QUÍMICA ESTRUTURAL: CONHECENDO OS CAMINHOS QUE LEVARAM AO SEU DESENVOLVIMENTO _________________________________________________

Flávio Silva Rezende

Patrícia Fernanda de Oliveira Cabral

Salete Linhares Queiroz

ISBN: 978-85-63191-11-3

Ficha catalográfica elaborada pela Seção de Tratamento da Informação do Serviço de Biblioteca e Informação do IQSC/USP

R339 Rezende, Flávio Silva

Química estrutural : conhecendo os caminhos que levaram ao seu desenvolvimento [recurso eletrônico] / Flávio Silva Rezende, Patrícia Fernanda de Oliveira Cabral, Salete Linhares Queiroz. ̶ São Carlos : IQSC, 2015.

Modo de acesso: World Wide Web ISBN 978-85-63191-11-3 1. Educação. I. Cabral, Patrícia Fernanda de Oliveira. II.

Queiroz, Salete Linhares. III. Título CDD 370

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SUMÁRIO

APRESENTAÇÃO ........................................................................................................... 4

CAPÍTULO 1 - HISTÓRIA DA QUÍMICA NO ENSINO DE QUÍMICA: O QUE NOS DIZ A LITERATURA? (PARTE I DO GUIA DE ESTUDOS) ................................................................................................................................................ 5

CAPÍTULO 2 - DIVERGÊNCIAS TEÓRICAS NO PRIMEIRO CONGRESSO INTERNACIONAL DE QUÍMICA: (PARTE II DO GUIA DE ESTUDOS) ............................................................................................................... 13

CAPÍTULO 3 - TEORIAS EM PAUTA NO PRIMEIRO CONGRESSO INTERNACIONAL DE QUÍMICA (PARTE III DO GUIA DE ESTUDOS) .............................................................................................................................................. 19

CAPÍTULO 4 - IMPLICAÇÕES DO PRIMEIRO CONGRESSO INTERNACIONAL DE QUÍMICA (PARTE IV DO GUIA DE ESTUDOS) .............................................................................................................................................. 25

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 27

APÊNDICE 1.................................................................................................................. 30

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APRESENTAÇÃO

A promoção de uma educação científica de qualidade é incessantemente buscada em várias partes do mundo, sendo a introdução da abordagem histórica no ensino de química apontada por pesquisadores como alternativa para o alcance de tal propósito. Dentre os benefícios indicados como dela decorrentes se encontra o favorecimento de uma adequada compreensão da natureza da ciência, ou seja, do processo de produção do conhecimento científico. Compreensão esta que se constitui em componente central da alfabetização científica e tem estado ausente, ou se apresentado de forma equivocada, no imaginário de estudantes e professores de diversos níveis de ensino. No entanto, a abordagem histórica no ensino de ciências esbarra na existência de poucos textos disponíveis para subsidiar o trabalho do professor.

Nessa perspectiva, desenvolvemos o presente material didático, que permite o estabelecimento de discussões em sala de aula sobre características essenciais do trabalho científico. Caracterizado como um Guia de Estudos, este tem como intuito apresentar e fomentar a abordagem em ambientes de ensino de química de uma série de acontecimentos que se constituíram em pilares para o desenvolvimento dos conhecimentos sobre a estrutura dos compostos químicos. Aspectos relacionados às distintas propostas apresentadas, ao longo do tempo, para a fórmula da água, a rejeição da Hipótese de Avogadro pela comunidade científica da época e a queda da Teoria Dualística Eletroquímica são tratados.

A linguagem empregada no Guia é coloquial e o leitor é chamado, repetidas vezes, de “você” com o intuito de provocar o seu envolvimento com os relatos mencionados e de facilitar a reflexão sobre os mesmos. O texto é atravessado por questões para discussão com os alunos. Os indicadores de questões (Q.3, por exemplo), marcam pontos do Guia onde a apresentação do conteúdo pelo professor poderá ser interrompida para que sejam discutidos aspectos correspondentes ao conteúdo em pauta. As questões constam ao final da Parte II, III e IV do Guia. O material didático traz, ainda, na Parte I do Guia, ponderações oriundas de uma revisão bibliográfica sobre a abordagem da história da química no ensino de química.

Flávio Silva Rezende

Patrícia Fernanda de Oliveira Cabral

Salete Linhares Queiroz

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HISTÓRIA DA QUÍMICA NO ENSINO DE QUÍMICA: O

QUE NOS DIZ A LITERATURA? (PARTE I DO GUIA DE ESTUDOS)

No século XIX, muitos fundadores da química encontravam-se bem familiarizados com a história de seu objeto de estudo. O primeiro relato sobre a história da química em língua inglesa, por exemplo, foi redigido pelo químico escocês Thomas Thomson, um destacado cientista de sua época1. É também sabido que August Kekulé dedicou-se com afinco à leitura sobre eventos renomados na área de química antes de alcançar suas próprias descobertas científicas2. De forma similar, tem-se conhecimento da cuidadosa leitura feita por William Ramsay e Lord Rayleig sobre o trabalho de Henry Cavendish, publicado em 1785, acerca do nitrogênio, que os subsidiou na descoberta do gás argônio em 1894, mais de um século depois3. Ademais, vários fundadores da American Chemical Society (ACS), como Benjamim Silliman Jr., Charles F. Chandler e Henry Carrington Bolton, eram interessados em estudos sobre a história da química2.

Em 1989, em artigo intitulado History in the Chemistry Curriculum, George Kauffman4 fez considerações sobre o papel desempenhado pela história da química no ensino de química e apontou em direção oposta à verificada no passado, no que diz respeito aos conhecimentos dos químicos sobre a história da química. Naquela ocasião, ele lamentou o fato de a maioria dos estudantes, assim como de seus professores, possuírem pouco interesse no conhecimento da história da química.

Nos Estados Unidos, a publicação de estudos periódicos que buscam estimar, entre outros aspectos, o número de disciplinas dedicadas ao ensino da história da ciência/química nos currículos dos cursos de graduação em ciências/química fornece elementos que se têm mostrado úteis para o questionamento ou fortalecimento de impressões como as de Kauffman4. Em 1965, uma investigação dessa natureza foi realizada por Duane Roller5 e buscou determinar o número de cursos sobre a história da ciência que estavam sendo ministrados em 488 instituições americanas. Este levantamento indicou a existência de 932 cursos, dos quais 73 se referiam à história da química. A pesquisa também mostrou que a maioria dos cursos era ministrada por professores vinculados a departamentos de química interessados no assunto e não por historiadores da ciência.

Aproximadamente duas décadas após a realização do trabalho de Roller5, Everett e DeLoach6, com o intuito de determinar a forma e a extensão com que conteúdos de história da química estavam sendo apresentados nos cursos de graduação em química nos Estados Unidos, realizaram uma investigação que permitiu constatar que, dentre os mais de 560 cursos aprovados pela ACS, apenas 55 ofereciam disciplinas devotadas inteiramente, ou em grande parte, ao ensino do assunto em questão. Em pesquisa posterior, realizada por Stock7, foram distribuídos questionários para 565 instituições norte-americanas de ensino superior, nos quais constava a pergunta: “A história da química encontra-se incluída no programa de disciplinas?”. Dentre as 314 instituições que retornaram os questionários, 118 responderam positivamente e 196 responderam negativamente à pergunta. Este resultado

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permitiu a Stock7 concluir que existe um considerável interesse por parte das instituições norte-americanas no ensino da história da química aos estudantes de graduação.

