Versão On-line ISBN 978-85-8015-075-9Cadernos PDE

OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE

Produções Didático-Pedagógicas

Ficha Identificação da Produção Didático-pedagógica - Turma 2013

Título: Modelos Moleculares: Construção e Utilização no Ensino de Ligação Covalente e Estrutura Molecular

Autora: Clistina Paula Soares da Costa Cruz

Disciplina/Área: Química/Professor PDE-2013

Escola de Implementação do Projeto e sua localização:

Colégio Estadual Souza Naves Ensino Fundamental, Médio e Profissionalizante

Município da escola: Rolândia

Núcleo Regional de Educação: Londrina

Professor Orientador: Profª. Drª. Rení Ventura da Silva Alfaya

Instituição de Ensino Superior: Universidade Estadual de Londrina-UEL

Resumo: Sabe-se que os alunos do Ensino Médio têm uma grande dificuldade em assimilarem os conceitos básicos de Química. No ensino de ligação covalente e estrutura molecular a dificuldade está, principalmente, na visualização tridimensional das moléculas. A utilização de modelos moleculares versáteis desenvolve uma habilidade cognitiva importante para a compreensão da geometria dos compostos moleculares. A proposta desta unidade didática é a construção e utilização de modelos moleculares como recurso didático para melhorar o estudo, a assimilação e o aprendizado de conceitos químicos que envolvem ligação covalente e estrutura molecular. As atividades serão desenvolvidas com alunos, os quais irão confeccionar kits de modelos moleculares a partir de massa de biscuit e de hastes flexíveis, com o objetivo de criar modelos de moléculas que melhorem a visualização tridimensional destas e que sejam fáceis de construir e manusear.

Palavras-chave: Ensino de Química; Modelos Moleculares; Ligação Covalente; Geometria Molecular.

Formato do Material Didático: Unidade Didática

Público: Alunos do 1ọ ano do Ensino Matutino

1. APRESENTAÇÃO

Seguindo as recomendações das Diretrizes Curriculares da Educação

Básica no seu item de Encaminhamentos metodológicos (SEED, 2008), nesta

Unidade Didática propõe-se uma metodologia para o ensino da ligação

covalente e estrutura molecular, na qual professora e alunos trabalharão juntos

visando uma aprendizagem mais significativa pelos alunos.

Os assuntos abordados serão ligação covalente e estrutura molecular.

Estes conteúdos são muito importantes porque há muito se sabe que as

propriedades de uma substância dependem do tipo de ligação química que une

seus átomos e da sua estrutura.

São muitos os exemplos de compostos formados por ligações

covalentes: o líquido mais precioso presente em nosso planeta, a água (H2O);

os combustíveis comuns têm muitos compostos covalentes como o metano

(CH4), o etanol (CH3CH2OH); os gases presentes na nossa atmosfera como o

H2, O2, N2 e CO2; os polímeros como o PET (polietileno tereftalato), o PVC

(policloreto de vinila); a molécula de ácido desoxirribonucleico, o ADN, ou mais

conhecido como DNA por causa do nome em inglês (deoxyribonucleic acid).

Estes conteúdos serão desenvolvidos, primeiramente, por meio de aulas

expositivas e dialogadas.

Em um segundo momento, os alunos serão divididos em grupos, e então

cada grupo deverá confeccionar os modelos moleculares, sob a orientação da

professora.

1.1. A LIGAÇÃO COVALENTE E ESTRUTURA MOLECULAR

O compartilhamento de elétrons entre átomos acontece quando a

transferência de elétrons é energeticamente “desfavorável”. Os elétrons

compartilhados atraem os núcleos e isso provoca uma diminuição da energia

potencial dos átomos quando a ligação covalente se forma. Uma ligação

covalente resulta do compartilhamento de um par de elétrons entre átomos. A

força de ligação resulta da atração entre estes elétrons compartilhados e os

núcleos positivos dos átomos que participam da ligação. (BRADY, RUSSELL e

HOLUM, 2002).

