aprofundamento do conhecimento qumico. No entanto, no linear afirmar qual o saber que desperta maior motivao. A opo por contextos reais, discutindo problemas actuais, muitos deles geradores de controvrsias, e onde o conhecimento cientfico surja como necessidade para alcanar resposta a algumas dessas questes poder ser considerado interessante para os jovens e, eventualmente, estimulante para a procura de mais conhecimento nesse domnio. 8. Ensinar Qumica para preparar escolhas profissionais. O ensino das cincias, e em particular da Qumica, deve proporcionar informao aos alunos sobre carreiras e actividades profissionais que utilizam conhecimento cientfico e tcnico e sobre vias de estudos que confiram habilitao especfica. Ora no 12 Ano que muitos tomam decises sobre vias de estudos a prosseguir posteriormente. Por isso, o ensino da Qumica deve ser contextualizado em actividades reais. A escolha de materiais especficos, a nfase na sua constituio e estrutura, nos processos de produo, nas suas propriedades e aplicaes podero constituir caminhos para os jovens se interessarem por carreiras profissionais ligadas s Cincias Qumicas e s Tecnologias, por exemplo, Engenharias. Mas podero tambm entusiasmar-se pelas Cincias da Sade se preferirem compreender sistemas biolgicos ou formas de neles intervir. Embora se tenham escolhido

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classes de materiais especficos (no seria nunca possvel esgotar todas as possibilidades), os tipos seleccionados permitem compreender que a qumica dos materiais importante em praticamente todos os sectores da actividade humana (da sade ao lazer, da construo explorao do espao, dos transportes maquinaria industrial, da segurana ao combate ao terrorismo).

2.3. Finalidades da Disciplina de Qumica

A disciplina de Qumica tem como finalidade criar condies para que os alunos que a ela acedam, no final do Ensino Secundrio, possam alargar o leque de competncias que a disciplina de Fsica e Qumica, em particular a componente de Qumica, ter permitido desenvolver. Tomam-se como referncia competncias que autores contemporneos e organizaes como a OCDE consideram serem fundamentais para a promoo da literacia cientfica. So trs as dimenses de competncias a considerar: os saberes, as aces e os valores, as quais no caso da Qumica podero ser as seguintes. A dimenso dos saberes inclui: (1) competncias de contedo (conhecimento declarativo e conceptual do domnio da Qumica); (2) competncias epistemolgicas (viso geral sobre o significado da Cincia, e da Qumica em particular, como forma de ver o mundo, distinta de outras interpretaes). A dimenso das aces inclui: (1) competncias de aprendizagem (capacidade para usar diferentes estratgias de aprendizagem e modos de construo de conhecimento cientfico); (2) competncias sociais (capacidade para cooperar em equipa de forma a recolher dados, executar procedimentos ou interpretar informao cientfica); (3) competncias processuais (capacidade para observar, experimentar, avaliar, interpretar grficos, mobilizar destrezas matemticas; usar modelos; analisar criticamente situaes particulares, gerar e testar hipteses); (4) competncias comunicativas (capacidade para usar e compreender linguagem cientfica, registar, ler e argumentar usando informao cientfica). A dimenso dos valores diz respeito a competncias ticas (conhecimento de normas e sua relatividade em contextos locais e ainda do seu carcter temporal). 2.4. Sugestes Metodolgicas Para a concretizao das competncias referidas no ponto anterior fundamental ter especial ateno aos temas seleccionados e s metodologias de trabalho propostas. De facto, o ensino deve ser considerado um meio para o desenvolvimento do aluno em todas as suas potencialidades e no como um fim em si mesmo. Ora, a escolha dos temas e as questes colocadas (natureza e tipo aberto ou fechado) so determinantes para as opes didcticas em sala de aula. E estas devem ser orientadas para a autonomia do aluno na procura de informao, na sua organizao, anlise e sistematizao. nesta perspectiva que se defende e prope que as aprendizagens descritas nos Objectivos de cada Unidade sejam alcanadas atravs da realizao de Actividades Prticas de Sala de Aula ou de Laboratrio.

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Em todos os casos ser sempre necessrio que os alunos saibam o que procuram, tomem conscincia se a questo ou no plausvel de ter resposta em Cincia (Qumica), quais as vias possveis para alcanar uma resposta, reflictam sobre as limitaes das vrias alternativas, e saibam explicitar a nova compreenso alcanada. As Actividades Prticas de Sala de Aula apresentadas em cada Unidade devero ser consideradas como sugestes/exemplos de actividades promotoras nos alunos de algumas das competncias e saberes listados. A opo por estas propostas dever ser ponderada pelo professor tendo em conta uma avaliao prvia da sua adequao ao nvel de desenvolvimento cognitivo dos alunos, seus interesses e capacidade de gerar novas capacidades at ento pouco exploradas. No caso das Actividades Prtico-Laboratoriais espera-se que os alunos tenham alcanado nos dois anos precedentes competncias que lhes permitam, de forma mais autnoma, desenvolver as tarefas prprias da fase preparatria prvia (clarificao do tema, ideias prvias sobre o assunto, pesquisa de informao sobre tcnicas, planeamento da experincia em todas as suas etapas), da fase de realizao (seleco e manipulao de equipamentos com correco e segurana, recolha, registo e organizao de dados e elaborao de concluses) e da fase posterior (anlise crtica dos resultados obtidos, identificao das suas limitaes e propostas de modos de as superar). Quaisquer que sejam as Actividades Prticas a seleccionar, importa compreender que as suas implicaes para o crescimento dos alunos dependero do seu todo, isto , as competncias desenvolvem-se nos indivduos atravs de processos mltiplos intra- e interpessoais. nesta lgica que se defende a realizao de tarefas em grupo onde a comunicao entre os indivduos e destes com pblicos exteriores seja promovida. No entanto, as actividades prticas podem ser de tipo muito diferente consoante o grau de elaborao, o que depende dos objectivos que se pretendem alcanar atravs da sua realizao. Aquilo que distingue as actividades prticas no pois o fenmeno (actividades diferentes podem centrar-se sobre o mesmo fenmeno), mas o procedimento seguido, o que estar relacionado com a finalidade da mesma. Tendo em conta o grau de elaborao crescente das tarefas a realizar, podem considerar-se quatro tipos de actividades prticas. 1) Experincias sensoriais baseadas na viso, no olfacto, no tacto, na audio. 2) Experincias de verificao/ilustrao destinadas a ilustrar um princpio ou uma relao entre variveis. 3) Exerccios prticos orientados para a aprendizagem de competncias especficas, que podem ser de natureza laboratorial, cognitiva (interpretao, classificao, elaborao de hipteses) e/ou comunicacional (planificao de uma experincia, apresentao dos resultados, elaborao de relatrio escrito), ou ainda para a ilustrao e verificao experimental de uma dada teoria. Assim, na categoria de Exerccios Prticos cabem as actividades que se destinam a aprender mtodos e tcnicas ou a ilustrar teorias. Conhece-se, portanto, partida o resultado que dever ser obtido. 4) Investigaes ou actividades investigativas so aquelas que visam encontrar resposta para uma questo-problema e so por isso conduzidas na perspectiva de trabalho cientfico. Visam proporcionar ao aluno o desenvolvimento da compreenso de procedimentos prprios do questionamento e, atravs da sua aplicao, resolver problemas de ndole mais terica ou mais prtica, neste caso normalmente emergentes de contextos reais que lhe so familiares.

