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POSSIBILIDADE DE EXPERIMENTAÇÃO PARA O ESTUDO DA CINÉTICA QUÍMICA NO ENSINO MÉDIO Tatiane Larissa da Silva Farias– [email protected] Ana Claudia Pedrozo da Silva– [email protected] Angélica Priscila Parussolo Tonin– [email protected] Washington Lombarde – [email protected] Alessandra Machado Baron – [email protected] Universidade Tecnológica Federal do Paraná- UTFPR Endereço: Rua Marcílio Dias, 635 CEP 86812-460 Apucarana - PR

Resumo: O presente trabalho, realizado por bolsistas do Programa Institucional de Iniciação à Docência (PIBID) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus-Apucarana, relata as contribuições obtidas no processo ensino-aprendizagem para o conteúdo de Cinética Química. Para tal, utilizou-se uma dinâmica e uma experiência simples que permite ao aluno refletir sobre os conceitos químicos nela envolvidos. Durante o experimento, conhecido como “Relógio de Iodo” ou “Reação de Landolt”, os alunos do segundo ano do ensino médio de um Colégio Estadual de Apucarana, foram instigados a pensar no fator que influenciou na velocidade das reações envolvidas no experimento. É primordial que no ensino de química sejam abordadas as inter-relações entre a teoria e a prática, entre o conhecimento empírico e o conhecimento científico. A observação visual dos fenômenos envolvidos estimulou o aprendizado e consequentemente houve maior interesse dos estudantes pelo conteúdo abordado.

Palavras-chave: Experimentação, Ensino de Química experimental, Relógio de iodo, Cinética química.

1. INTRODUÇÃO A abordagem experimental na sala de aula está intimamente ligada à função pedagógica de auxiliar o aluno a explicitação, problematização, discussão, enfim, na significação dos conceitos químicos. O experimento deve ser parte do contexto de sala de aula e seu encaminhamento não pode separar a teoria da prática, num processo pedagógico em que os

alunos se relacionem com os fenômenos vinculados aos conceitos químicos a serem formados e significados na aula (NANNI, 2004, p. 54). As atividades experimentais, utilizando ou não o ambiente de laboratório escolar convencional, podem ser o ponto de partida para a apreensão de conceitos e sua relação com as ideias a serem discutidas em aula. Os estudantes, assim, estabelecem relações entre a teoria e a prática e, ao mesmo tempo, expressam ao professor suas dúvidas. Uma aula experimental, seja ela com manipulação do material pelo aluno ou demonstrativa, não precisa e nem deve estar ligada à instrumentos caros e sofisticados, mas sim, à sua organização, discussão e análise, possibilitando interpretar os fenômenos químicos e a troca de informações entre o grupo que participa da aula. Observa-se que há ausência quase total de experimentos no cotidiano escolar e que, quando realizados, limitam-se a demonstrações que não envolvem a participação ativa do aluno, ou apenas os convidam a seguir um roteiro, sem levar em consideração o caráter investigativo e a possibilidade de relação entre o experimento e os conceitos (CARVALHO & GIL-PÉREZ, 1995, p. 69). Lima et al. (2000) considera especificamente o ensino de cinética química, ramo da química que estuda a velocidade das reações e os fatores que as influenciam, constatam que as atividades didáticas, muitas vezes, são baseadas em aulas expositivas, que não levam em conta nem os conhecimentos prévios nem o cotidiano dos alunos. Isto torna o ensino deste tópico desmotivante e o discurso do professor é tomado como algo prescrito e sem importância. Os livros didáticos, por sua vez, não trazem contribuições relevantes para mudar este quadro. Por se tratar de um tema bastante abstrato para os alunos, a experimentação pode ser um instrumento que irá facilitar o ensino-aprendizagem do conteúdo. Outros autores tem utilizado a experimentação em cinética química com este propósito. Por exemplo, Arroio (2006, p. 173-178.) utilizou a decomposição da água oxigenada para estudar a influência do catalisador nesta reação que é normalmente lenta. Os catalisadores utilizados, detergente, batata e solução de iodeto de potássio, são simples e de baixo custo, características importantes quando se trata da possibilidade de realização de experimento em escolas públicas. Venquiaruto et al. (2010, p. 137) utilizaram materiais de fácil acesso para estudar o processo fermentativo no preparo da massa de pão. No experimento estudou-se o efeito da temperatura e da concentração dos reagentes em relação à velocidade da reação (crescimento do pão). Silva et al. (2012) propuseram dois experimentos para estudar o efeito da temperatura e catalisador na velocidade das reações. Para o primeiro caso, o experimento realizado foi a reação de Relógio de Iodo, para estudar a influência de um catalisador nas reações, os autores usaram o KNO3 em um meio reacional (não descrito). O objetivo da prática foi utilizar analogias encontradas em livros didáticos sobre o conceito de energia de ativação durante a aula experimental de Cinética Química e verificar possíveis problemas decorrentes de utilização dessas analogias. Levando em consideração o contexto abordado, o objetivo deste trabalho foi apresentar para alunos do segundo ano do ensino médio de um Colégio Estadual de Apucarana uma dinâmica e um experimento simples (Relógio de Iodo) que auxiliasse na compreensão da influência da concentração dos reagentes na velocidade das reações. 2. METODOLOGIA A atividade foi desenvolvida em um Colégio Estadual de Apucarana, com 22 alunos do segundo ano do ensino médio, no laboratório de ciências, tendo quatro alunos bolsistas e uma supervisora (professora responsável pela turma) do projeto PIBID.