No Brasil, não é do nosso conhecimento que investigações similares às realizadas por Roller5, Everett e DeLoach6 e Stock7 tenham sido reportadas na literatura. Assim, com o intuito de especular a respeito do oferecimento de cursos de história da química no território nacional, realizamos um estudo, em 2004, a partir de uma lista contendo 116 nomes de instituições de ensino superior de química encontradas no site do Ministério da Educação e Cultura (MEC)8. Na ocasião, das 116 instituições, apenas 59 disponibilizavam a respectiva grade curricular na Web, em sites das próprias instituições. Partindo da análise das grades curriculares consultadas, constatamos que apenas 20 instituições de ensino ofereciam disciplinas de história da química aos estudantes de graduação.

Os números apresentados sobre o oferecimento de disciplinas de história da química nos cursos de graduação em química, tanto nos Estados Unidos quanto no Brasil, sinalizam a ausência de consenso sobre a inclusão das mesmas nos referidos cursos. Cabe lembrar que a situação persiste a despeito das recomendações feitas mundialmente por órgãos competentes vinculados a esse ensino, conforme menciona Matthews9 na introdução do livro por ele organizado: History, Philosophy, and Science Teaching – Selected Readings. No Brasil, tais recomendações podem ser encontradas nas Diretrizes Curriculares Nacionais para os Cursos de Química10, que frisa como de grande importância para o desenvolvimento de habilidades pessoais e profissionais dos estudantes de química, o oferecimento de uma formação humanística, que lhes permita:

“exercer plenamente sua cidadania [...] e também o reconhecimento da química como uma construção humana compreendendo os aspectos históricos de sua produção e suas relações com os contextos culturais, socioeconômico e político” (p.457).

Uma vez que o presente material didático tem como objetivo fornecer ao professor subsídios para que fomente a discussão em ambientes de ensino sobre questões que permeiam a história da química e o processo de construção do conhecimento científico, neste capítulo apresentamos uma revisão sobre o tema. Esta revisão se pautou na realização de levantamento bibliográfico na revista Journal of Chemical Education, desde o primeiro volume editado, em 1924, até o ano de 2004. Neste intervalo foram localizados 63 trabalhos que dizem respeito principalmente a:

● apresentação de pontos de vista/opiniões de diversos autores sobre o emprego da história da química no ensino de química;

● descrição e discussão de cursos/disciplinas que envolvem abordagem da história da química;

● relatos de dados resultantes de pesquisas desenvolvidas visando o entendimento do papel da história da química no ensino de química;

● reflexões sobre livros didáticos e a abordagem histórica neles embutida.

Dentre os artigos localizados na revista Journal of Chemical Education concernentes ao emprego da história da química no ensino de química destacam-se aqueles nos quais são expressas opiniões e pontos de vista de diversos autores sobre o assunto em questão. A

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maioria dos artigos encontra-se nesta categoria e surgem já na década de vinte. Os artigos que trazem em seu bojo relatos sobre experiências realizadas em sala de aula/laboratórios que se pautaram na utilização da história da química são também constantes e direcionados para as diversas áreas da química. Em contrapartida, são poucos os artigos nos quais relatos de pesquisas são apresentados e comentários sobre abordagens históricas realizadas nos livros didáticos são tecidos.

● Artigos nos quais são apresentados pontos de vista/opiniões de diversos autores sobre o emprego da história da química no ensino de química

Desde as primeiras edições do JCE, comentários, pontos de vista/opiniões ou observações são apresentadas sobre procedimentos e cuidados que devem ser tomados quando se pretende associar o ensino da química à história da química. Já em 1926, Noyes11 compara a aprendizagem da história da química com a aprendizagem de princípios básicos de uma língua estrangeira, quando se visa a sua utilização apenas para a compreensão de textos técnicos da área de química. Segundo ele, nesse caso, faz-se necessário o estudo de regras gramaticais básicas e a compreensão de algumas palavras características da língua. Vencida essa etapa, a aprendizagem pode se concretizar a partir da leitura intensiva de artigos e de livros da área de química. De forma similar, Noyes11 afirma que para os estudantes compreenderem a história da química é necessário que adquiram um entendimento do desenvolvimento histórico do assunto que estão investigando e da forma como os cientistas alcançaram, usualmente a partir de conhecimentos previamente estabelecidos, um melhor discernimento sobre os princípios da química embutidos no assunto em foco. Superado esse estágio, é desejável que cada estudante faça leituras e se interesse pela história de indivíduos que contribuíram para o crescimento da química. Ou seja, em ambas as situações, após o entendimento de princípios básicos, a aprendizagem é guiada pelos próprios desejos e necessidades do aprendiz.

Anos mais tarde, mais precisamente em 1938, Bernard Jaffe12, em artigo intitulado The History of Chemistry and Its Place in The Teaching of High School Chemistry, faz comentários sobre a evolução do ensino de química nas escolas do ensino médio nos Estados Unidos, desde o seu início até os ¾ iniciais do século XIX, e frisa que o ensino era superficial, informativo e prático. Muitos livros apresentavam seu conteúdo sob a forma de receituário e raramente faziam referência ao desenvolvimento da ciência. Digna de nota é a relevância dada, em determinados momentos, à implementação do trabalho individual em laboratório, baseada na crença de que a partir desse trabalho se poderia oferecer aos estudantes uma espécie de treinamento que favoreceria a aprendizagem de métodos para a solução de vários tipos de problemas. Criticamente, Jaffe12 comenta que a estratégia não foi bem sucedida e que excluiu aspectos que permitiriam aos estudantes vislumbrar o espírito da verdadeira pesquisa, viabilizando apenas a memorização de assuntos ministrados nas aulas de química.

Mesmo anos depois, quando uma reavaliação dos objetivos e metodologia de ensino de química para o ensino médio foram traçados pelo Comitê de Educação em Química da ACS, uma abordagem humanística efetiva, envolvendo um direcionamento seguro sobre o emprego da história da química no ensino de química, não se concretizou, segundo Jaffe12. Talvez com o intuito de apresentar novos elementos capazes de favorecer este tipo de abordagem, Jaffe12 sugeriu uma lista contendo 20 tópicos considerados por ele essenciais para “humanizar’ os cursos de química e apresentou dois métodos que julgava adequados para a sua apresentação e discussão. No que diz respeito aos tópicos sugeridos, estes vão desde a alquimia até o desenvolvimento da química inorgânica/orgânica sintética. No que diz respeito aos métodos, sugere tanto o trabalho de investigação e análise de

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biografias de ilustres cientistas quanto o contato dos estudantes com os trabalhos originais de pesquisa desses cientistas. Jaffe12 finaliza as suas colocações assinalando a necessidade de mudanças mais radicais no sistema educacional, entre elas, a inclusão de cursos de história da química nas universidades e a reformulação dos livros textos para a inclusão de elementos históricos.

No início da década de 50, Milt13 resgata alguns aspectos abordados por Jaffe12. Se dirigindo especificamente aos graduandos em química, destaca o valor da história e da filosofia da ciência para a sua formação. Acredita que a leitura e o estudo da história da ciência, em particular da história da química, podem subsidiá-los na avaliação e discussão de teorias vigentes, bem como na descoberta dos seus próprios interesses e capacidade criativa. Assim como Jaffe12, Milt13 sugere o uso de biografias de cientistas e a leitura de trabalhos originais de pesquisa.

Somam-se aos argumentos de Milt13 veementes colocações de vários outros pesquisadores a respeito da importância que deve ser creditada à história da química na formação dos químicos. Ihde14, Kauffman15, Kamsar16, Bent17, Knight18 e Giunta19, por exemplo, comungam com tal ponto de vista. Ihde14, assim como Kauffman15, argumenta que não se pode educar um químico na ausência da história da química. Para Kauffman15 a falta de perspectiva histórica na formação do estudante pode resultar em uma visão distorcida da química. Kamsar16 ainda ressalta que os estudantes devem perceber a química como uma estrutura dinâmica e não estática, e que hoje teorias podem parecer verdades, mas que no futuro podem ser incertas. Levando em conta essas percepções, as palavras de Bent17 são reveladoras (p.465, tradução nossa): “A ciência é mais um processo do que um produto”.