Ex.:

Quando átomos se unem por meio de ligações covalentes são formadas

moléculas e quando se fala de molécula não se pode deixar de lado o seu

arranjo estrutural, o qual pode ser conhecido determinando-se sua geometria

molecular. A geometria molecular descreve como os núcleos estão

posicionados uns em relação aos outros, segundo Peruzzo e Do Canto (2010).

As geometrias moleculares mais importantes serão também objeto de estudo

desta Unidade Didática.

Pode-se prever a forma das moléculas utilizando a chamada teoria da

repulsão do par eletrônico da camada de valência (RPECV ou VSEPR, iniciais

da expressão em inglês). Esta teoria é baseada na noção de que os pares de

elétrons da camada de valência, carregados negativamente, permanecem tão

separados quanto possível, de modo a minimizar suas repulsões mútuas.

(BRADY, RUSSELL e HOLUM, 2002).

São cinco as geometrias previstas para as moléculas pela teoria

RPECV, mostradas na Figura 1, para que os pares de elétrons ligados ao

átomo central fiquem mais afastados possível uns dos outros. Estas são as

geometrias de par de elétrons (GPE).

Figura 1. Geometrias de par de elétrons previstas pela teoria RPECV.

Para determinar a geometria da molécula (GM) ou a forma da molécula

só se considera os pares de elétrons ligados entre dois átomos. Então se sobre

o átomo central não tiver nenhum par de elétrons isolados a GPE e a GM

coincidem, caso contrário elas são diferentes. Por exemplo, as moléculas de

CH4, NH3, H2O têm quatro pares de elétrons em volta do átomo central, logo,

todas têm GPE tetraédrica, mas a GM ou a forma da molécula são,

respectivamente, tetraédrica, pirâmide trigonal e angular, como mostra a Figura

2.

Figura 2. GM ou forma das moléculas de CH4, NH3, H2O.

Quando se determina a geometria molecular, um parâmetro muito

importante é o ângulo de ligação. Por exemplo, nas moléculas lineares como

CO2 e BeF2 ele vale 180°; na trigonal como o BF3, vale 120°; e nas tetraédricas

como CH4 e CCl4, vale 109,5°.

Na água, H2O, (angular) e na amônia, NH3, (pirâmide trigonal), os

ângulos entre as ligações valem, respectivamente, 105° e 107,5°. O fato destes

ângulos serem menores do que 109,5° é explicado pela acentuada repulsão

que existe entre os pares de elétrons não compartilhados. (PERUZZO e DO

CANTO, 2010).

2. OBJETIVOS

2.1. GERAL

Ensinar os conteúdos de ligação covalente e estrutura molecular.

2.2. ESPECÍFICOS

- Ensinar, por meio de aulas expositivas, como ocorrem as ligações

covalentes e como se determina uma estrutura molecular, utilizando exemplos

de compostos formados por estas ligações que sejam comuns no dia a dia dos

alunos.

- Montar, passo a passo, junto com os alunos, kits para simular a formação

de ligações covalentes e representar as estruturas moleculares visando um

melhor entendimento destes conteúdos pelos alunos.

- Incentivar os alunos a manusear os modelos moleculares por meio da

montagem de algumas moléculas presentes no seu dia a dia.

- Avaliar se a utilização dos kits colaborou para um melhor aprendizado

dos conteúdos, comparando o resultado das avaliações realizadas antes e

depois do uso dos kits.

3. DESENVOLMENTO METODOLÓGICO

3.1. CONTEÚDO

Ligação covalente e estrutura molecular.

3.2. DESCRIÇÃO DAS AÇÕES

Primeira etapa: a professora irá ensinar como ocorrem as ligações covalentes

e estrutura molecular, utilizando exemplos de compostos formados por estas

ligações que sejam comuns no dia a dia dos alunos e ao final verificará o que

os alunos aprenderam por meio de um questionário que estes deverão

responder.