Inicialmente, apresentou-se uma breve revisão sobre os principais conceitos do assunto cinética química que já haviam sido abordados, a saber: teoria das colisões, superfície de contato dos reagentes e influência da temperatura. Foram feitos, oralmente, vários questionamentos sobre o conteúdo no sentido de diagnosticar o nível de conhecimento dos alunos em relação ao assunto a ser abordado. Alguns dos questionamentos utilizados estão relatados na Tabela 1. Tabela 1 – Questões empregadas durante a revisão dos tópicos a respeito do assunto Cinética Química, estudados anteriormente a realização do experimento Relógio de Iodo. Questão (1) (2) (3) (4)

Conteúdo O que é necessário para que uma reação química aconteça? Todas as reações químicas levam o mesmo tempo para acontecer? Quais fatores já estudados influenciam na velocidade de uma reação? Para a química, qual a importância de se alterar a velocidade de uma reação?

A partir disso, foi possível complementar o embasamento teórico que os alunos precisavam para dar continuidade ao desenvolvimento do trabalho. Em um segundo momento, realizou-se uma dinâmica com os próprios alunos mimetizando duas reações químicas onde os reagentes eram os próprios alunos. Para tal, desenhou-se dois círculos (do mesmo tamanho) no chão e a partir daí seis alunos foram convidados a participarem da dinâmica. Dentro do círculo “1” ficaram dois alunos identificados como A e B e no círculo “2”, quatro alunos: dois identificados como A e dois como B. Fez-se então uma analogia no sentido de comparar os alunos com moléculas (reagentes) e os círculos como recipientes, por exemplo, béqueres. Dentro desses recipientes as supostas moléculas poderiam se colidir formando compostos (produtos) AB. As questões levantadas a partir desta demonstração foram: Em qual béquer a probabilidade de colisão entre as moléculas é maior? Em qual dos béqueres a reação tende a acontecer com maior velocidade e por quê? A dinâmica baseou-se segundo Cirino et al. (2009). Após os alunos refletirem sobre as questões, o experimento do Relógio de Iodo foi realizado segundo o roteiro a seguir: 2.1. Materiais e Reagentes • Iodato de potássio, KIO3 • Bissulfito de sódio, NaHSO3 • Ácido sulfúrico concentrado, H2SO4 • Água destilada • Amido solúvel • Balança • Béqueres (1000 ml, 500 ml, 250 ml) • Erlenmeyer de 250 ml • Bastão de vidro • Cronômetro ou relógio • Pipeta de 2 ml 2.2. Procedimento Experimental Os bolsitas PIBID prepararam três soluções identificadas como A, B e C (Tabela 2) antes do início da aula experimental. Os alunos não tiveram acesso a este preparo.

