INSTITUTO FEDERAL DE EDUÇÃO , CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO

INSTITUTO FEDERAL DE EDUÇÃO , CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DO MARANHÃO – IFMA
CAMPUS SÃO LUÍS MONTE CASTELO
DIRETORIA DE ENSINO SUPERIOR
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE QUÍMICA – DAQ
QUÍMICA QUÂNTICA UMA NOVA CIÊNCIA:
COMO ENSINÁ-LA, NO ENSINO MÉDIO?
SÃO LUÍS
2011
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Unielson Conceição Pacheco. Lq111039-21
QUÍMICA QUÂNTICA UMA NOVA CIÊNCIA
Projeto apresentado ao Curso de Licenciatura
Em Química do Instituto Federal de Educação
Ciência e Tecnologia do MA – IFMA para
obtenção de nota final em METODOLOGIA
da INVESTIGAÇÃO
EDUCACIONAL.
Orientadora: Profª. Elinete Maria Pinto
Pedrosa.
SÃO LUÍS
2011
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SUMÁRIO
Introdução;.............................................................................................................4
Delimitação do Problema;.....................................................................................5
Hipóteses;...............................................................................................................5
Justificativa;............................................................................................................5
Objetivos..................................................................................................................6
Objetivos Geral........................................................................................................6
Objetivos Específicos..............................................................................................6
Fundamentação teórica...........................................................................................7
Metodologia da pesquisa.........................................................................................9
Cronograma de execução........................................................................................9
Orçamento................................................................................................................10
Referencias...............................................................................................................11
Anexos......................................................................................................................12
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1 INTRODUÇÃO
A química/física teve uma grande evolução no começo do seculo XX com as teorias
atômicas de Ernest Rutherford (1871-1937) e o seu modelo atômico, que ficou conhecido como
“o modelo do sistema solar”, mas o seu modelo atômico tinha um grande problema, se
baseava na mecânica clássica, e o elétron estava em rota de colisão com o núcleo, havendo
uma instabilidade atômica que a mecânica clássica não podia explicar.
O modelo atômico de Niels Bohr (1885 - 1962) já dava os primeiros passos para o
mundo quântico, juntamente com Sommerfeld (Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld 1868 –
1951) quem introduziu os números quânticos, revolucionando a forma de se perceber os
fenômenos da natureza. Einstein (1879 - 1955) empurrou com pesar Newton e toda a mecânica
clássica para um ponto de ruptura, abrindo um caminho sem volta direto para a mecânica
quântica. Werner Heisenberg (1901 - 1976) formulou o Princípio da incerteza, segundo o qual
não é possível determinar simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula,
formatou o mundo quântico moderno e deu um novo sentido à teoria dual da matéria e á
impressionantes consequências para as ideias de radiação e matéria. No entanto, ainda havia
muita coisa no ar após as propostas de Einstein para o fóton e a de Broglie para as “ondasguia” das partículas. Faltava um formalismo que fosse suficientemente abrangente, um pilar
semelhante ao que são as leis de Newton para a mecânica ou as equações de Maxwell para o
eletromagnetismo. Werner Heisenberg formulou, em 1925, uma abordagem que ficou
conhecida como mecânica das matrizes. Nesta abordagem, de cujo desenvolvimento também
participaram Max Born e Pascual Jordan, variáveis como posição, momento linear e energia
são representadas através de matrizes, operadores não-comutativos. Esta característica dá
suporte a aspectos quânticos, como a própria incerteza. Uma outra formulação foi proposta por
um físico austríaco, Erwin Schrödinger. Esta formulação, que é mais acessível
matematicamente, baseia-se numa equação diferencial de segunda ordem, cuja solução é a
famosa função de onda.
Após todas essas descobertas a cerca dos fenômenos que nos cercam, a disciplina de
química quântica ainda não entrou na grade curricular do ensino médio brasileiro criando um
anacronismo, pois todas as tecnologias que nós cercam são baseadas nas teorias quânticos,
então por que essa revolução não foi ainda levada para a sala de aula, quando o aluno de
física/química que baseado no modelo clássico que a ele foi ensinado no ensino médio e
fundamental se depara com um nava formulação sobre os princípios básicos da natureza no
ensino superior, ele se sente desorientado e perdido. Mas a grande questão e como mudar
esse quadro.
