Lanfredi, S.

DESENVOLVIMENTO DE ILUSTRAÇÕES DEDICADAS COMO
INTRUMENTOS DE APOIO À EXPOSIÇÃO E DISCUSSÃO DE CONTEÚDOS NO
ENSINO DE QUÍMICA.
MARTIN, C. S.; SHINOHARA, G. M. M.; NOBRE, M. A. L.; LANFREDI, S.
[email protected]
Departamento de Física, Química e Biologia – DFQB
Faculdade de Ciências e Tecnologia – FCT
Universidade Estadual Paulista – UNESP
R. Roberto Simonsen, 305, Presidente Prudente – SP, 19060-900
Resumo
O programa Isis Draw® trata-se de um instrumento de trabalho flexível contendo
ferramentas gráficas e amplo banco de dados, o qual pode ser utilizado para o
desenvolvimento de ilustrações específicas voltadas para a compreensão e memorização de
conceitos de Química, em materiais didáticos ou para-didáticos. De fato, o programa permite
a construção de diagramas, organogramas, esquemas, figuras e fórmulas relacionadas com
a Química, bem como outros temas. Tal recurso atende às necessidades de inovação e/ou
adaptação de conteúdos a uma clientela específica, de forma a auxiliar o entendimento dos
conceitos, em particular na área de química, observado do ponto de vista do cotidiano.
Palavras-Chave: Isis Draw®, Aplicações práticas em química, Ensino de química.
Introdução
O programa freeware Isis Draw® [1] é uma ferramenta que proporciona operações
computacionais simples e de fácil manuseio, o qual ajuda na construção de esquemas,
figuras e equações para diversas áreas da Química. O programa possui um banco de dados
com esquemas de laboratórios, reações e estruturas químicas que ajudam na montagem
das aulas. De forma geral, a qualidade gráfica é superior ao programa Paint-brush
(Windows). As figuras geradas podem ser coladas em documento tipo Word e Power-Point,
sendo corrigidas de forma fácil, clicando sobre a figura, para que a mesma seja aberta de
forma automática e editada no programa Isis Draw®. Destaca-se também, a facilidade com
que as ligações entre os átomos, diagramas e figuras podem ser criadas e representadas
dentro do programa. Para a área de Química, o programa favorece a montagem de aulas
baseadas nos conceitos teóricos da Química e aplicações práticas no cotidiano.
Os diagramas, esquemas e figuras criados ajudam no entendimento do conceito
abordado, proporcionando uma melhor fixação do assunto a interação entre o professor e o
aluno.
Procedimento Experimental
Diagramas, esquemas e figuras foram desenvolvidos através do programa freeware
Isis Draw®, e utilizados para a explicação de conceitos físico-químicos. O material
desenvolvido está disponível na forma de apostila impressa (hardcopy), em slides (PowerPoint) e em CD-ROM, onde os arquivos se encontram na forma de PDF.
Resultados e Discussão
A Tabela I mostra as possibilidades de ilustrações na área de Físico-química que
podem ser geradas através do programa Isis Draw®, tais tópicos estão presentes em livros
de graduação em Química [3-7].
Tabela I – Exemplos de eventos do cotidiano, os quais podem ser abordados através dos
conceitos de Físico-Química.
Tópicos
Termoquímica
Aplicações no cotidiano
Calor
de
reação
em
lançamento
de
foguetes,
compressas
instantâneas frias e quentes e explosivos.
Cinética química
Colisões entre moléculas, energia de ativação, funcionamento de
catalisadores para automóveis e biocombustíveis.
Reações químicas Tratamento de água via ozônio, catalisadores e radiação ultravioleta,
neutralização.
Equilíbrio químico
Chuva ácida, indicadores naturais de ácido-base, respiração
aeróbica.
Eletroquímica
Funcionamento de sensores para combustível, processo de oxidação
de metais, galvanização e pilhas do tipo Daniell.
Reações
Geração de energia elétrica através das usinas nucleares e
nucleares
determinação da idade de fósseis, através da técnica de datação do
Carbono-14.
O programa Isis Draw® é um sistema integrado de ferramentas gráficas e de
informação científica, contendo um grande número de banco de dados projetados para
agilizar a preparação e tratamento de conceitos, reações, fórmulas e estruturas químicas
necessárias na Química. O programa permite a geração de estruturas químicas, diagramas
e figuras coloridas e disponibilizando recursos para o manuseio e a habilidade de girar
estruturas moleculares em três dimensões, facilitando o entendimento de estereoquímica e
isomeria, por exemplo. O programa poderá beneficiar escolas da rede pública que contenha
sala ambiente de informática, como também auxiliar professores no desenvolvimento de
material didático próprio e inédito: ilustrações em avaliações, listas de exercícios, apostilas
contendo teoria e aplicações práticas da área de Química.