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Introduo

No caso do Programa de Qumica para o 12 ano podem, tomar-se como exemplos de cada um dos tipos acima indicados as seguintes situaes, todas elas com valor formativo:

Experincias sensoriais

Observar alteraes em materiais diversos durante e aps a ocorrncia de reaces qumicas (Vrias Actividades) Cheirar substncias e materiais (com precauo!) com vista sua identificao (Unid.3 AL 3.4) Verificar tcnicas de crescimento de cristais (Unid. 3 AL 3.3) Verificar o efeito da vulcanizao do ltex na elasticidade do produto final (Unid.3 AL 3.5)

Experincias de verificao/ilustrao Exerccios Prticos - Competncias laboratoriais - Competncias cognitivas

Efectuar uma destilao fraccionada (Unid.2 AL 2.1) Efectuar a sntese de um ster (Unid.3 AL 3.4) Classificar objectos/exemplares formando grupos de acordo com critrios especficos Formular uma questo Fazer uma previso de resultados (Vrias Actividades) Relatar uma observao Elaborar um relatrio Descrever dificuldades sentidas na execuo de uma actividade (Todas as Actividades) Verificar o efeito da adio de uma substncia no voltil e no inica no ponto de fuso e de ebulio da gua (Unid.2 AL 2.2) Identificar plsticos usando testes fsico-qumicos (Unid.3 AL 3.1) Determinar a concentrao de uma soluo corada pela intensidade da sua cor (Unid.1 AL 1.5)

- Competncias comunicativas

- Ilustrao de uma teoria

Investigaes - Tericas

Qual a influncia da posio do grupo OH e do comprimento da cadeia carbonada de lcoois na entalpia de combusto? (Unid.2 AL 2.5) Qual a relao entre a rapidez de uma reaco qumica catalisada e a temperatura de reaco? (Unid. 1 AL 1.7) Que factores afectam a corroso de um metal? (Unid.1 AL 1.3) Ser diferente o ndice de refraco de materiais transparentes distintos? (Unid.3 AL 3.2) Como funciona um sistema tampo? (Unid.1 AL 1.6)

- Prticas

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Introduo

Em todas as Unidades est prevista uma Actividade de Projecto Laboratorial, a desenvolver ao longo da Unidade, e para a qual se reservam duas a quatro aulas PrticoLaboratoriais, seguidas ou intercaladas consoante o professor considere mais adequado. Neste Projecto pretende-se que o envolvimento dos alunos seja mais acentuado em todas as fases (preparao, desenvolvimento e avaliao). Trata-se, portanto, de um momento especial para o aluno testar o grau de desenvolvimento das suas prprias competncias que outras actividades anteriores devero ter ajudado a alcanar. Assim, e deste ponto de vista, este pequeno Projecto pode tambm funcionar como um instrumento para o aluno fazer a sua auto-avaliao, identificando aquilo que j capaz de fazer e, sobretudo, aquilo onde necessita de maior investimento ao nvel da formao e, portanto, de apoio por parte do professor. Dada a natureza dos temas propostos, os trs Projectos permitiro, no seu conjunto, realizar actividades muito variadas em tipo e grau de abertura e, consequentemente, promovero competncias diversas. O desenvolvimento do pensamento crtico necessrio tomada de deciso ter aqui uma expresso muito acentuada. 2.5. Avaliao A concepo do programa de uma disciplina, qualquer que seja o nvel de escolaridade, dever sempre ter associado um modelo, instrumentos e procedimentos adequados que permitam aos seus promotores e utilizadores ajuizar sobre a adequabilidade da proposta para o fim em vista. Assim, poder-se- falar em avaliao do Programa (coerncia interna na articulao de objectivos e propostas avaliao interna; impacte junto dos seus destinatrios, professores e alunos - avaliao externa), em avaliao de procedimentos e atitudes que induz, e em avaliao de aprendizagens que os alunos podem alcanar. A avaliao que, neste momento, se pretende abordar no contexto do presente programa a avaliao das aprendizagens que os alunos podero alcanar, em particular os procedimentos a utilizar pelos professores. Sabe-se que o desempenho dos alunos fortemente influenciado pelas prticas de avaliao conduzidas pelos professores na sala de aula e que o tipo de feedback proporcionado ao aluno sobre as suas prprias aprendizagens, durante o processo de ensino, desempenha um papel crucial no ritmo e na qualidade das aprendizagens. A avaliao muito mais do que aplicao de testes. Trata-se de um processo contnuo e interpretativo por oposio a uma srie de acontecimentos espordicos e independentes, o qual deve servir ao aluno como orientao para aspectos aos quais necessita de prestar especial ateno a avaliao formativa. Deste ponto de vista, a avaliao reconhecida como parte do processo de ensino-aprendizagem. No entanto, o conceito mais corrente de avaliao refere-se medio das aprendizagens evidenciadas pelos alunos, segundo uma escala pr-estabelecida, com vista atribuio de uma classificao. Conhecer a filosofia da avaliao, os instrumentos a utilizar, o tipo de aprendizagens que valoriza algo que condiciona fortemente aquilo que se faz na sala de aula, pelo que tais condicionantes devero estar perfeitamente sintonizados e articulados com a filosofia do Programa e as competncias que procura promover nos alunos. Assim, importa sistematizar trs ideias fundamentais que o presente Programa preconiza: 1. A avaliao dos alunos um processo basilar para a actividade de ensino. A avaliao no algo que vem depois do ensino mas faz parte integral do processo, pois permite ao professor apropriar-se de informaes para fazer ajustamentos de objectivos de aprendizagem e metodologias de ensino.

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Introduo

2. A avaliao deve ser centrada no aluno de modo a que constitua, efectivamente, uma via para ajudar o aluno a aperceber-se daquilo que ainda no capaz de fazer. Assume-se, assim, a importncia da avaliao como uma actividade formativa. 3. Os professores tm a responsabilidade de disponibilizar aos alunos informaes correctas e justificadas sobre o tipo de aprendizagens alcanadas, que no ponham em causa o entusiasmo e auto-confiana de cada estudante relativamente a aprendizagens posteriores. A avaliao compreensiva envolve o uso de fontes diversas e diz respeito a aprendizagens especficas. Os instrumentos de recolha de dados para avaliao devero ser adequados s aprendizagens em apreciao e devero permitir ajuizar sobre o grau/nvel da competncia que tal aprendizagem ter permitido alcanar. Por exemplo, as competncias de natureza laboratorial, no podem ser avaliadas atravs de testes de papel e lpis; necessrio apreciar o que o aluno faz e o modo como o faz, conhecer as razes que o levaram a proceder de determinada forma, analisar o modo como discute dados e resultados parcelares, como elabora concluses e tambm como as apresenta a outros. O recurso a grelhas de verificao a preencher pelo professor, previamente discutidas com os alunos, poder ser uma via adequada a tal fim. Tambm as sugestes de avaliao propostas no final de cada Actividade Prtico-Laboratorial podero ser usadas para proceder avaliao formativa das aprendizagens alcanadas pelos alunos. Salienta-se, no entanto, que as tarefas propostas ao longo do Programa so muito diversificadas, pelo que as tcnicas de recolha de dados para avaliao tambm o devero ser. Entre elas estaro: relatrios de actividades, planos de experincias, questes formuladas, respostas orais ou por escrito a questes colocadas, anlise crtica de notcias com formulao de opinio, confrontao de argumentos, registos ocasionais, portfolios Importa ainda salientar que um programa de orientao CTS implica que a avaliao se estenda a todas as trs dimenses: a dimenso dos saberes, a dimenso das aces e a dimenso dos valores, e incida sobre objectivos direccionados para a Cincia (Qumica), para a Tecnologia e para a Sociedade.