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2 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA
Como ensinar, química quântica para alunos do ensino médio.
3 HIPÓTESES
• Adaptar as teorias quânticas para os alunos do ensino médio.
• As escolas não possuem laboratórios satisfatórios para a pratica da disciplina de
química quântica, sendo portanto as aulas puramente teóricas.
• A disciplina de química quântica só e lecionada no terceiro ano do ensino médio, por
ser uma ciência nova e complexa ele deveria ser lecionada em todo o ensino médio.
4 JUSTIFICATIVA
A física quântica e posteriormente as ciências quânticas tem gerado revoluções na
forma de ser ver e compreender a natureza, as ideias de tempo e espaço não são mais as
mesmas. A matéria foi reformulada na sua estrutura básica e as leis que regiam a natureza
sofreram mudanças profundas, mas essas novas descobertas e teorias no campo da
física/química estão restritas ao mundo acadêmico.
Dai a importância de se trazer essas novas teorias e descobertas para os alunos do
ensino médio não só no ultimo ano, nas durante todo o ensino médio.
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5 OBJETIVOS
5.1 Objetivo Geral
Investigar quais os meios e como a disciplina de quimi quântica poderia ser lecionada
nas escolas publicas no ensino médio.
5.2 Objetivos Específicos
• Identificar quais ações pedagógicas que a escolas publicas utilizara para a
implementação da disciplina de química quântica para todo o ensino médio.
• Avaliar o meio físico dos laboratórios das escolas publicas e identificar ações
pedagógicas voltadas para as aulas praticas.
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6 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
No final do seculo XIX e começo do XX o homem marcado pelas revoluções nas
comunicações e trasportes pensou ter desvendado todos os mistérios da natureza, a descrição
do mundo pela ciência parecia estar sendo concluída, a matéria inerte e constituída de
pequenas partículas elementares denominadas átomos e a luz era uma onda que se propaga
pelo espaço. Lord Kelvin uma dos maires físicos do seculo XIX afirma “ A física forneceu uma
noção a priori, coerente e completa do universo no entando ainda resta alguns pontos
obscuros, detalhes intrigantes. Duas nuvenzinhas escuras.”
Na tentativa de dissipar uma dessas nuvens um físico alemão chamado Max Planck
começou um processo que desmoronou toda a física clássica, o que lhe preocupava era a luz
emitida por uma objeto quando aquecido, a cor da luz vaiava dependendo da temperatura e as
teorias da época correspondem aos resultados obtidos com a luz visível e o infravermelho mas
elas previam mais infravermelho que o observado, para eliminar essas contradição Plank em
1901 propõe um modelo em que a energia e emitida por porções sucessivas, pacotes que ele
denominou quanta. Essa descontinuidade no mundo da energia e totalmente revolucionaria,
Max Plank tenta fugir dos quantas mas Albert Einstein acreditava nos quanta de energia, em
1905 publica três artigos que revolucionam o mundo da física, e em um desses ele púbica sua
celebre teoria da relatividade e em um outro baseado nos quantas de Max Plank ele explica o
efeito foto elétrico, resumidamente o luz e constituída por partículas denominadas fótons, mas
como Plak, Albert apesar de ter mudado para sempre o mundo da física ele passou a atacar a
mecânica quântica pois ideologicamente Albetrt acreditava no mecânica clássica, dizendo
“Deus não joga dados”.
Eu quero saber como Deus criou este
mundo.
Não estou interessado neste ou naquele
Fenômeno, no espectro deste ou daquele
elemento. Eu quero conhecer os
pensamentos
Dele, o resto são detalhes(Albert Einstein,
1905).
Mas foi Niels Bohr com o seu novo modelo atômico que mudou para sempre a física/química.