Tabela 2 – Procedimento experimental das soluções utilizadas na reação Relógio de Iodo. Solução* Preparação A Dissolveu-se 2,0 g de amido solúvel em 500 mL de água fervente. Após resfriar, adicionou-se os seguintes reagentes: 0,40 g de NaHSO3 e 1,7 mL de H2SO4 (6 mol/L). Adicionou-se água à solução perfazendo um volume de 1 L. B Solubilizou-se 1,0 g de KIO3 em 1000 mL de água destilada. C Solubilizou-se 4,0 g de KIO3 em 1000 mL de água destilada. * As três soluções são incolores. Estas soluções foram colocadas sobre seis bancadas em recipientes identificados com as letras A, B e C. Os alunos foram distribuídos nestas bancadas em pequenos grupos totalizando 22 alunos. As equipes foram orientadas a cronometrar o tempo (em segundos) para a reação acontecer ao se misturar, em um béquer, 100 mL da solução A com 100 mL da solução B. A constatação da reação foi verificada através da mudança de cor (incolor para marrom escuro.) O mesmo procedimento foi realizado ao se misturar 100 mL da solução A com 100 mL da solução C. As substâncias foram manipuladas pelos alunos, sob supervisão dos bolsistas e da professora responsável pela turma. O experimento foi realizado em uma aula de 50 minutos. Após a realização do experimento um questionário com as seguintes questões foram aplicadas às equipes (Tabela 3). Tabela 3 – Questionário aplicado aos alunos do segundo ano do ensino médio de um Colégio Estadual de Apucarana após a realização do experimento Relógio de Iodo. Questão Conteúdo (1) O que houve quando se misturou as soluções A e B? Qual foi o tempo necessário para a reação ocorrer? (2) E quando as soluções A e C foram misturadas, o que ocorreu? Qual foi o tempo necessário para a reação ocorrer? (3) Você acha que existe alguma diferença entre as soluções B e C? ( ) sim ( ) não (4) Por quê? ( ) As soluções são completamente diferentes por isso o resultado observado foi diferente para a primeira parte e para a segunda parte. ( ) As soluções podem ser diferentes mas as moléculas são as mesmas pois os resultados foram os mesmos, a única diferença foi em relação ao tempo. ( ) Se o tempo é diferente, então são soluções diferentes. ( ) As soluções são idênticas pois o produto é o mesmo. ( ) Nenhuma das respostas anteriores (5) O que é necessário acontecer, entre as moléculas, para uma reação ocorrer? (6) Por que uma das reações foi mais rápida que a outra? Após a finalização da aula os dados foram analisados e serão relatados no item a seguir. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Em relação à revisão dos conceitos relacionados ao conteúdo cinética química, observouse que os alunos, durante as explicações, foram participativos e atentos em todo período de revisão. Algumas respostas referentes às questões contidas na Tabela 1 podem ser observadas na Tabela 4.

Tabela 4 - Respostas dos alunos em relação aos questionários aplicados antes do início da atividade experimental. Questões referentes à Tabela 1 Respostas (1) O que é necessário para que uma “Para que aconteça uma reação química tem que reação química aconteça? existir reagentes”. “O produto é formado quando se junta duas soluções” (2) Todas as reações químicas levam o “Não, quando se aquece uma solução ela reage mesmo tempo para acontecer? mais rápido do que em temperatura ambiente” (3) Quais fatores já estudados “Um reagente sólido inteiro reage mais lentamente influenciam na velocidade de uma do que se fosse triturado”. reação? “Dependendo do estado físico em que a substância se encontra ela reagirá mais rápido”. (4) Para a química, qual a importância “As indústrias precisam de reações que aconteçam de se alterar a velocidade de uma rapidamente, para obter mais lucro em menos reação? tempo”. O questionamento mostrou que a revisão foi interessante, pois o resgate dos conhecimentos prévios seria suficiente para estudar a influência da concentração dos reagentes na velocidade de reação, através da atividade experimental. Durante a realização da dinâmica (Figura 1), percebeu-se que os alunos procuraram demonstrar através de movimentos corporais e interação com os outros alunos envolvidos na dinâmica, no intuito de melhor demonstrar como ocorrem as colisões entre moléculas de uma suposta reação.