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Unidade 1 Metais e Ligas Metlicas

Unidade 1 Metais e Ligas Metlicas IntroduoApesar de a idade dos metais se ter iniciado cerca de 8000 a. C., no se pode apontar um fim para este perodo que mudou radicalmente a civilizao, ao colocar termo idade da pedra. Tudo comeou com a explorao do cobre, o primeiro metal a ser transformado pelo ser humano. Rapidamente se fez a descoberta de que o estanho adicionado ao cobre, originava um material mais tenaz e duradouro, criando-se assim a primeira liga, o bronze, que iria dominar a civilizao nos 2000 anos seguintes, at ao aparecimento da idade do ferro. A tecnologia do ser humano primitivo foi-se desenvolvendo e, progressivamente, os metais e as ligas metlicas transformados em artefactos cada vez mais sofisticados, foram sendo marcos da civilizao: o fabrico de armas e ferramentas transformou aldeias em cidades, conduziu os povos a guerras pela conquista de territrios ricos em metais. O ouro e a prata, metais nativos e raros, tornaram-se o smbolo da riqueza de uma civilizao tendo sido utilizados no fabrico de jias e moedas. A tal ponto se fez a eleio do ouro como o smbolo do poder e da riqueza que, no tmulo de Tutankhamon, falecido cerca de 1400 a. C., foi encontrado mais ouro do que o contido no Banco Real do Egipto data da sua descoberta, em 1922! O ferro, utilizado pela primeira vez no Mediterrneo oriental, cerca de 1500 a. C., somente 900 anos mais tarde, deu incio sua era na Europa Ocidental e na China. Rapidamente se descobriu que era possvel endurecer o ferro aquecendo-o em contacto com o carvo e mergulhando-o ainda quente em gua: o ao fez assim a sua primeira apario. Actualmente, no se pode falar de ao como um nico material, j que existem vrias ligas de ferro e carbono com uma grande variedade de outras substncias incorporadas. Os metais foram assim progressivamente extrados da crosta terrestre, transformados e utilizados de tal forma que nos impossvel pensar na vida quotidiana sem metais, quer eles sejam usados na sua forma pura, em ligas ou na constituio de sais. De acordo com as propriedades de cada um destes materiais, os seus usos so incomensurveis e nas reas mais diversificadas: na conduo de corrente elctrica, em joalharia, no fabrico de utenslios domsticos, de mobilirio, de armas, na aeronutica, na construo civil e obras pblicas, como supercondutores, em computadores e na comunicao, nos transportes, em clulas fotoelctricas, em aplicaes biomdicas e cirrgicas, na actual produo dos chamados metais com memria de forma e dos compsitos de matriz metlica. No entanto, o uso em larga escala dos materiais metlicos acarreta problemas para a humanidade: a medalha tem o seu reverso. Por um lado, a escassez dos recursos naturais, que torna premente a necessidade da sua reciclagem e revalorizao; por outro lado, as consequncias nefastas da sua degradao, quer para a sociedade em geral, quer para o ambiente em particular e que obrigam ao tratamento e proteco de forma a inviabilizar a corroso que deles apangio. Afinal, a importncia destes materiais na vida contempornea revela-se to grande quanto o era no incio da era dos metais, fazendo-nos crer que, com o avano da cincia e da tecnologia, a imensa variedade das ligas desenhadas para oferecerem propriedades para fins cada vez mais especficos, engrossar a lista dos seus usos e aplicaes, tornando-os matria-prima de procura possivelmente eterna. A melhoria das caractersticas do desempenho destes materiais assegura simultaneamente uma economia de matria-prima e de energia, dado permitir a utilizao de menor quantidade de material para satisfazer uma

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dada aplicao, garantindo deste modo aos detentores do "melhor saber-fazer", um acrscimo de produtividade. Este contexto afigura-se pertinente para o estudo de um grande manancial de tpicos de Qumica, como os que respeitam ligao metlica, s propriedades dos metais, em geral e dos metais de transio em particular, s reaces de oxidao-reduo que ocorrem na corroso e nas pilhas, na proteco de metais, electrlise, reactividade dos xidos metlicos, aos ies complexos e catlise por metais. A abordagem destes tpicos desejase de cariz interdisciplinar, com forte nfase na tecnologia e evidenciando o enorme impacte que os materiais metlicos tm na melhoria da qualidade de vida das sociedades actuais, permitindo assim que os alunos aprendam sobre cincia e atravs dela. A Unidade est prevista para 30 aulas de 90 minutos (45 horas), incluindo as de ndole prtico-laboratorial e a Actividade de Projecto Laboratorial (APL).

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Importncia social e tecnolgicatm

Minerais Processos de extraco

Poluio

Matrias primas no renovveisso

obrigam a

podem originar

reciclagem

Metaiscaracterizadospelas propriedades

so constituintes de cuja organizao estrutural vs

Ligas metlicaspor exemplo

formados por

Elementos metlicosque possuem

no metlicos semimetlicos

Ductilidade Maleabilidade Condutibilidade Brilho metlico

carcter metlico configurao electrnica permite explicar caractersticapermitindo um outro olhar sobre

ao / ao inoxidvel lato ouro metais com memria de forma Ligao metlica

sofrem

cuja variao se verifica na

Cristalina

Rede

permite explicar

Ligao noutros slidos Tabela Peridicaque podem ser forma

versus

Corrosona qual ocorrem

xidos Inicosque podem formar formados por dissociam-se em se h utilizao de

Covalentes

Moleculares

Reaces Redoxutilizadas no quotidiano em

usadas na

Sais Purificao de metaisque pode ser por

Ies

Orbitais d

cujas solues podem ter

Carcter bsico Carcter cidoe originar

responsveis pela

formam tm

Pilhas e bateriascuja d.d.p.

por

Electrlisedependendo

exemplo

Cor

Ies complexosindispensveis

depende de no futuro

gua NaCl

Efeito tampo

Potencial padro de reduo (E) Srie electroqumicacujo actividade depende do

Seres vivos

um exemplo importante

Pilhas de combustvel

organizados na

Hemoglobina

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Unidade 1 Metais e Ligas Metlicas

