FACULDADE SÃO BERNARDO DO CAMPO

WAGNER ALVES MOREIRACLAUDIA MARIA GARCIA MOREIRA

MARIA LUIZA GARCIA MOREIRA

Ensino de eletrólise: O entendimento do mundo microscópico e sua representação

SÃO BERNARDO DO CAMPO2015

FACULDADE SÃO BERNARDO DO CAMPO

WAGNER ALVES MOREIRACLAUDIA MARIA GARCIA MOREIRA

MARIA LUIZA GARCIA MOREIRA

Ensino de eletrólise: O entendimento do mundo microscópico e sua representação

Projeto educacional apresentado ao Departamento de Química da Faculdade São Bernardo, como requisito para a aprovação na disciplina projetos educacionais I.

                             Professor Coordenador: Wagner A. Moreira

SÃO BERNARDO DO CAMPO2015

Sumário1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................4

1.1 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA...........................................................................6

1.2 HIPÓTESES..........................................................................................................8

1.3 OBJETIVOS.........................................................................................................10

2 JUSTIFICATIVA.........................................................................................................11

3 ASPECTOS METODOLÓGICOS DA AULA.............................................................14

3.1 ESTRUTURA DA AULA.......................................................................................14

3.2 CRONOGRAMA DE AULA..................................................................................17

REFERÊNCIAS.............................................................................................................18

1 INTRODUÇÃO

Nos níveis fundamental e médio as equações moleculares têm sido

ensinadas aos estudantes de uma maneira dogmática. Com isso os estudantes

são levados a acreditar que esse tipo de representação pode ser aplicada a

qualquer tipo de processo.

Além disso, verifica-se a total desconsideração de que em solução

aquosa as reações ocorrem com as espécies químicas na forma iônica

descartando o modelo proposto por Arrhenius.

Conforme destaca Lopes (1995) a origem histórica do modelo das

equações moleculares pode ser a explicação para o fato de que essas

equações sejam sobrepostas as equações iônicas.

Essa pesquisadora afirma ainda que em 1812 Berzelius criou um modelo

de explicação para as denominadas reações de dupla troca e simples troca

baseada na ideia de que as ligações químicas possuem natureza elétrica e que

as substâncias devem ser representadas por duas partes.

Ressalta-se que uma das partes deve ser eletricamente positiva e a

outra negativa. Assim, os compostos devem ser sempre representados com

seus pares associados, conforme aparecem nas equações moleculares.

Nos materiais didáticos escritos, presentes em nossas salas de aula de

Ensino Médio, vemos que as equações moleculares são empregadas

indistintamente para os meios aquosos e não aquosos.

Nesse contexto, o problema apontado por Lopes (1995) relaciona-se ao

fato de que esses materiais baseiam suas explicações exclusivamente no

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modelo de Berzelius, que não é aplicável aos meios aquosos iônicos. Essa

autora chama atenção para esse problema argumentando que :

Senão, vejamos: a reação de neutralização do NaOH pelo HCl é considerada de dupla troca, quando em solução aquosa deveria ser considerada como síntese da água, a partir de hidrônio e hidroxila. Isso porque a solução aquosa de NaOH é uma solução contendo íons Na+ e OH– dissociados e a solução aquosa de HCl é uma solução contendo íons H3O+ e Cl–.

Assim sendo, a reação se dá apenas entre hidrônio e hidroxila. Os íons Na+ e Cl–

permanecem dissociados (LOPES, 1995).

Para essa pesquisadora os livros didáticos levam os estudantes a

desconsiderar: a presença de íons no meio aquoso; o modelo de Arrhenius e a

complexidade do nível microscópico das soluções aquosas.

Tendo em vista que o fenômeno de eletrólise é estudado no 2º ano do

Ensino Médio e que nos anos anteriores os estudantes foram expostos ao

modelo das equações moleculares, no contexto destacado por Lopes(1995),

surgem então ao menos dois problemas relacionados ao ensino de eletrólise.

Em primeiro lugar os estudantes terão dificuldades para entender o que

ocorre no interior das soluções durante o fenômeno de eletrólise.

Isso ocorre porque esses em nenhum momento, ao longo de sua

formação, foram levados a pensar nas reações em meio aquoso como

resultado de interações iônicas e empregar um modelo adequado a essas

interações.

Em segundo lugar não irão representar adequadamente o nível

microscópico iônico por não estarem familiarizados com equações na forma

iônica.

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Desse modo, lhes resta apenas memorizar equações e algoritmos

simplesmente para obter notas altas em detrimento de dominar conceitos de

Química.

1.1 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA

Um problema decorrente da memorização de algoritmos e do não

entendimento conceitual é a falta de compreensão de que as equações

químicas devem representar de modo mais adequado o que se processa no

mundo microscópico.

