ODONE GINO ZAGO NETO

O CONTEÚDO FORMAL NA REPRESENTAÇÃO

IMAGÉTICA DOS MODELOS ATÔMICOS

Santa Maria, RS

2018

ODONE GINO ZAGO NETO

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O CONTEÚDO FORMAL NA REPRESENTAÇÃO

IMAGÉTICA DOS MODELOS ATÔMICOS

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Ensino de Ciências e Matemática da Universidade Franciscana, como requisito parcial para obtenção do título de mestre em Ensino de Ciências e Matemática com ênfase em Ensino de Química.

Orientador: Dr. GILBERTO ORENGO

Santa Maria, RS

2018

2

Elaborada pela Bibliotecária Eunice de Olivera CRB/10 - 1491

Z18c Zago Neto, Odone Gino

O conteúdo formal na representação imagética dos

modelos atômicos / Odone Gino Zago Neto,

orientação Gilberto Orengo – Santa Maria, 2018.

114 f. : il.

Dissertação ( Mestre em Ensino de Ciências e

Matemática ) – Programa de Pós-graduação em Ensino

de Ciências e Matemática – Universidade Franciscana

1. Modelo 2. Átomo 3. Molécula 4. Eletrosfera e

núcleo I. Orengo, Gilberto II. Título.

CDU 53

3

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RESUMO

A proposta desta pesquisa é relacionar a construção da representação imagética do átomo com o

conteúdo formal da Química estudado no ensino médio. O público-alvo foram alunos de uma escola

particular de Santa Maria, RS, e por intermédio da elaboração de desenhos de átomos e moléculas

foi analisada a presença de conteúdos da Química formal como: modelos atômicos, característica

elétrica da matéria e ligações entre átomos. O estudo utilizou como referencias as teorias de

aprendizagem de Lev Vigotsky e as teorias objeto-modelo de Mario Bungue. Nela foi investigado o

nível de aprofundamento e entendimento da estrutura atômica e sua aplicação nos estudos da

Química. Justifica-se a relevância dessa pesquisa devido ao constante transito dos estudos formais

de Química aos distintos universos visíveis e invisíveis. Nessa perspectiva, o invisível aos olhos,

criado e imaginado na mente do homem, explica os fatos concretos estudados nos experimentos

laboratoriais. Logo, para compreender como o estudante faz essa transição é necessário verificar

como ele imagina o mundo invisível aos olhos e como ele aplica esses conhecimentos na

compreensão do mundo visível. Os procedimentos metodológicos caracterizam uma pesquisa

qualitativa e quantitativa do tipo de estudo de caso baseada na elaboração, por estudantes, de

desenhos de átomos e moléculas e posterior aplicação de um questionário. A análise de dados da

pesquisa demostrou que a representação pictográfica utilizada para desenhar os átomos foi de um

modelo atômico mais complexo, por outro lado, a representação imagética das moléculas seguiu o do

modelo mais simples. Foi verificado ainda que há excelência na representação da eletrosfera, porém,

não do núcleo. Observa-se que muitos participantes da pesquisa não tem esclarecida a ideia de

modelo, porém, uma grande maioria os utiliza constantemente para melhor compreender a Química.

Palavras-chave: modelo, átomo, molécula, eletrosfera e núcleo.

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Abstract The proposal of this research is to relate the imagery representation building of the atom with the

formal content of the studied Chemistry in high school. The audience was private school students of

Santa Maria, RS, and through the elaboration of drawings of atoms and molecules has been

examined for the presence of Chemical content as: Atomic models, electrical characteristic of matter

and links among atoms. The study used as references the learning theories of Lev Vigotsky and

object-model theories of Mario Bungue. It was investigated the level of development and

understanding of atomic structure and itsr application in the studies of chemistry. As a way to justifiy

the relevance of this research due to the constant traffic of chemistry studies formal to the different

visible and invisible universes. In this perspective, the invisible to the eye, created and imagined in the

mind of man, explains the facts studied in laboratory. To understand how the student does this

transition is necessary to verify how he imagines the world invisible to the eye and how he applies this

knowledge in understanding of the visible world. The methodological procedures characterizing a

qualitative and quantitative research of study type case based on the elaboration, by students, of

drawings of atoms and molecules and subsequent application of a questionnaire. The analysis of the

survey`s data showed that the pictographic representation used to draw the atoms was a more

complex Atomic model, on the other hand, the imagery representation of molecules stick to the

simplest model. It was verified that there is still excellence in eletrosfera the representation, but not the

core. It is observed that many participants of research have clarified the idea of model, however, a

vast majority use them constantly to better understand the chemistry.

Keywords: model, atom, molecule, eletrosfera and core.

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Lista de Ilustrações

Figura 1 – Modelo Atômico de Dalton: Esfera maciça, neutra e indestrutível.......................................17

Figura 2 – Foto de um copo de água – Uma visão macroscópica da água...........................................19

Figura 3 – Representação dos átomos de oxigênio (azul) e hidrogênio (vermelho) segundo o modelo

de Dalton para molécula de água..........................................................................................................19

Figura 4 – Esquema básico de funcionamento de um tubo de Crookes...............................................20

Figura 5 – Modelo Atômico de Thomson...............................................................................................22

Figura 6 – Anna Bertha Roentgen e chapa de raios x de sua mão.......................................................25

Figura 7 – Experimento de Becquerel...................................................................................................26

Figura 8 – Desenho representando o experimento que levou a descoberta das partículas alfa e beta e

das radiações gama..............................................................................................................................29

Figura 9 – Experimento de difração das partículas alfa (α)...................................................................31

Figura 10 – O modelo atômico proposto a partir das ideias de Rutherford, Geiger e Marsden (1911).32

Figura 11 – As trajetórias em espiral possíveis para os elétrons próximos ao núcleo..........................33

Figura 12 – As trajetórias em espiral possíveis para os elétrons mais afastados do núcleo................34

Figura 13 – Espectro contínuo obtido da radiação solar.......................................................................35

Figura 14 – Esquema de um espectroscópio para obtenção do espectro atômico de emissão...........36

Figura 15 – Espectros de emissão do hidrogênio, do sódio e do hélio.................................................36

Figura 16 – Modelo atômico de Bohr com todas as sete órbitas circulares no mesmo plano..............43

Figura 17 – Elétrons só podem ficar em órbitas cujas energias são permitidas...................................44

Figura 18 – Elétrons de mesma energia ficam em uma mesma órbita.................................................45

Figura 18-A – Elétron absorvendo energia suficiente para dar um salto quântico................................45

Figura 18-B – Elétron excitado em um estágio estacionário de maior energia.....................................46

Figura 19-A – Elétron excitado em um estágio estacionário de maior energia retornando ao estagio

estacionário de menor energia..............................................................................................................46

Figura 19-B – Elétron no estado fundamental de energia....................................................................47

Figura 20 – Origem das raias espectrais com base no modelo atômico de Bohr..............................48

Figura 21 – Átomos de Carbono e Nitrogênio com as três partículas subatômicas segundo o modelo

atômico de Bohr.....................................................................................................................................50

Figura 22 – Estímulo, Signo e Resposta...............................................................................................61

Figura 23 – Elementos Organógenos....................................................................................................78

Figura 24 – Fórmula de Lewis do Propano (um dos componentes do gás de cozinha).......................79

Figura 25 – Fórmula Estrutural Plana do Etanol....................................................................................79

Figura 26 – Representação dos átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio, seguindo o

modelo de Rutherford-Bohr, elaborados pelo participante A04.............................................................82

Figura 27 – Representação dos átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio seguindo o

modelo de Rutherford-Bohr com órbitas parciais elaborados pelo participante A11............................83

Figura 28 – Representação dos átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio seguindo um

modelo próprio como uma esfera com camada de valência elaborados pelo participante A21...........83

7

Figura 29 – Estímulo, Signo e Resposta...............................................................................................85

Figura 30 – Representação da molécula do etanol utilizando para os átomos da molécula o modelo de

Dalton (átomo esférico maciço e neutro) elaborado pelo participante A09...........................................90

Figura 31 – Representação da molécula do etanol utilizando para os átomos da molécula o modelo de

Rutherford-Bohr (átomo nucleado com elétrons em órbitas circulares de energia quantizada)

elaborado pelo participante A12............................................................................................................91

Figura 31 – Representação da molécula do etanol utilizando para um modelo de átomos pontuais em

estruturas tetraédricas elaborado pelo participante A06.......................................................................92

Figura 33 – Representação da molécula do etanol utilizando átomos como letras em estruturas

tetraédricas elaborado pelos participantes A10, A26 e A29 respectivamente......................................92

8

Lista de Tabelas

Tabela 1 – Modelos Atômicos Apresentados Nos Desenhos de Átomos.............................................84

Tabela 2 – Questão Cinco: A Escolha do Modelo.................................................................................86

Tabela 3 – Estruturas do átomo apresentada no desenho...................................................................88

Tabela 4 – Questão sete: Características Importantes em um Desenho do Àtomo..............................89

Tabela 5 – Modelos Atômicos Apresentados Nos Desenhos das Moléculas........................................93

Tabela 6 – Modelos Atômicos Utilizados Nos Desenhos de Moléculas................................................95

Tabela 7 – Aspecto Relevante nos desenhos dos Átomos nas Moléculas...........................................97

Tabela 8 – Uso dos Modelos Atômicos na Compreensão da Química.................................................97

Tabela 9 – Uso dos Conhecimentos de Química Aplicado aos Desenhos de Átomos e Moléculas.....99

Tabela 10 – O Conceito de Modelo Atômico.......................................................................................101

9

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................9

1.1 JUSTIFICATIVA...................................................................................................12

1.2 OBJETIVOS.........................................................................................................14

2 REVISÃO DE LITERATURA .................................................................................16

2.1 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS.....................................................16

2.1.1 Lavoisier, Dalton e os Elementos ...................................................................................16

2.1.2 Radiações e o Modelo Atômico de Thomson .................................................................19

2.1.3 Raios X, Radioatividade e o Modelo de Rutherford ........................................................23

2.1.4 A Luz, os Espectros e o Modelo Atômico de Bohr ..........................................................34

2.2 TEORIA SOCIOINTERACIONISTA de LEV VIGOTSKY ...................................51

2.2.1 Lev Seminivich Vigotsky..................................................................................................51

2.2.2 Filogênese, ontogênese, sociogênese e microgênese....................................................52

2.2.4 Bases da Teoria Sociocultural de Lev Vigotsky...............................................................54

2.2.5 Vigotsky e a educação.....................................................................................................62

2.2.6 A Química, os signos, os objetos e a linguagem ............................................................66

2.3 EPISTEMOLOGIA DE MARIO BUNGUE ...........................................................68

2.3.1 Mario Bungue...................................................................................................................68

2.3.2 A Matemática e as Pesquisas..........................................................................................68

2.3.3 Os Objetos-modelo e o Modelo Teórico..........................................................................69

2.3.4 A Caixa Preta e o Modelo................................................................................................70

2.3.5 Objeto-modelo e os Modelos Teóricos............................................................................72

2.3.6 Modelos nas Ciências Naturais.......................................................................................74

3 METODOLOGIA.....................................................................................................77

3.1 Caracterização da Pesquisa..............................................................................77

3.2 O Contexto da Pesquisa....................................................................................77

3.3 Instrumentos de Coleta de Dados....................................................................80

4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS............................................82

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS.................................................................................102

REFERÊNCIAS........................................................................................................106

APÊNDICES.............................................................................................................111

APÊNDICE A...........................................................................................................111

APÊNDICE B...........................................................................................................112

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1 INTRODUÇÃO

A Química constitui uma ciência estruturada a partir do uso de uma

linguagem específica cujos conceitos e imagens transitam entre dois mundos, o

macroscópico e o nanoscópico. Quando avaliamos a evolução do pensamento

científico relacionado à Química Moderna verifica-se que ele foi estruturado a partir

da lei da conservação da massa (Lei de Lavoisier) e das novas concepções dos

elementos químicos, que estabeleceram, praticamente, desde seu princípio, íntima

relação entre os estudos do comportamento da matéria concreta e observável e o

mundo invisível dos átomos. O experimentalismo químico desenvolvido desde a

alquimia e fundamentado na relação concreta entre individuo e objeto transformado

necessitava, para uma evolução científica, de compreensão mais profunda da

natureza da matéria. Foi assim que o atomismo grego redimensionado por Dalton,

dentro dos princípios científicos de sua época, forneceram subsídios teóricos para

essa evolução. Nessa perspectiva, o invisível aos olhos, criado e imaginado na

mente do homem, explica os fatos estudados nos experimentos laboratoriais.

O primeiro modelo atômico científico criado pelo inglês John Dalton originou

uma imagem que relacionava os conhecimentos da realidade científica de sua

época: o início da revolução industrial e da Química moderna. Assim que os

conhecimentos químicos se ampliaram e a matéria se revelava mais complexa, seu

modelo começa a ficar obsoleto e a necessidade humana de visualizar esse novo

mundo invisível dos fundamentos da matéria vai criando adaptações que agregam

as novas representações imagéticas aos conhecimentos novos adquiridos. A

evolução da imagem que temos da representação imagética dos átomos segue o

critério normal da evolução do pensamento científico, mas, para a educação,

representa algo significativo que remonta a um processo de evolução científica da

humanidade e, ao mesmo tempo, apresenta aos estudantes a grande revolução que

nos levou ao mundo atual mostrando a Química como uma ciência voltada para

explicar a natureza e as tecnologias geradas pela ação do homem. Os referenciais

teóricos que geraram os modelos atômicos estão calcados nos métodos científicos

e, por isso, é importante situar determinada representação imagética do átomo ao

seu momento histórico. Para Westhal e Pinheiro (2011, p. 592):

[...]mesmo a popularidade de uma teoria, não prova a sua veracidade. Em ciências, as teorias são postas em provas fazendo-se predições

11

com ajuda de leis e dados. Se estas predições falham, a teoria é considerada falsa, ou pelo menos, pouco verdadeira...

Desta forma, apesar de, num dado momento, não podermos garantir estarmos diante de uma verdade completa e absoluta, as provas observacionais e experimentais, com frequência, nos fornecem indicações de verdades parciais, que, com o passar do tempo, como mostra a História da Ciência, revelam-se interessantes e suficientemente verdadeiras, a ponto de estimular novas investigações que, por sua vez, podem alcançar melhores aproximações com a realidade.

A compreensão de que uma imagem posta em desenho, figura, fotografia ou

filmagem representam apenas o simbolismo de parte de uma realidade, trata-se de

fator relevante na análise da compreensão de uma representação imagética. Para

os modelos atômicos isso pode tornar-se mais complexo devido ao fato de sofrerem

evolução na sua imagem devido ao crescimento dos conhecimentos científicos. Mas,

essa realidade parcial carrega em si a aproximação da imagem da realidade, para

Bunge (1985, p. 13):

Podemos decir de um relato o de uma pintura, de uma teoria o de um diseño técnico, que son realistas em maior o menor grado. Em essos casos ´realista` significa ´conforme com (fiel a la) realidade`. Por ejemplo. La pintura flamenca o la mecánica cuántica son realistas, entanto la literatura fantástica e las teorias econòmicas de la compete perfecta son irrealistas.

1

Quando estruturamos certo modelo, estamos supondo ser esse

representante de determinada realidade. No caso dos modelos atômicos, há o

objetivo de expor a representação imagética da realidade imediata de fatos

observados no cotidiano e nos experimentos científicos. As deformações do modelo

ou da compreensão dessa realidade ocorrem por desconhecimento de determinadas

características dos sistemas ou pela inexistência de experimentos ou fatos novos

que justifiquem de imediato sua refutação parcial ou total.

As ciências podem ser divididas em formais ou fáticas. Na ciência formal, há

a busca da explicação utilizando linguagem adequada e simbólica que se relaciona

diretamente ao estudo científico realizado. Já na ciência fática, há relação com a

1 Tradução livre da citação feita pelo autor: Podemos dizer de um realato ou de uma pintura, de uma

teoria ou de um desenho técnico, que são realistas em maios ou menor grau. Nesses casos ‘realista’ significa ‘conforme a (firl a) realidade’. Por exemplo: A pintura flamenca ou a mecânica quântica são realistas, enquanto a literatura fantástica e as teorias econômicas da competição perfeita são irrealista.

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aplicação da ciência formal ás necessidades humanas como, por exemplo, dentro

dos processos de formação e produção de novas substâncias (Bunge, 2014).

Segundo Bunge (2014, p. 7):

De esta manera, las ciencias formales jamás entran en conflicto con la realidad. Esto explica la paradoja de que, siendo formales, se "aplican" a la realidad: en rigor no se aplican, sino que se emplean en la vida cotidiana y en las ciencias fácticas a condición de que se les superpongan reglas de correspondencia adecuada.¨ Tenemos así una primera gran división de las ciencias, en formales (o ideales) y fácticas (o materiales). Esta ramificación preliminar tiene en cuenta el objeto o tema de las respectivas disciplinas; también da cuenta de la diferencia de especie entre los enunciados que se proponen establecer las ciencias formales y las fácticas: mientras los enunciados formales consisten en relaciones entre signos, los enunciados de las ciencias fácticas se refieren, em su mayoría, a entes extracientíficos: a sucesos y procesos.

2

Na educação química, utilizam-se as duas maneiras que a ciência pode se

apresentar. No caso do estudo dos modelos atômicos, assunto dessa pesquisa,

utilizam-se as imagens para representar conjuntos de informações preciosos para a

explicação de vários fatos científicos estabelecendo uma inter-relação entre o

pictórico relacionado ao conhecimento formal da ciência com a aplicação

relacionada ao cotidiano e a tecnologia gerada por esse conhecimento.

No ensino médio, são estudados de maneira formal quatro modelos

atômicos que são, em ordem cronológica, os modelos atômicos de Dalton,

Thomson, Rutherford e Bohr. No referencial teórico dessa pesquisa é feito um

levantamento da evolução histórica de cada um desses modelos para a melhor

compreensão e acompanhamento de como o desenvolvimento do pensamento

científico, em cada momento que novas descobertas foram surgindo, interferiu na

representação imagética do átomo. Com base na representação imagética desses

quatro modelos serão estabelecidos os fundamentos necessários à compreensão

dos fenômenos químicos da matéria. A formação simbólica das imagens desses

quatro modelos facilita a evolução do pensamento da concretude para a formalidade

e pode ser utilizada para explicar fatos reais e experimentais com imagens

2 Tradução livre feita pelo autor: Dessa maneira, as ciências formais jamais entram em conflito com a

realidade. Isso explica o paradoxo de que, sendo formais, se ¨aplicam¨ a realidade: na verdade não se aplicam, senão pelo fato de serem empregadas na vida cotidiana e nas ciências fáticas com a condição de que se suponham regras de correspondência adequadas. Temos assim uma primeira grande divisão das ciências, em formais (ou ideais) e fáticas (ou materiais). Esta ramificação preliminar tem em conta o objeto ou tema das respectivas disciplinas; também da conta da diferença de espécie entre os enunciados que se propõem estabelecer as ciências formais e as fáticas: portanto os enunciados formais constituem em relações entre signos, os enunciados das ciências fáticas se referem, em sua maioria, a situações extracientificas: a sucessos e processod.

13

relacionadas aos conteúdos formais. Compreender como os alunos imaginam o

átomo e interpretar a representação imagética que eles são capazes de produzir ou

reproduzir nos faz entender o nível de aprofundamento e de formalização de suas

ideias com relação à estrutura fundamental de seu universo concreto.

É importante observar que devemos ter consciência que cabe aos

professores mostrar que a adequação da imagem dos átomos deve-se a aquisição

de novos conhecimentos científicos e estabelecer o uso dessas imagens na

representação das teorias abordadas na Química.

1.1 JUSTIFICATIVA

A Química, no ensino médio, tanto em propostas curriculares mais

tradicionais quanto nas modernas3 pode ser dividida em quatro grupos fundamentais

de conteúdos que são: Química Geral, Cálculos Químicos e Soluções, Química

Orgânica e Físico-Química. Seus conteúdos e linguagens específicas são estudados

e distribuídos em três anos com cargas horárias que variam de uma escola para

outra. No ensino médio a Química Geral mostra os fundamentos da Química, nela

são introduzidos os conceitos básicos dessa ciência, bem como seu vocabulário

específico e as bases teóricas que sustentam a compreensão da Química nos

conteúdos envolvendo os Cálculos Químicos, Química Orgânica e Físico-Química.

Na Química Geral, abordada no primeiro ano do ensino médio, são estruturadas as

fundamentais relações científicas entre o mundo macroscópico, relacionado

diretamente com os sentidos, e o universo nanoscópico que se envolve com um

mundo imaginário, mas que busca explicar e justificar o comportamento

macroscópico da matéria. É inserida nessa relação que se estrutura um dos

momentos mais importantes dos estudos da Química: o aprendizado dos modelos

atômicos. Esses são, na verdade, representações imagéticas fundamentadas em

estudos, teorias e experimentos envolvendo a matéria sensível. A explanação do

conteúdo cria um modelo mental das estruturas básicas da matéria cuja abordagem

3As propostas mais modernas apresentam um posicionamento diferente de conteúdos e conceitos

que criam um novo caminho para a aquisição do conhecimento químico. Exemplos são as propostas curriculares de Química do ENEM e do Estado de São Paulo.

14

pode atingir a percepção e a dimensão cognitiva gerando a formação da imagem

que ganha, então, um significado científico. Para Silva (2006, p. 72):

Imagens são recursos largamente utilizados há séculos por nós, professores de ciências, e vários trabalhos, entre eles os de Perales e Jimenez (2002), Amador e Carneiro (1999), Martins et al. (2003), vêm trazendo contribuições importantes para compreensão de sua utilização. Parece ser unânime a ideia de que imagens não são imediatamente transparentes e, portanto, precisam ser explicitamente trabalhadas.

Na primeira fase dos estudos de Química, é estruturada a formação

fundamental sobre um universo invisível aos olhos em que entram conceitos com

relações imagéticas os átomos, moléculas, ligações interatômicas, ligações

intermoleculares entre outas que serão a base para a compreensão plena de todo o

conteúdo de química que será visto posteriormente.

Na educação química, em todos seus níveis de estudo, há, entre os

professores, imensas preocupações que estão diretamente relacionadas com o

como educar em química. Dai surgem vários questionamentos e, entre eles: se, no

estudo da Química, há a necessidade de trânsito entre o universo sensível e o

imaginário, será que os alunos conseguem fazer a transição entre os dois

universos?

O conteúdo quando compreendido, assimilado e formalizado pode ser

traduzido em inter-relações de imagens desses universos. Devido ao amplo contato

com o mundo concreto a formação da representação imagética é mais simples, pois,

estamos desde o nascimento nos relacionando com o mundo dos sentidos. Por

outro lado, mesmo nos estudos formais isso é instigado desde os primeiros contatos

com a ciência. Com relação a representação imagética dos átomos e moléculas, que

observamos ser relevantes para o ensino de Química, pois, são utilizadas como

fundamentos em muitas abordagens, imagina-se que os modelos atômicos

fornecidos dentro do conteúdo base deveria apresentar as respostas não somente

teóricas mas, também simbólicas que seriam evidenciadas em representações

imagéticas adequadas à compreensão dos assuntos relacionados à Química das

ligações, das moléculas e das substâncias geradas por elas podendo criar, a partir

delas, uma chuva de questionamentos que daria mais sentido ao significado da

palavra modelo e instigaria muitos alunos a propor respostas as falhas dos modelos.

15

1.2 OBJETIVOS

Na fundamentação teórica dessa pesquisa, baseada na história da ciência, é

apresentada a evolução do pensamento científico que levou a estruturação dos

quatro modelos atômicos fundamentais utilizados nos estudos da Química no ensino

médio e, auxiliares na compreensão de seus fenômenos fundamentais. Cada

modelo apresenta características que demonstram, cronologicamente, uma evolução

no conteúdo formal. A representação imagética deles pode nos fornecer dados

relativos a características estruturais dos átomos de acordo com o imaginário do

desenhista e fornece, de forma muito direta, uma inter-relação entre a profundidade

de imersão do aluno no conteúdo formal com relação aos estudos da estrutura

atômica. Esse desenho fornece subsídios para compreender como ele aplica e

relaciona esses fundamentos imagéticos aos conteúdos de Química.

Tendo a imagem real a máxima iconicidade, então, nenhum desenho

representa a realidade, quanto mais próximo dessa realidade mais icônica é a

imagem. Para Souza (2014, p. 128) o grau de realidade com que uma imagem se

relaciona com a realidade que representa passa por diferentes níveis, desde a

igualdade total (iconicidade máxima) até a abstração total.