Os físicos anteriores a Bor pensavam ter uma descrição coerente e quase completa do
universo mas a mecânica quântica veio para abalar as suas certezas, se o elétron pode mudar
de uma orbita para a outra isto significa e que a física clássica não se aplica a escala
subatômica. Mas não foi só a estrutura do átomo que está sendo questionada mas todo o
conhecimento cientifico.
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Como disse Niels Bor “Qualquer um
que não se choque com a Mecânica
Quantica é porque não a entendeu”.
Mas os avanços quânticos continuam, Louis de Broglie sugere, se a partículas de luz, a matéria
se comporta como onda, a partir dessas ideias o austríaco Erwin Schrödinger constitui uma
outra teoria matemática “a função de onda” mas para Bor os modelos matemáticos não são
nada se não levarem a uma compreensão verdadeira do fenômeno em si. Heisenberg era
perseguido por uma constante indagação sera possível a nature ser tão absurda como parece,
e a resposta que ele encontra e o principio da incerteza, não se pode conhecer com precisão
ao mesmo tempo a posição e a velocidade de uma partícula num dado momento. A partir
desse postulado e das descobertas no mundo da física quântica todas as leis que regiram o
universo foram reformuladas e mundo quântico se espalhou por todas as ciências.
Então você pode ver que o teorema de Bell toca em todas as teorias básicas
que tínhamos na ciência. Toca na noção da velocidade da luz como um
limite de velocidade cósmica, pela teoria especial da relatividade de Einstein
nada podei ir mais rápido que a velocidade da luz, ele toca nos nossos
conceitos de espaço, ele parece indicar que estamos em conexão com todos
os pontos do espaço, como podemos estar em conexão com todos os
pontos, todos os pontos relevantes para as nossas experiencias por mais
distantes que poção estar, ele toca nos nossos conceitos de tempo como
podemos preparar experiencias para o que medimos, influencie a historia do
objeto antes mesmo de medi-los, e uma enorme arrogância cósmica
acreditar que podemos prosseguir com a declaração de que nada existe
amenos que o observemos . No coração da mecânica quântica esta a
incerteza, não apenas o principio da incerteza mas todo o conceito da
incerteza, ela parece cativante se espalha por toda a ciência, mas nos
sabemos que a mecânica quântica funciona olhe em volta, olhe em sua
volta. Só não sabemos por que funciona. Parece que a natureza e assim à
palavra incerteza por toda a parte, eu soube que os cosmólogos gostam das
teorias dos vários mundos de Everest e talvez seja só por causa da
segurança do emprego porque muitos mundos tem muitos
cosmólogos, o
inicio zinho do universo foi um evento quântico,
nos todos viemos de uma única partícula, quem fez desmoronar a
função de onda dessa partícula quem deixou o primeiro gato sair
do saco, agora ouvimos falar em computadores quânticos com
muitas funções paralelas e que a códigos quânticos
invioláveis, códigos baseados no principio da incerteza e que
podem ser muito importante por causa da privacidade da
propriedade da comunicação pela internet e tudo isso. Ouvimos
falar da Biologia Quântica, e ai e claro esta o santo graal da física
moderna, a gravidade quântica, como a gravidade se comporta
na reduzida escala atômica, o principio da incerteza pode ser chamado
de o principio da tolerância no sentido de engenharia, sim! Eles fazem
funcionar mesmo que o ajuste não seja perfeito, mas tolerância no
sentido humano, precisamos ter pessoas perguntando umas as outras
o que você acha? Qual e a sua opinião. Pode ser confortante para
muitas pessoas ter certeza de que você vai comer, certeza de que
vai beber de que vai fazer amor! Mas certeza absoluta e entorpecimento
e enfado, precisamos da incerteza e o único modo de prosseguir.
(Leon Lederman, físico, 1998)
Após todas essas descobertas no mudo da física e posteriormente da química nas
escolas publicas a disciplinas de física e química quântica ainda não entraram na grade
curricular ficando restitas apenas ao mudo acadêmico, mas a grande questão é, se as leis da
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natureza foram reformuladas já a quase cem anos porque ainda à uma resistência no sentido
pedagógico de se atualizar para as novas teorias.