As equações I, II e III foram retiradas de sondagens feitas com

estudantes do Ensino Médio, acerca de seus conhecimentos a respeito da

eletrólise de solução aquosa de cloreto de sódio.

Na → Na + e-     eq. I

Cl + e- → Cl         eq. II

2NaCl  + 2H2O → 2NaOH  +  H2  + Cl2    eq. III

Conforme verificamos nas equações I e II os estudantes apresentam

processos desbalanceados em relação as suas cargas.

Considerando que esses estudantes deveriam representar

adequadamente os processos químicos iônicos, vemos que empregaram

equações que são inadequadas para o fenômeno pois, com essas,

desconsideram-se as cargas iônicas.

Analisando a equação III identificamos que o modelo de Berzelius é

aplicado ao meio aquoso e que novamente desconsidera-se a presença de

íons e suas cargas elétricas.

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Também não leva-se em consideração que mesmo após a eletrólise os

íons permanecem em solução e que escrever na equação NaOH é um modo

inadequado de mostrar como esses átomos estariam dispersos em solução.

Nesse contexto verificamos que o ensino de eletrólise relaciona-se ao

menos a três problemas básicos:

(i) Romper a influência do modelo das equações moleculares presentes nas

aulas do 9º ano do Ensino Fundamental e no 1º ano do Ensino Médio;

(ii) Compreender os fenômenos que se processam em soluções aquosas do

ponto de vista iônico;

(iii) Representar o nível microscópico iônico com base nas concepções

científicas e nas equações iônicas;

Com base nesses pressupostos o presente projeto tem como problema

de pesquisa a criação de uma demonstração investigativa e situação de

aprendizagem por meio das quais os estudantes sejam levados a desenvolver

visões aproximadas do contexto científico para o fenômeno de eletrólise.

Assim, o presente projeto delimita-se ao redor das seguintes questões:

1. Uma demonstração investigativa, envolvendo eletrólise aquosa e mudança de cor, favorece que os estudantes percebam que há mudanças na composição iônica da solução?

2. Que aspectos de uma sequência didática envolvendo uma demonstração investigativa da eletrólise aquosa do NaCl favorecem a compreensão do nível microscópico?

3. Que aspectos de uma sequência didática envolvendo uma demonstração investigativa da eletrólise aquosa do NaCl favorecem a compreensão das equações da eletrólise?

4. Deixar os estudantes investigar o fenômeno e argumentar cientificamente, em grupos pequenos, com base nos livros didáticos e na internet favorece a compreensão microscópica da eletrólise e de sua representação?

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1.2 HIPÓTESES

A partir das questões propostas no item 1.1 propõem-se as seguintes

hipóteses.

Para a questão - Uma demonstração investigativa, envolvendo eletrólise

aquosa e mudança de cor, favorece que os estudantes percebam que há

mudanças na composição iônica da solução? – acreditam-se que

demonstrações investigativas que possuem apelos sensoriais, tais como:

mudanças de cor; produção de chama; explosões; precipitações etc, são vistas

pelos estudantes como decorrência de mudanças na composição química do

sistema.

Para a questão (2) - Que aspectos de uma sequência didática

envolvendo uma demonstração investigativa da eletrólise aquosa do NaCl

favorecem a compreensão do nível microscópico? - acreditam-se que a

demonstração investigativa por si só não gerara mudanças na compreensão

dos estudantes.

Muitas vezes a demonstração pode reforçar concepções alternativas

porque esses possuem um sistema de concepções que acomoda os resultados

experimentais, dando um sentido lógico a esses.

Desse modo, a sequência didática deve apresentar uma boa questão de

pesquisa, momentos de erros e acertos, argumentação científica em pequenos

grupos e apresentação de visão controversa por parte dos estudantes.

Jiménez-Aleixandre et al. (2000) com base em dados da literatura

afirmam que a argumentação científica desempenha um papel central na

aprendizagem de ciências e que aprender ciência é mais do que aprender os

conteúdos dessa disciplina.

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Para que ocorra esse aprendizado (além do simples conhecimento dos

conteúdos da matéria), os estudantes devem ser levados a experimentar como

o conhecimento científico é construído a partir das dúvidas, incertezas e

justificativas de ideias que surgem durante o processo de fazer ciência. Em

outras palavras, gerar um ambiente no qual os estudantes vivenciem os passos

da investigação científica.

Dessa maneira, afirma-se que apresentar uma questão de pesquisa que

veja vista pelos estudantes como algo que valha a pena ser investigado e fazê-

los vivenciar o fazer da ciência são os principais aspectos da sequencia

didática que favorecem a compreensão da situação-problema.

Para a questão (3) - Que aspectos de uma sequência didática

envolvendo uma demonstração investigativa da eletrólise aquosa do NaCl

favorecem a compreensão das equações da eletrólise? – observa-se que levar

os estudantes a produzir equações para os polos (+) e (-) e para a equação

global, socializar essas equações com todos os grupos e fomentar o debate

entre esses pode melhorar a compreensão das equações da eletrólise.