As figuras criadas para representar a realidade dos átomos apresentam,

devido a sua evolução, conteúdos formais cumulativos que aparecem na

representação pictográfica, permitindo sua analise. Logo, podemos dizer que o

modelo de Dalton é menos icônico que o de Thomson, pois, nesse é acrescentada a

natureza elétrica da matéria, porém, o modelo de Thomson é menos icônico que o

de Rutherford cuja presença do núcleo e da eletrosfera demostram maior

proximidade com a realidade e podemos dizer que, nos estudos da Química do nível

médio, o modelo mais icônico é o de Bohr por ser o que apresenta mais detalhes.

Assim, Bohr fornece o modelo que melhor explica a realidade e que se relaciona de

forma mais profunda aos conteúdos vindouros.

Segundo Silva (2006, p. 78):

Podemos dizer que o referente das imagens nunca é propriamente o objeto em si representado, pois essa representação nunca é perfeita, sendo sempre um produto de uma construção. Objetos mais icônicos também não representam a realidade tal como ela é. Toda imagem da realidade é sempre produto de uma construção. O ato fotográfico, por exemplo, não é senão fruto de cortes, de um enquadramento que recorta o real sob um certo ponto de vista...

16

Dessa maneira, essa pesquisa se estruturou com base na dúvida que existe

na relação entre a imagem representada pelo aluno e o conteúdo formal por ele

estudado no ensino médio. Como cada modelo atômico representa um conjunto de

conteúdos formais, surge dai a questão: quais as concepções teóricas que

embasam a representação imagética dos átomos, em nível nanométrico, na

elaboração de modelos atômicos por alunos do ensino médio de uma escola privada

de Santa Maria?

O objetivo principal dessa pesquisa que é: Identificar, analisar e compreender

qual o modelo utilizado na representação imagética do átomo, utilizada por alunos

de uma turma de terceiro ano de uma escola privada de Santa Maria.

Como a exigência do estudo das moléculas, dentro da Química, é muito mais

importante que os estudos dos retículos surgiu à necessidade de verificar qual tipo

de representação imagética os alunos utilizam para desenhar os átomos na

formação das moléculas. Como na elaboração da figura de cada tipo de modelo

atômico existe o envolvimento de determinados conteúdos formais surgiram alguns

objetivos específicos são:

1. Identificar se a representação imagética envolve a apresentação de

conteúdos formais, aprendidos na abordagem dos modelos atômicos, referentes as

características elétricas do átomo e a valência;

2. Analisar como o aluno entende a ideia de modelo;

3. Identificar qual o modelo atômico formal será utilizado pelos alunos para

representar os átomos nas moléculas;

4. Identificar como o aluno representa as ligações químicas nas moléculas.

Assim, um conhecimento formal utilizado em toda a Química, estruturado nos

estudos do início do primeiro ano do ensino médio será tanto mais claro quanto

melhor for o modelo imagético representado.

Essa pesquisa buscará justamente identificar como os alunos representam

os átomos em nível nanométrico fazendo uma análise de alguns conteúdos formais

que estão relacionados a cada uma das representações imagéticas geradas por

eles.

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2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

2.1.1 Lavoisier, Dalton e os Elementos

A ideia da existência do átomo foi algo que surgiu na Grécia antiga como

uma visão meramente filosófica, porém, os modelos atômicos científicos só foram

elaborados muito mais tarde com base em questionamentos que foram publicados

no mesmo ano da revolução francesa. Em 1789, Antoine Laurent Lavoisier (1743-

1794) publica o livro Tratado de Química Elementar (Traìtè Elémentaire de Chimie)

que introduz a ideia da matéria sensível ser formada por trinta e três elementos e

não quatro como se imaginava. Acompanhando as ideias dessa nova perspectiva

sobre os elementos, Lavoisier, nesse livro, divulga a Lei da conservação da massa,

primeira lei experimental da Química, e, possivelmente aquela que proporcionou a

ela o ¨status¨ de Ciência. Segundo essa lei, nas transformações da matéria a massa

sempre se conserva, ou seja, se tivermos um quilo de substâncias que reagem,

considerando um rendimento de 100% para a reação, teremos um quilograma de

produtos, nem um grama a mais e nem um grama a menos. Apesar dessa grande

descoberta, Lavoisier não consegue explicar o motivo dessa conservação. O que a

massa teria de tão excepcional que a tornaria invariável nas transformações? Essa

dúvida corroeu seus pensamentos até sua morte em 1894. No livro Ciência –

História e Realidade de A. Sutcliffe e A.P.D. Sutcliffe (1976, p. 53), os autores

descrevem essa passagem da seguinte maneira:

Lavoisier, como a maioria dos fazendeiros-gerais, foi condenado à morte e, segundo a praxe daqueles dias, a sentença foi executada dentro de poucas horas após lavrada. Durante o julgamento se tentou lembrar os grandes serviços que Lavoisier prestara à França, mas o esforço foi inútil. Também houve pedido, ao que se diz, seja do próprio Lavoisier seja de alguém por ele, no sentido de adiar a sentença por uma quinzena para permitir que ele terminasse algumas importantes experiências. Foi nessa altura do julgamento, afirma-se, que Coffinhall teria feito sua notória observação de que ¨A república não precisa de cientistas, e a justiça deve seguir seu curso (baseado no livro de T. E. Thorpe, Essays on Historical Chemistry, (1888), p. 107.).

Dessa maneira o grande cientista Lavoisier morre guilhotinado como um

fazendeiro-geral, uma espécie de cobrador de impostos da época. Mas, seu legado

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científico ganhava força na mente de outros grandes pensadores e, em pouco

tempo, o mistério da conservação da massa começa a ser desvendado. Na

Inglaterra, na cidade de Manchester, o químico Joseph John Dalton (1766-1844)

publica, em 1808, em seu livro New System of Chemical Philosophy, uma nova

concepção sobre a estrutura fundamental da matéria e reestrutura de maneira formal

o atomismo grego de Leucipo e Demócrito, proposto a, aproximadamente, 400 anos

antes de cristo. Segundo Filgueiras (2004, p. 42),

A primeira comunicação oral da teoria de Dalton a respeito de sua teoria atômica foi lida por ele na Sociedade Literária e Filosófica de Manchester em 21 de outubro de 1803...Dalton em sua obra principal, saída à luz a partir de 1808, o New System of Chemical Philosophy...ousou onde Lavoisier não tinha sequer especulado.

Dalton, usando os fundamentos da Química moderna, sedimentados agora

nas poderosas leis ponderais, que regem os estudos das reações químicas até os

dias de hoje agregado a seus estudos de matemática e física procura explicar o

comportamento da matéria sensível e nos leva, com isso, a uma viagem para um

mundo desconhecido. Há agora um universo de estruturas minúsculas criadas pelas

ideias de Dalton cujas imagens mentais desse mundo nanométrico justifica o

comportamento da matéria sensível. Para Dalton a matéria seria em sua base

constituída por partículas extremamente pequenas que não conseguimos enxergar,

mas que deveriam ser, segundo sua concepção, esféricas, neutras, mas,

principalmente indestrutíveis e donas da massa da matéria gerando uma imagem

representada na figura 1 apresentada a seguir:

Figura 1 – Modelo Atômico de Dalton: Esfera maciça, neutra e indestrutível.

Fonte: Zago, 2000.

19

Nessa concepção toda a massa da matéria pertence ao que os cientistas da

época chamavam de “partículas últimas” de um elemento e que Dalton, retornando

aos gregos, chamou de átomos, cujo significado seria sem partes ou indivisível. Ao

considerar o átomo indestrutível Dalton criou a condição necessária para a

manutenção da massa, pois, se o átomo não pode ser destruído ou transformado

em outro tipo de átomo, a massa dele deve, obrigatoriamente, se conservar. Dessa

forma, John Dalton, quatorze anos após a morte de Lavoisier, começa a desvendar

os segredos da conservação da massa e para isso proporciona ao mundo uma

imagem de uma estrutura invisível, mas com imagem concreta cujas propriedades

ajudam a explicar os fenômenos da natureza.

O atomismo de Dalton mudou a maneira de pensar e imaginar a matéria. A

partir dele a matéria ganha uma nova concepção que vai além do mundo dos cinco

sentidos, agora a matéria pode ser representada por duas distintas imagens uma do

mundo concreto e sensível, obtida de forma imediata e outra de um mundo invisível

aos sentidos, elaborada e fundamentada em teorias e modelos que justificam as

propriedades dos materiais e aprimoram e formalizam as concepções científicas

vinculadas a Química Moderna.

Segundo Filgueiras (2004, p. 44):

[...] A teoria atômica de Dalton é um dos marcos fundamentais da Química do século XIX. Ao contrário das cogitações abstratas de tantas outras teorias sobre a constituição da matéria, a sua se originou de uma combinação de intuição teórica e observações de laboratório, sendo respaldada diretamente por seus estudos sobre gases...a teoria passou a ter aceitação universal e tornou-se um dos alicerces da Química.

A partir das ideias geradas pelo atomismo Daltoniano e seus precursores,

hoje, a água de um copo pode ser tanto visualizada e percebida pelos sentidos

como a que é apresentada na foto da figura 2, como, também, imaginada e

desenhada, em forma e estrutura no mundo das moléculas, dos átomos e das

atrações elétricas que esses átomos são capazes de exercer uns sobre os outros,

representada na figura 3. Tudo isso graças a imagens modelizadas a partir de

fundamentações científicas criadas a partir do primeiro modelo de átomo imaginado

por Dalton no início do século XIX.

20

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Figura 2 - Foto de um copo de água – Uma visão macroscópica da água

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Figura 3 – Representação dos átomos de oxigênio (esfera maiorl) e hidrogênio (esfera menor) segundo o modelo de Dalton para molécula de água.

Fonte: Russel, 1981.

21

2.1.2 Radiações e o Modelo Atômico de Thomson

A evolução do pensamento científico, das análises experimentais e da

necessidade da evolução tecnológica causada pela revolução industrial geraram

grandes mudanças na concepção e na imagem dos átomos. A necessidade de

explicar a natureza da matéria com base no mundo nanoscópico do átomo gerou um

grande avanço na maneira de compreender as transformações químicas e físicas da

matéria. Por volta de 1870, o físico e químico inglês Willian Crookes (1832-1919)

descobre em seus experimentos que, ao evacuar um tubo de vidro e aplicar uma

grande diferença de potencial, surgem raios que foram chamados por ele de raios

catódicos. A figura 4 apresenta um dos experimentos de Crookes que o levou a

descobrir os raios catódicos.

Figura 4 – Esquema básico de funcionamento de um tubo de Crookes

Fonte: Desenho elaborado pelo autor baseado na descrição do experimento de Crookes feitas por

Russel, 1981, p. 116.

Em um de seus experimentos Crookes observou que os raios catódicos eram

capazes de movimentar pás de uma hélice colocada dentro do tubo evacuado, esse

fato seria explicado pela colisão dos raios catódicos com as pás da hélice, assim,

Cátodo (–)

Ânodo (+)

Fonte de alta

voltagem

Raios Catódicos

Tubo de vidro evacuado

22

nesse experimento, Crookes acaba descobrindo que os raios catódicos deveriam ser

formados por minúsculas partículas dotadas de massa e energia.

Em 1895, o físico francês Jean-Baptiste Perrin (1870-1942) demostrou que

as partículas formadoras dos raios catódicos seriam carregadas negativamente.

Aragão (2008, p. 134) descreve esse experimento da seguinte maneira:

Ele usou um tubo de Crookes, introduziu um disco com uma ranhura retangular. Colocou ainda dentro do tubo um tela fluorescente, para se visualizar a trajetória desenhada pelos raios catódicos. Colocando ainda um imã em forma de U em volta do tubo, de modo que as linhas de força do campo magnético sejam perpendiculares à direção do movimento dos raios catódicos, o feixe desloca-se para a direção que corresponde à presença de cargas elétricas negativas.

O físico e matemático inglês, Joseph John Thomson (1856-1940), gerou

uma grande revolução cientifica ao pesquisar e estudar a natureza elétrica da

matéria e a radioatividade. Thomson confirmou em suas pesquisas que os raios

catódicos seriam formados por partículas de massa muito pequena e dotadas de

carga negativa. Essas estruturas migravam do polo negativo para o polo positivo dos

eletrodos inseridos dentro da ampola de vidro evacuada. Thomson concluiu que

eram as mesmas partículas que se desprendiam quando superfícies metálicas eram

irradiadas por luz ultravioleta e com o físico americano Robert Andrew Millikan

(1868-1953), mediu a relação carga/massa dessa partícula. Outro experimento

realizado por Thomson foi a analise a massa eletrodepositada pelo hidrogênio num

processo eletrolítico envolvendo as mesmas partículas dos raios catódicos. Esse

experimento levou a conclusão que a massa da partícula seria em torno de 2000

vezes menor que a do átomo de hidrogênio.

Uma observação importante é de que os raios catódicos, criados em

laboratório, apresentam as mesmas propriedades das descargas elétricas que

ocorrem nos dias de tempestades e, portanto, deveriam ser formadas pelas mesmas

partículas. Thomson identificou essas partículas como pequeniníssimas, negativas e

muito menores que o átomo e concluiu que o raio seria o efeito da migração dessas

partículas negativas de um ponto a outro de um sistema. De onde viriam essas

partículas negativas? Por volta de 1896 o átomo, pelas ideias de Thomson, agregou

essas partículas negativas e teve sua imagem alterada. Segundo ele o átomo

provavelmente seria uma estrutura material muito pequena. Sua representação

imagética poderia ser representada por uma esfera maciça de carga elétrica positiva

com pequenas estruturas de cargas elétricas negativas incrustradas em sua

23

superfície. Essas pequenas cargas negativas ao escaparem da atração elétrica da

esfera positiva e migrarem na direção do polo positivo iriam originar os raios

catódicos. Thomson chamou de elétrons essas pequenas partículas geradoras da

corrente elétrica.

Para Chassot (2010, p. 212) a descoberta do elétron deve-se a um grande

número de pesquisas elaboradas nesse período:

O elétron, que em 1833 já fora prognosticado em um estudo de Faraday, ofereceu muitos desafios aos cientistas. J. Plücker (1801-1868), trabalhando com descargas elétricas, verificou que eram desviadas por campos magnéticos, produzindo fosforescência. J. Hittorf (1824-1914), aluno de Plücker, em 1869 construiu os primeiros tubos de raios catódicos, que foram aperfeiçoados por E. Goldstein e W. Crookes. Hoje sabemos que os raios catódicos são elétrons, mas então o assunto era objeto de grandes discussões. Hertz afirmava ter provas experimentais de que os raios catódicos não podiam ser partículas, no que tinha a adesão de físicos e alemães. Foi o francês J. B. Perrin (1870-1942) que, em 1895, demonstrou que os raios catódicos eram partículas carregadas negativamente. Em 1899, J.J. Thomson, professor Cavendish (título acadêmico) da Universidade de Cambridge, fez a determinação da carga e da massa do elétron, e R. A. Millikan, em 1910, aperfeiçoou a determinação da massa.

Observe uma imagem do modelo de Thomson representada na figura 5.

Figura 5 – Modelo Atômico de Thomson

Fonte: Zago, 2000.

Esfera positiva

Elétrons(e–) incrustados.

24

Devido a essa imagem dos elétrons incrustados numa massa positiva essa

representação imagética ficou conhecida no Brasil como modelo “pudim de passas”.

Esse modelo atômico acrescentou ao modelo de Dalton cargas elétricas

antagônicas, unidas por forças de atração elétrica que permitiu justificar o

comportamento elétrico da matéria. Thomson ao colocar os elétrons na superfície da

esfera positiva forneceu, ao mesmo tempo, explicações para a retenção do elétron

no átomo, para a característica neutra do átomo e, ainda, para a capacidade do

átomo de gerar a corrente elétrica e os íons positivos. Devido à atração elétrica com

a esfera positiva os elétrons se mantinham presos à estrutura atômica. Como, para

Thomson, o tamanho da esfera positiva varia para átomos de diferentes elementos,

seriam necessárias diferentes quantidades de elétrons para neutralizar cada tipo de

átomo, assim, se o número de elétrons for suficiente os átomos poderiam ser

neutros. Por outro lado, se os elétrons escaparem da atração elétrica da esfera

positiva do átomo neutro, então, eles gerariam a corrente elétrica que foi estudada

nos raios catódicos. Ao emitir os elétrons os átomos deixariam de ser neutros, pois,

faltariam elétrons para neutralizar a carga da esfera positiva, logo, eles assumiriam

carga positiva formando o que hoje chamaríamos de íons positivos ou cátions.

Surgiram vários questionamentos sobre a aplicação desse modelo atômico

na explicação dos fenômenos químicos naturais, acredita-se que o próprio Thomson

duvidava de sua representação imagética e de seu comportamento.

Para Aragão (2008 p. 136):

Thomson utilizou este modelo atômico para explicar muitas propriedades físicas e químicas da matéria. Essa descrição do átomo não se mostrou, contudo, muito satisfatória, por não ter grande utilidade, principalmente na previsão ou na explicação das propriedades químicas.

Thomson, em seu modelo atômico, fornece a imagem de um átomo divisível.

Lembre que há ai um contra-senso pois a palavra átomo significa indivisível. Sua

divisibilidade é concebida ao se imaginar que ele é capaz de liberar os elétrons para

gerar os raios catódicos e a eletricidade.

2.1.3 Raios X, Radioatividade e o Modelo de Rutherford

Em 1905, vários cientistas já haviam pesquisado a natureza da luz, porém,

ela foi estudada de forma mais profunda por Max Planck. Pesquisas sobre as

25

emissões de radiação nos tubos de descarga e sobre as emissões radioativas

também foram realizadas por vários cientistas incluindo Henry Becquerel, Madame

Curie e Ernest Rutherford. A partir desses estudos surgiram alguns questionamentos

relacionados à origem de determinadas propriedades da natureza como: de onde

viria à luz? De onde viriam as partículas e a energia proveniente das emissões

radioativas? Como se imagina a luz, as partículas e a energia emitida nas emissões

radioativas deveriam vir da matéria, o átomo, formador fundamental da matéria,

deveria dar essas explicações. O modelo atômico de Thomson já não respondia

esses questionamentos.

Em 1895 o físico alemão Wilhelm Konrad Röntgen (1845-1923) ficou

intrigado ao observar o resultado de um de seus experimentos com tubos de

descarga elétrica. Ao preparar o experimento Röntgen não percebeu que próximo ao

tubo estava, por acaso, uma lâmina com um dos lados revestido com platinocianeto

de bário {Ba2[Pt(CN)6]}, uma substância fluorescente, ou seja, que emite luz quando

submetida a radiação externa mas cuja emissão cessa no momento que a fonte de

energia é retirada. Trabalhando no escuro Röntgen ligou o sistema do tubo de

descarga, que estava completamente recoberto por um papelão preto e, para seu

espanto, observou a lâmina com platinocianeto de bário emitiu luz. Röntgen

observou que mesmo virando a lâmina para o lado sem o revestimento de

platinocianeto de bário ela continuava a emitir luz, resolveu colocar anteparos (pano,

madeira,...) entre a lâmina e o tubo e verificou que, mesmo assim, a tela continuava

a emitir luz. Isso o fez concluir que a radiação que saia do tubo atravessava os

anteparos com facilidade, pois se tratava de uma energia de alta frequência e baixo

comprimento de onda que Röntgen chamou de raios X.

Ao colocar a mão esquerda de sua esposa, Ana Berta Röntgen, entre o tubo

de descarga e uma lâmina de sulfeto de zinco (ZnS), material utilizado como

contrastante nas chapas fotográficas, ficou mais espantado ainda ao observar que a

imagem formada na lâmina de sulfeto de zinco representava os ossos da mão dela

como apresentado na figura 6.

26

Figura 6 – Anna Bertha Roentgen e chapa de raios x de sua mão.

Fontes: Fotos retiradas dos seguintes endereços eletrônicos: https://www.awesomestories.com/asset/view/Anna-Bertha-Roentgen (foto de Anna Bertha Roentgen) e http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0717-73482006000100006 (foto da chapa de raios x da mão de Anna Bertha Roentgen). Acesso: 17 de fevereiro de 2017.

A descoberta dos raios X foi extremamente produtiva e criou importantes

questionamentos sobre a natureza da matéria tornando-se fundamental para

evolução do modelo imagético do átomo.

Na França um cientista que estudava a fluorescência em sais de urânio (U)

ficou muito apreensivo com as descobertas de Röntgen. Antoine Henri Becquerel

(1852 – 1908), em janeiro de 1886, foi um dos muitos a visitar, no museu do Louvre,

em Paris, uma exposição das primeiras fotografias de raios X feitas por Röntgen.

Becquerel imaginou que poderia obter os raios X de outra maneira,

utilizando-se dos fenômenos da fluorescência. Ele decidiu fazer uma experiência

com dissulfato de potássio e uranila [K2UO2(SO4)2], sal preparado por ele mesmo

anos antes a partir do mineral, extraído da Polônia, chamado pechblenda. Ele

27

envolveu duas chapas fotográficas de sulfeto de zinco (ZnS) em papel preto que

impedisse a luz de penetrar, mas, devido as experiências de Rötgen, ele sabia que

se ocorresse emissão de raios x, as emissões energéticas atravessariam o papel e

marcariam as chapas fotográficas. Fixou cristais de dissulfato de potássio e uranila

próximos a duas placas próximas de uma janela (fonte de luz). Entre uma das placas

e os cristais do sal ele colocou uma moeda. Arrumou o sistema de tal forma que a

luz solar incidisse nos cristais e os tornasse fluorescentes, de acordo com a figura 7.

Figura 7 – Experimento de Becquerel

Fonte: Desenho elaborado pelo autor a partir da descrição do experimento apresentada por: Segrè, p.

29-30.1980

Becquerel esperava que os cristais irradiados emitissem raios x e

imprimissem as chapas. Ele imaginava que uma das placas ficaria completamente

impressa e outra, devido à interferência da moeda, imprimiria seu formato. Ao

revelar as chapas Becquerel verificou que estava correto, as duas chapas estavam

reveladas, parecendo-lhe então que os cristais do sal irradiado emitiam raios x.

Porém, as coincidências são bárbaras e inexplicáveis. Em 26 de fevereiro de 1896

Becquerel foi repetir o experimento montando o sistema na mesma janela, porém, o

Luz

Luz

Luz

Luz

Cristal de K2UO2(SO4)2

Cristal de K2UO2(SO4)2

Chapas fotográficas

cobertas

Moeda

28

dia estava nublado. Esperou durante três dias e o sol não voltou a surgir. Por fim,

decidiu desmontar o equipamento e para sua surpresa as chapas fotográficas

estavam impressas do mesmo modo que as do experimento anterior. Isso levantou

um questionamento: Como estão impressas se não houve luz solar suficiente para

causar a fluorescência? Então Becquerel imaginou que os cristais daquele sal

tinham condições de, naturalmente, emitir radiações, não necessitando de fonte

energética externa. Repetiu o experimento sem expor os cristais a luz e obteve o

mesmo resultado anterior. No primeiro momento ele concluiu que os sais de

dissulfato de potássio e uranila emitiam naturalmente raios x, porém, ao pesquisar

melhor as características da emissão chegou à conclusão que não eram raios x,

seria uma radiação produzida por um novo tipo de atividade da matéria que envolve

um caráter natural de certos elementos que algumas substâncias continham. Ele

chamou esse fenômeno de radioatividade (do francês radio-activité).

Para Segrè (1980, p. 30)

Eis uma situação em que o acaso, a sagacidade e a vivacidade constituíram elementos fundamentais. Henri Becquerel afirmava que também seu pai e avô mereceriam crédito por essa descoberta... Mas, à época, a descoberta de Becquerel aparentemente não se comparava com a de Röntgen e não provocou a excitação que a de Röntgen havia provocado.

Sutcliffe e Sutcliffe (1976 p. 204) reforçam essa ideia ao relatarem o que o

farmacologista britânico Hallett Henry Dale (1875-1968) escreveu no jornal ¨The

Brithisch Medical Journal¨ em 4 de setembro de 1948 na página 453.