Ihde14 argumenta que o ensino de história da química deve ser inserido na formação dos químicos, apoiando-se na justificativa de que é necessário conhecer a história de um objeto em estudo para o planejamento de investigações científicas. Knight17 oferece mais elementos para fomentar a discussão no artigo intitulado Teaching the History of Chemistry to Nonchemists, no qual relata experiência ocorrida na Universidade de Durham, Inglaterra, onde a história da química é apresentada como uma ramificação da história geral, para alunos de diversos cursos. Segundo ele, uma das vantagens dessa abordagem reside no fato do estudo das relações entre a química e outras ciências favorecer o entendimento de como se dá a construção do conhecimento científico. A ciência é mostrada não apenas como uma simples marcha triunfal, com a ocorrência de significativas descobertas, como a Teoria do Flogisto. As controvérsias do passado devem também ser estudadas e entendidas como desencadeadoras de escolhas vitais e as teorias devem ser julgadas de acordo com as informações disponíveis à época em que foram propostas.

Também acreditando ser o estudo sobre a história da química um caminho capaz de permitir aos estudantes um melhor entendimento sobre a forma como se dá a construção do conhecimento científico, Giunta19 inicia o seu artigo Using History to Teach Scientific Method: The Role of Errors com a seguinte frase (p.623, tradução nossa): “a história da ciência está repleta de episódios que exibem, de uma maneira exemplar, como a ciência funciona”. Ressalta que a ideia de fazer uso da história da química com o objetivo de melhor explicar o funcionamento da ciência ou do “método científico” não é nova e não se limita à química. Defende que a análise de “passos em falso” ou erros verificados no desenvolvimento da ciência pode ser útil para a formação dos estudantes, no sentido de desmistificar o chamado “método científico”, algumas vezes apresentado como um processo único, mecânico e quase automático. Sugere o estudo de uma série de exemplos que são por ela caracterizados como diferentes categorias de erros. Entre as categorias, o

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autor menciona as teorias que foram amplamente aceitas, mas que atualmente encontram-se desacreditadas (como é o caso da Teoria do Flogisto), e a rejeição de hipóteses corretas pela comunidade científica (como é o caso da Hipótese de Avogadro).

Além das opiniões francamente favoráveis ao emprego da história da química no ensino de química, também são encontradas opiniões provocativas e questionadoras a respeito, especialmente na seção Provocative Opinion do JCE20,21. Da mesma forma, são citadas dificuldades enfrentadas na elaboração e oferecimento dos cursos de história da química. O número relativamente restrito de material didático apropriado20, a quantidade considerável de tópicos a discutir, a forma mais adequada de enfatizá-los e a sua distribuição ao longo do tempo, usualmente restrito a duas ou três horas por semana, em um semestre, são constantemente mencionadas21. Como paliativo para tal situação, Ihde14 sugere que ao invés de se tentar incluir todos os nomes, todas as sínteses e todas as teorias, seja selecionado um número restrito de importantes tópicos, que devem ser explorados em profundidade e que apenas alusões ligeiras a demais assuntos sejam feitas.

● Artigos nos quais são descritos cursos/disciplinas que envolvem abordagem da história da química

A primeira descrição de um curso de história da química apresentada no JCE foi feita por Newell22, em 1926. O curso em questão encontrava-se baseado em um total de 32 aulas, ministradas durante o ano letivo, nas quais eram discutidas, quase que invariavelmente, a vida de químicos famosos, como Lavoisier, Priestley, Davy, Dalton e Madame Curie, e suas respectivas contribuições científicas. Newell22 faz considerações sobre o curso que foi ministrado mais de sete vezes para turmas numerosas de estudantes. Destaca, por exemplo, a necessidade de exibição de uma grande quantidade de material ilustrativo, como fotos e cartas, para que a experiência seja bem sucedida. Destaca ainda que se tornou óbvio, desde as primeiras versões do curso, que os alunos frequentam a aula com satisfação, porém abandonam a sala sem maiores intenções de continuar em casa os estudos sobre a matéria ministrada. Com o objetivo de reprimir esse tipo de atitude é solicitada ao estudante uma breve descrição, por escrito, do tópico abordado em sala que deve ser entregue na aula seguinte. Além disso, outro trabalho escrito é exigido e implica no estudo e desenvolvimento de assuntos não apenas restritos a dados biográficos dos químicos. Nesse trabalho devem ser desenvolvidos temas de maior abrangência e que demandam consultas a fontes bibliográficas mais complexas, inclusive a leitura de trechos originais produzidos pelos cientistas. Uma lista de cem tópicos foi sugerida por Newell22 para a realização da tarefa e inclui: Laurent e Gerhardt, Priestley na América, Gay-Lussac e a Sua Lei, As Contribuições de Cannizzaro para a Teoria Química e Forma Antiga de Aparatos Contemporâneos.

Em 1955, Jaffe23 descreveu as razões que o impulsionaram a empregar a história da química no ensino de química e apresentou alguns assuntos ministrados no seu curso. Acreditando que a abordagem histórica motivava os alunos e era capaz de substituir o estado de letargia muitas vezes verificado em uma sala de aula, ele trabalhava temas como: A Busca do Elixir da Longa Vida, A Determinação da Composição da Água, A Síntese da Ureia e a Descoberta de Algumas Leis da Química. O tratamento dado aos tópicos primava pela discussão sobre a forma de pensar e agir dos cientistas, uma vez que para Jaffe23 o objetivo mais importante do ensino da ciência é tornar os alunos cientes da forma como os cientistas abordam e solucionam problemas. Assim, o autor ressaltava que uma forma efetiva de ensinar os métodos da ciência era mostrando como os grandes cientistas alcançaram os seus intuitos e a forma como as suas mentes trabalharam durante o processo que os permitiu galgar tal êxito.

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Fazer comentários sobre datas importantes na história da química foi à maneira encontrada por Kirschenbaum24 para abordar a história com alunos ingressantes no curso de graduação em química. O formato adotado, denominado de “Este Dia na História”, consistia em apresentar na lousa o ano no qual havia ocorrido o nascimento de um químico famoso ou uma descoberta de destaque para a química e, em seguida, promover nos cinco minutos seguintes uma discussão que permitia aos estudantes: relembrar tópicos ou assuntos previamente estudados; entrar em contato com tópicos que estariam por vir no decorrer do curso de graduação e tomar conhecimento sobre a vida de cientistas e a ocorrência de eventos que dificilmente seriam abordados futuramente em outras disciplinas.

Uma proposta pautada na abordagem histórica, através do estudo do desenvolvimento dos aparatos e das técnicas empregadas na química analítica, foi apresentada por Stock25 e aplicada por meio da discussão de aspectos relevantes na construção de eletrodos, de detectores cromatográficos e de instrumentos analíticos, em geral. O autor discute, por exemplo, os trabalhos de Joseph Black e Joseph Priestley para introduzir questões relacionadas à gravimetria e à análise de gases. Entre as atividades realizadas pelos alunos de graduação consta a leitura de uma ampla gama de textos e de artigos originais dos cientistas. Com o oferecimento da disciplina, Stock25 acredita que, além de prevenir o risco de que seja apresentada aos estudantes uma perspectiva distorcida da forma como se faz ciência, proporciona elementos capazes de guiar os seus passos no futuro.