Por outro lado - deixar os estudantes investigar o fenômeno e

argumentar cientificamente, em grupos pequenos, com base nos livros

didáticos e na internet favorece a compreensão microscópica da eletrólise e de

sua representação? – pode ser um fator gerado de controvérsias no grupo. Isso

surge devido ao fato de que tanto nos livros didáticos quanto na internet é

possível encontrar concepções enganosas e concepções próximas do

conhecimento científico.

Isso gera a possibilidade de surgirem nos diferentes grupos visões

controversas e acerca da representação do fenônemo, favorece a possibilidade

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de contra-argumentações e refutações de hipóteses e favorece a compreensão

microscópica da eletrólise e de sua representação.

1.3 OBJETIVOS

Com esse projeto pretende-se investigar como a compreensão do

mundo microscópico relacionado a eletrólise aquosa de sais pode ser

favorecida e como fomentar nos estudantes a ruptura com o modelo de

Berzelius na representação de equações na forma iônica.

Objetiva-se investigar se uma demonstração investigativa envolvendo a

eletrólise de uma solução aquosa de NaCl em meio de fenolftaleína e uma

sequência didática desenvolvida a partir dessa favorecem:

(i) A tomada de consciência de que mudanças ocorrem no mundo microscópico

a partir da passagem de corrente elétrica e que essas mudanças geram

mudança na coloração da solução na presença de fenolftaleína;

(ii) A compreensão dos processos da eletrólise em nível microscópico;

(iii) O entendimento da importância das equações iônicas como o meio mais

adequado de representar processos eletrolíticos em meio aquoso.

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2 JUSTIFICATIVA

George Bodner (1986), assinalou a importância do construtivismo no

ensino de Química afirmando que dada a complexidade dos conceitos

envolvidos nessa disciplina o conhecimento simplesmente não pode ser

transmitido do professor para os estudantes.

Para ele os estudantes devem ativamente usar as informações

disponíveis a partir de seu patrimônio cultural e as novas informações para

construir seu próprio conhecimento.

Muitas pesquisas têm apontado a necessidade de os professores de

ciências incorporarem a prática argumentativa durante suas aulas (Jimenez-

Aleixandre et al., 2000; Kelly e Takao, 2002; Erduran, 2006). Nesses estudos

evidencia-se o fato de que com as práticas argumentativas em sala de aula os

estudantes podem aprender acerca do fazer ciência em vez de simplesmente

aprender conceitos de ciências.

Como proposto por Erduran (2006) a falta de argumentação no ensino

de ciências tem gerado graduados em cursos de ciências que são incapazes

de prover evidências e justificativas para a maioria dos fenômenos encontrados

na natureza.

Essa pesquisadora aponta como principal falha da educação em

ciências a ênfase que tem sido dada no que deve ser acreditado em vez de ser

enfatizado o porquê devemos acreditar em algo.

Por outro lado, na literatura nacional não são encontrados estudos

envolvendo laboratórios investigativos ou demonstrações investigativas ao

ensino de eletrólise.

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Não encontramos também estudos envolvendo argumentação científica

e o ensino investigativo de eletrólise. Por conta disso, verificamos que com

esse estudo é possível abrir uma perspectiva para posteriores estudos que

possam cobrir essa lacuna das investigações no ensino de Ciências.

Além disso, analisando as propostas experimentais presentes nos livros

didáticos verificamos que, de modo geral e particularmente em relação ao

estudo de eletrólise, apresentam um significativo grau de restrição intelectual.

Conforme aponta Pella (1969) apud Carvalho (2010) essas aulas são

formatadas a partir de “receitas de bolo” em que o grau de liberdade intelectual

é praticamente zero.

Sendo assim, o estudo proposto nesse projeto se justifica porque a partir

desses podem surgir propostas de aula em que a liberdade intelectual dada

aos estudantes seja ampliada de modo que esses possam vivenciar o fazer da

Ciência e construir conhecimentos de modo mais adequado.

Também justificamos a realização deste projeto com base em

aspirações profissionais no que tange ao nosso desenvolvendo de um

conhecimento mais aprofundado acerca dos problemas envolvendo o ensino

de eletrólise e possíveis soluções para esses.

Assim, a partir dessas premissas o presente projeto foi criado com as

seguintes finalidades:

a. Aprofundar nosso conhecimento acerca da criação e emprego de

demonstrações investigativas em sala de aula;

b. Desenvolver uma sequência didática com a qual seja possível levar os

estudantes à compreensão do mundo microscópico relacionado a

eletrólise;

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c. Criar maneiras de aumentar a liberdade intelectual dos estudantes e

favorecer o debate e a argumentação científica em aulas de eletrólise;

d. Gerar um ponto de partida para futuras investigações nessa temática

visando contribuir com as pesquisas em ensino de Ciências e com a

literatura especializada.