Segunda etapa: após a avaliação do questionário, a professora irá propor aos

alunos a realização de um experimento no qual montarão, passo a passo, kits

para representar a formação das ligações covalentes e as estruturas

moleculares, visando facilitar e melhorar o entendimento deste conteúdo. A

sala será divida em cinco grupos ou mais de acordo com o número de alunos

por sala.

Os materiais necessários para os kits e o procedimento para a

montagem destes são descritos a seguir.

Materiais

- Massa de biscuit

- Hastes flexíveis

-Tinta acrílica (preto, azul, branco, vermelho, verde-escuro, verde-claro,

amarelo, púrpura)

-Tesoura

- Transferidor

Procedimento

A massa de biscuit será usada para elaboração dos modelos de

compostos, tendo cuidado de selecionar as devidas cores de acordo com a

tabela padrão dos elementos, encontrada nos modelos comerciais (Tabela 1)

(GONÇALVES ET AL, 2007).

Para a representação dos átomos individuais, utilizando a massa de

biscuit, será preciso fazer pequenas esferas, que deverão ter um tamanho

relativo de acordo a massa de cada elemento, isto é, átomos maiores serão

representados por esferas maiores e os menores por esferas menores. Sendo

assim, o átomo de hidrogênio será representado pela esfera de menor

tamanho. As esferas deverão ter diferentes cores, pois dependendo do átomo a

ser representado, a esfera terá uma determinada cor. É necessário ter o

cuidado de não deixar as esferas entrarem em contato umas com as outras

durante a secagem. A massa será deixada secar ao ar, por um período entre

12 e 48h.

Tabela 1: Identificação dos compostos e suas cores através da tabela padrão

dos elementos.

ELEMENTO COR

Carbono Preto

Nitrogênio Azul

Hidrogênio Branco

Oxigênio Vermelho

Cloro Verde-escuro

Flúor Verde-claro

Enxofre Amarelo

Fósforo Púrpura

As hastes flexíveis serão usadas para as ligações entre as esferas. Para

isto, serão retiradas das mesmas as pontas de algodão e cortadas, com uma

tesoura, em pedaços de comprimento entre 2,5 e 3 cm. Antes da massa de

biscuit secar por completo, as esferas serão perfuradas com o palito em

posições de acordo com a geometria da molécula a ser representada.

As moléculas escolhidas para serem representadas pelos modelos de

biscuit são H2, O2, N2, CO2, H2O, NH3, CH4, CH3CH2OH, H2SO4, HCl,, CF4,

PH3, entre outras, porque são bastante conhecidas no cotidiano dos alunos.

Terceira etapa: depois da montagem dos kits e da utilização destes para

representar várias moléculas diferentes e da discussão destes exemplos, a

professora voltará a questionar os alunos sobre seu conhecimento de ligação

covalente e estrutura molecular, para verificar o quanto o uso dos kits ajudou

estes alunos a compreender melhor o conteúdo trabalhado. Outra maneira de

avaliar a eficiência do uso dos kits é a comparação das notas das provas dos

alunos que participaram desta experiência com as notas daqueles que não

participaram.

4. REFERÊNCIAS

BRADY, J.E.; RUSSELL, J.W.; HOLUM, J.R., Química A Matéria e Suas

transformações, 3ª Ed., v.1, Rio de Janeiro: LTC, 2002.

GONÇALVES, C.L; BORGES, E.L; MOTA, F.V; SCHUBERT, R.N;

LENARDÃO, E.J; GARCIA, I.T.S., Construção de Modelos Moleculares

Versáteis para o Ensino de Química Utilizando Material Alternativo e

de Baixo Custo, UFPel: Rio Grande do Sul, 2007.

PARANÁ, Secretaria de Estado da Educação Diretrizes Curriculares da

Educação Básica. Curitiba, 2008.

PERUZZO, F.M.; DO CANTO, E.L., Química na abordagem do

cotidiano, 4ª Ed., V.1, São Paulo: Moderna, 2010.