Figura 1 - Desenvolvimento da dinâmica: mimetizado o comportamento das moléculas em dois recipientes iguais, mas com quantidades de moléculas diferentes. Ao serem questionados em qual béquer aconteceria mais rapidamente a reação, os alunos compreenderam que onde havia o maior número de pessoas (moléculas) a probabilidade de

ocorrer as colisões aumentavam e consequentemente a velocidade também seria maior. Algumas respostas dadas pelos alunos podem ser observadas a seguir: Aluno 1: “A reação acontecerá mais rápido no círculo/béquer 2 porque ele contém mais moléculas”, Aluno 2: “No béquer 2, com mais moléculas, a reação acontecerá mais rápido porque o espaço entre elas é menor, aumentando a probabilidade de colisão”. As respostas obtidas foram satisfatórias, os alunos conseguiram ainda relacionar conceitos de probabilidade com o assunto abordado. Segundo Cirino et al. (2009, p. 190 ) a noção de probabilidade geralmente é utilizada na Cinética Química e em outros assuntos relacionados à química, como, mistura de substâncias no estudo das Soluções; a teoria cinética dos Gases Ideais e o conceito de Caminho Livre pois estão relacionados parcial ou completamente com a ideia de evento probabilístico. Noções de Probabilidade e Estatística podem facilitar na compreensão de conteúdos de química podendo contribuir, também, no desenvolvimento do espírito crítico, na capacidade de analisar e tomar decisões. Durante a realização do experimento (Figura 2), os alunos estiveram atentos as instruções e desenvolveram a atividade com entusiasmo. Antes do manuseio, os bolsistas PIBID esclareceram brevemente como as substâncias a serem utilizadas foram produzidas e quais reagentes foram necessários para a preparação do Relógio de Iodo.

Figura 2 – Alunos do segundo ano do ensino médio de um Colégio Estadual de Apucarana realizando o experimento “Relógio de Iodo” proposto pelos bolsistas PIBID para estudar a influência da concentração dos reagentes na velocidade das reações. Os alunos se mostraram surpresos com os resultados, pois eles não imaginavam a mudança repentina de cor. Observaram ainda que a reação com as substâncias A e B ocorreu mais lentamente, o tempo médio para o aparecimento da cor azul (constatação de que a reação ocorreu) foi de 14 segundos. Já com a reação entre as substâncias A e C o tempo médio para a reação ocorrer foi de 4 segundos. Todas as equipes responderam que existia diferença entre as soluções B e C (questão 3). Em relação a questão quatro, 100% das equipes compreenderam que as moléculas das misturas das soluções eram as mesmas já que o produto final era o mesmo. Em todas as respostas da questão cinco a ideia de colisão entre a s moléculas foi citada. Baseado na dinâmica com os alunos e nas observações durante o experimento, os

alunos puderam perceber que o que influenciava na velocidade das reações do experimento era a concentração dos reagentes (Tabela 5). Tabela 5 - Respostas dos alunos em relação ao questionário aplicado após o experimento Relógio de Iodo. Questão Respostas* (1) O que houve quando se misturou as soluções A e “A mistura das substâncias resultou B? Qual foi o tempo necessário para a reação ocorrer? em um produto de cor escura, em 11,5s”. “Mudou de cor, com o tempo de 12 segundos”. “ Mudou de cor, demorou mais a reação, pois tinha menos moléculas e ocorreu em 14 s”. (2) E quando as soluções A e C foram misturadas, o “O mesmo do anterior, só que mais que ocorreu? Qual foi o tempo necessário para a rápido, com o tempo de 3 s”. reação ocorrer? “Mudou de cor também mais porém bem mais rápido e ocorreu em 2 s era mais concentrado”. (3) Você acha que existe alguma diferença entre as soluções B e C? ( ) sim ( ) não (4) Por quê? ( ) As soluções são completamente diferentes por isso o resultado observado foi diferente para a primeira parte e para a segunda parte. ( ) As soluções podem ser diferentes mas as moléculas são as mesmas pois os resultados foram os mesmos, a única diferença foi em relação ao tempo. ( ) Se o tempo é diferente, então são soluções diferentes. ( ) As soluções são idênticas pois o produto é o mesmo. ( ) Nenhuma das respostas anteriores (5) O que é necessário acontecer, entre as moléculas, para uma reação ocorrer?