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3 ASPECTOS METODOLÓGICOS DA AULA

3.1 ESTRUTURA DA AULA

A estrutura da aula proposta no presente projeto tem como base uma

demonstração investigativa de grau de liberdade intelectual (IV) (PELLA, 1969).

Para isso, será feita uma demonstração investigativa envolvendo um

experimento de eletrólise de uma solução aquosa contendo cloreto de sódio e

fenolftaleína.

A estrutura dessa aula é composta de cinco etapas:

a. Apresentação da demonstração investigativa e apresentação da situação-

problema;

b. Divisão dos estudantes em pequenos grupos (até 5 estudantes) e resolução

da situação-problema;

c. Registro por escritos das discussões nos pequenos grupos;

d. Socialização das discussões dos pequenos grupos com toda a sala

mediada pelo professor;

e. Resolução da situação-problema envolvendo o debate com a sala e

mediação do professor.

A demonstração investigativa consistirá da realização de uma eletrólise em

meio aquoso contendo NaCl e gotas de solução de fenolftaleína. Essa eletrólise

será conduzida na célula eletrolítica mostrada na figura 1.

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Figura 1: Célula eletrolítica empregada na demonstração investigativa.

Após os reagentes serem introduzidos no interior da célula eletrolítica

mostrada na figura 1 será interligada ao sistema uma bateria de 9 V. A solução

sofrerá eletrólise por tempo suficiente para que seja obtido o resultado

experimental mostrado na figura 2.

Durante a demonstração será explicado aos estudantes que dentro do tubo

sobre o polo negativo da eletrólise houve a formação de coloração rosa na

solução.

Destacamos que apenas caso solicitado pelos estudantes será feita

inversão das conexões da pilha gerando inversão na polaridade da eletrólise.

Dessa forma os estudantes terão a liberdade de fazer propostas

investigativas desde que manifestem o desejo. Contudo, o professor irá fomentar a

postura investigativa dos estudantes perguntando-lhes se existe algum tipo de

montagem experimental que esses desejam que seja feita.

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Figura 2: Resultado experimental da eletrólise do NaCl aquoso em meio de fenolftaleína

Após obtido o resultado mostrado na figura 2 a demonstração será

finalizada e será apresentada a seguinte situação-problema.

A partir dos resultados experimentais:

a. Represente como deveriam estar os compostos NaCl e H2O, misturados no

interior da solução, dentro da cuba eletrolítica;

b. Escreva as semiequações dos polos (+) e (-) e a equação global do

processo;

c. Produza um texto para explicar os resultados experimentais.

Feito isso, os estudantes serão divididos conforme a etapa (b) citada

anteriormente e procederão as etapas (c, d e e).

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A etapa (e) será regida pelo professor com a finalidade de levantar

concepções prévias dos estudantes, socializar essas concepções, fomentar a

controvérsia e a argumentação científica.

3.2 CRONOGRAMA DE AULA

Etapa Tempo

Apresentação da demonstração investigativa e apresentação da situação-problema.

10 minutos

Divisão dos estudantes em pequenos grupos (até 5 estudantes) e resolução da situação-problema.

75 minutos

Registro por escritos das discussões nos pequenos grupos. 20 minutos

Socialização das discussões dos pequenos com toda a sala mediada pelo professor.

50 minutos

Resolução da situação-problema envolvendo o debate com a sala e mediação do professor.

50 minutos

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REFERÊNCIAS

BODNER, G. M. Constructivism: A theory of knowledge. Journal of Chemical Education. v.63, p.873 - 878, 1986.CARVALHO, A. M. P. Ensino de Física – Coleção Ideias em Ação. 1ª ed. São Paulo: Cengage Learning, 2010.

ERDURAN, S. Promoting ideas, evidence and argument in initial teacher training. School Science Review, v.88, n.321, p.45 – 50, 2006.

JIMENEZ-ALEIXANDRE, M.P.; RODRIGUES, A.B.; DUSCHL, R. “Doing the lesson” or “Doing science”: Argument in high school genetics. Science Education, v. 84, n.6, p.757 – 792, 2000.

KELLY, G.; TAKAO, A. Epistemic levels in argument: An analysis of university oceanography students’ use of evidence in writing. Science Education, v.86, p.314 – 342, 2002.

LOPES, A. R. C. Reações Químicas: fenômeno, transformação e representação. Química Nova na Escola, São Paulo, n.2, p. 7 – 9, 1995.PELLA, M.O. The Laboratory and Science Teaching. In: Andersen, H. O. Reading in Science Education for the Secondary School. Londres: The Macmillan Company, 1969.

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