Também digno de nota, entre as atividades relatadas na literatura que contemplam a abordagem da história da química, é o curso que foi oferecido na Universidade de Yale, Estados Unidos, no outono de 1976, sobre a história da química orgânica. Segundo Ryan26, os objetivos buscados na empreitada incluíam: permitir aos estudantes um contato com textos originais produzidos pelos cientistas, concernentes à área de química orgânica; dar consciência aos alunos da criatividade de químicos famosos, patente em várias situações por eles vivenciadas; oferecer aos estudantes uma visão de mecanismos por meio dos quais teorias são propostas e descartadas; apresentar as principais consequências dos conhecimentos produzidos pela química orgânica no progresso da história da humanidade. Ryan26 destaca a grande diversidade de formação exibida pelos alunos que frequentaram o curso, incluindo-se graduandos em química, bioquímica, filosofia e história da ciência, e apresenta os tópicos abordados, entre os quais destacamos: Vitalismo (A Síntese da Ureia Realizada por Wöhler), Isomerismo e Assimetria (Contribuições de Vant´t Hoff à Teoria Estrutural de Kekulé, Contribuições de Le Bel aos Estudos de Pasteur sobre a Atividade Óptica).

A abordagem da história da química com base na resolução de problemas é proposta por Cortes27, que acredita ser esse método capaz de oferecer ao estudante a oportunidade de aprender e recordar a parte básica e descritiva da química. A avaliação dos estudantes é feita a partir de uma apresentação oral, na qual deve ser descrita a resolução do problema proposto. Um dos problemas elaborado por Cortes27 é apresentado a seguir: atualmente é possível sintetizar polibutadieno (PDB) com alta estereoespecificidade via várias técnicas de polimerização e produzir compostos análogos aos isoprenos que ocorrem naturalmente (borracha). Apresente a evolução histórica da síntese do PDB, de 1910 até os dias atuais, levando em consideração os seguintes fatores: estrutura química, métodos de polimerização, sistema catalítico, propriedades dos polímeros relacionadas aos seus usos, métodos de análise.

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A preocupação com o desenvolvimento da habilidade de expressão escrita dos estudantes de graduação em química impulsionou a realização de um curso sobre a história da físico-química. Esta experiência, relatada por Dybowski28, visava, além de desenvolver a habilidade de escrita dos estudantes, apresentá-los ao lado “humano” da ciência. Com o intuito de alcançar tais objetivos foram propostas atividades que exigiam a redação de vários trabalhos, sendo que a mais importante delas consistia na produção de um texto baseado em evento relacionado a um personagem vinculado à história da físico-química. Uma lista contendo aproximadamente cem nomes de cientistas renomados foi sugerida aos estudantes, na qual constavam nomes como Arrhenius, Nernst e Polanyi. Cientistas que haviam sido objeto de estudo na turma anterior eram temporariamente descartados da lista, assim como aqueles sobre os quais muitos trabalhos encontram-se reportados na literatura, como Linus Pauling. As fontes de busca para a realização da tarefa foram variadas e incluíram desde pesquisas na Internet até entrevistas com os cientistas cujas vidas estavam sendo investigadas. Dybowski28 acredita que o curso foi bem sucedido, pois ocorreu o aperfeiçoamento da escrita dos alunos e o desencadeamento de debates de questões que, embora apresentadas em um contexto histórico, são atuais. Exemplos de tais questões são as diferenças dos sistemas educacionais em várias partes do mundo e o papel dos órgãos governamentais de apoio à pesquisa científica.

● Artigos nos quais são descritas pesquisas desenvolvidas visando à contribuição para o entendimento do papel da história da química no ensino de química

Não são encontradas estreitas relações entre as poucas pesquisas reportadas no JCE que, de alguma forma, se destinam à investigação de aspectos concernentes à história da química no ensino de química. Pesquisas do tipo Survey foram realizadas por Everett e DeLoach6 e por Stock7. Em ambos os casos, desvendar a extensão com que a história da química estava sendo abordada nas instituições de ensino superior nos Estados Unidos constituía-se o objetivo principal da investigação. Os resultados provenientes dessas pesquisas foram aqui anteriormente mencionados.

Lin29 se propôs a investigar se a abordagem histórica no ensino de química era capaz de fomentar a capacidade de resolução de problemas conceituais de estudantes matriculados no oitavo ano escolar. Para tanto, distribuiu 220 alunos em grupos de controle, experimental e de comparação. As aulas que foram ministradas para os alunos do grupo experimental se pautaram em uma abordagem histórica e no uso de materiais suplementares, destinados a enfatizar os aspectos históricos abarcados pelo assunto em estudo. Nas aulas ministradas para os alunos do grupo de controle e do grupo de comparação, tais procedimentos não foram adotados. Lin29 também elaborou um teste de resolução de problemas que foi aplicado a todos os alunos no final da experiência. Lançando mão de métodos estatísticos e de entrevistas, questionamentos como os que se seguem foram levantados e analisados pelo pesquisador: os estudantes do grupo experimental alcançaram um melhor desempenho do que os seus colegas no teste de resolução de problemas conceituais?; o entendimento conceitual dos estudantes do grupo experimental realmente foi melhorado a partir da abordagem histórica realizada nesse grupo?

Preocupados em conhecer as concepções sobre gases apresentadas por adolescentes, Mas e colaboradores30 desenvolveram um trabalho com estudantes de faixa etária entre 12 e 18 anos. Distribuíram dois questionários, cada um contendo quatro questões, entre 1198 alunos em Valência, Espanha, e analisaram as respostas obtidas por meio de técnicas estatísticas. Os resultados obtidos permitiram aos pesquisadores o

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estabelecimento de paralelos entre as concepções dos alunos sobre gases e concepções semelhantes apresentadas ao longo do desenvolvimento da história da química.

● Reflexões sobre livros didáticos e a abordagem histórica neles embutida

Remontam aos anos trinta, os primeiros artigos que trazem em seu bojo a intenção de analisar, sob diferentes pontos de vista, as menções feitas à história da química em livros didáticos. Os trabalhos de Frank e Lundsted31 e de Dunbar32, intitulados respectivamente Historical Materials in High-School Chemistry Texts e Historical Materials in College General Chemistry Textbooks, são exemplos de trabalhos dessa natureza, realizados em dois níveis distintos de ensino, nos Estados Unidos. Algumas observações feitas pelos pesquisadores são similares em ambas às análises, destacando-se a constatação da citação nos livros de numerosos eventos e nomes de cientistas sem que exista, no entanto, qualquer encadeamento consistente entre estes eventos e nomes citados.

A temática “Livros Didáticos” é retomada em 1955 por Madras33 que faz considerações sobre a forma como os conceitos químicos são apresentados nos livros da época, no artigo intitulado The Historical Approach to Chemical Concepts. Diante do panorama observado, argumenta sobre as vantagens de inclusão de uma abordagem histórica em livros didáticos e recorda a famosa e bem-sucedida experiência desse tipo de abordagem no ensino de química, via análise de casos históricos, conduzida por James Conant e alguns outros professores da Universidade de Harvard, em 1947.

No final da década de noventa, Niaz34 apresenta de forma bastante resumida suas impressões a respeito dos livros didáticos de química na seção Commentary, do JCE. Finaliza o seu texto fazendo uma comparação entre os livros publicados no final do século dezenove e os publicados atualmente e chama atenção para a necessidade de produção de livros que permitam um maior entendimento conceitual dos estudantes. Sugere que sejam apresentadas as formas como os cientistas realizam os seus experimentos e como as teorias científicas foram desenvolvidas e que se enfatize as bases teóricas nas quais se apoiam os experimentos ao invés da forma como eles são realizados.

Cabe por fim salientar que, além dos artigos incluídos nas quatro categorias acima explicitadas, alguns outros, que não se relacionam a nenhuma delas, foram também localizados, embora em número muito pequeno. Artigos como os de Davis35 e de Newell36, intitulados respectivamente de What a Student of The Story of Chemistry May See and Do in Paris e Caricatures of Chemists as Contributions to The History of Chemistry, podem ser citados como exemplos. No primeiro deles são apresentados vários locais de interesse histórico para os químicos na cidade de Paris e no segundo caricaturas de cientistas famosos e de fatos históricos da química são ilustrados.