Objecto de Ensino1.1 Metais e Ligas Metlicas 1.1.1. A importncia dos metais na sociedade actual Perspectiva histrica da utilizao dos metais: era do cobre, era do bronze e era do ferro; a era do ao e a era dos novos materiais Algumas aplicaes dos metais no presente e no futuro prximo Metais: matrias-primas no renovveis Composio de uma liga metlica AL 1.1 1.1.2. Um outro olhar sobre a Tabela Peridica dos elementos Os elementos metlicos na Tabela Peridica (blocos s, p, d, f) Os Metais de Transio: a especificidade das orbitais d Os Metais de Transio Interna e as orbitais f 1.1.3. Estrutura e propriedades dos metais A ligao metlica Propriedades caractersticas dos metais como substncias ou materiais: brilho, maleabilidade, ductilidade, condutibilidade trmica e elctrica Slidos metlicos versus outros tipos de slidos (inicos, covalentes, moleculares) Ligas metlicas: ao e ao inoxidvel, bronze, ouro, prata de lei, amlgamas, estanho, lato, constantan, cupronquel, solda, metais com memria de forma A reciclagem de metais Um ciclo de Cobre AL 1.2 1.2. Degradao dos Metais 1.2.1. Corroso: uma oxidao indesejada A corroso como uma reaco de oxidao reduo A importncia do meio nas reaces de oxidao-reduo 1.2.2. Pilhas e baterias: uma oxidao til As pilhas como fonte de energia A reactividade dos metais e o Potencial Padro de elctrodo A espontaneidade das reaces redox As pilhas no quotidiano: pilhas alcalinas, pilhas recarregveis, baterias e acumuladores As pilhas do futuro: pilhas de combustvel ou a combusto distncia 1.2.3. Proteco de metais As ligas metlicas e a resistncia corroso A proteco catdica Proteco de superfcie: galvanoplastia e anodizao Corroso e proteco de metais AL 1.3 Construo de uma pilha com diferena de potencial determinada - APL 1.3. Metais, Ambiente e Vida 1.3.1. Dos minerais aos materiais metlicos Os minerais como fonte de metais: xidos e sulfuretos A explorao mineira e seu impacte ambiental Processos mais utilizados de extraco de metais Extraco por reduo: mtodos qumicos e electrolticos A electrlise: uma reaco qumica forada 1.3.2. Metais, complexos e cor Complexos e compostos de coordenao

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O caso dos detergentes com EDTA Estabilidade de complexos: constantes de formao Determinao do Ca2+ e Mg2+ em alimentos por formao de complexos AL 1.4 A cor nos complexos A cor e a composio quantitativa de solues com ies metlicos AL 1.5 1.3.3. Os metais no organismo humano Metais essenciais e metais txicos A hemoglobina e o transporte de gases no sangue O caso do CO2 indispensvel: efeito tampo Funcionamento de um sistema tampo - AL 1.6 1.3.4. Os metais como catalisadores A importncia dos catalisadores na vida e na indstria Catalisadores de automveis e poluio Catalisadores industriais e economia Catalisadores biolgicos: enzimas e a qumica da vida Catlise enzimtica: efeito da temperatura e de um inibidor sobre uma reaco bioqumica AL 1.7 Catlise homognea e catlise heterognea Mecanismos de catlise: estado de transio e energia de activao Os metais em catlise

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Objectivos de Aprendizagem1.1. Metais e Ligas Metlicas 5 aulas + 2 AL

1.1.1. A importncia dos metais na sociedade actual Reconhecer a importncia fundamental dos metais na evoluo das sociedades ao longo dos sculos: as eras do cobre, do bronze e do ferro, a era do ao e a era dos novos materiais Reconhecer a importncia dos metais em situaes muito diversificadas da vida diria e das actividades profissionais

1.1.2. Um outro olhar sobre a Tabela Peridica dos elementos Reconhecer a predominncia de elementos metlicos na Tabela Peridica em relao aos elementos no-metlicos Comparar os elementos metlicos e no-metlicos pelo tipo de ies que predominantemente formam Identificar os elementos metlicos como aqueles que apresentam baixa energia de ionizao e os no-metlicos como aqueles que apresentam elevada afinidade electrnica Associar afinidade electrnica energia envolvida na captao de uma mole electres por uma mole de tomos no estado fundamental, estando a substncia no estado gasoso Identificar as posies dos elementos metlicos (metais, metais de transio e metais de transio interna) na Tabela Peridica com as caractersticas das configuraes electrnicas dos respectivos tomos Identificar os elementos semi-metlicos como aqueles que apresentam simultaneamente propriedades caractersticas de elementos metlicos e de elementos no metlicos Caracterizar as orbitais d e f quanto ao nmero 1.1.3. Estrutura e propriedades dos metais Interpretar a ligao metlica como o resultado da interaco electrosttica entre os ies metlicos (positivos) da rede cristalina tridimensional e os electres nela dispersos Associar a ocorrncia de ligao metlica entre tomos que apresentam, simultaneamente, baixa energia de ionizao, vrias orbitais de valncia vazias e um nmero de electres de valncia menor que o nmero de orbitais de valncia Interpretar a maleabilidade, a ductilidade e a condutibilidade elctrica que caracterizam um material metlico com base na respectiva ligao qumica e estrutura Distinguir entre metais e outros tipos de slidos (inicos, moleculares e covalentes), correspondentes a diferentes tipos de ligaes entre as suas unidades estruturais Interpretar a estabilidade de um cristal inico como resultado do efeito cumulativo das interaces ao longo do cristal, designado por energia da rede cristalina Reconhecer que um cristal covalente pode ser descrito como uma molcula macroscpica Associar a dureza do diamante sua estrutura de slido covalente tridimensional Identificar os slidos moleculares como uma associao de molculas que no perdem individualidade e se mantm unidas por interaces de natureza electrosttica, designadas por interaces intermoleculares Caracterizar uma liga metlica como uma soluo slida: mistura homognea de um metal com um ou mais elementos, metlicos ou no metlicos, a partir da mistura dos componentes fundidos e posteriormente arrefecidos Identificar os metais do bloco d da Tabela Peridica dos elementos como os metais predominantes nas ligas metlicas

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Reconhecer a importncia das ligas metlicas em determinadas utilizaes, pelo facto de se poder controlar a sua composio e, consequentemente, desenhar as suas propriedades Identificar a composio de algumas ligas e conhecer domnios de aplicao: bronze, estanho, lato, constantan, cupronquel, solda, amlgama Reconhecer a importncia especial dos materiais designados por aos na sociedade industrializada actual, explicitando algumas aplicaes Interpretar o significado de alguns termos usados vulgarmente: ouro de lei e prata de lei, e ouro de 18K e ouro de 24K, ouro branco Referir a cada vez maior importncia tecnolgica das ligas com memria de forma Interpretar o efeito da memria de forma como resultado de um rearranjo da posio dos tomos na rede cristalina, provocado por variao de temperatura ou deformao mecnica Referir exemplos de ligas que tm memria de forma: ouro-cdmio, cobre-alumnio, cobre-alumnio-nquel e nquel-titnio (vulgarmente conhecido por NiTinol) e suas aplicaes mais comuns (ortodontia, cirurgia, optometria e ptica) Relacionar a importncia da reciclagem e da revalorizao dos objectos e equipamentos metlicos com a limitao de recursos naturais e a diminuio de resduos e de consumos energticos Relacionar a eficincia dos processos de reciclagem repetidos e sucessivos com a nodegradao da estrutura metlica