Numa reunião do Clube de Ciência Natural dos estudantes superiores em Cambridge, em 1897, meu contemporâneo R.H. Strutt (mais tarde Lorde Rayleight, o eminente físico, co-descobridor dos gases raros), descreveu-nos as descobertas de Becquerel. Bem me lembro do protesto cético de um de nós, que mais tarde se tornaria mundialmente famoso em Física e Astronomia. ¨Ora, Strutt¨, disse ele, ¨se essa história de Becquerel fosse verdadeira, violaria a lei da conservação da energia. ¨Recordo-me de o ardoso Strutt retrucar: ¨Muito bem, o mais que posso dizer é tanto pior para a lei, porque sei que Becquerel é observador fidedigno. ¨Sem dúvida nenhum de nós naquele momento tinha a menor ideia da enorme expansão do conhecimento que aquelas descobertas originariam, nem do enorme arsenal de recursos físicos que seria por esse meio posto a serviço da medicina.”

Apesar de inicialmente a radioatividade não causar tanto alvoroço no meio

acadêmico, logo após sua descoberta se torna uma das principais fontes de

pesquisa para vários químicos e físicos.

29

O jovem neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) era um prodígio e

desde a infância nutria grande paixão pela ciência, aos 10 anos já lia livros de

Física, aos 11 anos entrou para o Nelson College como bolsista e aos 19 anos

ingressou no Canterbury College que tinha apenas seletos 150 alunos. Defendeu

uma tese sobre o magnetismo superficial do ferro e aos 24 anos foi, como bolsista,

aprimorar seus estudos na Inglaterra aos cuidados de ninguém menos que Joseph

John Thomson, o pai do modelo “pudim de passas”. Revelou-se um excelente

pesquisador e curiosamente manteve durante toda sua vida correspondência regular

com sua mãe e incentivadora.

A princípio continuou suas pesquisas sobre o magnetismo até que surgem

os estudos de Röntgen sobre os raios x. Thomson e Rutherford começam a medir o

grau de ionização causado pela incidência dos raios x na matéria. Surge a

radioatividade de Becquerel. Rutherford resolve medir o poder da ionização causada

pelo urânio e, em 1899, acaba descobrindo a emissão de duas pequenas partículas,

uma com carga positiva e outra com carga negativa. Nesse experimento Rutherford

fez passar emissões radioativas por entre duas placas de cargas opostas como

mostra a figura 8. Elas eram colocadas de forma que ficassem paralelas e não se

tocassem, deixando um espaço entre elas por onde Rutherford fazia passar

emissões radioativas provenientes do urânio (U). Na frente do equipamento era

colocada uma chapa fotográfica cuja função seria a de verificar a deflexão das

emissões radioativas devido a ação do campo elétrico gerado pelas placas. Ele

verificou que a radiação advinda do urânio acabava originando dois tipos de

manchas na chapa fotográfica. Uma delas desviava-se em direção a placa

carregada negativamente, assim, essa emissão deveria ter carga positiva, ela

gerava partículas com massa maior e, mais tarde, o próprio Rutherford identificou

como átomos ionizados do elemento Hélio (He2+). Ele chamou essas partículas de

alfa (α). A outra emissão identificada por Rutherford, era de uma partícula de massa

muito menor que era desviada na direção da placa de carga positiva o que indicava

sua natureza negativa. Ele chamou essas emissões de partículas beta (β). No

mesmo ano Henry Becquerel acabou deixando todos os cientistas estarrecidos

quando revelou a íntima relação das partículas beta (β) com a dos elétrons de

Thomson: a carga e a massa seriam iguais. Assim, de alguma maneira os átomos

estariam emitindo partículas de carga negativa e positiva. Becquerel ainda

surpreendeu mais quando verificou que a energia das partículas beta era muito

30

maior que a dos elétrons emitidos nos tubos de raios catódicos. Em 1900 o físico

francês Paul Ulrich Villard (1860-1934) comprovou experimentalmente que havia,

nas emissões radioativas, a liberação de uma radiação desprovida de massa e de

cargas elétricas que também seria emitida pelo material radioativo, tinham altíssimo

poder de penetração em relação às partículas alfa e beta e pareciam muito com os

raios x. Villard chamou essa emissão de radiações gama (γ). A figura 8 apresenta,

de forma esquemática, esse experimento realizado por Rutherford e, posteriormente,

por Villard.

Figura 8 – Desenho representando o experimento que levou a descoberta das

partículas alfa e beta e das radiações gama.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor adaptado de: http://brasilescola.uol.com.br/quimica/radioatividade-estrutura-atomo.html. Data de acesso 25 de abril de 2017.

As descobertas das partículas alfa, beta e da radiação gama forneceram

terreno muito fértil para a pesquisa e compreensão dos sutis mistérios do mundo

material. Se estas emissões de partículas e radiação vêm de sistemas materiais e,

se a matéria seria formada por átomos, imagina-se então, que são os átomos que as

produzem. Assim, imaginar o átomo como uma esfera positiva com elétrons

incrustrados não parecia fornecer uma representação suficiente para a compreensão

de seu comportamento.

– – – – – – – – – – – –

+ + + + + + + + + + +

Urânio

Invólucro de chumbo

Placa carregada Negativamente.

Placa carregada Positivamente.

Chapa Fotográfica.

Radiação gama (γ).

31

Após suas descobertas, Ernest Rutherford casou-se e assumiu a cátedra de

física na Universidade MgGill, em Montreal, no Canadá. Em 1907 retorna a

Inglaterra contratado pala Universidade de Manchester e em 1908 recebe o prêmio

nobel de Química pela descoberta das partículas alfa e beta.

Nesta época muitos cientistas, como o físico japonês Hantaro Nagaoka

(1865 – 1950), questionavam o modelo atômico proposto por Thomson. Para

Nagaoka o átomo deveria apresentar uma estrutura semelhante a do sol com os

planetas, ou seja, o átomo deveria ter uma região central, possivelmente positiva,

que atrairia os elétrons, negativos, que girariam a seu redor. Mas como provar isso?

Ernest Rutherford acabará provando realizando um experimento que utilizaria o

bombardeio de partículas alfa, emitidas por um material radioativo, sobre a matéria.

Como as partículas alfa têm carga positiva e o suposto centro atômico também, as

partículas alfa que se aproximarem dele seriam repelidas e sofreriam um desvio

(espalhamento).

Sob a orientação de Rutherford os cientistas Hans Geiger (1882-1945) e

Ernest Marsden (1889-1970) realizaram o experimento do espalhamento das

partículas alfa. Neste, um emissor de partículas alfa emitiria um feixe destas

partículas que insidiria em uma fina lâmina de um material muito denso como ouro

de densidade 19,32 g/mL e que é 70% mais denso que o chumbo de densidade

11,34 g/mL, assim, eles poderiam observar os desvios que estas partículas

sofreriam caso atravessassem a lâmina. Para Marques e Caluzi (2009 p. 3)

Sobre a estrutura atômica Rutherford passou um longo processo de investigação até chegar ao desenvolvimento do modelo...[...]Foi por meio da experiência relatada nos livros didáticos que Rutherford desenvolveu seu modelo. Para isso teve como subsídio um artigo publicado em 1909 cujo título era Sobre a Reflexão Difusa das Partículas Alfa. Esse artigo foi publicado por Geiger e Marsden. Eles relatam nesse artigo que bombardearam com partículas alfas uma delgada folha de ouro com a espessura de 6 microns....[...]Foi, portanto baseado nesses resultados que Rutherford escreveu um artigo em 1911 com o título O Espalhamento das Partículas Alfa e Beta na Matéria e a Estrutura do Átomo. Nesse artigo ele relata as dispersões das partículas alfa e beta obtidos pelo trabalho de Geiger e Marsden...

Para sustentar sua nova imagem da estrutura atômica, Rutherford cita o artigo do Físico japonês H. Nagaoka de 1904. Nesse artigo Nagaoka considera como ¨Sistema saturniano¨um modelo do átomo formado por uma partícula central rodeada por anéis de elétrons girando com uma velocidade angular comum...

A figura 9 apresenta o equipamento usado por Geiger e Marsden para

realizar esse experimento:

32

Figura 9 – Experimento de difração das partículas alfa (α).

Desenho elaborado pelo autor adaptado de Segrè, 1980, p. 110.

Como resultado foi verificado que a maioria das partículas alfa atravessara a

lâmina de ouro sem sofrer deflexão algumas mudaram sua trajetória e outras

chegaram a retornar.

Esse experimento que procurava justificar um estudo matemático sobre o

comportamento da matéria feito por Rutherford levou-o a algumas observações

como:

1. Devido ao grande número de partículas alfa que atravessou a lâmina de

ouro pode-se concluir que o átomo deve apresentar muitos espaços vazios.

2. Devido ao desvio e retorno de algumas partículas alfa positivas o átomo

deve possuir uma região muito densa e positiva que causa a repulsão elétrica com

as partículas alfa causando suas deflexões e retorno.

3. Os elétrons descobertos por Thomson devem estar em uma região

externa ao núcleo e permanecem no átomo devido à atração elétrica entre elétrons

negativos e o núcleo positivo.

Microscópio

Tela Fluorescente

Lâmina de 0,0001 cm de espessura de ouro

(denso – d = 19,3 g/mL)

Feixe de partículas alfa (α)

Partículas alfa que difrataram (mudaram de direção em relação ao feixe inicial)

Urânio (U) emissor de partículas alfa (α). partículas alfa (α)

Direção e sentido do movimento das partículas alfa.

33

4. Devido a grande densidade do núcleo imagina-se que a massa contida no

núcleo é muito maior que a dos elétrons.

5. Para a manutenção da estrutura os elétrons deveriam estar em

movimento. A princípio se pensava que a força centrífuga, que joga o elétron na

direção oposta ao núcleo, seria compensada pela atração elétrica entre o núcleo e

os elétrons.

Com as observações obtidas no experimento Rutherford conseguiu

comprovar que o átomo não seria maciço e levou o imaginário de todos a uma nova

forma de pensar a estrutura atômica. A partir dai surge a imagem do átomo como um

sistema planetário em que o núcleo ficaria no centro e orbitando no entorno dele

estariam os elétrons. A figura 10 demostra uma representação imagética de como se

pensava ser a estrutura atômica após as conclusões de Gaiger, Marsden e

Rutherford.

Figura 10 – O modelo atômico proposto a partir das ideias de Rutherford,

Geiger e Marsden (1911).

Fonte: Desenho elaborado pelo autor.

Órbitas Imaginária por onde transitam os

elétrons.

Os elétrons (negativos) de Thomson orbitando no

entorno do núcleo positivo

Centro positivo do átomo (núcleo) que mantém os elétrons orbitando por atração elétrica.

34

Apesar do modelo atômico de Rutherford justificar de forma coerente os

resultados do experimento ele apresenta uma série de limitações, pois, se o elétron

é negativo e o núcleo positivo eles se atraem e o próprio Rutherford chegou a

conclusão que somente a força centrifuga não seria suficiente para manter os

elétrons na mesma órbita. Imaginava-se, fundamentando-se na física newtoniana,

que dependendo da distância do elétron ao núcleo duas situações poderiam ser

observadas, se os elétrons estivessem mais próximos do núcleo eles fariam um

movimento em espiral até cair nele, por outro lado, se ele estivesse a uma distância

grande ele poderia fazer um espiral para fora e fugir da atração nuclear. As figuras

11 e 12 procuram mostrar como se imaginava o que ocorreria com as trajetórias dos

elétrons nos átomos.

Figura 11 – As trajetórias em espiral possíveis para os elétrons próximos ao

núcleo.

Fonte: Desenhos elaborados pelo autor.

Trajetória espiral do elétron para o centro do átomo devido à força de atração elétrica ser mais

intensa que a força centrífuga.

Elétron

Núcleo Positivo

35

Figura 12 – As trajetórias em espiral possíveis para os elétrons mais afastados

do núcleo.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor.

2.1.4 A Luz, os Espectros e o Modelo Atômico de Bohr

Para entender o comportamento dos elétrons no átomo com o objetivo de

explicar as características energéticas da matéria foi necessário entender a

formação dos espectros atômicos.

O físico inglês Isaac Newton (1642-1727) realizou pela primeira vez a

decomposição da luz visível. Ele observou que ao passar luz natural através de um

prisma ela é decomposta em várias cores e que chamamos, hoje, de espectro da luz

visível como o exposto na figura 13.

Trajetória espiral do elétron para fora do átomo devido à força centrifuga mais intensa que a força de atração elétrica.

Núcleo Positivo

36

Figura 13 – Espectro contínuo obtido da radiação solar.

Fonte: https://static.todamateria.com.br/upload/es/pe/espectro_visivel.jpg

Acesso em 12/07/2018.

Foi o físico alemão Joseph von Fraunhöver (1787-1826) que inventou um

aparelho, chamado espectroscópio, que permitiu verificar os espectros atômicos.

Em suas experiências com espectros Fraunhöver observou que o espectro

da luz solar medido durante um eclipse e os espectros da lua e dos planetas

apresentavam várias linhas escuras, ou seja, os espectros dos corpos celestes não

eram contínuos e tanto o sol como a lua e os planetas apresentavam o mesmo

espectro. Fraunhöver também observou em seus experimentos que quando sais de

sódio eram levados ao fogo era emitida uma luz característica originando um

espectro que apresentava apenas uma linha que correspondia a da cor amarela.

Assim, quando não utilizamos a luz natural e sim a que provêm de um único

elemento, será obtido, também, um espectro descontínuo. Fraunhöver acabou

descobrindo o espectro atômico do sódio. Ao realizar uma experiência envolvendo

uma lâmpada com um único elemento no estado gasoso, não será obtido o espectro

completo e sim algumas linhas com determinadas frequências da luz visível. Os

espectros obtidos dessa forma são chamados de espectros atômicos. A figura 14

37

apresenta um esquema de como funciona o espectroscópio para determinação dos

espectros atômicos.

Figura 14 – Esquema de um espectroscópio para obtenção do espectro

atômico de emissão.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor fundamentado no desenho e nas observações apresentadas

em: Fonseca (2014) e Russel (1980).

O interessante é o espectro atômico funciona como uma “digital” dos

elementos. Cada tipo de átomo terá o seu espectro característico, assim, são uma

maneira de identificar a presença de determinado elemento na composição de uma

substância. A figura 15 apresenta os espectros atômicos básicos de emissão do

hidrogênio, do sódio e do hélio.

Figura 15 – Espectros de emissão do hidrogênio, do sódio e do hélio.

Espectro de emissão do Hidrogênio

400 500 600 700 λ em nm (10– 9

m)

Lâmpada contendo

determinado gás do

elemento. Lente.

Prisma. Espectro atômico de emissão.

Luz.

Fenda

38

Espectro de emissão do Sódio

400 500 600 700 λ em nm (10– 9

m)

Espectro de emissão do Hélio

400 500 600 700 λ em nm (10– 9

m)

Fonte: Desenho elaborado pelo autor fundamentados em Fonseca (2014) e Russel (1980).

O resultado de Fraunhöver para os espectros solares, da lua e dos planetas

paralelamente com os estudos dos espectros atômicos permitiram afirmar que as

linhas escuras dos espectros dos corpos celestes seriam devido a não existência de

determinados elementos químicos na composição solar. Como a lua e os planetas

só refletem a luz solar os espectros obtidos por Fraunhöver para os corpos celestes

eram iguais.

Como a luz é uma onda eletromagnética, ou seja, apresenta frequência (f) e

comprimento de onda (λ), para ter uma avaliação mais completa dos espectros

atômicos havia a necessidade de saber quais eram as frequências e os

comprimentos de onda das emissões luminosas dos elementos. Em 1885, um físico

suíço, Johann Jakob Balmer (1825-1898), que além de se interessar por

numerologia nutria grande interesse pelos espectros atômicos, conseguiu chegar a

uma equação que permitia calcular as frequências e os comprimentos de onda das

linhas espectrais do espectro da luz no visível (comprimentos de onda de 400 a 700

nm) para o gás hidrogênio.

39

A equação de Balmer pode ser representada da seguinte maneira:

𝑓 = 𝑅 (1

22+

1

𝑛22

)

Onde f é a frequência da onda medida em Hertz, R é a constante de

Rydenberg que vale 1,1x10–2 nm–1 e n2 é um número inteiro maior ou igual a 2.

No início do século XIX Max Planck e Albert Einstein demostram que as

ondas eletromagnéticas comportam-se como pequenos pacotes de energia

chamados fótons.

Segundo Planck:

𝐸𝑓ó𝑡𝑜𝑛 = ℎ

𝜆

Onde Efóton é a energia do fóton medida em joules, h é a constante de Plank

que vale 6,63x10–34 J.s e λ é o comprimento de onda em nanômetros.

Segundo Einstein:

𝑐 = 𝑓 . 𝜆

Onde c é a velocidade da luz no vácuo que é constante e cujo valor é de

297600 Km/s, f é a frequência da onda medida em hertz e λ o comprimento de onda

em nanômetros.

Assim, unindo as duas ideias, chegaremos a seguinte equação:

𝐸𝑓ó𝑡𝑜𝑛 = ℎ. 𝑓

𝑐

Como c e h são constantes a energia do fóton depende exclusivamente da

frequência, logo, cada fóton deve ter uma energia proporcional à frequência da luz.

40

Os fótons seriam radiações eletromagnéticas que são originadas na matéria,

ou seja, devem ser originadas por alguma condição da estrutura dos átomos, assim,

criaram-se vários questionamentos como: Por que cada elemento só produz fótons

com certas frequências? Como a estrutura atômica é capaz de produzir fótons?

Como é a estrutura atômica?

Niels Henrik David Bohr (1885-1962) nasceu em 7 de outubro de 1885 em

Copenhague, na Dinamarca. Rico, teve uma educação invejável. Em 1911 foi para

Inglaterra estudar física com J.J. Thomson onde acabou conhecendo e sendo,

também aluno, de Rutherford. Bohr se interessou muito pelos seus trabalhos e pelos

sérios problemas que enfrentava na explicação da instabilidade mecânica e elétrica

de seu modelo atômico.

Bohr imaginou que o dilema da instabilidade estrutural do modelo atômico de

Rutherford ocorreria devido ao fato de existirem princípios físicos ainda

desconhecidos que descrevessem de maneira adequada o comportamento do

elétron no átomo. Em 1912 Bohr estrutura suas ideias matemáticas sobre o

comportamento do elétron no átomo, porém, ao apresenta-las para Rutherford esse

acaba refutando algumas delas o que cria uma situação de descredito de seu

trabalho físico matemático. Mas no início de 1913 ocorre uma situação muito

interessante. Um amigo de Bohr, o espectroscopista Hans Marius Hansen (1886-

1956), após ouvir sobre suas ideias e suas frustrações com relação a opinião de

Rutherford sobre elas lhe pergunta se já havia tentado aplicar suas ideias aos

trabalhos de espectroscopia da luz visível olhado os trabalhos experimentais de

Balmer sobre os espectros atômicos do hidrogênio. Bohr, então, foi olhar esses

trabalhos e ficou espantado com as inter-relações entre as emissões de luz e as

características energéticas de sua teoria sobre os elétrons.

Segundo Sègre (1980, p. 125), que teve um convívio de grande proximidade

com Bohr:

Bohr ponderou sobre esses problemas e ideias e mencionou-os em uma carta ao irmão, datada de 19 de junho de 1912. Em junho ou julho, preparou um memorando sobre o assunto, para discutí-lo com Rutherford. Era óbvio que estava muito entusiasmado com o modelo, mas ainda não tinha analisado o espectro do hidrogênio. Os espectros se tornaram a chave para grande parte do que veio depois, mas eram considerados muito complicados e um campo aparentemente indecifrável na época. No início de 1913 é que um estudante seu amigo, Hans Marius Hansen, indagou de Bohr o que é que seu modelo tinha a dizer a respeito de espectros. Quando Bohr afirmou que não sabia dizer nada sobre o assunto, Hansen aconselhou-o a dar uma olhada na fórmula de Balmer. ¨Logo que vi a

41

fórmula de Balmer tudo se tornou claro para mim¨- declarou Bohr muitos anos mais tarde.

Por incrível que pareça, no início de 1913, Bohr não havia relacionado as

características estruturais e energéticas do átomo ao espectro atômico. A partir

dessa relação suas ideias no campo da matemática poderão ser estudadas,

também, na área experimental. Primeiramente ele partiu do princípio de que seriam

os elétrons que absorvem energia e posteriormente a reemitem na forma de luz, ou

seja, os fótons emitidos pelos átomos são devido a absorção e liberação de energia

pelos elétrons. Ele imaginou que a menor energia que um elétron pode ter seria – A

e que outras energias possíveis seriam – A/n2, onde n é um número inteiro que varia

de 2 até o infinito. Assim ele torna a energia do elétron descontínua, ou seja, os

elétrons não poderão assumir qualquer energia e sim somente aquelas que lhe são

permitidas, desta maneira os elétrons estariam, dentro do átomo, presos a estas

energias. Segundo Bohr cada uma dessas energias geraria uma órbita do elétron no

entorno do núcleo.

Segundo Bohr um elétron com energia – A ao receber energia em

quantidade adequada iria ficar com uma energia maior e migraria para uma órbita

mais externa gerando um salto quântico do elétron. Logo, para Bohr, não apenas

cada órbita tem uma energia, mas, à medida que a órbita se afasta do núcleo, a

energia cresce. Segundo ele a emissão de luz viria do retorno dos elétrons ás

órbitas mais internas logo, a energia liberada pelo elétron (Eliberada), também

chamada de fóton corresponderia á energia das diferenças energéticas da órbita

mais externa (Eexterna) e da mais interna (Einterna), assim:

Eliberada = Efóton = Eexterna – Einterna.

Logo, a energia liberada pelo retorno do elétron seria a diferença da energia

das duas órbitas. Vamos imaginar que um elétron pule de uma energia inicial – A

para uma órbita de energia – A/n2, ao retornar a órbita mais interna liberará uma

energia que será:

𝐸𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐸𝑓ó𝑡𝑜𝑛 = 𝐸ó𝑟𝑏𝑖𝑡𝑎 2 − 𝐸ó𝑟𝑏𝑖𝑡𝑎 1 = − 𝐴

𝑛2− 𝐴

42

Quando Bohr analisou o sistema utilizando-se das ideias de Planck e

Einstein sobre a energia e generalizou esta expressão para qualquer energia

permitida para o elétron, fez a dedução apresentada a seguir:

𝐸𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐸𝑓ó𝑡𝑜𝑛 = 𝐸ó𝑟𝑏𝑖𝑡𝑎 2 − 𝐸ó𝑟𝑏𝑖𝑡𝑎 1 = ℎ. 𝑓

𝑐= −𝐴 (

1

𝑛22

+ 1

𝑛12

)

Logo,

ℎ. 𝑓

𝑐= −𝐴 (

1

𝑛22

+ 1

𝑛12

)

Assim, ao isolar a frequência poderemos obter a seguinte equação:

𝑓 = −𝐴. 𝑐

ℎ (

1

𝑛22

+ 1

𝑛12

)

Onde:

𝑅 = −𝐴. 𝑐

ℎ

Em que R é a constante de Rydenberg que vale 1,1x10–2 nm–1.

Assim, por exemplo, quando n2 for igual a 2 (n2 = 2) a equação ficará:

𝑓 = 𝑅 (1

22+

1

𝑛12

)

Não é a toa que Bohr afirmou que tudo ficou mais claro quando estudou os

trabalhos de Balmer. Veja a genialidade de Bohr que acabou por encontrar apenas

com deduções matemáticas uma equação muito semelhante à de Balmer cuja

equação foi obtida de maneira experimental e estruturada a partir do espectro do

hidrogênio. Bohr encontrou um grande aliado para, finalmente, expor suas ideias e

buscar sua aceitação e, pela primeira vez, em julho de 1913, as publica no volume

26 da revista Philosophical Magazine.

43

Bohr, com suas ideias, acaba gerando um novo modelo atômico estruturado

a partir do modelo de Rutherford. Ainda é muito comum na Química observar

citações com relação a um modelo atômico de Rutherford-Bohr, mas, apesar da

representação imagética parecida e um servir como base para a estruturação do

outro, existe uma distância, em termos de aprofundamento teórico, enorme entre

eles, por isso, o mais adequado é trata-los separadamente. A imagem criada pelo

átomo de Bohr inclui os elétrons em permanente movimento em órbitas circulares,

girando em torno de um núcleo denso e positivo. Esses elétrons teriam energia

quantizada, ou seja, para o elétron só seriam permitidas certas quantidades de

energia, isso criaria órbitas estacionárias e, cada uma delas, representaria uma

energia possível para o elétron, ou seja, onde ele poderia ficar (estacionar). Cada

nível energético permitido para o elétron criaria uma órbita. A sugestão da

descontinuidade da energia aparece na representação de seu modelo imagético

como essas órbitas. Elas seriam as regiões permitidas para o elétron. Entre duas

órbitas existiriam infinitas outras orbitas que não seriam estacionárias, ou seja, cujos

elétrons não poderiam ter aquela quantidade de energia para permanecer. Bohr

também conclui que elétrons, dispostos assim, não cairiam no núcleo, pois a menor

energia permitida para o elétron ainda o manteria em uma órbita. Bohr sugeriu

algumas características dos elétrons em certos postulados como:

1. O átomo apresenta núcleo denso e positivo;

2. Os elétrons movimentam-se em órbitas circulares no entorno do núcleo;

3. Os elétrons só podem ter certas quantidades de energia (energia

quantizada) e cada energia gera uma órbita;

4. Quanto mais afastado do núcleo mais energia o elétron terá;

5. Apesar da atração nuclear, a mínima energia que o elétron pode ter não

permite que este se desloque até o núcleo;

6. O átomo apresenta um grande número de órbitas não estacionárias, ou

seja, que o elétron não pode ficar (energias proibidas para o elétron).