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DIVERGÊNCIAS TEÓRICAS NO PRIMEIRO

CONGRESSO INTERNACIONAL DE QUÍMICA: (PARTE II DO GUIA DE ESTUDOS)37-56

Karlsruhe, 3 de setembro de 1860. Um importante evento, o primeiro congresso internacional de química, iniciava-se na pitoresca cidade alemã. O seu idealizador, Friedrich August Kekulé, justificou a necessidade de sua realização tomando por base o grande desenvolvimento ocorrido na química e as divergências no que dizia respeito às bases teóricas da área.

A justificativa, somada a uma lista contendo o nome de 45 renomados cientistas, que expressavam o apoio ao evento, encontrava-se exposta no convite endereçado à comunidade de químicos da épocaa. Cerca de 130 membros da comunidade atenderam ao chamado, conforme consta no Apêndice 1, e participaram de importantes discussões que permitiram o desenvolvimento da “Teoria Química Estrutural”. Certamente, alguns dos cursos nos quais você está matriculado neste semestre, possuem os seus fundamentos ancorados nas conclusões advindas dos debates travados entre eminentes cientistas durante os três dias do Congresso. Apresentar as principais questões debatidas e estabelecer as conexões entre elas e o estado do conhecimento químico da época é o intuito deste material didático. (Q.1, Q.2, Q.3, Q.4)

No início do século XIX, a química enveredou por um caminho que a conduziu para um estado caótico. O significado de palavras como “átomo”, “molécula” e “equivalente” era obscuro, sendo este período denominado por alguns historiadores como a “Era da Confusão” ou a “Era Negra da Química Orgânica”. A inexistência de consenso sobre um sistema único de pesos atômicos fazia com que as fórmulas químicas variassem de laboratório para laboratório. O peso atômico do oxigênio, por exemplo, para alguns possuía valor 8, enquanto o valor 16 era aceito por outros. Berzelius, cientista da época, expressava o seu sentimento com relação ao estado da química afirmando que o demônio deve escrever livros de química, porque em poucos anos todas as coisas mudam.

Provavelmente, você mostrar-se-ia solidário com Berzelius, se vivesse em uma época em que eram encontradas na literatura dezenove diferentes fórmulas para o ácido acético. Algumas delas encontram-se ilustradas na Figura 1 e foram listadas por Kekulé em 1861. (Q.5, Q.6)

a Babo*, Blalard, Beketoff, Boussingault*, Brodie, Bünsen*, Bussy, Cahours, Cannizzaro*, H. Deville, Dumas*, Engelhardt, O. L. Erdmann*, Fehling*, Frankland, Fremy, Fritzsche, Hlasiwetz*, Hofmann, Kekulé*, Kopp*, Liebig, Malaguti, Marignac* Mitscherlich, Odling*, Pasteur, Payen, Pebal*, Peligot, Pelouse, Piria, Regnault, Roscoe*, Shötter, Socoloff, Staedeler, Stas* Strecker*, Weltzein, Will*, Williamson, Wöhler, Wurtz* e Zinin*. Os asteriscos indicam os cientistas que compareceram ao Congresso.

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Figura 1 – Lista de algumas fórmulas para o ácido acético, encontrada no trabalho de Kekulé Lehrbuch der organischen Chemie.

C4H3O2.O + HO Teoria do Radical

C2(C2H3)O2 Wurtz H

C4H3O2

H

C2H3(C2O2) H

}

}O2Teoria dos Tipos (Gerhardt)

}O2

O2

Mendius

Alguns dos dilemas que pairavam no ar por volta de 1860, ano do Congresso de Karlsruhe, haviam sido instaurados cerca de meio século antes, com a publicação, por Dalton, da Teoria Atômica, da tabela de pesos atômicos relativos e de pesos moleculares. (Q.7, Q.8)

Com relação à Teoria Atômica, Dalton afirmava que os átomos eram indivisíveis e se combinavam em proporções numericamente simples. Para estabelecer os valores dos pesos atômicos, ele usou um sistema comparativo, tendo o hidrogênio como elemento padrão para este sistema, e seu valor igual a 1. O processo para determinação de um peso atômico consistia em combinar o elemento, cujo peso atômico se queria determinar, com o elemento padrão (no caso da tabela publicada por Dalton, em 1803, o hidrogênio). Então, analisando o composto e considerando válida a Lei das Proporções Definidas de Proust, podia-se determinar a relação ponderal entre os seus componentes e a partir daí, por simples cálculos, o valor do peso atômico desejado (com relação ao peso padrão).

Para calcular, por exemplo, o peso atômico do oxigênio, Dalton levou em consideração as análises de Lavoisier, que formulava a água como HO, e indicavam 85% de oxigênio e 15% de hidrogênio, e determinou o seu peso atômico como sendo 5,5. Posteriormente, quando análises mais precisas sobre a água foram feitas, ele alterou este peso para 7. Esse tipo de raciocínio é razoável caso se conheça o número de átomos de hidrogênio e oxigênio na água, porém naquela época, não se tinha essa informação exata.

Para vencer essa dificuldade, Dalton estabeleceu arbitrariamente a Regra da Máxima Simplicidade. Considerou que as moléculas eram tão simples, que combinações atômicas obedecendo à razão de 1 para 1 sempre deveriam existir. Com base na Regra e considerando que na época conhecia-se apenas um composto de hidrogênio e oxigênio, Dalton assumiu que a composição da água era HO. De forma similar, a composição da amônia era NH. (Q.9)

Esta base arbitrária, aliada a valores analíticos incorretos apresentados por Dalton, dificultou a aceitação de suas propostas pela comunidade científica da época. Em particular, a Tabela de Pesos Atômicos de Dalton, que foi veementemente contestada pelos químicos da época, entre eles, Wollaston (1766-1828). Este químico inglês sugeria, ao invés do uso dos pesos atômicos, o uso dos pesos equivalentes (ou pesos de combinação), valores empíricos obtidos relacionando-se os valores percentuais de numerosas análises sempre a um mesmo valor, arbitrariamente fixado, de um elemento padrão, por exemplo, H = 1, ou O = 1 ou = 100. (Q.10, Q.11)

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Ainda no início do século XIX, o químico francês Gay-Lussac, realizando experimentos quantitativos nos quais media o volume dos gases, concluiu, em analogia à imaginação de Dalton sobre o que acontecia com os átomos, que os gases se combinam sempre na relação mais simples quando interagem entre si, sendo estas relações de 1:1, 1:2 e 1:3.

Estes resultados experimentais jamais foram aceitos por Dalton, que chegou a constituir hipótese da existência de erros nos valores obtidos pelo colega. A sua contrariedade pode ser entendida, em parte, se considerarmos que Gay-Lussac também demonstrou que a água era constituída por exatamente dois volumes de gás hidrogênio para cada volume de gás oxigênio, contradizendo o que foi colocado por Dalton em sua regra arbitrária. Embora a crença de Dalton na composição da água como OH tenha persistido, o trabalho de Gay-Lussac serviu de fundamento para estudos e descobertas relevantes realizadas por Avogadro e Berzelius.

Apesar de trazer novas ideias ao cenário da Química, a Lei da Combinação de Volumes dos Gases, enunciada por Gay-Lussac, também gerou polêmicas e descrédito. Uma das polêmicas dizia respeito ao monóxido de carbono que, formado por um átomo de oxigênio e por um átomo de carbono, deveria ser mais denso que o oxigênio e, no entanto, era menos denso. Outro argumento contrário a Gay-Lussac está no fato de que um volume de nitrogênio combinado com um volume de oxigênio levava à produção de dois volumes de óxido nítrico, ao invés de um único volume, contradizendo fortemente a Teoria Atômica: os átomos de nitrogênio e oxigênio precisariam ser divididos para justificar o resultado observado.