1.2.1. Corroso: uma oxidao indesejada Reconhecer que a maioria dos Metais de Transio tem nmero de oxidao varivel Relacionar o nmero de oxidao varivel com a configurao electrnica dos tomos respectivos (orbitais d) Relacionar a corroso dos metais com um processo de deteriorao por via electroqumica: formao de xidos, hidrxidos e sulfuretos (ferrugem, verdetes e patine) Interpretar a sequncia de processos fsico-qumicos que esto na origem da formao de ferrugem Interpretar o aumento da corroso dos metais pela presena de humidade, de cidos ou bases e de poluentes como, por exemplo, SO2 e Cl Interpretar o efeito do pH do meio nas reaces de oxidao dos metais Interpretar o significado do acerto de equaes relativas a reaces de oxidaoreduo em meio cido e em meio alcalino 1.2.2. Pilhas e baterias: uma oxidao til Identificar os componentes de uma pilha (ou clula galvnica) Interpretar a reaco da pilha em termos de duas semi-reaces Interpretar a funo da ponte salina como componente de algumas pilhas Relacionar o nodo de uma pilha com o local onde ocorre a oxidao e o ctodo com o local onde ocorre a reduo Descrever e interpretar o sentido do fluxo dos electres no circuito que liga os elctrodos e o sentido dos ies na ponte salina Associar o conceito de potencial padro diferena de potencial medida numa pilha quando as solues tm concentrao 1 moldm-3 e todos os gases esto presso de 1,01105 Pa

1.2. Degradao dos Metais

8 aulas + 1 AL

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Unidade 1 Metais e Ligas Metlicas

Identificar o elctrodo de hidrognio como o padro de comparao de potenciais de reduo Interpretar o conceito de elctrodo inerte como um elctrodo que proporciona uma superfcie de contacto para a ocorrncia de uma oxidao ou reduo, mas no participa na reaco electroqumica Associar os conceitos de semi-pilha e de potenciais padro de reduo Interpretar a ordenao das espcies qumicas na srie electroqumica, usando o conceito de potenciais padro de reduo, E Relacionar o sinal de E com a tendncia para a reaco ocorrer, espontaneamente, num determinado sentido Seleccionar a partir de uma tabela de potenciais de reduo padro, os componentes adequados para a construo de uma determinada pilha Prever o valor de E de uma pilha conhecendo as concentraes das solues Relacionar o "esgotamento" de uma pilha com o estado de equilbrio do sistema Relacionar o valor de E com a constante de equilbrio da reaco Descrever e interpretar o funcionamento de uma pilha comercial Identificar os componentes de uma pilha comercial (de mercrio; salinas; alcalinas; de ltio) Associar a necessidade de se reduzir a utilizao de pilhas com os perigos de poluio que decorrem do no tratamento/reciclagem das pilhas usadas Identificar uma pilha recarregvel como aquela cuja reaco reversvel por aplicao de uma diferena de potencial Compreender as reaces que ocorrem durante a carga e a descarga de uma bateria Caracterizar o funcionamento de uma pilha de combustvel em termos de uma reaco de combusto realizada directamente por meios electroqumicos Associar o elevado rendimento de uma pilha de combustvel, relativamente queima do mesmo combustvel, com a reduo das perdas de calor para o exterior 1.2.3. Proteco de metais Identificar algumas ligas metlicas com elevada resistncia corroso Interpretar o processo de proteco catdica e o papel do nodo de sacrifcio e suas aplicaes correntes (proteco de pipelines (oleadutos), termoacumuladores e navios) Identificar a galvanoplastia como tcnica de conservao e revestimento de metais e interpretar o processo a partir da srie electroqumica Identificar a anodizao do alumnio como um processo que aproveita o facto de o alumnio ser naturalmente protegido da oxidao pela formao de uma camada de xido de alumnio

1.3.1. Dos minerais aos materiais metlicos Reconhecer que a maior parte dos metais ocorre na natureza combinado com outros elementos, formando minerais Relacionar a predominncia de xidos (minerais mais recentes) e sulfuretos (minerais mais antigos) com a composio da atmosfera primitiva e recente Distinguir minrio de um mineral em termos da abundncia suficiente de metal que, no primeiro, permite a sua explorao econmica Conhecer a evoluo de alguns processos de extraco mineira e das condies de segurana, bem como dos impactes ambientais associados (durante e aps a extraco)

1.3. Metais, Ambiente e Vida

8 aulas + 3 AL

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Unidade 1 Metais e Ligas Metlicas

Identificar alguns problemas de poluio directamente associados extraco de metais, em particular a chuva cida (minas em actividade) e as guas de lixiviao (minas desactivadas) Relacionar metalurgia com a cincia e a tecnologia de produo de metais a partir dos seus minrios e ainda a produo de ligas metlicas Reconhecer os metais como materiais de sntese, na sua maioria (excepto os metais nativos) Associar a transformao de um composto metlico em metal a um processo de oxidaoreduo, com reduo dos ies metlicos correspondentes Associar a reduo qumica ao processo em que se utiliza o metal mais electropositivo como agente redutor Interpretar a utilizao preferencial de carvo para extraco de metais por reduo qumica por razes de economia industrial Interpretar a incluso do carbono na a srie electroqumica utilizada em metalurgia (Pt Au Ag Cu (H) Pb Sn Fe Zn (C) Al Mg Ca Na K) com objectivos operacionais Reconhecer que a reduo electroltica apropriada para metais direita do carbono na srie electroqumica, isto , mais facilmente oxidveis (mais electropositivos) Interpretar a electrlise como um processo para forar uma reaco qumica de oxidao-reduo, caracterizando as semi-reaces correspondentes (casos H2O(l), NaCl(aq), NaCl(l)) Reconhecer a electrlise do cloreto de sdio fundido como o processo mais comum de obteno de sdio metlico 1.3.2. Metais, complexos e cor Caracterizar um complexo em termos da sua estrutura de io metlico central rodeado de anies ou molculas neutras, designadas por ligandos Reconhecer como caracterstica dos ligandos a presena de pelo menos um par de electres no partilhado Interpretar a ligao de coordenao em termos de interaco electrosttica entre o centro positivo e os pares de electres no partilhados dos ligandos Distinguir complexo de composto de coordenao, em que este ltimo uma espcie neutra que contm pelo menos um complexo Utilizar a constante de formao de um complexo para prever quantitativamente a sua presena numa soluo Interpretar o papel da formao de complexos em equilbrios de solubilidade Reconhecer o papel dos complexos em diversas reas, como a metalurgia (extraco de ouro e prata com cianetos), aplicaes teraputicas anti-cancergenas (complexos de platina), imagem mdica (complexos de gadolnio), sistemas luminescentes (complexos de eurpio) Caracterizar ligando polidentado como um ligando que pode coordenar-se ao io metlico central por mais de um par de electres (exemplos: EDTA e DOTA - imagem mdica) Identificar os nmeros de coordenao mais comuns (2, 4, 6) e as geometrias dos complexos associados Associar a cor dos complexos com a absoro de radiao em zonas especficas do espectro visvel devido a transies electrnicas entre orbitais d, cuja separao determinada pelas caractersticas do ligando Utilizar a relao entre a intensidade de radiao absorvida por uma soluo corada e a concentrao da substncia corada, em determinaes quantitativas (lei de LambertBeer)