7. Para o maior átomo conhecido o número de órbitas é sete, ou seja, seus

elétrons se distribuem em sete órbitas.

Assim, à imagem fundamentada no experimento de Geiger e Marsden da

difração das partículas alfa (α) e nas ideias propostas pelo modelo atômico de

44

Rutherford, á acrescentada a quantização da energia dos elétrons e cria-se,

portanto, a inter-relação entre a energia dos elétrons e as órbitas da eletrosfera.

Esse novo modelo apresenta uma nova e intrigante relação entre o núcleo positivo e

os elétrons, assim, a partir dessas ideias cada camada eletrônica corresponde a um

nível energético cuja energia cresce à medida que o elétron se afasta do núcleo. A

figura 16 apresenta a representação imagética sugerida para esse modelo atômico.

Figura 16 – Modelo atômico de Bohr com todas as sete órbitas circulares no

mesmo plano.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor fundamentado na descrição de Russel (1980) e Fonseca

(2014).

Com seu modelo Bohr possibilita justificar e explicar como são originadas as

ondas eletromagnéticas e a corrente elétrica. A seguir estão cinco situações

previstas dentro dos postulados elaborados pelo próprio Bohr e que nos ajudam a

Cresce a energia do elétron

E1

E2 E3

E4

E5 E6

E7

K L M N O P Q

Núcleo positivo

Elétron

E1, E2, E3, E4, E5, E6 e E7 são energias possíveis para os elétrons.

45

esclarecer questões relacionadas o comportamento do elétron que justificam a

formação das ondas eletromagnéticas e da corrente elétrica.

1. O elétron não pode ficar entre duas órbitas (dois níveis energéticos). Para

o elétron só é permitido ficar em uma órbita estacionária, ou seja, aquela que ele

pode permanecer devido a sua energia. A figura 17 apresenta as possibilidades e

impossibilidades energéticas para o elétron (descontinuidade de energia);

Figura 17 – Elétrons só podem ficar em órbitas cujas energias são permitidas

Fonte: Desenho elaborado pelo autor a partir dos dados apresentados em Fonseca, 2014.

2. Ao permanecer em uma órbita a energia do elétron será constante, ou

seja, esse elétron está num estágio estacionário e, apesar de permanecer em

movimento constante, sua energia será sempre a mesma. Admite-se, nesse caso

que ele não absorve nem libera energia.

Se cada órbita apresenta apenas uma quantidade de energia fixa, podemos

afirmar que todos elétrons que estão em uma mesma órbita devem apresentar a

mesma quantidade de energia. A figura 17 apresenta elétrons em uma mesma

órbita, ou seja, com a mesma energia;

E1

E2

Energias possíveis para o elétron

Elétron não pode permanecer nesse estado energético

X

Núcleo positivo

Elétron em uma órbita estacionária.

46

Figura 18 – Elétrons de mesma energia ficam em uma mesma órbita.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor a partir dos dados apresentados em Fonseca, 2014.

3. Quando um elétron absorve uma quantidade definida de energia vinda do

meio externo ele entra num estado de excitação e migra para uma órbita mais

externa, assim, os elétrons ao absorverem energia não conseguem ficar na mesma

órbita e dão saltos quânticos para órbitas mais externas que sejam compatíveis com

seu estado de excitação ou, em casos extremos, absorvem tanta energia que fogem

da atração nuclear e podem gerar a corrente elétrica. As figuras 18–A e 18–B

apresentam dois momentos relacionados a um salto quântico ocorrido com absorção

de energia pelo elétron.

Figura 18-A – Elétron absorvendo energia suficiente para dar um salto

quântico.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor a partir dos dados apresentados em Fonseca, 2014.

Núcleo positivo

Elétrons com mesma energia. positivo

E1

E1

E1 E2

Salto quântico do elétron.

Energia E absorvida pelo elétron: E = E2 – E1

Núcleo positivo

Elétron com energia E1. Lembrando que: E2 > E1

47

Figura 18-B – Elétron excitado em um estágio estacionário de maior energia.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor a partir dos dados apresentados em Fonseca, 2014.

4. As ondas magnéticas como a luz visível, radiação ultravioleta e os raios X

se formariam quando elétrons excitados retornam á órbitas mais internas, cuja

energia é menor, e liberam o excesso de energia (Eexcesso) de acordo com a seguinte

equação:

𝐸𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜 = 𝐸ó𝑟𝑏𝑖𝑡𝑎 𝑚𝑎𝑖𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 − 𝐸ó𝑟𝑏𝑖𝑡𝑎 𝑚𝑎𝑖𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎

Segundo esse modelo a energia de excesso (Eexcesso) corresponde a energia

de uma determinada onda eletromagnética. A quantidade de energia envolvida na

formação dessa onda depende do tipo de elemento envolvido (sódio, potássio,

chumbo, enxofre,...) bem como do número de órbitas que ele está retornando. As

figuras 19-A e 19-B apresentam dois momentos relacionados a liberação de energia

ao ocorrerem saltos quânticos do elétron para órbitas mais internas.

E1 E2

Elétron com energia E2. Estado excitado.

Núcleo positivo

Lembrando que: E2 > E1

48

Figura 19-A – Elétron excitado em um estágio estacionário de maior energia

retornando ao estagio estacionário de menor energia.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor a partir dos dados apresentados em Fonseca, 2014.

Figura 19-B – Elétron no estado fundamental de energia.

1 Estado fundamental de energia do elétron é o estado de menor energia que o elétron pode estar.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor a partir dos dados apresentados em Fonseca, 2014.

E1

E2

Elétron com energia E2. Estado excitado.

Núcleo positivo

Lembrando que: E2 > E1

Energia E liberada na forma de ondas eletromagnéticas.

As ondas eletromagnéticas podem ser Luz visível, radiação ultravioleta ou raios X.

E1 E2

Elétron com energia E1. Estado fundamental1.

Núcleo positivo

Lembrando que: E2 > E1

49

Apesar de Albert Einstein, grande amigo de Bohr, nunca ter concordado com

a quantização da energia, Einstein fez o seguinte comentário citado em Segrè (1980

p. 127 e 128):

[...]um homem dotado do instinto e da capacidade de percepção singulares como os de Bohr, a descoberta das grandes leis das linhas espectrais e das camadas dos elétrons do átomo, bem como seu significado para a Química, pareceu-se um milagre e ainda hoje me parece um milagre. Esta é a mais elevada forma de musicalidade na esfera do pensamento.

O modelo de Bohr, princípio da mecânica quântica, também nos ajuda a

entender as raias espectrais características para cada um dos elementos. As linhas

viriam de absorções e, em seguida, liberações de energia vindas dos elétrons ao

transitarem entre as camadas do átomo. A figura 20 apresenta como se formaria o

espectro do hidrogênio.

Figura 20 – Origem das raias espectrais com base no modelo atômico de Bohr.

Fonte: Desenho elaborado pelo autor a partir dos dados apresentados em Fonseca, 2014.

Os elétrons, partículas mais expostas do átomo, foram, inicialmente alvo de

grande preocupação dos cientistas que se envolveram de forma profunda na

compreensão de seu comportamento. Identificados por Faraday em 1823, mas

definidos como partículas atômicas por Thomson em 1887, os elétrons foram usados

E1

E2

E3

Elétron Excitado

Nível Nanoscópico

Nível Macroscópico

Salto Quântico

Onda Eletromagnética

Espectro atômico

Raia espectral originada no salto quântico do elétron

50

como base de explicação de várias e importantes características da matéria que

resultaram no domínio da produção de eletricidade, na compreensão mais profunda

das ligações químicas gerando a possibilidade da produção de novos materiais

como medicamentos, fertilizantes, elastômeros, plásticos, vidros especiais,

detergentes,... e na estruturação de melhores técnicas para a produção em maior

escala de produtos químicos ¨necessários¨ ao conforto da humanidade, porém, o

estudo da radioatividade, visto anteriormente, levou as pesquisas relacionadas ao

núcleo atômico positivo e em 1908. Antes mesmo de elaborarmos o modelo atômico

de Bohr, Thomson, Rutherford e Goldstein acabaram descobrindo a existência de

uma partícula positiva cuja massa era em torno de 1840 vezes a massa do elétron,

foi chamado de próton. Essa partícula possui, de forma incrível, a mesma carga em

módulo do elétron. O núcleo, imaginado a partir de 1900, e tornado mais real em

1911 a partir do modelo de Rutherford não apresentava lógica quando se analisava

a relação de carga e massa. Sua massa sempre era maior que sua capacidade de

carga. Muito mais tarde, em 1932, James Chadwick resolve esse problema

descobrindo o nêutron, uma partícula cuja massa é aproximadamente igual a do

próton, mas que não apresenta cargas elétricas. Os átomos apresentam, quase

sempre, um número de nêutrons igual ou maior que o número de prótons.

Para a Química o interesse pelo estudo do núcleo atômico, apesar de

importante, não tem a mesma representatividade que a do estudo da eletrosfera,

pois, a maior parte dos fenômenos químicos relaciona-se a transformações na

eletrosfera. A figura 21 apresenta, respectivamente, a representação imagética

seguindo o modelo atômico de Bohr para o átomo do carbono e do nitrogênio em

uma escala relacionada ao de raio atômico (distância que vai do centro do núcleo

até o elétron mais externo que é medida por difração de raios x em processos que

envolvem a formação das ligações químicas).

51

Figura 21 – Átomos de Carbono e Nitrogênio com as três partículas

subatômicas segundo o modelo atômico de Bohr.

Isótopo–12 do Carbono

Fonte: Desenhos elaborados pelo autor utilizando dados retirados de Gonçalves, 2001.

Isótopo–14 do Nitrogênio

Fonte: Desenhos elaborados pelo autor utilizando dados retirados de Gonçalves, 2001.

Hoje, podemos afirmar que Bohr conseguiu com certo sucesso explicar o

comportamento dos elétrons no átomo de hidrogênio, porém, para átomos mais

complexos as explicações necessitavam de muitos ajustes com relação às

pesquisas e ao modelo atômico. As observações feitas por Bohr criaram muitas

questões entre as quais: Como o elétron transforma energias quaisquer em ondas

eletromagnéticas? Por que se supõe que as órbitas são circulares? As órbitas

realmente existem? Essas questões criaram muitas dúvidas sobre a representação

E1

E2

prótons (positivos)

nêutrons (neutros)

elétrons (negativos)

Isótopo-12 do Carbono Tem 6 elétrons

6 prótons e 6 nêutrons.

E1

E2

prótons (positivos)

nêutrons (neutros)

elétrons (negativos)

Isótopo-14 do Nitrogênio Tem 7 elétrons,

7 prótons e 7 nêutrons.

Raio de 7,7x10-9

cm = 7,7 nm

Raio de 7,4x10-9

cm = 7,4 nm

52

imagética do átomo, assim, para compreender melhor o comportamento do elétron e

da formação das ondas eletromagnéticas foram necessários muitos estudos

posteriores realizados por grandes cientistas como Arnold Sommerfield (1868 –

1951), Prince Louis de Broglie (1892 – 1986), Werner Karl Heisenberg (1901 –

1976), Erwin Schröndinguer (1887 – 1961), Linus Carl Pauling (1901 – 1994) entre

outros.

A compreensão mais profunda da intimidade da matéria e do estudo do

comportamento de suas partículas formadoras é necessária para obtenção das

novas tecnologias impostas pelo mercado consumidor. Assim, esse estudo, está

relacionado diretamente com necessidades criadas pela sociedade moderna que

visam não apenas o conforto, mas, a manutenção da hegemonia de alguns países

sobre outros. Não é a toa que tantos cientistas continuam a pesquisar e estudar os

as partículas formadoras da matéria.

Para as necessidades da formação em nível médio os modelos atômicos de

Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr são capazes de fornecer as explicações em

nível nanométrico que auxiliam a melhor compreensão da química da natureza e das

novas tecnologias geradas pelos seus conhecimentos.

2.2 TEORIA SOCIOCULTURAL DE LEV VIGOTSKY

2.2.1 Lev Semenovich Vigotsky

Lev Semenovich Vigotsky nasceu em 1896, na cidade de Orsha, Bielo-

Rússia. Estudou na Universidade de Moscou e, em 1917, concluiu seus estudos em

Direito e Filosofia. No mesmo ano começa a lecionar Literatura e Psicologia na

cidade de Gomel e cria a revista literária Verask.

Em 1924, Vigotsky, com o auxílio de vários colaboradores, inicia seus

trabalhos de investigação na área de psicologia do desenvolvimento, educação e

psicopatologia. De 1925 até 1934 lecionou disciplinas de Psicologia e Pedagogia

em Moscou e Leningrado. Morreu em 1934, aos trinta e oito anos, vítima de

tuberculose.

53

2.2.2 Filogênese, Ontogênese, Sociogênese e Microgênese

O bielo-russo, Lev Semianowitch Vigotsky, é considerado hoje um dos

grandes pesquisadores relacionados a estruturação e formação dos processos

cognitivos com aplicação na educação. Vigotsky estudou com profundidade o ciclo

vital humano e nos forneceu luz sobre os processos de desenvolvimento e

transformação dos indivíduos a partir de relações biológicas, fisiológicas e sociais.

Para ele há, pelo menos, quatro planos genéticos básicos a partir do qual

ocorre o desenvolvimento e transformação de um indivíduo que seriam a filogênese,

a ontogênese, a sociogênese e a microgênese.

A filogênese relaciona-se a estudos feitos sobre a evolução de determinada

espécie, essa evolução, provocada por adaptações progressivas acaba gerando

predisposições biológicas para cada espécie. Por exemplo, a flexibilidade do gato

relaciona-se a filogênese de sua espécie, assim, todos os felinos tem flexibilidade. O

estudo da filogênese é realizado deste os primórdios da evolução de uma espécie,

ou seja, no caso dos felinos inicia quando os peixes passaram para repteis, dos

repteis para os mamíferos quadrupedes e assim por diante até chegar aos dias de

hoje. No caso dos humanos, o início da filogênese é igual a dos felinos, porém,

evoluímos a partir de mamíferos quadrupedes de maneira diferente, passamos a

bípedes e, com mãos livres, foi proporcionado o fabrico de objetos cuja manipulação

estruturou um cérebro mais plástico que gerou uma grande melhoria na

comunicação, na criação da linguagem, na melhor e mais aprimorada estrutura

social e através de processos mentais a criação de uma relação temporal com a

existência.

Para Moura (2016, p. 108),

A filogênese estuda a evolução das espécies, porém, para compreender este fenômeno, é primordialmente importante descrevê-lo. A espécie é vista como uma continuidade biológica e genética, isto é, o segmento de uma linha, de uma sequência ancestral, e sua evolução consiste em um processo lento de transformação em longos períodos de tempo. Darwin e Wallace foram os expositores da teoria da seleção natural, segundo um princípio evolutivo, no qual todos os seres vivos evoluíram a partir de formas preexistentes mais simples. Por meio desta visão, a evolução das espécies tornou-se termo de complexidade crescente, organização e adaptação biológica (RHODES, 1974). Essa visão evolucionista dá suporte à teoria histórico-cultural em Vigotski, que ao mesmo tempo que tem o evolucionismo como pano de fundo, o supera em vários aspectos dando a ele uma dimensão humana e cognitiva.

54

Os estudos de Vigostsky relacionaram a evolução humana com relação a

evolução dos macacos antropoides que é a espécie que apresenta o crescimento

filogenético mais próximo da dos humanos. Esse estudo foi fundamentado nas

pesquisas de sua época e o levou a concluir que o uso e a criação de instrumentos

foram fundamentais para o desenvolvimento dos processos mentais superiores

característicos dos humanos visto que os macacos antropoides são incapazes de

produzir instrumentos para uso impossibilitando uma maior sofisticação de seus

processos mentais.

A ontogênese é um plano genético que se relaciona à evolução dos

indivíduos de uma determinada espécie desde o princípio da vida até sua morte. A

ontogênese estuda as transformações de cada espécie que ocorrem durante o

período de vida. No caso dos humanos, há, por exemplo, vários períodos da vida

como a infância, a puberdade e a idade adulta. A ontogênese tem uma relação

direta com a evolução dos organismos biológicos, do aumento das capacidades

motoras e de pensamento que acompanham seu crescimento bem como da perda

de algumas capacidades que ocorrem com o passar dos anos da vida adulta até a

morte de indivíduo. No caso dos humanos a evolução biológica leva o individuo ao

domínio de seu corpo e de sua imaginação trazendo crescimento da complexidade

de sua cognição, de sua afetividade e de sua estrutura emocional. Segundo

Vigotsky, 2007, apud Moura (2016 p.109)

A maturação é vista como uma pré-condição do aprendizado e nunca como resultado dele. Então, o aprendizado forma uma superestrutura sobre o desenvolvimento, deixando-o essencialmente inalterado. Estes dois processos diferentes, embora inerentes, influenciam um ao outro. A maturação depende diretamente do desenvolvimento do sistema nervoso e o aprendizado, por si só, também é um processo de desenvolvimento.

Para Vigotsky (1994), a criação das funções mentais superiores ocorre dentro

da ontogênese humana em dois momentos inter-relacionados e consecutivos, pois,

em primeiro lugar o surgimento das funções mentais relaciona-se diretamente com

as interações sociais do indivíduo e, somente após, essas funções são

internalizadas. Assim, observa-se que, para Vigostsky, ocorre um movimento de fora

para dentro, onde as relações sociais acabam se internalizando no indivíduo. A partir

dessa análise surge a sociogênese, que é a parte do plano genético que busca

compreender a criação e evolução das funções mentais superiores dos humanos

relacionadas a interações sociais. Para Vigotsky (1994), as funções mentais só se

55

estruturam a partir das interações sociais, logo, elas só passam a existir no indivíduo

quando ele realiza a mediação entre si e o mundo externo internalizando os signos e

os valores relacionados à cultura social em que está inserido. Para Bedim e Oliveira,

2012, apud Moura (2016 p. 110):

Vigotski apresenta um conceito de sujeito que não se organiza internamente e nem é apenas um simples fenômeno dos estímulos do ambiente. Esta concepção é fundamental para pensarmos que o sujeito não é apenas condicionado pelo meio ou interage com ele de forma neutra, mas, também, o produz e o afeta. Nesse aspecto, o conceito de mediação é fundamental na aprendizagem, pois é através dela e da internalização dos símbolos que os processos psicológicos complexos, característicos do homem, são formados (BEDIM; OLIVEIRA, 2012).

Como para cada indivíduo as experiências em sua relação social são sempre

diferentes, a maneira como o indivíduo assimila essas relações sociais relaciona-se

a sua microgênese. Essa parte do estudo do plano genético é caracterizada pelo

surgimento da psicologia interior de cada indivíduo que cria uma intima relação entre

o psiquismo individual no cruzamento dos fatores biológico, numa relação histórica e

cultural, sendo estas últimas cruciais na formação da afetividade e na criação da

personalidade. Portanto, é de suma importância adensar estudos sobre esta

perspectiva do desenvolvimento. Os planos genéticos, vistos em conjunto, vão

caracterizar a gênese dos processos psicológicos no ser humano.

2.2.3 Bases da Teoria Sociocultural de Lev Vigotsky

As ideias de Lev Vigotsky (2001) sobre a formação da estrutura cognitiva nos

fornece um rico subsídio para entender como os símbolos e signos, representados

por letras, números ou imagens, ganham significado. Lev Vigotsky é um estudioso

que busca caracterizar aspectos do comportamento humano e do aprendizado e

analisa e elabora hipóteses sobre como essas características se formam ao longo

da história humana e de como se desenvolvem durante a vida de um indivíduo.

Vigotsky (1994) busca analisar quatro questões do comportamento humano,

primeiramente, qual é a relação que se processa entre os seres humanos e o seu

ambiente físico e social? Quais as formas novas de atividade que fizeram com que o

trabalho fosse o meio fundamental de relacionamento entre o homem e a natureza?

56

Quais são as consequências psicológicas dessas formas de atividade? E, qual a

natureza das relações entre o uso de instrumentos e o desenvolvimento da

linguagem?

Ele dá especial atenção na compreensão da atividade das crianças no início

da fala, mas, diferentemente de outros pesquisadores que compararam o

desenvolvimento humano ao das plantas (botânicos) ou as dos animais (zoólogos)

ele buscará trabalhar o desenvolvimento da inteligência de forma específica nos

humanos. Nesse período, segundo Vigotsky (1994, p. 31):

[...]os psicólogos estudavam o desenvolvimento do uso de signos como um exemplo de intelecto puro, e não como o produto da história do desenvolvimento da criança. Frequentemente atribuíram o uso de signos à descoberta espontânea, pela criança, da relação entre signos e seus significados.

Para ele os estudiosos da inteligência prática e os estudiosos do

desenvolvimento da fala não relacionam de forma adequada essas duas funções.

Assim, para Vigostsky (1994 p. 32):

[...]o comportamento adaptativo das crianças e a atividade de uso de signos são tratados como fenômenos paralelos - uma visão que leva ao conceito de fala "egocêntrica" de Piaget". Ele não atribui papel importante à fala na organização da atividade infantil, como também não enfatiza suas funções de comunicação, embora seja obrigado a admitir sua importância prática.

Vigotsky atribui à atividade simbólica uma função organizadora que relaciona-

se diretamente ao desenvolvimento da inteligência e do comportamento. Para ele é

no momento da convergência da fala com as atividades práticas de interação que

teremos um maior desenvolvimento intelectual.

Segundo Vigotsky (1994 p. 33):

[...]assim que a fala e o uso de signos são incorporados a qualquer ação, esta se transforma e se organiza ao longo de linhas inteiramente novas. Realiza-se, assim, o uso de instrumentos especificamente humano, indo além do uso possível de instrumentos, mais limitado, pelos animais superiores.

Usando palavras para traçar um plano de ação que a criança utiliza de forma

melhor os instrumentos dando a eles maior significado que aqueles dados pelos

outros animais, os instrumentos não são apenas aqueles objetos de manuseio, mas,

a criança elabora os estímulos fornecidos pelo objeto para estruturar soluções a

problemas futuros.

Com o auxílio da fala a criança consegue controlar melhor o ambiente e isso

produz novas relações e modifica seu comportamento, mais tarde, essas relações

57

produzem o intelecto e a base de seu trabalho produtivo. A fala e a ação, nesse

primeiro momento, estão dentro de um mesmo conjunto de funções psicológicas, por

isso, as crianças, até certa idade, quando submetidas a resolução de um problema,

por exemplo, pegar um doce sobre o armário com o uso de um banco, narram a

ação. A fala facilita a manipulação dos objetos. Nesse período, a fala segue a ação e

é dominada por ela, uma ação como desenhar, por exemplo, é seguida pela fala, ou

seja, somente após desenhar, ela observa e nomeia seu desenho. Nesse primeiro

momento não há, previamente, uma intenção de desenhar tal ou qual objeto, é

durante a ação de desenhar que ela vai estruturando seu significado.

Quanto mais complexa a ação, mais importante fica o uso da fala

egocêntrica4, a criança terá uma maior necessidade da fala para realizar sua ação,

ela organizará a ação e é com o uso da visão, das mãos e da fala que a criança

internalizará o campo visual da ação permitindo a ela a elaboração de estratégias

para realiza-la.

A fala egocêntrica é a base da fala interior e representa uma transição entre

a fala exterior e a fala interior, sendo a fala exterior aquela usada para a

comunicação. Ao tornar mais complexa a ação a criança aumenta o uso emocional

da linguagem aumentando seus esforços para solucionar os problemas e

demostram, quando tiver outra pessoa presente, uma intima relação entre a fala

egocêntrica e a socializada mesclando-as, narra sua organização de ação e busca

confirmação de suas estratégias, atenta para dicas melhores ou para elaborar uma

nova estratégia. Nesse caso, ao elaborar um desenho, a criança narra o que está

desenhando e as imagens vão sendo desenhadas ao mesmo tempo e de acordo

com a narrativa.