Uma possibilidade de reconciliação entre as propostas de Dalton e Gay-Lussac foi vislumbrada por Amadeo Avogadro, em 1811. Ele assumiu que um gás como hidrogênio, consistia não apenas em um átomo de hidrogênio, mas de dois átomos quimicamente ligados. O par de átomos foi denominado de molécula de hidrogênio. Ou seja, o hidrogênio gasoso não era apenas H, mas HH ou H2. A hipótese enunciada por Avogadro, de que iguais volumes de todos os gases, sob as mesmas condições de temperatura e pressão, contêm os mesmos números de moléculas não foi testada em laboratório e nem podia ser verificada (nenhuma balança era sensível o suficiente para pesar moléculas). No entanto, possuía a chave para resolver as “incoerências” apontadas na época, com relação aos resultados experimentais de Gay-Lussac, sem ferir a Teoria Atômica. (Q.12)

Infelizmente, a hipótese de Avogadro foi rejeitada. Dalton nunca a aceitou, uma vez que repudiava fortemente a lei de Gay-Lussac, com a qual Avogadro se identificava. No entanto, uma das principais razões que justificava o descaso com que a hipótese foi recebida, reside no fato dela não estar relacionada com a Teoria Dualística de Berzelius, amplamente aceita na época.

Antes de introduzirmos essa teoria, vamos ver a contribuição dada, também pelo trabalho de Gay-Lussac, a Berzelius, com relação à determinação dos pesos atômicos e moleculares. Baseando-se inicialmente na lei volumétrica dos gases de Gay-Lussac, Berzelius admitia a fórmula da água como H2O e, do amoníaco, H3N (1813). No ano seguinte, Berzelius constitui sua primeira tabela de pesos atômicos contendo quarenta e três elementos. O elemento padrão era o oxigênio, cujo peso atômico ele fixou em 100.

O desenvolvimento de técnicas e aparelhagens permitiu a Berzelius publicar, em 1826, uma nova Tabela de Pesos Atômicos. Os seus números não foram imediatamente

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aceitos e a Associação Britânica para o Avanço da Ciência mostrou-se cética. Mais tarde, Jean Stas, químico belga, descobriu um erro no valor do peso atômico do carbono. Toda a lista de pesos atômicos de Berzelius passou a ser questionada. Experimentos foram elaborados em muitos laboratórios da Europa na busca por novos erros. Porém, os resultados apenas respaldaram a exatidão dos seus valores. Você pode chegar às suas próprias conclusões sobre a polêmica analisando a Tabela 1.

Tabela 1 – Pesos Atômicos propostos por Dalton, por Berzelius e os atualmente recomendados pela IUPAC.

A Tabela 1 ilustra os pesos atômicos propostos por Dalton, Berzelius e os atualmente utilizados no curso de química.

Pesos Atômicos de Dalton

1808

Lista de Berzelius

1826

Tabela Internacional IUPAC - 1999

Cloro Não Conhecido

35,41 35,453

Cobre 56 63,00 63,546 Hidrogênio 1 1,00 1,00794 Chumbo 95 207,12 207,2

Nitrogênio 5 14,05 14,0067 Oxigênio 7 16,00 15,9994 Potássio Não

Conhecido 39,19 39,0983

Prata 100 108,12 107,8682 Enxofre 13 32,18 32,065

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Q.1 – Observe a lista com o nome dos químicos no rodapé da folha. Você reconhece algum deles? Se sim, qual deles? Quando e como você tomou conhecimento da sua existência? Q.2 – Existe alguma(s) qualidade(s) que você costuma associar a um cientista? Qual (is)? Q.3 – Nesta introdução você encontra Kekulé organizando um evento. ● Esta é uma atividade que você costuma associar ao trabalho de um cientista? Se você tivesse que contar para alguém sobre as atividades que os cientistas desempenham, qual (is) você mencionaria? Q.4 – Falamos sobre a realização do Primeiro Congresso Internacional de Química. ●Você já participou de algum congresso/evento científico? Qual? ● Se não participou, como você imagina que sejam estes eventos? ● Você acha que eventos dessa natureza são importantes para o progresso da ciência? Por quê?

Q.5 – Falamos neste parágrafo sobre a inexistência de consenso sobre o sistema de pesos atômicos no início do século XIX. ●A ciência consegue progredir sem a existência de consenso? ●Quais são as etapas que costumam ser seguidas antes do estabelecimento de um consenso na comunidade científica? Q.6 – Quais problemas você consegue imaginar que poderiam ser decorrentes da falta de acordo entre os pesos atômicos dos elementos. Use a sua imaginação e o seu senso de humor! (Se quiser, desenhe ou faça esquemas para melhor ilustrar as suas ideias).

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Q.7 – Você lembra o que dizia a Teoria Atômica de Dalton? Como você acha que se dá o “nascimento” de uma teoria, como a de Dalton? Q.8 – Você ainda lembra-se da Lei das Proporções Definidas de Proust? E a lei da Conservação das Massas? Por que elas recebem o nome de LEI e não de TEORIA? Qual a diferença entre elas?

Dalton

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Q.9 – Você acha que a saída encontrada por Dalton, de estabelecer uma regra, a regra da máxima simplicidade para a solução de um problema, é comum na prática dos cientistas? Por quê? Q.10 – Neste parágrafo falamos sobre a dificuldade que Dalton encontrou para ter as suas propostas aceitas pela comunidade científica da época. Isto mostra que os cientistas nem sempre concordam entre si. ● Você se recorda de outros exemplos similares ao acima citado, no passado ou no presente da Química? Qual (is)? Q.11 – Como podemos ver os químicos da época, a exemplo de Dalton, possuíam formação em áreas diferentes. Você tinha conhecimento sobre isto? O que você acha deste tipo de formação?

Q.12 – Nos últimos parágrafos encontram-se expressas ideias diferentes sobre a composição da água, uma delas é a de Dalton (em concordância com Lavoisier) e a outra é de Gay-Lussac. De forma similar, verificamos que a hipótese de Avogadro, que parecia ser uma ponte entre as ideias de Dalton e de Gay-Lussac, não teve grande repercussão na comunidade científica. ● Em sua opinião, quais fatores podem colaborar para que uma hipótese ou teoria seja descartada ou desvalorizada pela comunidade científica? Ou seja, nessas situações, como os cientistas decidem quais hipóteses/teorias devem ser aceitas e quais devem ser rejeitadas?

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Avogadro

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TEORIAS EM PAUTA NO PRIMEIRO CONGRESSO

INTERNACIONAL DE QUÍMICA (PARTE III DO GUIA DE ESTUDOS)37-56

A Teoria Dualística Eletroquímica buscava explicar a combinação química com base em fenômenos elétricos. Berzelius realizou experimentos nos quais observava a formação de um ácido e uma base durante a eletrólise de vários sais. Com base nos resultados dos experimentos, ele concluiu que a combinação química deveria ser de natureza elétrica. Para Berzelius, os átomos de diversos elementos eram considerados como dipolos elétricos com carga predominantemente positiva ou negativa. Desse modo, sua teoria estabelecia que a atração entre essas cargas mantinha os compostos unidos.

O texto a seguir ilustra as ideias de Berzelius, segundo suas próprias palavras:

“Se essas ideias eletroquímicas são corretas, resulta que toda combinação química depende unicamente de duas forças opostas, positiva e negativa, e que cada combinação deve ser composta de duas partes unidas pelo efeito de sua reação eletroquímica, fazendo com que não exista uma terceira força. Como consequência, cada substância composta, independentemente do número dos seus principais constituintes, pode ser dividida em duas partes, sendo uma eletricamente positiva e a outra negativa. Assim, por exemplo, sulfato de soda não é composto de enxofre, oxigênio e sódio, mas por ácido sulfúrico (SO3) e soda (NaO) sendo que ambos podem ser divididos em dois elementos, um positivo e outro negativo”.