Baseando nos assuntos citados na Tabela I foi desenvolvido um material de suporte
pedagógico com conceitos e ilustrações.
Eletroquímica: Pilha de Daniell
A pilha de Daniell é constituída por um eletrodo de zinco (Zn) e o outro de cobre
(Cu), unidos através de um fio metálico, com solução de sulfato de zinco (ZnSO4) e sulfato
de cobre (CuSO4). O reação no sistema ocorre entre o zinco e o cobre, como mostra a
equação 1 ou 2.
Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu0(s)
(1)
Zn0(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu0(s)
(2)
Ao introduzir uma barra de zinco em uma solução de CuSO4, os íons Cu2+
reagem diretamente com a barra de Zn, sendo impossível obter uma corrente elétrica útil.
Para que a reação possa ser utilizada como fonte de energia elétrica deve ocorrer uma
transferência indireta de elétrons liberados pelos átomos Zn, que percorrem o circuito inteiro
antes de reduzirem os íons Cu2+ a átomos de Cu0. O redutor entrega os elétrons ao
oxidante, através de um circuito externo e são separados em compartimentos diferentes,
como mostrado na Figura 1.
Pilha de Daniell
A lâmpada acende
Se retirarmos a
ponte de salina, a
lâmpada se apaga
Fio metálico
e-
e-
Zn(S)
Cu(S)
Ponte de salina
A placa de
zinco vai sofrendo
corrosão:
desaparecendo
+
KCl (aq)
(25 ºC)
Zn2+(aq)
Zn2+(aq)
Cl-
K+
SO42-(aq)
SO42-(aq)
A placa de cobre
vai tendo a sua massa
aumentada
A solução vai
perdendo a sua
coloração azul
Cu2+(aq)
ZnSO4 (aq)
(incolor)
CuSO4 (aq)
(azul)
Figura 1 – Diagrama esquemático de uma Pilha de Daniel e o mecanismo de
condução de corrente elétrica.
Esta separação é feita pela ponte salina, que permite a passem dos íons de uma
solução para outra, mas impede o contato direto entre os átomos de Zinco e os íons cobre.
O eletrodo de zinco sofre oxidação por ser mais reativo que o de cobre, conforme a
equação 3. O eletrodo de zinco é denominado ânodo (pólo negativo), pois libera os
elétrons. A barra de zinco sofre corrosão por causa da oxidação (perda de elétrons).
Zn 0 (s) → Zn 2+ (aq) + 2 e −
(3)
O eletrodo de cobre sofre redução por ser menos reativo que o zinco, conforme
equação 4. O eletrodo de cobre é denominado cátodo (pólo positivo), pois recebe os
elétrons que vieram do ânodo através do circuito externo. A barra de cobre sofre um
aumento de massa, pois após a redução do íon cobre há uma deposição de cobre metálico
no eletrodo.
Cu 2+ + 2 e − → Cu 0
(4)
O sentido do fluxo de elétrons é do mais reativo para o menos reativo, ou, do ânodo
para o cátodo, como mostra a Figura 2.
Sentido dos elétrons no circuito
e
_
+
Zn
Cu
Ânodo
Cátodo
Figura 2 - Sentido do fluxo de elétrons (e-).
Reações Químicas: Tratamento de água através da radiação ultravioleta
A radiação ultravioleta (UV) é gerada por descarga elétrica através de lâmpadas de
vapor de mercúrio. Esta radiação natural, que compõe parte do espectro não visível dos
raios
solares,
penetra
nos
microorganismos,
alterando
seu
código
genético
e
impossibilitando a reprodução. Para o tratamento de água, o comprimento de onda ideal de
radiação para inativação do DNA/RNA (material genético) dos microorganismos, situa-se
entre 250 - 270 nm, (o mercúrio da lâmpada produz radiação eletromagnética com
comprimento de onda de 254 nm); a água circula pelo reator ou vaso de esterilização que,
em contato com a luz, destrói os microorganismos. A instalação desse equipamento para
tratamento em piscina pode ser observada na Figura 3.
Bomba d`água
Filtro de Areia
Piscina
Recipiente de esterilização
(UV)
Figura 3: Esquematização de instalação de tratamento de águas provenientes de piscina
com radiação ultravioleta (UV).