Muitos defendem que o mundo quântico seria de difícil compreensão para o aluno do ensino
médio, pois suas equações matemáticas são altamente complexas. Mas a grande questão não
seria a complexidade teoria da disciplinas quânticas mas sim preparar esse aluno para um
novo mundo que rege todas as coias que o cercam deste o computar a fibra sintética da sua
roupa.
Ensinar química quântica não só seria preparar o aluno para o o mercado de trabalho,
mas também para o cotidiano. O que o pedagogo tem que ter em mente e que a física clássica
ainda pode ser utilizada para explicar os fenômenos macroscópios mas saindo desse contesto,
o mundo subatômico e regido por leis que a mecânica clássica não explica, ficando por
conseguinte ao encargo das leis quânticas.
Na verdade, não tem sentido que, em pleno século XXI, a Física que se ensina
nas escolas se restrinja à Física (clássica) que vai apenas até o século XIX. É
urgente que o currículo de Física na educação básica seja atualizado de modo a
incluir tópicos de Física Moderna e Contemporânea, como a Física dos Quarks
abordada neste trabalho. O argumento de que tais tópicos requerem habilidades
e/ou capacidades que os estudantes de ensino fundamental e médio ainda não
têm é insustentável, pois outros tópicos que são ensinados, como a Cinemática,
por exemplo, requerem tantas ou mais capacidades/habilidades cognitivas do
que Partículas Elementares. ( Marco Antonio Moreira, 2007)
7 METODOLOGIA DA PESQUISA
A pesquisa a ser empregada é baseada numa pesquisa de campo com o foco na
problemática da reformulações da química clássica para a quântica e quais ações pedagógicas
podem ser implementadas.
O trabalho se desenvolverá através de entrevistas com a comunidade escolar, envolvendo
os agentes ligados ao processo pedagógico, principalmente professores e alunos.
8 CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO
Cronograma de Execução
Atividade
Fev
Levantamento de
literatura
Leituras
Elaboração dos
Instrumentos de
Coleta de Dados
Aplicação dos
instrumentos
Tabulação e análises
de dados
Mar
Abr
Maio
Jun
X
X
X
'
X
X
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9 ORÇAMENTO
Recursos existentes
Preço em Reais
------------------------Quantidade Unitário
Total
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Papel Chamex;
02
R$ 10,00
R$ 20,00
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------DVD's
02
R$ 2,00
R$ 4,00
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Pen Drive 8Gig
01
R$ 60,00
R$ 60,00
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Note book
01
R$ 1500,00 R$ 1500,00
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Inpressora
01
R$ 250,00 R$ 250,00
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cartuchos de tintas
03
R$ 150,00 R$ 450,00
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
09
R$ 2062 R$ 2284
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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REFERENCIAS
Autores - Rejane Martins Novais Barbosa, Zélia Maria Soares Jófili.
APRENDIZAGEM COOPERATIVA E ENSINO DE QUÍMICA – PARCERIA QUE DÁ CERTO.
Ciência & Educação, v. 10, n. 1, p. 55-61, 2004
Autor - Prof. Jorge Ricardo Coutinho Machado.
Licenciado em Química Especialista em ensino de Ciências
Professor do DMTOE/CED/UFPa
O QUE É ENSINAR?
Autores - Paul H. Hirst, “What is Teaching”, Journal of Curriculum Studies, Vol. 3, No 1 (1971),
pp. 5-18,
reimpresso in R.S. Peters (edr.), The Philosophy of Education, London: Oxford University
Press,1973.
Ligação Química: Abordagem Clássica ou Quântica
Autor - Henrique E. Toma
QUÍMICA NOVA NA ESCOLA Ligação Química N° 6, NOVEMBRO 1997
Autor - Marco Antônio Moreira
A FÍSICA DOS QUARKS E A EPISTEMOLOGIA
Publicado na Revista Brasileira de Ensino de Física, 29(2):161-173, 2007.
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ANEXOS
Werner_Heisenberg
Rutherford
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