Assim, segundo a Teoria, era impossível a formação de moléculas pela ligação de átomos de um mesmo elemento, como declarava Avogadro. Uma vez que, os átomos, sendo igualmente carregados, seriam repelidos e não formariam uma espécie diatômica.

A Teoria Dualística de Berzelius mostrou-se viável e produtiva para o estudo de compostos inorgânicos. O surgimento de um número elevado de compostos orgânicos e a necessidade de sistematizá-los levou Berzelius a estender o sistema dualístico eletroquímico para tais compostos, ponderando que:

“Tentando-se formar uma ideia sobre as composições orgânicas, temos até hoje somente um caminho inegavelmente certo e constatado por inúmeros fatos: precisamos partir de comparações com compostos inorgânicos. Na química inorgânica concordou-se em considerar todos os compostos binários, consistindo de um componente positivo e um negativo”.

A interpretação das combinações químicas com base no sistema dualístico veio somar-se à confusão estabelecida pela utilização de pesos atômicos errôneos (e variáveis), e

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à controvérsia entre o uso de pesos atômicos ou pesos equivalentes, impedindo o progresso da ciência no início do século XIX. No meio desse turbilhão de dúvidas, algumas teorias foram propostas e serviram para pavimentar o caminho que levaria às discussões em Karlsruhe e, posteriormente, às bases da Química Estrutural. Entre elas estavam: Teoria dos Radicais, Teoria da Substituição; Teoria do Núcleo; Teoria dos Resíduos; Teoria dos Tipos.

As polêmicas, os embates e os pronunciamentos sarcásticos por parte dos cientistas eram constantes e um número extenso de páginas se faria necessário para que fossem aqui retratadas. No entanto, sendo o objetivo do material didático apresentar de forma resumida os ânimos da época e as principais diferenças entre as teorias, começaremos por considerar a Teoria dos Radicais. Esta teoria expressa a ligação das ideias presentes na Teoria Dualística de Berzelius e no trabalho de Lavoisier sobre a sistematização de ácidos. Lavoisier, a partir desse trabalho, apresentou, pela primeira vez, a noção de radicais como grupos de elementos em um composto que, juntos, funcionam como uma unidade. Berzelius, por sua vez, na extensão da Teoria Dualística a compostos orgânicos, postulou que as substâncias orgânicas eram óxidos de compostos radicais (que usualmente consistiam de um carbono e um hidrogênio, e algumas vezes nitrogênio), unidos por forças eletrostáticas.

Nenhuma ênfase especial havia sido dada ao conceito de radical até 1828, quando Dumas e Boullay propuseram o etileno como um radical, denominado por eles de radical “etherin”, que poderia ser a base para formação de álcoois e compostos similares. Nesse contexto, álcool etílico, éter etílico, acetato de etila, cloreto de etila e sulfato de etila eram produtos da adição de uma ou mais moléculas ao etileno. Por exemplo:

C2H4 + H2O = C2H6O (etileno) (água) (álcool etílico)

A Teoria dos Radicais pautou a realização de várias pesquisas e permitiu a criação do conceito de radical orgânico por Dumas (grupo de elementos orgânicos que funcionavam como uma unidade). Alguns exemplos que ilustram a ideia de Radicais encontram-se na Tabela 2, apresentando o radical Etileno e Benzoil, e alguns de seus derivados. Tabela 2 - Radical Etileno, Radical Benzoil e alguns dos seus derivados.

Radical etileno e alguns dos seus

derivados

Radical benzoil e alguns dos seus

derivados Radical Etileno C2H4 Radical Benzoil C14H10O2

Álcool C2H4, H2O Ácido Benzóico C14H10O2. (OH)2

Éter

Hidroclorídrico

C2H4, HCl Cloreto de Benzoíla C14H10O2. Cl2

Éter Nítrico C2H4, HNO2 Cianeto de Benzoíla C14H10O2. C2N2

Éter Acético C2H4, C2H4O2 Benzamida C14H10O2. N2H4

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A Teoria dos Radicais foi fortalecida com a apresentação do trabalho de Liebig e Wöhler sobre o óleo de amêndoas. A partir desse óleo foi obtida uma família de compostos: benzaldeído, ácido benzóico, cloreto de benzoíla, brometo de benzoíla, entre outros. Em todos os compostos, eles encontraram evidências analíticas da presença de um grupo, o C14H10O2 (atualmente C7H5O). Tal grupo foi denominado radical benzoil, e concluíram que todos os compostos obtidos eram produtos de adição ao radical benzoil. Alguns dos derivados do radical benzoil são encontrados na Tabela 2.

Por volta de 1830, novos radicais orgânicos foram encontrados, entre eles o radical etil, C4H10 (atualmente C2H5), o radical acetil, C4H6 (atualmente C2H3O), entre outros, reinando um consenso considerável sobre a possibilidade de classificação dos compostos orgânicos como derivados de vários desses radicais. Em 1837, a descoberta por Bunsen do radical cacodil (C4H12As2), o mais complexo radical obtido até aquela data, além de ter lhe custado a visão do olho direito, perdida em uma explosão, sedimentou ainda mais as ideias vigentes sobre o assunto.

Quando uma teoria entra em um estado de relativa aceitação cabe perguntar qual foi a receptividade encontrada por ela junto a autores de teorias vigentes. (Q.16)

Assim, o que achou Berzelius, um renomado químico, sobre a Teoria dos Radicais? No que ela consolidou ou abalou a sua Teoria Dualísitica? Com relação a essa questão: Berzelius não demostrou entusiasmo com a proposta de Dumas e Boullay. A ausência do oxigênio no radical etileno o incomodava (recorde a forma como Berzelius estendeu a sua Teoria Dualística aos compostos orgânicos para entender essa posição) e ele manifestou ser interessante a forma de representação sugerida pelos químicos franceses, mas apresentava dúvidas se os compostos realmente se formavam daquela maneira. Em contrapartida, recebeu de melhor grado a descoberta de Liebig e Wöhler do radical benzoil, que diferentemente do radical etileno, continha três elementos, incluindo o oxigênio. (Q.17, Q.18)

Um baile real no Palácio de Tuileries, em Paris, e as consequências daí advindas, golpearam ainda mais fortemente a Teoria Dualística. Durante o evento, vários convidados passaram a tossir quando as velas colocadas sobre a mesa foram acesas. O organizador do baile questionou o fabricante sobre a causa do problema. Dumas, eminente químico da época, foi convocado para investigar a situação e concluiu ser o cloreto de hidrogênio o causador da irritação. O fabricante da cera utilizada na vela havia descoberto uma nova forma de branquear uma batelada particularmente amarela de que dispunha, aquecendo-a com o gás cloro. Dumas descobriu que parte do gás cloro havia se combinado com a gordura animal usada no processo e, enquanto estudava como se dava tal combinação, concluiu que em alguns compostos orgânicos o átomo de cloro podia substituir o átomo de hidrogênio. Baseado nessas investigações, Dumas enunciou a Teoria da Substituição: quando uma substância contendo hidrogênio é submetida à ação do cloro, bromo, iodo, oxigênio etc., para cada átomo de hidrogênio que é perdido, um átomo de cloro, bromo, iodo ou meio átomo de oxigênio é ganho.

Berzelius descartou as conclusões que vinham no bojo dessa descoberta. Elas não respaldavam a sua Teoria Dualística, na qual um elemento eletronegativo, como o cloro, não poderia substituir um elemento eletropositivo, como o hidrogênio. Mesmo tendo protestado veementemente contra elas, jovens químicos da época deram crédito à descoberta de Dumas. Um deles, chamado Auguste Laurent, discípulo de Dumas, delineou em sua tese de doutorado uma nova teoria, a Teoria do Núcleo, utilizando a ideia de substituição introduzida por seu mentor.