Reações nucleares: Radiações Alfa, Beta e Gama
Existem três tipos de emissões denominadas alfa (α), beta (β) e gama (γ), duas das
quais (α, β) podem ser afetadas por um campo elétrico ou magnético. A Figura 4 mostra a
emissão dessas radiações.
Tela Fluorescente
Manchas luminosas
γ
α
β
+
+
+
-
Placas eletricamente
carregadas
Bloco de chumbo
(isolante da radiação)
Amostra radioativa
Figura 4 – Ilustração das emissões alfa, beta e gama.
As partículas alfa (α) são partículas de cargas positivas e constituídas por dois
prótons e dois nêutrons, sendo semelhante ao núcleo de um átomo de hélio (2He4), como
ilustrado na Figura 5. Portanto, a partícula alfa possui carga +2 e massa 4, sendo
simbolizadas por 4α2.
+ 2 elétrons
Partícula Alfa
Átomo de hélio (He)
Figura 5 - Transformação da partícula alfa em átomo de hélio (He).
Quando um radionuclídeo emite uma partícula alfa, seu número de massa diminui de
4 unidades e seu número atômico em 2 unidades, como mostra a equação 5.
A
Z
X → 42 α +
A −4
Z−2
Y
(5)
As partículas betas (β) possuem carga negativa cujos elétrons são emitidos pelo
núcleo de um átomo instável. A Figura 6 ilustra a emissão de partícula beta a partir de um
núcleo instável, formando assim um núcleo mais estável. Uma partícula beta é um elétron,
possuído de carga –1 e massa 0, sendo representadas por -1β0.
Partícula β emitida
Transformação
Núcleo instável
Núcleo mais estável
Figura 6 – Processo de emissão de uma partícula beta, a partir de um núcleo instável.
Uma partícula beta (β) emitida por um radionuclídeo, permanece com seu número de
massa constante e seu número atômico aumenta em uma unidade, como mostra a Figura 7.
Diminuição de 1 neutron
+
+
+
+
+
Nuclídeo inicial
Figura 7 – Emissão da partícula beta.
Aumento de 1 próton
+ + +
+
+
+
Nuclídeo final
+
+
Partícula β
(elétron)
Antineutrino
Como não se admite que o núcleo contenha elétrons, a partícula beta deve se formar
pela desintegração de um nêutron.
A radiação gama (γ) ou raios gama é formada por ondas eletromagnéticas emitidas
por núcleos instáveis, em geral ocorrem junto com a emissão de partículas alfa e beta. Por
serem ondas eletromagnéticas, não apresentam carga e massa, sendo representada por
0γ0.
A radiação gama possui o maior poder de penetração na matéria, comparada com as
demais radiações geradas na Terra.
Em conjunto, as figuras apresentadas ilustram a amplitude do programa. Os
esquemas apresentados ajudam na explicação do professor, como também no
entendimento do aluno sobre o assunto abordado.
Conclusões
O programa em conjunto com o manual desenvolvido permite a construção de
diagramas, esquemas, figuras e equações relacionadas com os conceitos teóricos e práticos
da Química. Um variado grau de detalhamento e edição gráfica é possível, proporcionando
uma melhor interação entre professor e aluno, através da adequação conteúdo-clientela. Em
adição, possibilita ao professor uma nova ferramenta de auxílio no exercício da docência e
produção de experiência pedagógica.
Agradecimentos: PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO DA UNESP - PROGRAD.
Referências
[1] Revista E-Learning: Programas educacionais - Química. n. 12, Digerati Comunicação e
Tecnologia: São Paulo, 2005.
[2] Manual de Introdução ao editor de Equações Químicas Isis Draw 2.4®. Disponível em
<http://www2.prudente.unesp.br/isisdraw>.
[3] Atkins, P.W.; Físico-Química, 7 ed., Livros Técnicos e Científicos: Rio de Janeiro, 2003.
[4] Brady, J.E.: Humiston, G.E.; Química Geral, 2. ed., Livros Técnicos e Científicos: Rio de
Janeiro, 1994.
[5] Garritz, A.: Chamizo, J.A.; Química, Addison-Wesley: Wilmington, 1994.
[6] Mahan, B.H.: Myers, R.J.; Química – um curso universitário, 4. ed., Edgard Blücher: São
Paulo, 2003.
[7] Russel, J.B.; Química Geral, 2.ed., Pearson Makron Books: São Paulo, 1994.