Quando, mais tarde, desenvolvem a fala internalizada5 elas recorrem a si

mesmas para solucionar os problemas demostrando que a linguagem falada vai

além da comunicação interpessoal e passa a adquirir uma função de comunicação

com si mesmo, ou seja, intrapessoal. Assim, como na fala egocêntrica as palavras

imaginadas na fala internalizada moldam uma maneira de agir e evitam a ação

meramente impulsiva, distinguindo-a dos outros animais. As experiências que

ocorrem rotineiramente na vida da criança fazem com que ela crie seus métodos de

resolução de problemas que serão internalizados e utilizados para a solução de

4 Na fala egocêntrica a criança, para resolver o problema, fala com ela mesma.

5 Fala que ocorre de maneira interna sem a pronúncia de palavras. Um pensamento verbal.

58

problemas mais complexos. Quando elas organizam esses métodos como uma

forma social de comportamento, elas conseguem desenvolver uma atitude social.

Assim, quando há a internalização da fala social, há, também, a socialização da

criança ao seu ambiente. Nesse momento a criança já desenvolve a capacidade de

pensar no que desenhar antes de fazer o desenho, assim, o desenho é imaginado

antes de ir para o papel. Imaginar o que desenhar sugere que, nesse momento, a

fala internalizada precede a ação, surge ai a função planejadora da fala. É essa

função que permite a criança resolver problemas mais complexos de um intervalo de

ações que estão além das suas experiências mas aquém de sua capacidade de

solução. É utilizando a função planejadora que a criança cria noção de

temporalidade, as experiências já vivenciadas e utilizadas para o planejamento

remontam seu passado e suas relações sociais e o futuro relaciona-se a resolução

de problemas que deverão ser resolvidos a posteriori como, por exemplo, se

amanhã a criança tem uma festa de aniversário para ir ela pode questionar: O que

vou vestir? Que presente vou dar? Do que vou brincar?

O uso das funções cognitivas e comunicativas da linguagem desenvolverão

as funções psicológicas superiores na criança. É importante compreender que o

desenvolvimento de uma criança se passa em um ambiente social e sua ações

estão intimamente relacionadas com ele, sendo direcionadas a objetivos definidos

por seu meio social, assim, a complexidade da estrutura humana está enraizada e

fundamentada na união entre sua história individual e a história da sociedade a que

pertence.

A relação da fala com o uso de instrumentos é fundamental para evolução de

funções psicológicas como o uso dos sentidos para a percepção6 de seu mundo, na

evolução das operações sensório-motoras e da melhoria na atenção. Observa-se

que essa evolução também se relaciona diretamente com a formação das imagens e

de suas representações.

Inicialmente observa-se que quando pedimos para uma criança olhar e

descrever um desenho contendo vários objetos ela utiliza a rotulação, que introduz

a capacidade de, ao mesmo tempo, escolher no desenho e isolar um objeto entre

um conjunto de objetos da figura descrevendo-o isoladamente. Vamos supor que

seja mostrado um desenho contendo três objetos: uma cama, uma mesa e uma

6 Segundo o dicionário Michaelis da editora Melhoramentos – Perceber v. t. d. Adquirir conhecimento por meio

dos sentidos; abranger com a inteligência, entender, enxergar, divisar, ouvir, escutar.

59

cadeira. A criança, nessa fase, isola os objetos e descreve cada um deles

separadamente, nessa fase ela não apresenta a capacidade de relacioná-los como

um conjunto - móveis da casa. A rotulação é uma função primária no

desenvolvimento das crianças que, muitas vezes, para explicar o que veem

substituem sua dificuldade de comunicar-se pela linguagem utilizando gestos e

expressões faciais. Mais tarde ela não só rotula, mas, com a melhoria da fala,

sintetiza e consegue ter uma visão do todo da figura. Nesse caso, se mostrarmos o

mesmo desenho anterior, a criança consegue analisar que o conjunto de objetos

relaciona-se a móveis da casa e posteriormente, se perguntada, os rotula

isoladamente.

Elementos de uma figura são todos vistos ao mesmo tempo, já, a fala é

caracterizada por ser sequencial descreve-se um elemento e depois outro, depois

outro, depois outro,... Na fala, analítica, rotulamos elemento por elemento e os

conectamos em uma estrutura de sentença. Linguagem e percepção estão

interligadas mesmo em processos de resolução de problemas que não envolvam a

fala, mas, envolvem uma linguagem psicológica. Assim, imagina-se que quando um

aluno desenha um átomo ele descreva seus vários elementos que serão analisados

isoladamente como núcleo, elétrons, eletrosfera, camadas eletrônicas,... mas, que

irão gerar uma figura no qual estão inter-relacionados e serão vistos todos ao

mesmo tempo.

Diferente dos outros animais nós percebemos os objetos reais desde idade

muito precoce, não percebemos o mundo apenas como cor e forma, mas, também,

com sentido e significado.

Segundo Vigotsky (1994 p. 44):

Não vemos simplesmente algo redondo e preto com dois ponteiros; vemos um relógio e podemos distinguir um ponteiro do outro. Alguns pacientes com lesão cerebral dizem, quando veem um relógio, que estão vendo alguma coisa redonda e branca com duas pequenas tiras de aço, mas são incapazes de reconhecê-Io como um relógio; tais pessoas perderam seu relacionamento real com os objetos.

Assim, um aluno, ao desenhar um átomo seguindo determinado modelo

atômico está comunicando não uma informação isolada, mas, a representação de

um conjunto de informações inter-relacionadas e que pode ser reconhecido, dentro

desse conjunto de informações, por outras pessoas que detenham entre seus

conhecimentos os da estrutura atômica.

60

Segundo Vigotsky (1994 p. 42):

Crianças mais velhas descrevem ações e indicam as relações complexas entre os diferentes objetos de uma figura. A partir dessas observações, Stern inferiu que o estágio em que as crianças percebem objetos isolados precede o estágio em que elas percebem ações e relações, além dos próprios objetos, ou seja, quando elas são capazes de perceber a figura como um todo.

Nós percebemos o conjunto com todas as categorias de estruturas

conectadas, não temos percepções isoladas. Em experimentos com crianças

pequenas demonstram que os movimentos estão amplamente relacionados ao

pensamento e sua decisão para ação ocorre em uma conjugação simultânea entre

movimentos físicos e gestos com a fala; em crianças maiores, cinco ou seis anos, a

resolução de problemas não envolve mais os movimentos para tomada de decisões

demonstrando a evolução nas atividades psicológicas superiores dos humanos.

A atenção é uma das grandes funções da estrutura psicológica que é de

extrema importância na resolução de problemas. Com o auxílio da linguagem

podemos focar melhor e criar novos centros estruturais dentro do que foi percebido.

A atenção relaciona, de forma dinâmica, experiências do passado para agir no

presente com uma perspectiva do futuro. Com o auxílio da fala a criança controla

sua atenção reorganizando seu campo de percepção. Utilizando a atenção a

criança engloba os diversos campos perceptivos que formam estruturas dinâmicas e

sucessivas ao longo do tempo criando a ideia de temporariedade.

Para Vigotsky (1994 p. 47):

Dentre as grandes funções da estrutura psicológica que embasa o uso de instrumentos, o primeiro lugar deve ser dado atenção. Vários estudiosos, a começar por Kohler, notaram que a capacidade ou incapacidade de focalizar a própria atenção é um determinante essencial do sucesso ou não de qualquer operação prática.

Quando a atenção cria a possibilidade de existência da combinação dos

elementos relacionados aos campos visuais referentes ao presente e ao passado

em um único campo de atenção, onde para solucionar um determinado problema o

instrumento e o objeto da ação ficam no mesmo campo dinâmico da atenção, isso

leva a utilização e reconstrução de outra função fundamental, a memória. Ela torna

disponíveis fragmentos do passado que são utilizados para modificar o presente e

criar uma situação do futuro. Assim, o campo temporal, criado pela fala pode ser

estendido tanto para o passado quanto para o futuro. O sistema de signos cria

condições para o desenvolvimento em um sistema único dentro do campo temporal.

61

Existem dois tipos fundamentais de memória, uma delas é a memória natural,

relaciona-se a percepção criada pela relação direta de estímulos externos como

exemplo uma criança que se machucou com certo brinquedo e, lembrando isso,

toma muito mais cuidado ao brincar ou até não deseja mais brincar com ele. Essa

memória relaciona-se diretamente as funções psicológicas elementares que

relacionam-se aos aspectos biológicos elementares para a vida como comer, beber,

etc. Outra memória, essa praticamente exclusiva dos seres humanos, é criada pela

relação da pessoa com as experiências vividas em seu meio social. Amarrar nós nos

calçados, elaborar desenhos ou entalhar a madeira, mesmo sendo processos

simples criam signos que estendem as operações da memória para além da aptidão

biológica do sistema nervoso humano criando uma maneira totalmente diferente de

comportamento. Os signos são estímulos gerados pela ação do próprio homem,

não são naturais e são relacionados diretamente ao meio social e não ao ambiente

natural. Essa estimulação artificial e autogerada é que cria o tipo de memória que

origina as funções superiores nos seres humanos. Letras, palavras, números e

desenhos, por exemplo, são signos criados pelo homem para sua comunicação,

são signos como esses que desencadeiam a formação dessa memória que leva as

funções psicológicas superiores dos humanos.

Segundo Vigotsky (1994 p. 52):

Mesmo essas operações relativamente simples, como atar nós e marcar um pedaço de madeira com a finalidade de auxiliares mnemônicos, modificam a estrutura psicológica do processo de memória. Elas estendem a operação de memória para além das dimensões biológicas do sistema nervoso humano, permitindo incorporar a ele estímulos artificiais, ou autogerados, que chamamos signos.

Há na representação imagética do átomo a necessidade da utilização das

funções psicológicas superiores que caracterizam os humanos. Desenhar um átomo,

uma estrutura concreta que não se relaciona diretamente ao mundo natural e

sensível, a partir da memória, necessita que, anteriormente, tenha existido uma

estimulação artificial que exigiu atenção e que gerou um signo imagético que

comunica aos iniciados nos estudos da Química um conjunto de informações que,

além da relação temporal, possivelmente, extrapola as informações apresentadas de

maneira estática no desenho.

Para os alunos do nível médio, lembrar a representação imagética dos

modelos atômicos corresponde a um processo lógico cuja elaboração do desenho

62

representa não só o uso da memória relacionada apenas ao desenho, mas de uma

rede de processamentos de informações inter-relacionadas e obtidas durante o

aprendizado de vários conteúdos de Química que envolvem o uso da atomística, ou

seja, o indivíduo não lembra apenas do elemento isolado mas das complexas

relações desse elemento durante os processos de aprendizado. A diferença do

comportamento da criança e do adolescente com relação ao pensar é abordada por

Vigostsky (1994, p. 67) da seguinte maneira:

[...]Para as crianças, pensar significa lembrar; no entanto, para o adolescente, lembrar significa pensar. Sua memória está tão "carregada de lógica" que o processo de lembrança está reduzido a estabelecer e encontrar relações lógicas; o reconhecer passa a consistir em descobrir aquele elemento que a tarefa exige que seja encontrado.

As funções psicológicas superiores alteram a relação estímulo-resposta, os

signos, realizam uma complexa mediação entre o estímulo e a resposta. Observe a

figura 22 que apresenta a relação entre estímulo, signo e resposta.

Figura 22 – Estímulo, Signo e Resposta

Estímulo Resposta

Signo

Fonte: Adaptado de Vigotsky.

Segundo Vigotsky (1994 p. 54), estudos cuidadosos demonstram que esse é

um tipo básico de organização para todos os processos psicológicos superiores,

ainda que de forma muito mais elaborada do que a mostrada acima.

Quando o estímulo fornecido e o impulso de reagir de forma direta é inibido

pela pré-existência de signos e da memória criada por eles, ocorre o uso de

experiências anteriores ajudam a incorporar um estímulo auxiliar que facilita a

resolução do problema. Esse estímulo auxiliar, que é um signo, fornece não só uma

nova maneira de ver o problema, mas, ao inibir a resposta imediata, também, cria

63

uma forma de controle psicológico do comportamento. Assim, a ação não é

comandada apenas pelo estímulo, mas, também pelas experiências do indivíduo

criadas através dos signos desenvolvidos ao longo de seu contato social. Logo, ao

fornecer um desenho de um modelo atômico como o de Dalton, que é apenas uma

esfera, para um indivíduo iniciado nos estudos da atomística, este ganha, através do

controle psicológico do comportamento, um significado que vai muito além da esfera,

assim, observa-se que ao saber que se trata de um desenho relacionado à Química,

a representação imagética, ganha uma nova relação entre o estímulo e a resposta

em que a figura do modelo pode ser considerada o estímulo auxiliar (signo) cujas

ideias que levaram ao desenho foram elaboradas a partir dos estudos formais da

atomística e que auxilia a compreender propriedades que levam o átomo, invisível

aos olhos, ser considerado a estrutura organizada fundamental para formar a

matéria sensível.

2.2.4 Vigotsky Aplicado a Educação

Há na evolução do aprendizado escolar três grandes correntes relatadas por

Vigotsky (1994). A primeira segue a visão de que, apesar de intimamente

relacionados, os processos de desenvolvimento são independentes do aprendizado.

A evolução biológica e cognitiva do indivíduo é independente do aprendizado

escolar, porém, são um pré-requisito para ele. O aprendizado é considerado um

processo puramente externo. Segundo Vigotsky (1994, p. 104):

[...] o desenvolvimento do ato de pensar em crianças em idade escolar, tem-se admitido que processos como dedução, compreensão, evolução das noções de mundo, interpretação da casualidade física, o domínio das formas lógicas de pensamento e o domínio da lógica abstrata ocorrem todos por si mesmos, sem qualquer influência do aprendizado escolar.

Para essa corrente os ciclos de desenvolvimento precedem os ciclos de

aprendizagem.

Uma segunda corrente relaciona-se a visão de que o aprendizado é

desenvolvimento, nesse caso, o processo de aprendizagem está misturado ao de

desenvolvimento. Nela o processo de aprendizagem se reduziu a formação de

hábitos e o desenvolvimento a acumulação de respostas possíveis para determinado

64

estímulo. Para essa corrente os ciclos de desenvolvimento e de aprendizado

evoluem juntos. Segundo a análise de Vigotsky (1994, p. 105) para essa corrente

[...] aprendizado e desenvolvimento coincidem em todos os pontos, da mesma

maneira que duas figuras geométricas idênticas coincidem quando superpostas.

A terceira corrente busca uma composição entre as duas primeiras nela o

desenvolvimento é biológico, cognitivo e de aprendizado, desta maneira, aprender é

também considerado um tipo de desenvolvimento, logo, pode-se imaginar que a

evolução no processo de aprendizado pode impulsionar o desenvolvimento

cognitivo. Para essa corrente o aprender tem papel fundamental no desenvolvimento

da criança, porém, essa ênfase leva essa teoria para um problema pedagógico

relacionado à transferência de conteúdos. A educação formal inclui aspectos que

não estão relacionados à vida cotidiana do aluno, assim, aprender línguas,

matemática, filosofia, ciências naturais, etc... seria considerado importante para o

crescimento mental, porém, várias pesquisas mostraram que o conhecimento de

uma área específica tem pouca influência no desenvolvimento como um todo.

Assim, ao obter grandes conhecimentos nos aspectos fundamentais dos modelos

atômicos, dentro da Química, não implica que o aluno tenha bom desempenho em

assuntos de Física relacionados à eletricidade ou que tenha um espetacular

aprendizado em Literatura ou Filosofia.

Analisando os trabalhos experimentais feitos pelos psicólogos da educação

Woodworth e Thorndike, Vigotsky (1994, p. 107) observa que:

[...] adultos foram treinados, com sucesso, para estimar o tamanho de uma determinada figura bidimensional; porém esse treinamento não os tornou capazes de estimar o tamanho de outras figuras bidimensionais de tamanhos e formas variadas.

Pesquisas tem mostrado que a mente não é um conjunto de capacidades

gerais, mas sim um grupo de capacidades específicas que podem se desenvolver de

maneira independente. Desta maneira o aprendizado seria considerado a aquisição

de várias capacidades específicas de pensar sobre muitas coisas e um determinado

aprendizado só auxilia no desenvolvimento de outro se tiver um mesmo conjunto de

operações ou uma efetiva relação. Assim, dentro da Química, dominar modelos

atômicos pode ser extremamente relevante para capacitar e auxiliar um aluno

aprender as ligações químicas interatômicas. Segundo Vigotsky (1994):

A melhora de uma função da consciência ou de um aspecto da sua atividade só pode afetar o desenvolvimento de outra na

65

medida em que haja elementos comuns a ambas as funções ou atividades.

Um aspecto levantado pela terceira corrente é de que ao aprender algo se

desenvolvem estruturas e operações que podem ser utilizadas em outros

aprendizados que estão por vir, assim, ao criar essas operações o indivíduo, muitas

vezes, adianta-se em sua evolução possibilitando facilitar desenvolvimentos

posteriores. Isso mostra que o aprendizado e o desenvolvimento não são paralelos,

um pode preceder o outro.

Vigotsky rejeita as três posições analisadas por ele e tenta atingir a

explicação ideal para as relações gerais e específicas sobre desenvolvimento e

aprendizagem escolar. Primeiramente deve-se imaginar que a aprendizagem não

escolar inicia-se antes da escolar, assim, por exemplo, chega-se na escola com

noções de uso cotidiano de dividir, somar, subtrais e multiplicar. Para Vigotsky

(1994, p. 110) [...] aprendizado e desenvolvimento estão inter-relacionados desde o

primeiro dia de vida da criança.

Quando queremos saber a relação real entre a capacidade de aprendizagem

e o processo de aprendizagem, não devemos nos limitar apenas aos níveis de

desenvolvimento pré-determinados. É importante compreender que em termos de

aprendizado o que importa é o que o aluno está aprendendo e não o que já

aprendeu. Podemos, a partir daí, estabelecer dois níveis de desenvolvimento que se

interrelacionam, o desenvolvimento real, que corresponde aquilo que se pode fazer

por si mesmo sem auxílio externo, e o desenvolvimento proximal que ocorre quando

há auxílio externo. Nesse último, quando o problema é resolvido criam-se novas

operações a partir desse auxílio há a chamada zona de desenvolvimento proximal

(ZDP) que segundo Vigotsky (1994 p. 112):

[...]nós chamamos a zona de desenvolvimento proximal. Ela é a distância entre o nível de desenvolvimento real, que se costuma determinar a partir da solução independente de problemas, e o nível de desenvolvimento potencial, determinado através da solução de problemas orientados por um adulto ou em,colaboração com companheiros mais.capazes.

Assim, dentro do estudo dos processos que envolvem a interação, a

mediação e a internalização, há ainda um aspecto importante a ser avaliado que é o

limite de capacidade de determinado aprendizado, para Vigotsky esse limite é a ZDP

(zona de desenvolvimento proximal). Ela é uma importante etapa do processo de

66

aprendizagem que corresponde a uma lacuna que se estende desde aquilo que já é

sabido até aquilo que temos a potencialidade para saber, é a lacuna que existe entre

o presente e o futuro, ou seja, entre o que se é e aquilo que se pode ser. Essas

potencialidades biológicas e cognitivas do indivíduo podem ser preenchidas a partir

da adequação de suas interações sociais, assim, por esse ponto de vista a evolução

das capacidades de aprendizagem de um indivíduo depende intimamente da relação

do indivíduo com sua comunidade.

A zona de desenvolvimento proximal relaciona-se a ideia de intimidade,

aproximação e interação. Proximal tem relação com próximo, desta maneira,

entende-se que esse desenvolvimento só ocorre com um individuo em sua inter-

relação com as pessoas próximas e que apresentam maior conhecimento sobre o

assunto. Isso ocorre no relacionamento com os pais, tios, avós, amigos e,

principalmente, em termos de conhecimentos formais com o professor. Assim, é o

meio social que fornece os estímulos que levarão o que se é para aquilo que se

pode ser. Dessa maneira, a pessoa pode se apropriar dos conhecimentos advindos

de sua interação com o meio social e se desenvolverá de acordo com sua

potencialidade natural e orgânica.

Segundo Vigotsky (1994 p. 115) [...] o aprendizado humano pressupõe uma

natureza social especifica e um processo através do qual as crianças penetram na

vida intelectual daqueles que as cercam.

Quando imaginamos a abordagem Química do átomo que não relaciona-se a

um conhecimento cotidiano ou nato, imagina-se o quanto é utilizada a zona de

desenvolvimento proximal entre professor e alunos. A própria ideia de modelo e a

evolução do pensamento científico envolvido nos conteúdos dos modelos atômicos

desde os gregos até o modelo quântico oferece um excelente exemplo de elementos

interligados em ordem crescente cuja conexão é estimulada por um auxilio externo,

nesse caso, do professor. Assim sendo, a representação imagética seria um signo

criado para auxiliar a compreensão dos significados de modelo bem como de como

eles evoluíram a partir de novas descobertas científicas.

67

2.2.5 Signos, Objetos e a Linguagem Química

Na Química do ensino médio há o objetivo de introduzir e formalizar

conceitos relacionados à matéria e suas transformações. Esses conceitos em sua

grande maioria vinculam-se a imagens relacionadas ao átomo. Por exemplo, quando

estruturamos as ideias relacionadas à substância oxigênio, podemos abordá-las a

partir de informações relacionadas ao cotidiano como: na natureza o oxigênio é um

gás na temperatura ambiente, ele é utilizado no processo respiratório como

comburente da glicose para obtenção de energia, constitui, em torno de 22% da

atmosfera terrestre e é o principal elemento químico da superfície terrestre estando

presente na água e em vários minerais. Observe que essas informações sobre o

oxigênio são interessantes e vinculadas ao cotidiano e relacionadas com a Química.

Elas nos conduzem a imagens da água, do ar, da terra, de uma pessoa

respirando,... Porém, por outro lado, essas observações, apesar de científicas não,

necessariamente se utilizam da linguagem química. O uso da Química exige o uso

de sua linguagem, assim, sobre o oxigênio, utilizando as concepções químicas

poderíamos dizer que seu símbolo é “O”, seus átomos apresentam oito prótons no

núcleo e oito elétrons na eletrosfera, sendo seis na camada de valência, realiza

duas ligações químicas por compartilhamento de elétrons e apresentam três

isótopos estáveis, ele gera moléculas apolares diatômicas sendo essas formadas

por átomos unidos por orbitais moleculares sigma e pi originados em orbitais

atômicos “p”, sua substância pura simples apresenta fórmula química O2(g) e é

utilizada como oxidante no processo respiratório. Nesses casos, as imagens das

situações descritas são, em sua maioria, formadas a partir de concepções das

estruturas atômicas. Observe a grande diferença das duas narrativas, na primeira é

citada a terra, a atmosfera, a respiração e a água cujas presenças são constantes

em nossas vidas e desenvolvemos uma relação nata e intrínseca com essa matéria.

A segunda narrativa relaciona-se a conceitos específicos sobre o oxigênio que

envolvem importantes conceitos químicos como: símbolo químico, fórmula química,

ligações químicas, molécula, átomo, próton e número de oxidação. No primeiro

momento as imagens relacionam-se ao mundo sensível, concreto e nato. Feche os

olhos e imagine terra. Fácil, não. Cada um pode imaginar a terra de um jeito, com

cores, texturas e vários aspectos diferentes, logo formar a imagem na mente

68

(imaginar) é simples. No segundo momento as imagens relacionam-se a um mundo

impalpável e invisível aos sentidos. Agora feche os olhos e imagine um átomo de

oxigênio. Se você teve um estudo formal desse assunto no ensino médio ou na

universidade, ainda assim, essa imagem será confusa e fundamentada em um

modelo teórico que apresentará detalhes técnicos que poderão não ser lembrados.

É mais complexo.