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1.3.3. Os metais no organismo humano Discutir a ambivalncia dos metais": metais essenciais e metais txicos Reconhecer a importncia de alguns metais essenciais vida (Fe; Mg; Ca; K; Na;...) e sua funo Relacionar a toxicidade de alguns metais (Pb; Cr; Hg;...) com os efeitos sobre o Homem e sobre o ambiente Identificar o grupo heme da hemoglobina como um complexo de ferro Relacionar o transporte de gases pelo sangue (O2, CO, CO2) com a afinidade hemoglobina e sua dependncia do pH do meio Caracterizar a importncia do CO2 como amortecedor ou tampo do sangue Relacionar o efeito tampo de uma soluo com a sua composio Explicitar o significado de grau de ionizao ou de dissociao de cidos e bases Relacionar Ka e Kb com o grau de ionizao /dissociao Associar as propriedades bsicas ou cidas de uma soluo de um sal hidrlise dos seus ies constituintes, isto , reaco entre os ies do sal e a gua, relacionando-as com o valor de Ka ou Kb dos ies do sal Interpretar a variao de pH ao longo de uma titulao de cido fraco - base forte, de base fraca -cido forte e cido forte - base forte 1.3.4. Os metais como catalisadores Apresentar razes para a importncia econmica dos catalisadores na actividade industrial Discutir 2 exemplos clssicos de catlise industrial: sntese do amonaco (processo de Haber) e sntese do cido ntrico (processo de Ostwald) Explicitar a importncia do conversor cataltico no controlo/reduo de gases de escape em motores de automvel Associar a importncia dos catalisadores enzimticos (enzimas) nas reaces biolgicas vitais com as baixas temperaturas e concentrao dos constituintes celulares nos organismos biolgicos Identificar os catalisadores como agentes que actuam apenas sobre a rapidez da reaco Distinguir catlise homognea e heterognea em termos do estado fsico dos reagentes e do catalisador Associar energia de activao energia mnima necessria a uma coliso eficaz Interpretar um diagrama de Energia Potencial vs. Progresso da reaco identificando a energia dos produtos, dos reagentes e do estado de transio Determinar a partir do diagrama, a variao de energia da reaco, a energia de activao da reaco directa e a energia de activao da reaco inversa Reconhecer a predominncia dos metais de transio nos catalisadores usados nos processos industriais e integrantes dos processos biolgicos Relacionar a actividade cataltica dos metais de transio e seus compostos com os estados de oxidao variveis Actividade de Projecto Laboratorial 3 aulas

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Actividades Prticas de Sala de AulaSugere-se a realizao das seguintes Actividades Prticas de Sala de Aula: 1. Efectuar uma pesquisa documental sobre a importncia dos metais na sociedade actual, utilizando vrias fontes de informao (livros, revistas, jornais, internet ...). reciclagem de metais em

2. Conceber um diagrama explicativo dos processos de Portugal e no mundo. 3. Pesquisar, utilizando as TIC e outras fontes, sobre: a. explorao mineira em Portugal e no mundo; b. explorao mineira e o impacte ambiental.

4. Resoluo de exerccios de configurao electrnica em elementos do bloco d. 5. Pesquisa sobre a importncia e utilizao dos metais de transio em situaes do quotidiano. 6. Ficha de trabalho sobre a composio e utilizao de algumas ligas. 7. Demonstrao do processo de corroso do ferro, utilizando uma soluo de fenolftalena e [Fe(CN)6]3-. Uma gota da soluo-problema sobre placa de ferro permite observar a evoluo da reaco de corroso num perodo muito curto (5-10 minutos). A produo de OH- ocorre preferencialmente na periferia da gota (contacto mais fcil com o oxignio do ar), enquanto a formao de Fe2+ ocorre no centro da gota (menor exposio ao oxignio do ar). A formao destas espcies detectada pela colorao carmim (fenolftalena) e azul (azul da Prssia). [http://www.corrosion-doctors.org/Training/HighSchool-rusting.htm] 8. Pesquisa documental sobre tipos de pilhas e baterias e problemas ambientais decorrentes da utilizao de certos tipos de pilhas. 9. Comparao de mtodos para prevenir a ferrugem, considerando a exposio da pea metlica, o tempo de vida til, e a relao qualidade/preo dos mtodos a utilizar. 10. Ficha de trabalho sobre a poluio com metais pesados em Portugal ou na regio. 11. Ficha de trabalho sobre a variao do carcter qumico dos xidos metlicos. 12. Realizar a electrlise da gua numa placa de Petri sobre retroprojector, com uma pilha de 9 V, dois lpis (de grafite) e fios de ligao. Comparar com a electrlise de uma soluo de NaCl e observar a aco descolorante do cloro gasoso formado (por exemplo, adicionando soluo um corante alimentar). Relacionar as observaes com os potenciais padro de reduo das espcies qumica presentes em cada soluo. [http://www.drugstats.org/tt/v1i2/electrolysis.html] 13. Discutir as propriedades de uma soluo tampo, por comparao com gua pura: Preparar uma soluo tampo, uma soluo HCl, uma soluo NaOH (em frascos com conta-gotas). Colocar a soluo tampo num disco de Petri, com uma gota de indicador alaranjado de metilo e outra de azul de bromotimol. Num outro disco de Petri, colocar gua com os 2 indicadores. Usando as solues de NaOH e HCl, demonstrar as propriedades da soluo tampo. [http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/demosheets/17.4.html]

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14. Espectroscopia na Sala de Aula: utilizar uma fonte de luz branca e um prisma ou uma rede de difraco para projectar o espectro visvel na parede da sala ou na tela do retroprojector. Colocando solues coradas (ex: complexos de Cu) entre a lmpada e o prisma ou a rede de difraco obtm-se o espectro de absoro da soluo. 15. Trabalho de investigao (extra-aula) sobre "Os metais no organismo humano". 16. Trabalho de investigao sobre a utilizao de metais como catalisadores. 17. Pesquisa sobre o funcionamento do conversor cataltico do escape dos automveis (extra-aula).

Actividades Prtico-LaboratoriaisNesta Unidade incluem-se sete Actividades Laboratoriais e uma Actividade de Projecto Laboratorial (APL). Das sete actividades laboratoriais, trs so de carcter obrigatrio e das restantes quatro devem ser seleccionadas duas, pelo menos, atendendo s caractersticas dos alunos, s condies logsticas da escola, convenincia da sua realizao para a aprendizagem de tpicos especficos. Definio da actividade Actividade de Projecto Laboratorial (APL) Actividades Construo de uma pilha com diferena de potencial determinada AL 1.2 - Um Ciclo de Cobre AL 1.5 - A cor e a composio quantitativa de solues com ies metlicos AL 1.6 - Funcionamento de um sistema tampo AL 1.1 - Composio de uma liga metlica AL 1.3 - Corroso e proteco de metais AL 1.4 - Determinao do Ca2+ e Mg2+ em alimentos por formao de complexos AL 1.7 Catlise enzimtica: efeito da temperatura e de um inibidor sobre uma reaco bioqumica Aulas previstas 3 2 1 Obrigatrias 1 Observaes A planificar e a realizar ao longo desta Unidade.