100% das equipes responderam sim.

100% das equipes responderam a alternativa dois.

“É necessário acontecer a colisão das moléculas”. “Se colidirem”. (6) Por que uma das reações foi mais rápida que a “Porque a solução C é mais outra? concentrada que a solução B”. “Por que ele tem mais moléculas e é mais concentrado”. *Não foram acrescidas todas as respostas devido à semelhança entre algumas.

A partir das respostas obtidas, pôde-se concluir que a proposta de experimentação foi satisfatória, proporcionando o aprendizado esperado dentro do conteúdo de Cinética Química.

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Levando-se em conta a carência de aulas experimentais no que diz respeito ao ensino de química e as dificuldades encontradas nesse aspecto, os bolsistas PIBID concluíram que ainda é possível que professores e futuros docentes ministrem aulas dinâmicas que auxiliem no processo ensino-aprendizagem. A preparação e aplicação de um simples experimento promoveram discussões sobre a importância da experimentação no ensino de química e das metodologias de ensinoaprendizagem utilizadas em sala de aula para explanar um determinado conteúdo. A utilização da dinâmica contribui com construção do saber científico a partir do conhecimento empírico dos alunos. Agradecimentos Os integrantes do projeto agradecem à CAPES. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARROIO, A.; et al. O show da química: motivando o interesse científico. Química Nova, v. 29, n. 1, p. 173-178, 2006

CARVALHO, A. M. P.; GIL-PÉREZ, D. Formação de professores de ciências. 2ª ed. São Paulo: Cortez, 1995, p.69.

CIRINO, M. M.; SOUZA, A. R.; FILHO, O. S.; CARNEIRO, M. C. A intermediação da noção de probabilidade na construção de conceitos relacionados à cinética química. Ciência & Educação, Bauru, v. 15, n. 1, p. 189 - 219, 2009.

KLINGER, M. A.; BARICCATTI, R. Práticas pedagógicas em cinética química. Disponível em: Acesso em 28 de junho de 2012-06-28

LIMA, J. F. L.; PINA, M. S.L.; BARBOSA, R. M. N.; JÓFILI, Z. M. S. A contextualização no ensino de cinética química. Química Nova na Escola, São Paulo, n. 11, p. 26 - 9, 2000.

NANNI, R. A natureza do conhecimento científico e a experimentação no ensino de ciência. Revista Eletrônica de Ciências, v. 26, 2004.

SILVA, E.P.; SANTOS, D.A.; SANTOS, M.L. Uso de analogias sobre o conceito de energia de ativação no ensino de cinética química. In: 35ª REUNIÃO ANUAL DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE QUÍMICA, 35., Águas de Lindóia. Anais... São Paulo, 2012. CD-ROM..

VENQUIARUTO, L. D.; DALLAGO, R. M.; VANZETO, J.; PINO, J. C. D. Saberes populares fazendo-se saberes escolares: um estudo envolvendo a produção artesanal do pão. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 33, n. 3, p. 135-141, 2011.

POSSIBILITY OF EXPERIMENTAL FOR THE STUDY OF CHEMICAL KINETICS IN HIGH SCHOOL

Abstract: This study, conducted by scholars of the Institutional Program for New Teachers (PIBID) of Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus-Apucarana, reports the contributions obtained in the teaching-learning process for the content of Chemical Kinetics. For this, we used a group dynamics and a simple laboratory experiment that allows students to reflect on the chemical concepts involved. During the experiment, known as the "iodine clock" or "Landolt Reaction," students of the second year of high school in a State College at Apucarana, were instigated to think about the factor that influenced the rates of reactions involved in the experiment. It is essential that the chemistry teaching be are approached the interrelationship between theory and practice, between empirical knowledge and scientific knowledge. Visual observation of the phenomena involved stimulated learning and consequently, the interest of the students by the content covered was augmented. Key-words: Experimentation; experimental chemistry teaching; iodine clock; chemical kinetics.