O estudo dos modelos atômicos, das imagens e conceitos relacionadas ao

átomo muitas vezes começam a ser estudados já primeiros momentos do estudo da

Química ainda na pré-adolescência, por volta dos quatorze anos, no oitavo ano do

ensino fundamental. Assim, nossos alunos, são conduzidos a imagem estática de

uma estrutura atômica pensada, muitas vezes, como uma estrutura real e cuja

imagem definida em aula representa a realidade concreta do átomo. Estabelecer a

ideia de que os desenhos apresentados representam apenas modelos teóricos não

é a tarefa mais fácil, pois, no momento que se estabelece um desenho para a

representação e, através dele, justificar características da matéria concreta, nos

parece lógico, que o modelo na verdade é a representação da realidade. Como o

desenvolvimento da Química necessita de uma representação simbólica específica,

é necessário criar a imagem do que se está estudando para aprofundar os conceitos

químicos para compreender melhor os aspectos experimentais e teóricos dessa

ciência. Não há como imaginar sem ter a imagem. Assim, para a apropriação do

conhecimento Químico, tão importante quanto a linguagem simbólica escrita

desenvolvida pelos símbolos e fórmulas químicas é a linguagem simbólica por

imagens estabelecidas pelos modelos atômicos.

A evolução dos modelos atômicos, a partir das ideias de Dalton, agregaram a

imagem os avanços na área do conhecimento físico e químico de cada época e

representam uma maneira de pensar e tornar concreta a estrutura nanoscópica da

matéria. Os modelos atômicos procuram justificar os dados obtidos nos

experimentos e sua evolução remonta a revolução histórica do desenvolvimento das

ciências. A compreensão do comportamento da matéria com relação aos modelos

atômicos representava para a Biologia, a Química e a Física um funil teórico cuja

evolução das relações experimentais com as dos modelos atômicos representavam

a mais próxima inter-relação entre as propriedades do mundo observado pelos

sentidos humanos e sua constituição fundamental que caracterizava o mundo

imaginário que explicasse essas propriedades.

69

2.3 EPISTEMOLOGIA DE MARIO BUNGUE

2.3.1 Mario Bungue

Mario Bunge, doutor em ciências físico-matemáticas, nasceu em Buenos

Aires, em 21 de setembro de 1919. Professor de física teórica e filosofia, aprofundou

suas pesquisas na Universidade Nacional de la Plata e posteriormente na

Universidade McGill, em Montreal, onde trabalha desde 1966. Mario Bunge tem

vinte e quatro doutorados Honoris Causa e é membro da American Association for

the Advancement of Science (desde 1984) e da Royal Society of Canadá (desde

1992). Autor de vários livros Bunge desenvolveu várias teorias sobre método

científico, metodologia da pesquisa e modelos. Para Bunge (2008, p. 12) o objetivo

de uma pesquisa não é a acumulação de fatos mas a sua compreensão.

2.3.2 A Matemática e as Pesquisas

Após a segunda guerra mundial há a criação de sistemas hipotético-dedutivos

e a criação de muitos modelos teóricos que melhoraram nossa visão do mundo e

incluem pesquisas que atingem várias áreas do conhecimento. A utilização da

matemática, não restrita apenas aos dados estatísticos, modifica a maneira de ver

os experimentos e dá a clareza necessária a compreensão dos fatos.

Segundo Bungue (2008, p. 13):

Esta revolução científica, a mais grandiosa após o nascimento da teoria atômica contemporânea, foi possível pela aproximação da física e a colaboração profissional de milhares de biólogos e engenheiros, psicólogos e matemáticos, sociólogos e físicos, em alguns serviços de guerra dos EUA e em escala menor na Grã-Bretanha, no último conflito mundial. Tão logo a guerra terminou, desabou uma avalanche de novas abordagens, novas teorias e novas disciplinas oriundas destes contatos.

A partir de 1950 há um grande número de novas teorias que surgem

fundamentadas na matemática dos fatos. Surge a cibernética, a teoria dos jogos, a

sociologia matemática, são consolidados os estudos nas áreas da biologia e da

70

psicologia matemática além de muitas outras teorias oriundas de uma nova maneira

de pensar.

O uso da matemática em ciências não físicas faz com que os modelos

construídos por suas pesquisas ganhem clareza, lógica e critérios do método

científico. Para Bungue (2008, p. 13) a revolução iniciada por volta de 1950 versa

sobre a maneira de abordar o estudo dos objetos não-físicos.

2.3.3 Os Objetos-modelo e o Modelo Teórico

A análise de propriedades semelhantes entre estruturas que aparentemente

são diferentes cria uma inter-relação teórica que leva a melhor compreensão de

ações ou fatos. Dessa maneira, o modelo teórico criado deve se relacionar aos fatos

estudados naquela temporalidade, nos modelos atômicos, observa-se esse

crescimento natural. Dalton, por exemplo, em 1802 se preocupou com as reações

químicas e seu modelo atômico, até os dias de hoje, pode ser utilizado para

justificar e explicar as propriedades mais importantes das reações químicas. Ele

estruturou um átomo maciço para que a massa tenha uma localização precisa e

considerou-o indestrutível para que a massa se conserve. Esse é um exemplo típico

de um objeto-modelo e de uma teoria correspondente que é geral e válida para

todos os processos químicos envolvendo a matéria. O objeto estudado por Dalton,

as reações químicas, geraram um modelo teórico explicativo muito relacionado a

temporalidade dos fatos de sua época, e apesar de um modelo muito simples,

calcado na filosofia grega dos elementos e do próprio átomo, Dalton cria uma

explicação plausível para os fatos. Ele propõe um modelo teórico que relaciona

objetos físicos reais, por meio de objetos-modelos, e suas propriedades químicas

reacionais, por outro lado, quando pensamos em explicar a origem da eletricidade

ou da luz, o modelo atômico de Dalton resulta em um grande fracasso.

Segundo Bunge (2008, p.15):

...todo fracasso de uma ideia pode ser instrutivo em ciência, porque pode sugerir as modificações que será preciso introduzir a fim de obter modelos mais realistas. Em resumo, para aprender o real começa-se por afastar-se da informação. Depois se lhe adicionam elementos imaginários (ou antes hipotéticos) mas com uma intenção realista. Constitui-se assim um objeto-modelo mais ou menos esquemático e que, para frutificar deverá ser enxertado sobre uma teoria suscetível de ser confrontada com os fatos.

71

Modelos teóricos são sistemas hipotéticos dedutivos que concernem a

objetos-modelos que representam algo real. Um modelo não necessariamente

atende a todos os detalhes que cercam a realidade mas sim a alguns de seus

aspectos que relacionam-se ao interesse do pesquisador. É esse fato que permite

que um modelo evolua, cresça e envolva mais detalhes sobre a realidade do objeto,

isso cria um maior número de referenciais teóricos sobre o real. Pensando dessa

maneira entende-se que os modelos são provisórios e devem, para evolução

humana, sofrer modificações não importando se são eles das ciências físicas ou

não. Para Bunge (2008, p. 18):

Em suma, uma vez concebido um modelo da coisa, a gente descreve em termos teóricos, servindo-se para tanto de conceitos matemáticos (tais como o conjunto e probabilidade) e procurando enquadrar o todo em um esquema teórico compreensivo.

2.3.4 A Caixa Preta e o Modelo

As pesquisas que levam as teorias e consequentemente a estruturação de um

modelo começam por aquilo que Bunge chama de caixa preta. Essa estrutura

apresenta aspectos internos desconhecidos, porém, seu comportamento externo

apresenta mecanismos mais ou menos expostos mas que servem para explicar o

aspecto exterior da caixa. Assim pode se analisar os aspectos externos para

posteriormente compreender seu interior. Pesquisas nas mais variadas áreas

iniciam-se pela observação dos aspectos externos no sistema de caixa preta. Assim

é na psicologia, na macroeconomia, na biologia, na química,... Segundo Bunge

(2008, pg. 19):

Seja um sistema qualquer, máquina ou organismo, molécula ou instituição, e suponhamos que alguém queira descrever e predizer seu comportamento sem se ocupar, no momento, de sua composição interna nem dos processos que podem ocorrer em seu interior. Contruir-se-á um modelo do tipo caixa preta, que constituirá uma representação do funcionamento global do sistema, exatamente como a ideia que uma criança faz de um carro, do rádio ou da televisão.

A caixa preta terá uma entrada e uma saída cuja análise de pesquisa tem que

relacionar a entrada e a saída. No modelo de Dalton, por exemplo, sabe-se que a

72

massa da matéria é constante nas transformações, isso é o aspecto externo

relacionado aos efeitos da matéria sensível nas pesquisas de Lavoisier.

Estudar e estabelecer um objeto-modelo que explicasse a natureza fez Dalton

ressuscitar da filosofia grega os elementos e os átomos e elaborar um modelo em

que cada elemento é formado por átomos que são donos da massa da matéria e são

indestrutíveis. Isso explicou o fenômeno da conservação da massa em

transformações da matéria. A entrada da caixa-preta seria as transformações da

matéria e a saída a conservação da massa. Dalton cria um modelo para explicar os

fenômenos de entrada e saída. Revelou-se a partir desse modelo um aspecto

crucial da estrutura da caixa preta mas não todos, nesse caso foi avaliado apenas

um aspecto do comportamento da matéria. Observe que a explicação do fenômeno

não revelou o real interior da caixa-preta. Dalton conseguiu estabelecer uma lei do

sistema que prevê o comportamento da matéria em reações químicas a partir de

variáveis como composição química, proporção de massa, manutenção da massa e

outras que respeitavam as leis ponderais das reações e isso é válido até os dias

atuais. Por outro lado, Dalton não consegue, com seu modelo, justificar

características elétricas da matéria. Logo, a caixa-preta continua sem ser

desvendada.

O surgimento de novas pesquisas e novos modelos teóricos utilizando

entradas e saídas diferentes para a mesma caixa-preta fazem chegarmos mais

próximo da realidade. No caso dos modelos atômicos a sofisticação ocorreu e

modelos mais explicativos e abrangentes surgiram e é bom lembrar que com grande

auxílio da matemática. Para Bunge (2008, pg. 21):

Uma hipótese acerca dos mecanismos escondidos só poderá ser considerada como confirmada se satisfazer as seguintes condições: explicar o funcionamento observado, prever fatos novos além dos previsíveis por modelos de caixa preta e concordar com a massa das leis conhecidas. Tais exigências reduzem o conjunto dos modelos de mecanismos e permitem submetê-los a testes empíricos.

O modelo de Dalton, apesar de não ser aceito de imediato pela comunidade

científica, acabou sendo amplamente divulgado e discutido, pois fornecia

explicações satisfatórias para explicar o comportamento da matéria nas

transformações. Observe que ele se utilizou de todas as premissas descritas por

Bungue na citação acima.

73

Conforme o tipo e a área da pesquisa é necessário compreender que há uma

variedade de modelos de caixas pretas. Para Bunge (2008, p. 21)

É possível, pois, propor, uma grande variedade de modelos de um sistema dado: caixas pretas sem estados internos, caixas pretas (ou melhor , cinzentas) com estados internos, e caixas com mecanismos (mecânico ou outro qualquer); caixas deterministas e caixas estocásticas; caixas com um só nível (por exemplo, físico) ou com muitos (por exemplo, físico e biológico), e assim por diante. A escolha entre estes diversos objetos-modelo e os modelos teóricos correspondentes dependerá do objetivo do investigador.

2.3.5 Construção do Objeto-modelo

A construção da representação de um objeto-modelo, que é uma

representação esquemática de um objeto concreto ou de um fato, fundamentada em

um modelo teórico é uma atividade criadora.

Um objeto-modelo por si só não serve muito se não consegue se adequar e

se enquadrar a um conjunto de ideias que permitam explicitá-lo. Elas devem

fornecer uma relação dedutiva que ajude a tecer observações que tornam o modelo

explicativo do comportamento do objeto dentro dos fatores analisados e, acima de

tudo, permitam a criação de uma teoria geral sobre esse comportamento analisado.

A estruturação do modelo atômico de Dalton, por exemplo, levou a um

desenho que inseria qualidades ao objeto-modelo levando-o a uma visão concreta e

conveniente para a interpretação de sua teoria. Ele levou em conta, em sua análise,

apenas alguns fatores mas adequou ao conjunto de ideias, as leis ponderais,

criando assim uma teoria geral que o levou a uma imagem especulativa, um modelo,

de como e quais características teria o objeto, no caso, o átomo. Segundo Bunge

(2008, p. 25)

Uma coisa pode ser representada de modo mais ou menos esquemático por um desenho ou desenho animado que será então um modelo concreto da coisa. Tal representação será literal ou simbólica, figurativa ou inteiramente convencional. Em todo caso será parcial, pois ela há de supor que certas propriedades das coisas não merecem ser representadas, quer porque são tidas como secundárias, quer porque as uvas estão ainda muito verdes.

Nas teorias envolvendo as ciências há a estruturação do objeto-modelo

relacionado a evolução do conhecimento científico. No caso do modelo atômico

observa-se que com a evolução os desenhos representativos vão se tornando mais

74

complexos, mais explicativos e justificando mais propriedades do objeto. Essa

complexidade devido ao grande número de informações, a quantidade de variáveis

matemáticas e as características estruturais do novo modelo resulta em uma

situação que só conseguimos imaginar como é seu comportamento com relação as

variáveis avaliadas.

Modelos complexos são, por vezes, melhor representados por diagramas

como, por exemplo, os de densidade de probabilidade no caso do modelo quântico

do orbital. Para Bunge (2008, p. 26):

...os desenhos, por mais úteis que sejam em ciência experimental e por razões psicológicas, não são, em geral, constituintes da teoria. Basta lembrar dos desenhos do fim do século sobre o papel dos diagramas e dos análogos mecânicos: Mach censurava Dalton por desenhar átomos que se considerava puras ficções, ao passo que Duhem desprezava o que ele escola inglesa de física por seu apego a representações visuais e aos mecanismos mecânicos. Recentemente, esse debate foi reaberto: está de novo em moda fazer elogios dos modelos visuais e mesmo de análogos e metáforas. Alguns consideram as representações visuais como muletas psicológicas, mas também como desempenhando função lógica.

A expressão modelo terá, pelo menos, dois sentidos, pode ser uma

representação esquemática gráfica ou por desenho de um determinado objeto ou

um modelo teórico que leva a uma idealização. Nesse último caso, cria-se um

modelo hipotético-dedutivo que pode ser impossível de ser representado por

desenhos, esquemas ou gráficos.

Para os estudantes da química do nível médio, é importante ressaltar a

importância da função lógica e psicológica, citada por Bunge (2008, p. 27) dos

desenhos dos modelos atômicos. Os desenhos reforçam as teorias e vice-versa. Os

quatro principais modelos atômicos como visto no item 2.1 da revisão de literatura,

carregam em seus desenhos aspectos científicos suficientes para a formação de um

cidadão ativo na sociedade, por isso, é desnecessário o estudo de modelos

atômicos mais avançados cujos desenhos serão muito complexos ou impossíveis de

serem concretizados, assim, nesse nível de estudos da Química, faz-se

desnecessários os estudos de distribuição eletrônica em subníveis energéticos, o

famoso diagrama das diagonais de Pauling, e de números quânticos magnético e

spin, relacionados aos movimentos de translação e de rotação do elétron. A carga

teórica desses modelos atômicos mais modernos é profunda e de pouco auxílio na

compreensão da natureza imediata sendo de muita importância no nível superior

75

mas de extremo mau gosto nos estudos realizados no ensino médio cujo objetivo

fundamental é outro.

Um modelo teórico atendendo, muitas vezes, a necessidade das explicações

para fatos fixa-se em determinado foco. A expansão do objeto-modelo necessita

pesquisas e estudos que levem em conta outros fatores em focos ainda não

trabalhados ou com o mesmo foco mas buscando outras características do fato.

Assim, um modelo teórico, dependendo da situação, pode ser abandonado para a

criação de um novo modelo que satisfaça melhor a explicação da realidade. Um

exemplo é a evolução do modelo atômico. Para Bunge (2008, p. 30):

Todo modelo teórico é parcial e aproximativo: não apreende senão uma parcela das particularidades do objeto representado. Eis por que malogrará cedo ou tarde. Mas na ciência, mesmo a morte é fecunda: o malogro de um modelo teórico o levará a construção, quer de novos objeto-modelo, quer de novas teorias gerais.

O modelo nas ciências da natureza representa uma maneira de pensar sobre

os fatos investigados. Na educação Química, cujas teorias estudadas são

estruturadas fundamentalmente nos modelos atômicos, observa-se que se bem

compreendida a ideia fundamental de modelo atômico e de sua permanente

evolução bem como sua importância na explicação dos fenômenos naturais, a

aprendizagem de assuntos correlatos será muito facilitada. Segundo Bunge (2008,

p. 29):

O termo “modelo” designa uma variedade de conceitos que é preciso distinguir. Nas ciências teóricas da natureza e do homem parece haver dois sentidos principais: o modelo enquanto representação esquemática de um objeto concreto e o modelo enquanto teoria relativa a esta idealização.

2.3.6 Modelos nas Ciências Naturais

Os modelos teóricos são esboços hipotéticos de coisas e fatos supostamente

reais. Há uma ambiguidade no termo “modelo” que faz com que apresente muitos

sentidos e os esboços fornecidos por ele, relacionados a pesquisas e estudos,

supostamente representam o real.

O objeto-modelo é uma importante estrutura que auxilia a entender melhor as

teorias gerais e levam a uma teoria específica que chamamos de modelo teórico.

Esse, por sua vez, fornece concretude em sua representação simbólica e podem ser

76

empiricamente testados e inscritos na teoria geral ajudando a compreender melhor

aspectos da realidade.

Se considerarmos o objeto-modelo como qualquer representação

esquemática de um objeto: desenho, esboço, equação matemática, diagrama,

animação, foto,... Se o objeto for concreto o modelo gerado por ele é uma

idealização. A representação nunca é completa e inclui elementos imaginários que

são misturados com elementos concretos que, como muitos pormenores da

realidade são ignorados e descartados, levam a uma aproximação do real, assim, o

modelo teórico gerado pela pesquisa realizada com um determinado objeto não

apresenta a mesma complexidade da realidade.

O objeto-modelo é um constructo que sempre possui um fato como referência

podendo ser conceitual ou não. Como o objeto-modelo faz parte da teoria ele herda

suas peculiaridades e leis. Para Bunge (2008, p. 34):

Nem todos os objetos-modelo são conceituais e nenhum modelo conceitual de um objeto concreto é um modelo teórico, embora possa contribuir de base para este. Um colar de contas multicoloridas pode representar uma cadeia polímera, e um cociograma representa algumas das relações entre os indivíduos em um grupo, mas o primeiro é um modelo físico ou análogo e o outro é apenas uma apresentação de dados. A fim de conseguir um modelo teórico, o objeto-modelo tem de ser absorvido por uma teoria, o objeto-modelo herda as peculiaridades desta e, em partículas, suas leis.

Nas ciências naturais há uma ordem para se chegar ao modelo teórico. A

coisa ou fato gera o objeto-modelo cuja pesquisa origina o modelo teórico, um

exemplo seria o do estudo do comportamento dos gases com relação a

movimentação das partículas, esse é o fato que gera o objeto-modelo que é

considera-los gases ideais, ou seja, descarta-se o volume das partículas e as

atrações entre as moléculas. Isso gera o modelo teórico da teoria cinética dos

gases. Segundo Bunge (2008, p 35):

Em alguns campos, o modelo teórico é construído em torno do objeto-modelo. Nos campos mais avançados, o objeto-modelo pode amiúde ser vinculado a uma teoria geral existente. Assim, na teoria da aprendizagem dificilmente há uma teoria genérica: cada modelo de aprendizagem é uma esquematização de um certo tipo de experimento, e os modelos adequados parecem não adaptar-se a uma única teoria compreensiva.

As teorias gerais, geradas pelos modelos teóricos, são genéricas e atendem a

um grupo de situações semelhantes, porém, devem permitir a criação de teorias

específicas que a permitam fornecer explicações para situações particulares. Assim,

77

as teorias gerais devem permitir o enriquecimento com dados e informações

referentes a condições particulares para internaliza-las em seus princípios.

Nem todo modelo teórico conceitual leva a produção de um mecanismo assim

como os objetos-modelo podem não ser determinados a sim probabilísticos como é

o caso, por exemplo, do elétron visto pela mecânica quântica moderna.

Um objeto-modelo inserido em teorias gerais diferentes fornece modelos

teóricos diferentes, por exemplo, modelos de moléculas gasosas avaliadas pela

mecânica clássica e pela mecânica quântica gerarão ideias e imagens diferentes.

Desenhos das moléculas pelo modelo de Dalton e pelo modelo quântico de Bohr

apresentam significativas diferenças. Um objeto-modelo mesmo visto pelos ângulos

de teorias diferentes não poderá substituir o próprio objeto, eles só retratam o objeto

com maior ou menor aproximação da realidade e ajudam a compreender melhor seu

comportamento. Um exemplo, dentro dos estudos de modelos atômicos é observar

que o elétron de Thomson não é o mesmo de Bohr apesar de ambos terem carga

elétrica negativa e terem mobilidade de translação quando fora do átomo. Bohr

concede aos elétrons energias quantizadas e insere movimento de translação para o

elétron dentro do átomo. Inseridos em modelos de temporalidades e abrangências

conceituais diferentes os elétrons de nenhum dos dois modelos pode substituir a

ideia do elétron real pois não levam em conta vários fatores relacionados ao elétron

real e que apresenta, ainda hoje, muitas caixas pretas a serem estudadas.

A ideia que cerca a formação dos modelos é complexa e segundo Bungue

(2008, p. 38) na semântica e, particularmente na teoria do modelo, “modelo” significa

uma interpretação de um teoria abstrata sob a qual (interpretação) todas as

afirmações da teoria são satisfeitas (verdade). Qual é a relação entre este conceito

semântico de modelo e o conceito metacientífico de modelo teórico? Evidentemente,

toda teoria científica, seja genérica ou específica, é uma teoria interpretada no

sentido de que, se devidamente formulada, contém regras e suposições que dotam

o formalismo de um significado factual.

78

3 A METODOLOGIA

3.1 Caracterização da Pesquisa

Essa pesquisa é qualitativa, com levantamento e análise dos dados e quanto

a natureza foi do tipo aplicada, pois busca gerar conhecimentos que visa a aplicação

prática do produto e, com relação aos procedimentos utilizados é enquadrada dentro

de um estudo de caso.

3.2 O Contexto da Pesquisa

Na Química do ensino médio os modelos imagéticos do átomo são

formalmente trabalhados durante a abordagem histórica da evolução dos modelos

atômicos no primeiro ano, geralmente, dentro de um período de tempo que varia de

dois a seis períodos de aula, dependendo do nível de abordagem que o professor

imagina necessário e da carga horária da Química na escola. Muitas escolas

apresentam esses modelos já no oitavo ou nono ano do ensino fundamental. Na

escola que foi feita a pesquisa, a carga horária da Química para o primeiro ano do

ensino médio é de quatro períodos e são abordados assuntos de Química Geral e

de Cálculos Químicos.

Após apresentados os modelos atômicos ainda no primeiro ano, há, na

Química formal um mergulho no estudo do átomo e são elaborados muitos conceitos

com base nesses modelos como: número atômico, número de massa, capacidade

de ligação, valência, estabilidade, potencial de ionização, cátions, afinidade

eletrônica, ânions, eletronegatividade e tantos outros. Isso pode ser abordado

apenas em nível conceitual ou utilizando também desenhos que representam o

átomo e suas características. A Química de primeiro ano pode ser trabalhada com

imagens atômicas e moleculares até seu conteúdo final que são as reações

inorgânicas e os cálculos químicos.

Na escola em que foi feito o estudo, no segundo ano, são feitos estudos das

soluções e da físico-química, que utilizam em suas abordagens de maneira muito

rica as relações atômicas como foi visto na justificativa (p. 12). Como exemplos

dessa utilização teríamos o estudo da teoria das colisões e da entalpia de ligações

que, por exemplo, pertencem, respectivamente, aos estudos da cinética química e

79

da termoquímica e que utilizam de forma direta a representação atômica e

molecular. No terceiro ano as imagens de átomos e moléculas, utilizando os

modelos atômicos vistos no primeiro ano, envolvem apenas alguns átomos cujos

principais são: carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre e os

halogênios. Normalmente, esses átomos são apresentados pelo modelo de Bohr

que determina o número de elétrons da camada de valência e, consequentemente, a

capacidade de ligação de cada átomo envolvido na formação dos compostos

orgânicos. Observe os desenhos dos átomos apresentados na figura 22 dos

elementos organógenos (carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio) apresentados

nas primeiras aulas de química orgânica.

Figura 23 – Elementos Organógenos

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Átomo do Carbono

Átomo do Nitrogênio

Átomo do Hidrogênio

Átomo do Oxigênio

80

Tradicionalmente, no estudo dos compostos orgânicos, os átomos são

representados pelos seus símbolos químicos. As moléculas pelas estruturas de

Lewis como na representação do propano apresentado na figura 23 ou as fórmulas

estruturais planas como a da molécula do etanol apresentado na figura 24.