Actividades Laboratoriais (AL)

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Seleccionar pelo menos duas

Actividade de Projecto Laboratorial (APL) Construo de uma pilha com diferena de potencial determinadaA Actividade de Projecto Laboratorial pretende proporcionar a ocasio para os alunos efectuarem um trabalho prtico que se afasta do modelo execuo do protocolo e se aproxime do modelo projecto de investigao, com pesquisa de solues para o

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problema proposto, determinao de variveis a controlar e ensaios laboratoriais para verificar hipteses. Como exemplo de um trabalho para esta actividade, sugere-se a construo de uma pilha com diferena de potencial determinada observada no momento em que se fecha o circuito -, com objectivo especfico (construo de uma pilha com diferena de potencial de x V necessrios ao funcionamento do aparelho Y). Objecto de ensino Pilhas electroqumicas Objectivos de aprendizagem Identificar os constituintes de uma pilha electroqumica Prever a diferena de potencial de uma pilha electroqumica conhecendo os elctrodos (condies padro) Identificar a relao entre a diferena de potencial e o quociente de reaco Determinar experimentalmente a Equao de Nernst Concluir, a partir da observao, sobre a necessidade de utilizao de dois metais diferentes (ou o mesmo metal mergulhado em solues de concentrao diferente) Sugestes metodolgicas 1- Organizar uma discusso com os alunos sobre tpicos centrais na temtica em questo como, por exemplo: significados de pilha electroqumica processos correctos de manuseamento de produtos qumicos/bioqumicos (uso de luvas; lavagem das mos e as unhas em profundidade aps manuseamento) 2- Os alunos devem seleccionar previamente o par redox a utilizar, com base na diferena de potencial pretendida (a partir da tabelas de potenciais padro de reduo) e na anlise da exequibilidade do seu uso (nomeadamente, considerando o custo e a toxicidade dos reagentes e produtos) 3- Para o desenvolvimento da actividade os alunos devem verificar a reproduo da diferena de potencial prevista e testar o efeito da variao da concentrao das solues 4- Os alunos devem tentar obter uma relao emprica entre a concentrao das solues (quociente de reaco) e a diferena de potencial obtida. No final devero comparar a relao observada com a equao de Nernst 5-A actividade poder ser organizada de modo a que os diferentes grupos de alunos controlem diferentes variveis. Material e reagentes Voltmetro (Reagentes a determinar no decurso da actividade) Sugestes para avaliao Como actividades de avaliao sugerem-se: A apresentao e discusso dos resultados obtidos Cuidados de segurana a respeitar no trabalho laboratorial O registo de medies, na forma da tabela Os grficos elaborados Previso do valor ideal de concentrao das solues dos electrlitos Crtica dos erros e da sua importncia relativa Identificao das partes do procedimento que conduziram a erros e aquelas que ajudaram a minimiz-los

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AL 1.1 Composio de uma liga metlicaComo determinar a composio de uma liga metlica?Objecto de ensino Composio de uma liga metlica usada num objecto do dia-a-dia Anlise qualitativa de caties Reactividade de caties metlicos Objectivos de aprendizagem Utilizar mtodos qumicos para anlise qualitativa de caties metlicos Aplicar mtodos de anlise quantitativa e/ou de separao de ies Caracterizar a reactividade de caties metlicos Sugestes metodolgicas As ligas metlicas presentes em objectos do dia-a-dia variam grandemente na sua composio, de acordo com os objectivos pretendidos. Por exemplo, o lato, denominao tradicionalmente aplicada s ligas do sistema cobre-zinco, tem teores de zinco que variam entre 5 e 40%, pode ter 1% de estanho para aumentar a resistncia corroso; nos vulgares clips, uma percentagem inferior a 1% de mangans adicionada ao ao para aumentar a dureza da liga. A presena dos diferentes metais pode ser verificada aps converso da liga numa soluo de ies metlicos, por aco de cido ntrico (ver as precaues de segurana mencionadas na actividade anterior). Os caties metlicos presentes na soluo obtida podem ser identificados qualitativamente por testes especficos, separados por precipitao selectiva ou determinados quantitativamente por mtodos apropriados (por exemplo, titulao ou colorimetria). 1 A anlise qualitativa de caties pode ser efectuada atravs de reaces especficas, designadas por spot tests (anlise de toque, em portugus). A anlise de toque permite uma discusso perene sobre a reactividade dos caties (incluindo equilbrios de solubilidade, de oxidao-reduo, de cido-base e de complexao) com as vantagens da micro-escala (a maioria dos testes so efectuados por adio de uma gota de reagente a 1 gota de soluo problema, sobre papel de filtro, sendo os ies identificados pelo aparecimento de uma mancha colorida). 2 A precipitao selectiva de caties metlicos pode ser utilizada como mtodo de anlise quantitativa (anlise gravimtrica), ou como processo auxiliar (nomeadamente, para retirar da soluo ies interferentes). No entanto, recomenda-se que a sua utilizao seja sempre associada sua importncia prtica em processos de descontaminao e de recuperao de resduos metlicos. 3 Os mtodos de titulao redox ou complexomtricos podem constituir uma opo privilegiada por respeitarem a uma tcnica conhecida e com pouca exigncia de material (apenas material de vidro). No entanto, devem ser tidos em conta os problemas decorrentes das baixas concentraes das espcies minoritrias em algumas ligas e de possveis interferncias entre os ies presentes na soluo.

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4 Os mtodos colorimtricos so adequados para a determinao de componentes de baixa concentrao em soluo. Este o caso, por exemplo, da determinao do mangans presente num clip (os ies Mn2+(aq) - soluo incolor - so convertidos a MnO4-(aq) soluo violeta - com periodato de potssio). O desenvolvimento do mtodo colorimtrico, incluindo a discusso da Lei de Lambert-Beer e o traado de curvas de calibrao est previsto para uma actividade laboratorial posterior, pelo que se recomenda uma abordagem simplificada nesta actividade: em solues suficientemente diludas, a absorvncia (A) de uma soluo directamente proporcional concentrao da substncia corada, C, ou seja, A = a C, sendo a a constante de proporcionalidade. Esta constante de proporcionalidade (a) determinada com auxlio de uma soluo de concentrao conhecida. Material e reagentes Dependendo da metodologia escolhida, podem ser necessrios: Soluo HNO3 16 mol dm-3 Reagentes para anlise de toque Centrfuga Colormetro ou espectrofotmetro Sugestes para avaliao Dependendo da metodologia escolhida, sugerem-se alguns elementos de avaliao: Seleco de variveis a controlar e do material adequado Identificao das reaces qumicas envolvidas na determinao dos caties presentes em soluo Justificao da escolha do mtodo de determinao quantitativa Identificao das fontes de erro na determinao quantitativa e formas de os minimizar Comparao dos resultados obtidos com os resultados expectveis a partir da informao existente sobre a composio das ligas comummente utilizadas

Al 1.2 Um Ciclo de CobreComo reciclar um metal usando processos qumicos?Objecto de ensino Reactividade de um elemento metlico Explorao da qumica do Cobre Reaces de oxidao-reduo Reaces de cido-base Reaces de precipitao Objectivos de aprendizagem Caracterizar a reactividade de elementos metlicos, tendo como exemplo a reactividade do cobre Reconhecer a importncia da reciclagem do cobre e as potencialidades da reciclagem dos metais em geral Identificar alguns problemas de poluio relacionados com a reciclagem do cobre

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Sugestes metodolgicas Este trabalho consiste na realizao e observao de uma sequncia de reaces envolvendo o elemento cobre. Existem diversas variantes de trabalhos laboratoriais com compostos de cobre, que por terem o mesmo composto como reagente inicial e produto final de um conjunto de reaces sucessivas, so designadas por "ciclo de cobre". Estes ciclos podem ser encontrados na bibliografia apresentada ou por pesquisa na Internet com as palavras-chave Copper Cycle, ou mesmo Ciclo do Cobre. No entanto, alguns destes ciclos so limitados a reaces de um s tipo (por exemplo, reaces de complexao) ou no incluem o slido metlico. Tendo em considerao os objectivos de aprendizagem previstos, importante que o trabalho seja executado pelos alunos com o grau de elaborao proposto. Recomenda-se a utilizao da primeira aula para clarificao dos objectivos, dos procedimentos (ateno segurana) e das reaces qumicas envolvidas. O ciclo de reaces proposto transforma o cobre de acordo com o seguinte esquema:

ECuSO

Cu

ACu(NO3)

DCuO

BCu(OH)2

C(A) Cu(s) + 4HNO3(aq) Cu(NO3)2(aq) + 2H2O(l) + 2NO2(g) (B) Cu(NO3)2(aq) + 2NaOH(aq) Cu(OH)2(s) + 2NaNO3(aq) (C) Cu(OH)2(s) CuO(s) + H2O(l) por aquecimento (D) CuO(s) + H2SO4(aq) CuSO4(aq) + H2O(l) (E) CuSO4(s) + Zn(s) Cu(s) + ZnSO4(s) SEGURANA Tendo em conta o tipo de reagentes e a sua concentrao, deve ser dada uma nfase especial ao aspecto da segurana no laboratrio. A execuo do trabalho com amostras de pequenas dimenses (aprox. 0,3 g de cobre) permite a minimizao dos riscos de segurana.

O cido ntrico, HNO3, muito corrosivo! Se for concentrado, os seus vapores so irritantes para os pulmes. Usar culos de segurana e luvas de borracha, e trabalhar no nicho de fumos!

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Deve ser exigida a consulta das fichas de segurana (MSDS) destes produtos antes da realizao do trabalho prtico.

As solues de NaOH e HCl so corrosivas para a pele e muito perigosas se respingarem para os olhos: usar culos de segurana e luvas de borracha!

Ponto de partida: cobre metlico 1- Cortar um fio de cobre de modo a obter uma amostra de 0,3 g. 2- Se o fio no estiver limpo e brilhante, mergulh-lo numa soluo de cido, lav-lo com lcool e sec-lo com papel. 3- Pes-lo at ao centigrama, e registar esse valor. Enrolar o fio e coloc-lo no fundo de um copo de 250 cm3. Reaco A: de Cu(s) a Cu(NO3)2(aq) 4- Adicionar 4,0 cm3 de HNO3 concentrado (16 mol dm-3 ) e agitar suavemente at dissoluo completa. Observar e registar as alteraes. Adicionar cerca de 100 cm3 de gua. Reaco B: de Cu(NO3)2(aq) a Cu(OH)2(s) 5- Adicionar, agitando sempre com uma vareta de vidro, 30 cm3 de NaOH 3 mol dm-3 para promover a precipitao de Cu(OH)2. Registar todas as observaes efectuadas. Reaco C: de Cu(OH)2(s) a CuO(s) 6- Aquecer a soluo quase at ebulio, agitando sempre para uniformizar o aquecimento da soluo. 7- Quando a reaco estiver completa, retirar o aquecimento e continuar a agitar por um ou dois minutos. 8- Deixar repousar o xido de cobre e decantar o lquido cuidadosamente para no perder CuO. Adicionar cerca de 200 cm3 de gua destilada e decantar uma vez mais. Reaco D: de CuO(s) a CuSO4(s) 9- Adicionar, agitando sempre, 15 cm3 de H2SO4 6 mol dm-3. Registar as alteraes observadas. Reaco E: de CuSO4(s) a Cu(s) 10- No nicho de fumos, adicionar, de uma s vez, 1,3 g de zinco em p, agitando at que o lquido sobrenadante fique incolor. Registar as observaes verificadas. 11- Quando a libertao de gs for muito pouco intensa, decantar o lquido sobrenadante e despejar no recipiente apropriado (recolha de resduos). 12- Se ainda houver zinco por reagir, adicionar 10 cm3 de HCl 6 mol dm-3 e aquecer ligeiramente a soluo. 13- Quando no se observar libertao de gs, decantar o lquido. Lavar com cerca de 10 cm3 de gua destilada, deixar repousar e decantar o lquido. Repetir este procedimento mais duas vezes, pelo menos. 14- Com a ajuda de uma esptula, transferir o cobre para um vidro de relgio. Fazer uma lavagem com acetona e secar na estufa. 15- Transferir o cobre seco para um copo previamente pesado e pesar at ao centigrama. Calcular a massa de cobre obtido.

Material e reagentesH2SO4 6 mol dm-3 NaOH 3 mol dm-3 HNO3 16 mol dm-3

HCl 6 mol dm-3 Zinco (em p) Cobre (em fio)

Placa de aquecimento

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Sugestes para avaliaoComo elementos de avaliao sugerem-se: Resposta a um questionrio simples acerca do procedimento experimental (avaliao da compreenso do procedimento experimental) Exemplo de questes: Porque deve o fio de cobre estar "limpo e brilhante" (Passo 2)? Indique duas razes para executar o passo 4 no nicho. O que removido no processo de decantao do passo 8? Qual o gs a cuja libertao se refere o passo 11? Porque necessrio recolher o sobrenadante como resduo no passo 11 (e no no passo 8)? Rendimento final do ciclo (avaliao da qualidade da execuo experimental) Discusso de resultados face aos objectivos

AL 1.3 Corroso e proteco de metaisQue factores afectam a corroso de um metal?Objecto de ensino Efeito das condies ambientais na corroso Efeito da forma e estado de conservao da pea na corroso Mtodos de proteco de metais contra a corroso Objectivos de aprendizagem Interpretar a necessidade de um rigoroso controlo de variveis na realizao dos ensaios Saber como elaborar tabelas de registo de dados Interpretar tabelas dos resultados obtidos Sugestes metodolgicas Os trabalhos prticos laboratoriais acerca de corroso e proteco de metais contra a corroso so abundantes na literatura e na Internet. A descrio de experincias diversas relativas corroso de ferro e outros metais podem ser encontradas na bibliografia indicada ou por pesquisa em motores de busca usando as palavras-chave Corroso/Ferrugem ou Corrosion/Rusting. Essas experincias podem ser utilizadas como alternativa ou complemento s sugestes abaixo apresentadas, mantendo os objectivos definidos: 1- Escolher um conjunto de amostras de ferro de origens distintas 2- Preparar um conjunto de amostras idnticas (por exemplo, pregos) em diferentes condies: a) Pregos intactos b) Pregos dobrados c) Pregos com riscos superfcie d) Pregos pintados, com e sem danificao da pintura e) Pregos em contacto com outros metais (por exemplo, enrolados com fio de cobre e fita de zinco) 3- Preparar um conjunto de meios distintos: a) gua destilada

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b) gua fervida (ausncia de oxignio dissolvido) c) gua do mar (ou soluo de NaCl equivalente) d) Soluo cida e) Soluo bsica f) leo alimentar ou parafina lquida g) Caixa de slica (ou sacos de slica utilizados no acondicionamento de equipamentos sensveis humidade) 4- Mergulhar as amostras de ferro anteriormente preparadas nos meios escolhidos e registar a evoluo das caractersticas superficiais. Recomenda-se a utilizao de tubos Eppendorf (e peas metlicas de dimenso adequada) sempre que possvel, como forma de evitar problemas com o espao de armazenamento de amostras. 5-