Figura 24 – Fórmula de Lewis do Propano (um dos componentes do gás de

cozinha)

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Figura 25 – Fórmula Estrutural Plana do Etanol

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Observe que nesses casos usam-se os símbolos químicos, pontos, balões e

traços para representar elétrons, ligações e orbitais moleculares e atômicos.

No desenvolvimento dos assuntos de Química Orgânica foi utilizada uma

abordagem tradicional voltada para preparação dos alunos para os concursos de

que irão participar. Estrutura-se o estudo das cadeias carbônicas e das funções

orgânicas, sempre trabalhando com a união dos átomos, mas, usando os símbolos

químicos C, N, H, O, S e P para representar os átomos e traços (──) para

representar as ligações químicas covalentes.

C C C • • • • • • • • • •

• •

• •

• •

• •

• •

H H H

H H H

H H

C C O

H H

H H

H H

81

Nesse primeiro momento é muito importante entender a relação entre o

conteúdo pesquisado e o público alvo da pesquisa. Como o ponto de partida dessa

pesquisa qualitativa aplicada relaciona-se diretamente com a ampla utilização de

modelos atômicos na evolução de vários conteúdos de química e visto ser

constantemente utilizada a representação imagética dos átomos nas abordagens

dos conteúdos, para o desenvolvimento desta pesquisa seria necessário trabalhar

com alunos que já tivessem várias experiências com os conteúdos de Química e,

imagina-se, que tivessem passado por vários conceitos e ideias que se

relacionavam direta ou indiretamente com as representações imagéticas dos átomos

e de sua estrutura. Assim, o público-alvo escolhido foi o dos alunos do último ano do

ensino médio. A escola escolhida é privada e pertence ao município de Santa Maria.

Essa escola apresenta alunos de alta performance em concursos, tendo obtido, no

ano da pesquisa, segundo dados divulgados pelo Ministério da Educação, primeiro

lugar do ENEM das escolas particulares da cidade de Santa Maria e quinto lugar

geral no estado do Rio Grande do Sul. Assim, a escolha do terceiro ano do ensino

médio parece natural devido aos vinte e nove alunos participantes já terem estudado

muitos conteúdos de Química relacionados ao átomo e, teoricamente, fornecerão

uma melhor representação para ele.

Esta pesquisa apresenta termo de consentimento anexado no apêndice A.

3.3 Instrumentos de Coleta de Dados

Como um dos objetivos dessa pesquisa foi investigar desenhos produzidos

por alunos do último ano do ensino médio, foi solicitada a elaboração de imagens de

átomos específicos e importantes nos estudos de Química. Os átomos cujos

desenhos foram pedidos são os organógenos (carbono, hidrogênio, nitrogênio e

oxigênio). Assim, a partir da análise desses desenhos pode-se estabelecer a relação

entre a representação imagética dos átomos e alguns dos aspectos importantes do

conteúdo formal que se relacionam a esse tipo de representação. Porém, como o

objetivo do estudo dos átomos é a formação das estruturas reticulares e

moleculares, sendo as moleculares vastamente estudadas em toda a Química, foi

necessário verificar qual tipo de representação imagética os alunos utilizam para

desenhar os átomos na formação das moléculas. Para isso ocorrer foi necessário,

em um segundo momento, obter os desenhos dos átomos na formação de

82

moléculas, no caso, foi solicitado para que desenhassem a molécula do etanol. Por

último foi aplicado um questionário para complementar as informações relacionadas

à pesquisa.

Cronologicamente as três etapas da pesquisa seguiram o seguinte caminho:

após três meses de aula, dentro do estudo do petróleo, foi pedido para os alunos

desenharem, como eles imaginavam serem os átomos de carbono, hidrogênio,

oxigênio e nitrogênio. O desenho envolveu liberdade de expressão. Foi explicado, na

introdução da atividade, que cada um deveria representar os átomos como eles o

imaginavam. Na semana seguinte foi pedida a elaboração da representação

imagética de uma molécula de etanol, formada pela união de nove átomos. Foi

novamente reforçada a ideia de que eles “deveriam” seguir sua imaginação.

Quinze dias, após elaborada a etapa dos desenhos, foi aplicado um

questionário com oito questões que abordavam vários aspectos com relação aos

modelos atômicos estudados no ensino médio. O questionário está apresentado no

apêndice B.

Existem vários aspectos formais que podem ser analisados em uma

representação imagética. Porém, nessa pesquisa foi feita a verificação de alguns

dos aspectos formais relacionados aos desenhos, que são:

a) observar se na representação imagética dos átomos há a imagem da eletrosfera e

dos seus elétrons;

b) verificar se na representação imagética dos átomos há a representação do núcleo

atômico;

c) analisar, dos quatro modelos atômicos vistos, qual dos modelos atômicos foi mais

utilizado para representar os átomos isolados e qual foi mais utilizado para

representar os átomos nas moléculas;

d) verificar se, no desenho da molécula, é respeitada a característica de valência

dos átomos.

4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

A pesquisa foi elaborada no ano de 2016 em uma turma com trinta e cinco

alunos do terceiro ano do nível médio de um colégio da cidade de Santa Maria

localizada no estado do Rio Grande do Sul. Dos trinta e cinco alunos da turma, vinte

83

e nove participaram da pesquisa. Um dos alunos, por motivo de um intercâmbio

acabou não participando e quatro alunos, por motivos pessoais, faltaram a algum

dos três encontros da pesquisa e decidiram não participar.

No terceiro mês de aula, sem aviso prévio, foi pedido para que os alunos

desenhassem os átomos dos elementos carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.

Foi esclarecido que fazia parte de uma pesquisa e que não valeria nota. Não foi

sugerido nem citado nenhum modelo atômico estudado anteriormente. Lembrando

que, no sistema clássico de ensino, o estudo dos modelos atômicos é realizado no

início do primeiro ano do ensino médio, ou seja, praticamente dois anos antes do

desenvolvimento desta pesquisa.

O modelo de Rutherford-Bohr foi o escolhido por 28 participantes, ou seja, por

96,55 %, como o do exemplo apresentado na figura 26 abaixo.

Figura 26 – Representação dos átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e

hidrogênio, seguindo o modelo de Rutherford-Bohr, elaborados pelo

participante A04.

Fonte: Representação imagética feita pelo estudante A04.

Dos vinte e oito alunos que escolheram o modelo de Rutherford-Bohr dois, ou

seja, 6,88 % desenharam a eletrosfera do átomo com órbitas parciais. Essa maneira

simplificada de representar é muito utilizada quando se quer o desenho do átomo e

o tempo é escasso como, por exemplo, nas resoluções de testes. Um exemplo está

representado na figura 27 exposta a seguir.

84

Figura 27 – Representação dos átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e

hidrogênio seguindo o modelo de Rutherford-Bohr com órbitas parciais

elaborados pelo participante A11.

Fonte: Representação imagética feita pelo estudante A11.

Como resultado de escolha do tipo de modelo um aluno, correspondendo a

3,44 % dos participantes, utilizou o modelo próprio em que o átomo foi representado

por uma esfera com a distribuição eletrônica da camada de valência. Esse modelo

está representado na figura 28 apresentada a seguir:

Figura 28 – Representação dos átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e

hidrogênio seguindo um modelo próprio como uma esfera com camada de

valência elaborados pelo participante A21.

Fonte: Representação imagética feita pelo estudante A21.

85

A Tabela 1, a seguir, dispõe os dados apresentados anteriormente em que,

na primeira coluna são colocados os modelos formais estudados no ensino médio

no período de três anos. Os modelos estão colocados em ordem crescente de

cronologia e complexidade. Na segunda coluna são colocados os valores

percentuais dos alunos que seguiram cada um dos modelos para fazer seus

desenhos e na última coluna o número de alunos que utilizou cada um dos modelos.

Tabela 1 – Modelos Atômicos Apresentados Nos Desenhos de Átomos

Modelo Atômico Formal Estudado no

Ensino Médio

% de Alunos que

Utilizaram o Modelo

Número de

Alunos

Dalton

(esfera maciça)

0 0

Thomson

(esfera positiva com elétrons incrustrados)

0 0

Rutherford-Bohr/Órbita Circular

inteira ou parcial

(núcleo positivo com elétrons em órbitas

circulares com energia quantizada)

96,55 28

Orbital

(núcleo positivo com elétrons em orbitais)

0 0

Outro Modelo

(Modelo não formal criado pelo

participante)

3,44 1

Fonte: Análise imagética.

A partir dos dados da tabela 1 conclui-se que a grande maioria dos

participantes da pesquisa optou por um modelo mais complexo de átomo indicando

que suas concepções atômicas são mais detalhadas e incluem núcleo, eletrosfera,

elétrons, cargas elétricas e órbitas circulares. Um participante optou por representar

um modelo próprio, representado na figura 3. Apesar de ser um modelo autoral,

observa-se nitidamente a utilização de conhecimentos formais visto que a

representação apresenta uma concepção de eletrosfera registrada em seu desenho

como a camada de valência e seus elétrons, ou seja, ele utilizou um dos

conhecimentos mais importantes da estrutura atômica que é sem dúvida a

86

informação mais importante para o estudo das ligações químicas. Nenhum aluno

escolheu os modelos de Dalton ou Thomson demostrando que seus conhecimentos

sobre a estrutura atômica é mais complexo e que esses modelos não

comtemplariam as características desejadas em suas representações. A decisão da

maioria em seguir o modelo mais complexo indica que houve o aprendizado indicado

pela complexa mediação feita pelo conjunto de signos utilizados nos desenhos.

Observe a figura 4 que apresenta a relação entre estímulo, signo e resposta

utilizando o assunto da pesquisa.

Figura 29 – Estímulo, Signo e Resposta

Estímulo Resposta

Átomo Desenho

Modelo de Rutherford-Bohr

Signos

Fonte: Adaptado de Vigotsky.

A decisão de utilizar o modelo mais complexo precede a elaboração do

desenho, portanto exige conhecimento prévio e uma utilização mais ativa das

funções psicológicas superiores. Para Vigotsky (1994 p. 45) os adultos tomam uma

decisão preliminar internamente e, em seguida, levam adiante a escolha na forma de

um único movimento que coloca o plano em execução.

Passados quinze dias da elaboração dos desenhos, foi entregue, sem aviso

prévio, aos participantes da pesquisa um questionário com oito questões (apêndice

B). Foi esclarecido para os alunos que se tratava da continuidade da pesquisa e que

não valeria nota. Nesse questionário constavam questões pertinentes a estrutura

atômica, uma das questões era a seguinte:

87

Questão 05. Quando você pensa em um átomo e resolve desenhá-lo qual modelo

você escolhe

□ Dalton (esfera – bola de bilhar).

□ Thomson (esfera positiva com elétrons incrustrados – pudim de passas)

□ Rutherford-Bohr (elétrons em órbitas com energias definidas para cada órbita –

planetário).

□ Outro modelo.

A partir da análise da pergunta cinco do questionário foi possível analisar a

coerência entre o desenho feito e a resposta ao questionário. Na questão de múltipla

escolha 8,82%, ou seja, três estudantes desenhariam o modelo de Dalton, 11,76%,

quatro estudantes, desenhariam o modelo de Thomson e 79,42%, correspondendo a

27 estudantes, desenhariam o modelo de Rutherford-Bohr. A Tabela 2 apresenta, na

segunda coluna a porcentagem de alunos com relação a escolha dos modelos

apresentados na questão cinco do questionário.

Tabela 2 – Questão Cinco: A Escolha do Modelo

Modelos Atômicos Apresentado na

Questão 5

% de Alunos que

Utilizaram o Modelo

Número de

Alunos

Dalton

(esfera maciça)

13,79 4

Thomson

(esfera positiva com elétrons incrustrados)

3,45 1

Rutherford-Bohr

(núcleo positivo com elétrons em órbitas

circulares com energia quantizada)

75,86 22

Outro modelo 6,9 2

Fonte: Questionário aplicado aos participantes.

Observando os dados da tabela 2 é possível concluir que há uma incoerência

na resposta fornecida com relação ao desenho apresentado de 20,58 % dos

participantes, ou seja, oito alunos desenharam um modelo, mas posteriormente

escolheram outro. O participante A21, único a desenhar um modelo de átomo

diferente do de Rutherford-Bohr, afirma na resposta de seu questionário que

88

desenharia o modelo de Rutherford-Bohr, outros sete participantes desenharam o

modelo de Rutherford-Bohr, mas afirmaram que desenhariam modelos como de

Dalton, Thomson ou outros.

Outra análise prevista para essa pesquisa seria se o átomo desenhado

apresenta núcleo definido e eletrosfera. Como, vinte e oito participantes,

correspondendo à taxa de 96,55% dos alunos, o modelo escolhido foi o de

Rutherford-Bohr, então, esse modelo apresenta em sua estrutura núcleo e

eletrosfera, e ao analisar os desenhos, foi verificado que dos 29 desenhos

retratando os modelos atômicos 75,86 % apresentava núcleo, porém, 100%

apresentavam eletrosfera. É bom ressaltar que o desenho do participante A21, cujo

modelo foi estruturado por ele, apresenta camada de valência que é uma parte da

eletrosfera, assim, esse participante foi incluído dentre aqueles que apresentaram

eletrosfera. A Tabela 3, apresentada a seguir, apresenta esses dados.

Tabela 3 – Estruturas do átomo apresentada no desenho

Estrutura do

Átomo

% de Alunos que Desenharam a

Estrutura

Número de

Alunos

Núcleo

75,86 22

Eletrosfera

100 29

Fonte: Análise imagética.

Analisando esses dados é importante verificar que 24,14% dos pesquisados

curiosamente não desenharam o núcleo atômico no seu átomo, mas todos se

preocuparam em desenhar de forma total ou parcialmente a eletrosfera. Um fato que

pode justificar essa atitude é de que a eletrosfera é amplamente utilizada nas

explicações químicas do comportamento do átomo com relação as ligações,

interações intermoleculares e formação das moléculas, portanto, é o assunto mais

tratado com relação ao átomo no decorrer dos estudos do ensino médio. Assim,

poderíamos avaliar que há uma falha no constructo, ou seja, por um lado apesar do

sujeito saber que o átomo tem núcleo ele não o representa por acha-lo irrelevante

ou, por outro lado, não sabe que o núcleo existe, nesses casos há uma

89

representação parcial do modelo atômico de Rutherford-Bohr, porém com vários

aspectos relevantes apresentados.

Em se tratando de desenhos é bom lembrar que ele se origina a partir de um

objeto-modelo e que sua complexidade, muitas vezes, não é retratada com

fidelidade. Para Bunge afirma que (2008, p. 26):

O desenho, mesmo quando é possível (não é o caso do elétron7 e

das ideias) não substitui o objeto-modelo. E quando é possível e útil fornecer uma representação visual do objeto-modelo, amiúde este ultimo precede o desenho e este é sempre menos rico que a ideia representada.

Outra questão pertinente a estrutura atômica apresentada no questionário do

apêndice B foi a questão 7 apresentada a seguir:

07. Qual aspecto você acha mais relevante para mostrar em um desenho de átomo?

□ Características de massa e volume.

□ Sua capacidade de ligação (valências).

□ A existência da eletrosfera e sua distribuição eletrônica.

□ A existência do núcleo.

Na análise das respostas dessa questão observou-se que nenhum

participante acha que o aspecto mais relevante seria o do átomo apresentar massa

e volume, porém, a maioria deles, correspondendo a 48,27% acha os aspectos

relacionados com a capacidade de ligação do átomo sua característica mais

relevante. Treze participantes, correspondendo a 44,82% acham que a existência da

eletrosfera e sua distribuição eletrônica são o aspecto mais importante para ser

apresentado no desenho do átomo. Para 6,9% dos pesquisados, ou seja, dois

participantes, o núcleo atômico o aspecto mais importante. A tabela 4, a seguir,

apresenta esses dados.

7 Bunge refere-se ao elétron seguindo as ideias mais modernas como da concepção onda-partícula

de Louis De Broglie e do princípio da incerteza de Werner Heisenberg.

90

Tabela 4 – Questão Sete: Características Importantes em um Desenho do

Àtomo.

Característica mais Importante do

desenho do átomos

% do grau de relevância

dos participantes

Número de

Participantes

Características de massa e volume.

0 0

Sua capacidade de ligação

(valências).

48,27 14

A existência da eletrosfera e sua

distribuição eletrônica.

44,82 13

A existência do núcleo.

6,9 2

Fonte: Questionário aplicado aos participantes.

A análise dos dados da tabela leva-nos considerar que a capacidade de

ligação de um átomo que se relaciona a distribuição dos elétrons na eletrosfera é o

aspecto mais importante do desenho do átomo, assim, que os 48,27% dos

participantes acham, de forma indireta e mais abrangente, que a eletrosfera é

importante. Há coerência nisto já que todos desenharam corretamente a camada

eletrônica de valência dos átomos, justamente a camada eletrônica que fornece a

capacidade de ligação dos átomos. Se levarmos em conta que 48,27% acharam a

capacidade de ligação, que se relaciona diretamente a camada de valência, mais

importante e 44,82% consideraram a eletrosfera e a distribuição eletrônica que inclui

a camada de valência como o aspecto mais importante podemos afirmar que

93,09% dos participantes acham de forma direta ou indireta que o aspecto mais

importante do desenho é a eletrosfera. Esse fato demostra muita coerência com

relação aos dados retirados dos desenhos dos modelos em que 100%

apresentavam o desenho da eletrosfera ou aspectos relacionados a camada de

valência da eletrosfera, como do desenho do participante A21.

Reforçando o dado que para 93% dos participantes é a eletrosfera o aspecto

mais importante para ser expresso no desenho e que 7% acham o núcleo mais

importante, há corroboração, deles com o fato do núcleo ter sido deixado de lado no

desenho dos átomos por, aproximadamente, um quarto dos entrevistados aventando

91

novamente a hipótese de que nos estudos de química sua representação não é

relevante.

Sete dias após os participantes fazerem o desenho do átomo foi pedido para

desenharem uma molécula do etanol apresentando os átomos e suas ligações. No

desenho da molécula vinte e quatro participantes da pesquisa, ou seja, 70,59 %

escolheram o modelo de Dalton para desenhar a molécula, como a do exemplo

apresentado na figura 30 apresentada a seguir.

Figura 30 – Representação da molécula do etanol utilizando para os átomos da

molécula o modelo de Dalton (átomo esférico maciço e neutro) elaborado pelo

participante A09.

Fonte: Representação imagética feita pelo estudante A09.

O modelo de Rutherford-Bohr foi utilizado por seis alunos, alcançando 17,65%

dos estudantes. A figura 31 a seguir que exemplifica esse tipo de desenho.

92

Figura 31 – Representação da molécula do etanol utilizando para os átomos da

molécula o modelo de Rutherford-Bohr (átomo nucleado com elétrons em

órbitas circulares de energia quantizada) elaborado pelo participante A12.

Fonte: Representação imagética feita pelo estudante A12.

O mais interessante foi que 11,76 % dos alunos, ou seja, quatro alunos

utilizaram outros modelos imaginários criados a partir de suas ideias de molécula.

Observe os casos nas figuras 32 e 33.

Figura 32 – Representação da molécula do etanol utilizando um modelo de

átomos pontuais em estruturas tetraédricas elaborado pelo participante A06.

Fonte: Representação imagética feita pelo estudante A06.

93

Figura 33 – Representação da molécula do etanol utilizando átomos como

letras em estruturas tetraédricas elaborado pelos participantes A10, A26 e A29

respectivamente.

A10

A26

A29

Fonte: Representação imagética feita pelo estudante A10, A26 e A29.

94

Na Tabela 5, a seguir, dispõe os dados acima em que, na primeira coluna, os

modelos formais estudados no ensino médio pelos alunos no período de três anos

apresentando a possibilidade de criação de um modelo próprio. Na segunda coluna

são colocados os valores percentuais dos alunos que seguiram cada um dos

modelos para fazer seus desenhos e na última coluna o número de alunos que

utilizou cada um dos modelos.

Tabela 5 – Modelos Atômicos Apresentados Nos Desenhos das Moléculas

Modelo Atômico Formal

Estudado no Ensino Médio

% de Alunos que Utilizaram o

Modelo para representar a

molécula do etanol

Número

de

Alunos

Dalton

(esfera maciça)

65,55 19

Thomson

(esfera positiva com elétrons

incrustrados)

0 0

Rutherford-Bohr

(núcleo positivo com elétrons em

órbitas circulares com energia

quantizada)

20,7 6

Outros

(modelos próprios criados pelo

aluno)

13,8 4

Fonte: Análise imagética.

A análise dos dados permite afirmar que a representação das moléculas feitas

pelo modelo atômico mais simples foi o mais utilizado. Esse modelo atômico é

representado por um átomo neutro e não fornece justificativa para a presença das

ligações estudadas no ensino médio, porém, é importante observar que é muito

utilizado pelos professores para representar as moléculas e em imagens

encontradas na internet. Pela análise dos desenhos foi observado que 100% dos

participantes representaram as ligações químicas dos átomos seguindo

corretamente a capacidade de ligações destes, um fato muito relevante e coerente

visto que a grande maioria, 93,09%, segundo o resultado da questão sete do

questionário, considera a distribuição eletrônica e a capacidade de valência o

95

aspecto mais importante que deve conter o desenho de um átomo. Por outro lado

observam-se três tipos de desenhos fundamentais para representar a mesma

molécula. Para Bunge (2008, p. 38) os vários retratos de um objeto-modelo não

necessitam ser isomorfos entre si e consequentemente não podem substituir o

objeto que retratam, embora possam ajudar a entende-lo.

Há um aspecto muito interessante nos modelos retratados nas figuras 32 e

33: Nesses modelos os estudantes pesquisados partem de um pressuposto básico

espacial com a premissa de que o aspecto mais importante no desenho de sua

molécula é a geometria do carbono ser tetraédrica, não há conexão com os modelos

atômicos estudados, não há eletrosfera, núcleo ou compartilhamento de elétrons.

Observa-se que eles não deixaram de representar os átomos como letras ou pontos,

porém, a preocupação maior foi com a distribuição tridimensional dos átomos no

espaço. Dessa forma, esses modelos de moléculas atenderam a uma determinada

teoria estudada no ensino médio: geometria espacial dos átomos do carbono.

Porém, outras teorias gerais são deixadas de lado e isso demonstra o grau de

complexidade de uma molécula, assim observa-se que ao retratar a geometria do

carbono há a impossibilidade, pelo nível de ensino dos pesquisados, de retratar as

características atômicas. Para Bunge (2008 p. 36) qualquer objeto-modelo dado

pode, dentro de limites, ser vinculado a certo número de teorias gerais a fim de

produzir modelos teóricos diferentes (teorias específicas) do objeto real em causa.

No questionário, exposto no apêndice B, aplicado sete dias após a elaboração

do desenho da molécula do etanol constava a seguinte questão de múltipla escolha:

Questão 06. Quando você pensa em uma molécula com vários átomos unidos por

ligações químicas e resolve desenhá-lo qual modelo você escolhe?

□ Dalton (bola de bilhar - esfera).

□ Thomson (pudim de passas – esfera positiva com elétrons incrustrados)

□ Rutherford-Bohr (planetário – elétrons em órbitas com energias definidas para

cada órbita).

□ Outro modelo.

Nessa questão de múltipla escolha 27,6 % dos participantes, ou seja, nove

pessoas, afirmaram que desenhariam o modelo de Dalton para representar o átomo

na molécula. Quatro participantes da pesquisa, ou seja, 13,8 %, afirmam que

desenhariam o modelo de Thomson para representar a molécula. A maioria, ou seja,

96

37,95%, correspondendo a 11 participantes, disseram que utilizariam o modelo de

Rutherford-Bohr para desenhar a molécula. Há um grupo de seis participantes,

correspondendo a 20,7% dos entrevistados, que afirmam que utilizariam outro tipo

de modelo. A Tabela 6 a seguir apresenta a porcentagem e o número de

participantes e a respectiva escolha dos modelos apresentados na questão seis do

questionário.

Tabela 6 – Modelos Atômicos Utilizados Nos Desenhos de Moléculas

Modelo Atômico Formal

Estudado no Ensino Médio

% de Alunos que Utilizaram o

Modelo para representar a

molécula do etanol

Número

de

Alunos

Dalton

(esfera maciça)

31,0 9

Thomson

(esfera positiva com elétrons

incrustrados)

10,34 3

Rutherford-Bohr

(núcleo positivo com elétrons em

órbitas circulares com energia

quantizada)

37,95 11

Outros

(modelos próprios criados pelo

aluno)

20,7 6

Fonte: Análise imagética.

A partir da análise da pergunta seis do questionário e dos desenhos

elaborados pelos participantes foi possível analisar se há coerência entre o desenho

feito e a resposta ao questionário. Observou-se entre os participantes da pesquisa

uma incoerência entre o modelo desenhado e o modelo escolhido no questionário. É

bom lembrar que o questionário foi aplicado após o desenho ter sido elaborado.

Apesar de 37,95% dos participantes afirmarem que utilizariam o modelo de

Rutherford-Bohr em seus desenhos observa-se que apenas 20,7% utilizaram esse

modelo nos desenhos. Dos 10,34% que afirmaram que utilizariam o modelo de

Thomson em seus desenhos observou-se que nenhum realmente o utilizou. O

modelo de Dalton, o mais utilizado nos desenhos, com taxa de 65,55%, nas

97

respostas ao questionário aparece em segundo lugar entre os desenhos que seriam

utilizados para representar as moléculas com uma taxa de 31,0 %. No questionário

20,7% dos entrevistados afirmam que utilizariam outros modelos para representar as

moléculas e observa-se que nos desenhos 13,8% utilizaram outros modelos.

Outra questão do questionário (apêndice B) que trata da estrutura molecular é

a questão oito apresentada a seguir:

Questão 08. Qual aspecto você acha mais relevante para mostrar em um desenho

de uma molécula?

□ Características de massa e volume.

□ A distribuição dos átomos no espaço.

□ As ligações entre os átomos (valências).

Para os participantes da pesquisa massa e volume não são aspectos

relevante dos átomos para elaboração de seu desenho em uma molécula, porém,

37,95% acreditam ser a distribuição dos átomos no espaço o fator mais relevante

para o desenho de uma molécula, porém, para a maioria dos entrevistados, 62,05%,

as ligações entre os átomos e suas valências são o aspecto mais importante a ser

registrado no desenho de uma molécula.

Tabela 7 – Aspecto Relevante nos desenhos dos Átomos nas Moléculas

Aspecto Relevante para ser Apresentado no

Desenho do Átomo na Molécula

% de Escolha dos

Participantes

Número de

Alunos

Características de massa e volume

0 0

A distribuição dos átomos no espaço.

37,95 11

As ligações entre os átomos (valências).

62,05 18

Fonte: Análise imagética.

Observa-se pela análise das respostas que os participantes entendem que

distribuir bem os átomos no espaço e apresentar sua capacidade de ligação são os

aspectos mais importantes e devem ser registrados no desenho de uma molécula,

porém, é de pouca relevância se o átomo tem mais ou menos massa ou se ele é

mais volumoso ou não. Pela análise dos desenhos da molécula do etanol (C2H6O)

98

observa-se que 75,9 % deles apresentam os átomos bem dispostos no espaço tanto

em representações planas ou espaciais, nesses desenhos é também respeitada a

capacidade de ligação entre eles. Apesar de ser difícil representar a massa nos

desenhos, 65,55% dos desenhos utilizaram a relação de volume entre os átomos.

Neles o hidrogênio é corretamente representado como um átomo menor.

No questionário, exposto no apêndice B, há questões que demostram o

quando os alunos acham relevante o estudo e a utilização dos modelos atômicos na

compreensão dos fenômenos químicos estudados no ensino médio. A questão um

apresentada a seguir é uma delas:

Questão 01. Você acha que o estudo dos modelos atômicos melhora sua

compreensão da Química?

□ Melhora muito.

□ Melhora pouco.

□ Não melhora.

Segundo 82,8% dos participantes da pesquisa o uso dos modelos atômicos

melhora muito sua compreensão da Química, 13,8% acha que melhora pouco e

apenas um participante da pesquisa acredita que não melhora. A tabela 8 a seguir

apresenta a relação percentual de cada uma das respostas.

Tabela 8 – Uso dos Modelos Atômicos na Compreensão da Química

Você acha que o estudo dos modelos atômicos

melhora sua compreensão da Química?

% de Escolha

dos Participantes

Número

de Alunos

Melhora muito. 82,8 24

Melhora pouco. 13,8 4

Não melhora 3,45 1

Fonte: Questionário aplicado aos participantes.

Ao analisar essa questão observa-se que a grande maioria acha que estudar

os modelos atômicos é importante para a compreensão da Química, opinião muito

relevante quando pensamos que todos os estudos da Química apresentam relações

com esse mundo nanoscópico e que para compreendê-lo há a necessidade de

estruturarmos imagens concretas sobre ele.

99

Os modelos atômicos apresentados e estudados no ensino médio, como os

vistos no referencial teórico, apresentam explicações para os fenômenos da

natureza como a conservação da massa em transformações da matéria, a

eletricidade e até os fenômenos luminosos, assim, não podemos negar que há

grande importância nesses estudos e é gratificante observar que os participantes da

pesquisa, estudantes do ensino médio, perceberam isso.

Outra questão elaborada com o mesmo intuito da questão um é a questão

dois, nela queremos saber se os participantes da pesquisa percebem o quanto

utilizam dos conhecimentos químicos quando elaboram seus desenhos de átomos e

moléculas. A questão apresentadas a eles foi a seguinte:

Questão 02. Ao desenhar um átomo ou uma molécula você utiliza os conhecimentos

de Química adquiridos no ensino médio?

□ Utilizo muito.

□ Utilizo pouco.

□ Não utilizo.

Para a grande maioria dos pesquisados (79,35%) há uma utilização dos

conhecimentos de Química quando desenham átomos ou moléculas, já, cinco

participantes, ou seja, 17,25% acreditam que utilizam muito pouco dos

conhecimentos de Química na elaboração desses desenhos. Apenas um

participante acredita que não utiliza conhecimentos de Química na elaboração de

desenhos de átomos e moléculas.

A tabela 9 apresentada a seguir fornece a porcentagem de escolha de cada

uma das respostas possíveis.

Tabela 9 – Uso dos Conhecimentos de Química Aplicado aos Desenhos de

Átomos e Moléculas

Ao desenhar um átomo ou uma molécula você

utiliza os conhecimentos de Química adquiridos

no ensino médio?

% de Escolha dos

Participantes

Número

de

Alunos

Utilizo muito 79,35 23

Utilizo pouco 17,25 5

Não utilizo 3,45 1

Fonte: Questionário aplicado aos participantes.

100

A analise dos dados das respostas da questão dois é concordante com o fato

da maioria dos estudantes participantes da pesquisa desenharem seus átomos

seguindo o modelo de Rutherford-Bohr. Esse modelo agrega mais informações e

explica com maior clareza fatos pertinentes e importantes do estudo da Química. O

fato de 79,35% deles perceber e admitir que utilizam muito os conhecimentos de

Química reforça a ideia de que esse assunto é importante e relevante nos

programas de Química do ensino médio.

Para saber se os participantes da pesquisa utilizam o estudo formal dos

modelos atômicos em seus estudos foi elaborada a questão quatro que está

apresentada a seguir:

Questão 04. Durante seus estudos de Química do ensino médio, para compreender

melhor o conteúdo, você desenhou o átomo

□ muitas vezes.

□ poucas vezes.

□ praticamente nunca.

Analisando o questionário observou-se que a maioria dos participantes, treze,

perfazendo uma taxa de 44,85%, utilizam os desenhos de átomos muitas vezes para

melhor compreender a Química. Dos entrevistados 41,4% utilizam poucas vezes e

quatro, ou seja, 13,8% praticamente nunca utilizam desenhos do átomo para melhor

compreender os conteúdos de Química.

A tabela 10, colocada a seguir, apresenta a porcentagem de escolha dos

participantes com relação a questão quatro.

Tabela 10 – Uso dos Desenhos de Átomos e Moléculas na Compreensão da

Química

Durante seus estudos de Química do ensino médio,

para compreender melhor o conteúdo, você

desenhou o átomo

% de Escolha

dos

Participantes

Número

de

Alunos

muitas vezes. 44,85 13

poucas vezes 41,4 12

praticamente nunca. 13,8 4

Fonte: Questionário aplicado aos participantes.

101

A análise dos dados revela que apesar de menos da metade usar muito os

desenhos para compreender melhor os conteúdos de Química, 86,2 % os utilizam

em seus estudos, sendo então relevante o uso dos modelos atômicos pelos

participantes na compreensão da Química. Apenas 13,8% dos pesquisados não

utilizam praticamente nunca os desenhos de átomos com o objetivo de compreender

melhor os conteúdos de Química estudados.

Uma questão apresentada no questionário (apêndice B) que objetiva saber

como os participantes da pesquisa compreendem a ideia de modelo é a questão três

apresentada a seguir:

Questão 03. Em sua opinião o desenho de um modelo atômico é a representação

gráfica de

□ uma estrutura imaginária fundamentada apenas na observação das propriedades

sensíveis da matéria.

□ uma estrutura concreta e real das partículas que formam a matéria sensível

fundamentada em conhecimentos científicos.

□ uma estrutura imaginária das partículas que formam a matéria sensível

fundamentada em conhecimentos científicos.

A análise quantitativa dos dados coletados com base nas respostas da

questão três demostram que a maioria dos participantes, ou seja, 55,2% apresenta a

concepção de que o desenho do modelo atômico é a representação gráfica de uma

estrutura imaginária das partículas que formam a matéria sensível fundamentadas

em conhecimentos científicos, porém, para 30,45% dos pesquisados o desenho do

modelo atômico é a representação concreta e real das partículas que formam a

matéria sensível fundamentada em conhecimentos científicos. Apenas 10,35% dos

participantes acreditam que o desenho de um modelo atômico é a representação

gráfica fundamentada apenas na observação das propriedades sensíveis da

matéria.

A tabela 10, apresentada a seguir, coloca a porcentagem e o número de

participantes com relação ao conceito de modelo atômicos.

102

Tabela 10 – O Conceito de Modelo Atômico

Em sua opinião o desenho de um modelo

atômico é a representação gráfica de

% de Escolha dos

Participantes

Número de

Alunos

uma estrutura imaginária fundamentada apenas na observação das propriedades sensíveis da matéria.

10,35 3

uma estrutura concreta e real das partículas que formam a matéria sensível fundamentada em conhecimentos científicos.

30,45 10

uma estrutura imaginária das partículas que formam a matéria sensível fundamentada em conhecimentos científicos.

55,2 16

Fonte: Questionário aplicado aos participantes.

A análise dos dados permite afirmar que a maioria dos alunos, 55,2 %,

apresentam uma melhor noção do significado de modelo atômico, eles têm uma

noção de que o desenho não representa uma imagem real cuja concepção concreta

é sim fruto de um conjunto de ideias que são fundamentadas em pesquisas

científicas com o objetivo de compreender melhor a natureza. Com uma taxa de

10,35%, três participantes acreditam que o modelo atômico é imaginário sim, porém,

fundamentado apenas em observações das propriedades sensíveis da matéria, ou

seja, que podemos sentir. Isso tira da ideia de modelo atômico sua fundamentação

nas pesquisas científicas demostrando uma concepção parcial do significado de

modelo atômico. Observa-se que 30,45% dos participantes acreditam ser o desenho

do modelo atômico uma imagem de algo real e concreto, demostrando que há uma

compreensão de que os átomos desenhados existem daquela maneira e que suas

estruturas são realmente daquele jeito. Essa porcentagem é elevada entre os

participantes. Acreditar ser o átomo realmente da maneira com que desenham e

indica que não compreenderam bem a ideia de modelo.

Observa-se que durante as atividades surgiram muitas maneiras de

representar átomos e moléculas, porém, todos trabalharam conceitos formais da

atomística e seguiram as regras gerais para obtê-los, alguns de uma maneira mais

simples, outros, de forma mais complexa. Lembrando que estamos tratando de um

objeto invisível aos olhos e que isolado é imperceptível aos sentidos. Sua criação e

estudos foi fundamentada em hipóteses e pesquisas que levaram a melhor

compreensão da natureza. Segundo Bunge (2008, p. 96)

103

O que acontece com os conceitos, acontece com as hipóteses: quanto mais profundo um corpo de conhecimento, mais ideias não-convencionais ele conterá. Um ser onisciente não teria, provavelmente, o que fazer com conceitos não-observáveis e hipóteses; mas para o homem, a maior parte da realidade está oculta e deve, por isso, ser conjecturada.

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Cada um dos quatro itens fundamentais analisados nessa pesquisa

apresentou um grau de relevância na estruturação dos conceitos químicos. Estas

representações como a dos elétrons, eletrosfera, núcleo e valência são utilizadas

desde a Química básica até nas relações mais profundas das pesquisas envolvendo

produção de novas substâncias, assim, sua representação imagética nos forneceu

subsídios para entender como os estudantes estão imaginando seu átomo, o que

permitirá a apresentação de conceitos mais aprofundados relacionados a essas

características. Haverá também, a partir disso a maior facilidade na elaboração de

analogias entre o comportamento da matéria em nível nanométrico e macrométrico.

Segundo Bunge (2008, p. 196) sem analogia não poderia haver conhecimento de

qualquer espécie: a percepção de analogias é o primeiro passo para a classificação

e a generalização.

A verificação da presença da eletrosfera demonstra que o aluno tem a noção

que o átomo é dividido em duas regiões e que nessa divisão a eletrosfera comporta

os elétrons que são suas partículas mais externas, secundariamente foi analisado se

a eletrosfera está em camadas ou não, esse fato fornece indícios que o estudante

sabe que os elétrons de um átomo não são “idênticos” e que existe uma diferença

de posicionamento com relação ao núcleo. Quando a representação imagética do

átomo era de uma esfera seguindo o modelo de Dalton da “bola de bilhar” observa-

se que a ausência de característica elétrica no átomo o incapacita de ter interações

elétricas e magnéticas, que são os fundamentos dos estudos da química das

ligações e das reações, observou-se que muitos estudantes utilizaram esse modelo

na representação da molécula do etanol demostrando que os modelos de moléculas

devem ser melhor trabalhados e representados pelos professores em suas aulas. O

aprendizado e a estruturação das ideias relacionadas ao desenvolvimento dos

104

modelos atômicos estabelecem respostas para o comportamento da matéria e

conforme o estudante estrutura seu desenho é possível verificar seu nível de

desenvolvimento. Ao estudar o desenvolvimento do modelo atômico o estudante

está sempre submetido à situação de questionamentos relacionados não só aos

limites estabelecidos pelos modelos como também por seus próprios limites. Isso

coloca o sujeito de forma permanente na zona de desenvolvimento proximal (zona

de desenvolvimento proximal), etapa da aprendizagem e que corresponde a lacuna

que compreende aquilo que já se sabe e aquilo que temos a potencialidade de

saber, ou seja, para seguir em frente nos estudos do modelo atômico e estabelecer

as potencialidades da compreensão do assunto, desenvolvido em pesquisas muito

profundas sobre a natureza da matéria há a necessidade do contato com o sujeito

mais experiente. Estas operações de desenvolvimento simbólico se refletem nos

desenhos escolhidos para ilustrar determinado signo, para Vigotsky (1994, p. 75):

Uma operação que inicialmente representa uma atividade externa é reconstruí da e começa a ocorrer internamente. É de particular importância para o desenvolvimento dos processos mentais superiores a transformação da atividade que utiliza signos, cuja história e características são ilustradas pelo desenvolvimento da inteligência prática, da atenção voluntária e da memória.

Observou-se também que ao procurar aplicar seus conhecimentos o

estudante ou percebeu os limites de seu conhecimento na aplicação do modelo ou

utilizou um modelo mais simples para a representação. Muitas vezes, durante a

análise do experimento observou-se que o estudante, como mostram os dados, no

questionário demostraram sua intenção de utilizar o modelo mais sofisticado, porém

no momento de comunicar via desenho utiliza um modelo mais simples. Assim,

apesar de estar interiorizada uma forma mais complexa de desenho o sujeito utiliza

em sua comunicação uma maneira mais sintética e simples de representa-la. No

livro pensamento e linguagem Vigotsky abordou esse assunto relacionando a

comunicação oral ao pensamento que pode ser estendida a qualquer tipo de

comunicação, segundo ele (2001, pg 320):

...à medida que o discurso interior se desenvolve, evidencia uma tendência a uma forma de abreviação totalmente específica: nomeadamente a omissão do sujeito de uma frase ou de todas as palavras a ele relacionadas, embora preservando o predicado. Essa tendência para a predicação surge em todas as nossas experiências com tal regularidade que somos forçados a admitir que se trata de uma forma sintática do discurso anterior.

105

Os estudantes participantes da pesquisa que representaram a eletrosfera

demostram conhecimentos da divisão atômica e, assim, representaram o átomo com

eletrosfera e núcleo atômico. Bem, se há a presença do núcleo não só infere que há

uma divisão de regiões no átomo como também há uma divisão entre as

características elétricas do átomo. A presença da carga positiva no núcleo já

justificaria ser relevante, para aquele estudante que o representou, a característica

elétrica dos átomos. Curiosamente, uma taxa de 24,15% dos pesquisados

desenharam a eletrosfera e não desenharam o núcleo, porém, verificando a

abordagem dos dois assuntos núcleo e eletrosfera, é possível compreender essa

discrepância devido a eletrosfera ser muito mais estudada e utilizada nos estudos da

Química que o núcleo. Esse fato revelou-se mais ainda quando observa-se que

100% dos alunos desenharam a eletrosfera e a consideram o aspecto mais

relevante de aparecer nos desenhos dos modelos. Nesse caso foi interessante

verificar se o núcleo apresenta o registro ou não que apresenta carga positiva

Imagina-se que os estudantes que representaram os átomos com a

concepção de Dalton, por um lado, demonstraram que a representação imagética do

átomo envolve menor quantidade de conteúdo formal. Não há elétrons, eletrosfera

ou núcleo. Por outro lado, estavam representando apenas uma simplificação

imagética que apresenta menos detalhes. É como se fosse um desenho de pessoas

feitas por pauzinhos. Nessa pesquisa poucos foram os que desenharam o átomo

com a concepção de Dalton, demonstrando que os participantes da pesquisa

conheciam mais detalhes do átomo. Porém, ao representar a molécula com o

modelo de Dalton, utilizado pela maioria dos pesquisados, nos forneceu a noção de

que essas relações que ocorrem entre os átomos requer maior aperfeiçoamento. Na

Química é muito comum o uso dessas imagens de modelos atômicos de átomos

esféricos com ligações, os chamados modelos de bastão e bola. Observa-se a

necessidade de maior uso e de pesquisas que visem melhorar a utilização de

modelos com concepção elétrica como o de Rutherford-Bohr para a montagem de

moléculas. Entra aí a importância dos elétrons da última camada que a pesquisa

demonstrou que os participantes acham relevante no desenho do átomo pois é

através dela que se sabe a capacidade de ligação dos átomos. A falta de presença

deles no desenho, quando utilizamos o modelo de Dalton, nos trará os seguintes

questionamentos: Qual força de atração une os átomos? Qual estrutura do átomo se

envolve na formação das ligações? E Qual o motivo dos átomos se unirem?

106

Assim, foi relevante observar os desenhos dos átomos na formação das

moléculas e a verificação do respeito ao número de ligações pertinente a cada

átomo da molécula nos permitiu verificar, mesmo que o desenho seja de um modelo

atômico simples como o de Dalton, se há noção das características relacionadas a

cada tipo de átomo, diferenciando-os quimicamente. Deve-se levar em consideração

que os modelos apresentam diferenças, porém, todos eles estão inseridos dentro de

uma mesma teoria: a matéria é formada por átomos. Assim, um modelo de molécula

desenhado de acordo com o modelo de Rutherford-Bohr ou de Dalton apesar de

muito diferentes apresentam vínculos entre si apesar de, em nível específico de

informações, um agregar e justificar mais as propriedades da matéria que o outro.

Segundo Bunge (2008, p. 35) qualquer objeto-modelo dado pode, dentro de limites,

ser vinculado a certo número de teorias gerais a fim de produzir modelos teóricos

diferentes (teorias específicas) do objeto real.

O questionário enriqueceu a pesquisa nos levando a concluir que os

estudantes pesquisados acham muito importante os estudos dos modelos atômicos,

pois, auxiliam a compreender melhor a Química. A grande maioria admitiu que

desenha os modelos em seus estudos de Química o que reforça o fato que os

desenhos do átomo alimentam e tornam mais simples vários assuntos de Química.

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APÊNDICE A: Termo de consentimento livre e esclarecido

TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO (TCLE) O pesquisador Odone Gino Zago Neto, aluno regular do curso de Mestrado Profissionalizante em Ensino de Ciências e Matemática – Pós-Graduação strito

112

sensu promovido pelo Centro Universitário Franciscano - Unifra, sob orientação do Professor Dr. Gilberto Orengo, realizará a pesquisa: “O conteúdo Formal na Representação Imagética dos Modelos Atômicos”, junto aos estudantes do 3° Ano do Ensino Médio do Colégio Riachuelo, do município de Santa Maria. Os dados desta pesquisa estarão sempre sob sigilo ético. Não será mencionado o nome da instituição ou dos alunos participantes em nenhuma apresentação oral ou trabalho acadêmico que venha a ser publicado. É de responsabilidade do pesquisador a confidencialidade dos dados. A participação não oferece risco ou prejuízo aos participantes. Se, a qualquer momento, o(a) participante resolver encerrar sua participação na pesquisa, terá toda a liberdade de fazê-lo, sem que isso lhe acarrete qualquer prejuízo ou constrangimento. O pesquisador compromete-se a esclarecer qualquer dúvida ou questionamento, que eventualmente a instituição participante venha a ter, no momento da pesquisa ou posteriormente através do e-mail – odonezago@yahoo.com.br. Após ter sido devidamente informado(a) de todos os aspectos desta pesquisa e ter esclarecido todas as minhas dúvidas: Eu, ......................................................., diretora da instituição Colégio Riachuelo de R.G. ............................... concordo com o uso dos dados da pesquisa para a melhoria da qualidade do ensino.

Santa Maria, ..... de Abril de 2017.

____________________________________ Assinatura da Direção

____________________________________ Assinatura do Pesquisador

Apêndice B: Questionário aplicado aos alunos

Mestrado Profissional em Ciências e Matemática Prof. Odone Zago Questionário Sobre Desenhos de Modelos Atômicos Público: Alunos do terceiro ano do Colégio Riachuelo Turmas 31, 32 e 33

Nome:..................................................................................N.0......... Turma:..............

Assinale uma única resposta

113

01. Você acha que o estudo dos modelos atômicos melhora sua compreensão da

Química?

□ Melhora muito.

□ Melhora pouco.

□ Não melhora.

02. Ao desenhar um átomo ou uma molécula você utiliza os conhecimentos de

Química adquiridos no ensino médio?

□ Utilizo muito.

□ Utilizo pouco.

□ Não utilizo.

03. Em sua opinião o desenho de um modelo atômico é a representação gráfica de

□ uma estrutura imaginária fundamentada apenas na observação das propriedades

sensíveis da matéria.

□ uma estrutura concreta e real das partículas que formam a matéria sensível

fundamentada em conhecimentos científicos.

□ uma estrutura imaginária das partículas que formam a matéria sensível

fundamentada em conhecimentos científicos.

04. Durante seus estudos de Química do ensino médio, para compreender melhor o

conteúdo, você desenhou o átomo

□ muitas vezes.

□ poucas vezes.

□ praticamente nunca.

05. Quando você pensa em um átomo e resolve desenhá-lo qual modelo você

escolhe

□ Dalton (esfera – bola de bilhar).

□ Thomson (esfera positiva com elétrons incrustrados – pudim de passas)

□ Rutherford-Bohr (elétrons em órbitas com enegias definidas para cada órbita –

planetário).

□ Outro modelo.

114

06. Quando você pensa em uma molécula com vários átomos unidos por ligações

químicas e resolve desenhá-lo qual modelo você escolhe?

□ Dalton (bola de bilhar - esfera).

□ Thomson (pudim de passas – esfera positiva com elétrons incrustrados)

□ Rutherford-Bohr (planetário – elétrons em órbitas com energias definidas para

cada órbita).

□ Outro modelo.

07. Qual aspecto você acha mais relevante para mostrar em um desenho de átomo?

□ Características de massa e volume.

□ Sua capacidade de ligação (valências).

□ A existência da eletrosfera e sua distribuição eletrônica.

□ A existência do núcleo.

08. Qual aspecto você acha mais relevante para mostrar em um desenho de uma

molécula?

□ Características de massa e volume.

□ A distribuição dos átomos no espaço.

□ As ligações entre os átomos (valências).

Muito obrigado pela colaboração. Abraço, Odone.