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De acordo com a Teoria do Núcleo, uma derivação da Teoria dos Radicais, os compostos eram formados por núcleos (radicais) nos quais podiam ocorrer substituições. Portanto, o núcleo original poderia ser modificado a um núcleo derivado, que retinha muitas das propriedades de sua forma original. A proposição de tal modificação à Teoria dos Radicais originou uma grande confusão: Liebig considerou-a como não científica; Berzelius disse que a ideia não era merecedora sequer de um comentário e tomou Dumas, erroneamente, como seu autor. Vendo-se criticado por grandes cientistas da época, Dumas recuou e declarou-se isento de qualquer responsabilidade quanto à Teoria do Núcleo, creditando a Laurent a autoria da mesma.

A partir deste episódio Laurent antagonizou-se com Dumas para sempre, sendo que o mais prejudicado foi Laurent, pois Dumas era renomado e poderoso químico na França. Desde então, Laurent foi apoiado profissional e financeiramente por Charles Gerhardt, seu colaborador e grande amigo. Surpreendentemente, Dumas lançou posteriormente uma teoria que em muito se assemelhava à Teoria do Núcleo, a Teoria dos Tipos.

A Teoria dos Tipos foi concebida com base nos experimentos de cloração do ácido acético realizados por Dumas. Ele conseguiu preparar o ácido tricloroacético por meio da reação do ácido acético com cloro e demonstrou que ambos apresentavam propriedades similares. Com isto, chegou à conclusão que nos compostos orgânicos existem certos Tipos que permanecem mesmo quando no lugar do hidrogênio eles apresentam igual volume de cloro, bromo ou iodo. Assim, os compostos orgânicos eram classificados como “Tipos Químicos” quando continham o mesmo número de equivalentes químicos, eram unidos de forma semelhante e apresentavam as mesmas propriedades químicas fundamentais.

Gerhardt, o amigo de Laurent mencionado anteriormente, também contribuiu para fomentar as discussões sobre os compostos orgânicos propondo a Teoria dos Resíduos (também conhecida como Teoria da Decomposição Dupla). A reação de certos compostos orgânicos forma compostos inorgânicos muito estáveis, água ou dióxido de carbono, como produtos. Ou seja, a partir da combinação de duas moléculas, as partes eliminadas se unem para formar uma molécula inorgânica, enquanto os resíduos das moléculas orgânicas formam novos compostos. Por exemplo:

C6H4 H2 O O2HN

}

Benzeno Ácido Nítrico

ResíduoResíduo

ProdutoEliminado

ou em uma notação atual:

C6H5 . H + HO . NO2 → H2O + C6H5,NO2

A Teoria dos Resíduos foi fortemente atacada, pois Gerhardt não considerava os resíduos como sendo positiva ou negativamente carregados, como exigia a Teoria Dualística. Ademais, ela não se mostrou muito consistente, uma vez que existem muitas reações que não são de decomposição dupla e não se encaixavam na proposição de Gerhardt. No entanto, os estudos que o levaram a propor a Teoria, também o conduziram a uma revisão dos valores dos pesos atômicos/moleculares e a um esquema de

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classificação dos compostos orgânicos de inestimável valor para o entendimento de importantes aspectos da química de sua época.

Analisando os pesos atômicos e moleculares empregados na época, Gerhardt observou que, para muitos gases, os pesos moleculares utilizados pelos químicos inorgânicos eram a metade daqueles usados pelos químicos orgânicos, e propôs a uniformização entre os dois ramos da química por meio da duplicação dos pesos moleculares dos compostos inorgânicos simples, ou dividindo os pesos dos compostos orgânicos. Ele sublinhava a vantagem de utilização do padrão dois-volumes, que além de ser mais simples, concordava com as ideias pouco consideradas de Avogrado-Ampére. Para o seu melhor entendimento, no jargão da época, para a molécula de água, por exemplo, o padrão dois-volumes indicava a fórmula H2O e o padrão quatro-volumes indicava a fórmula H4O2.

O esquema de classificação, proposto por Gerhardt, agrupava compostos orgânicos em famílias, as quais abrigavam substâncias com o mesmo número de átomos de carbono (ou seja, em séries homólogas). Controvérsias e disputas vieram novamente à tona, pois Dumas havia feito o mesmo procedimento para os ácidos graxos e exigia o reconhecimento da ideia como de sua autoria. O fato é que, não se levando em conta as origens dessa classificação, ela serviu para fortalecer e generalizar a Teoria dos Tipos, e a partir de então, vários compostos orgânicos foram sistematizados. Por exemplo, a amônia, formada por um átomo central de nitrogênio rodeado por três átomos de hidrogênio, foi identificada como um Tipo: o Tipo Amônia. Compostos desse Tipo eram aqueles em que ocorria a troca de um, dois ou três átomos de hidrogênio por radicais orgânicos na molécula de amônia. Em analogia, compostos do Tipo Água eram formados por um átomo de oxigênio central, nos quais ocorria a substituição de um ou dois átomos de hidrogênio por radicais orgânicos. O esquema abaixo ilustra exemplos de compostos do Tipo Amônia e Água:

Tipo Amônia

HHH

N} } }

}

NC2H5

HH

C2H5C2H5

H}N

C2H5C2H5C2H5

N

Amônia Etilamina Dietilamina Trietilamina

Tipo Água

HH } }O

C2H5H O

C2H5

C2H5O

Água Álcool Éter

Em suma, as teorias e idéias apresentadas, algumas aceitas e outras refutadas, clamavam atenção para a introdução de uma visão dos composto que existisse como uma unidade completa, em substituição a visão dualística de Berzelius, que considerava os compostos como sendo formados por duas unidades eletricamente carregadas. A necessidade por soluções para a confusão entre peso equivalente e peso atômico e de introduzir uma distinção clara entre átomos e moléculas era evidente. Consequentemente era necessário repensar os conceitos fundamentais.

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Q.13 – Posicione-se criticamente quanto a ideia colocada na Teoria Dualística Eletroquímica de Berzelius. Você concorda com ela? Se não, explique a razão e, se possível, exemplifique. Q.14 – Você consegue identificar em que aspecto a Hipótese de Avogadro contrariava a Teoria Dualística? Se sim, justifique sua resposta.

Q.15 – Você acha que existe alguma correlação entre o que Dalton fez, com relação à sugestão da regra da máxima simplicidade com o que Berzelius fez ao ampliar a sua Teoria Dualística Eletroquímica aos compostos inorgânicos? Justifique a sua resposta.

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Q.16 – A sua ideia sobre o conceito de “radical” é coincidente com aquela apresentada no texto? Por quê?

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Q.17 – Escreva a sua opinião, da forma mais clara possível, sobre o que você acredita que aconteça nestas situações. Levante suas hipóteses, se for o caso. Q.18 – O que você acha que significou para Berzelius o fato da Teoria dos Radicais estar, àquela época, começando a se estabelecer e a ser reconhecida pela comunidade científica?

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IMPLICAÇÕES DO PRIMEIRO CONGRESSO

INTERNACIONAL DE QUÍMICA (PARTE IV DO GUIA DE ESTUDOS)37-56

Tendo agora uma percepção sobre o estado do conhecimento químico da época, podemos ir à Karlsruhe e sintetizar as principais ideias discutidas durante o Congresso e suas implicações. Porém, antes e até para não interpretar de uma forma simples o que leu até agora, tenha em mente as palavras de Heinrich Rheinboldt no seu livro História da Balança: A Vida de J.J. Berzelius,

“Uma teoria, mesmo se mais tarde considerada errada e condenada a desaparecer, que estimula séries de trabalhos conduzindo a descobertas de tal importância, não pode ser julgada sem valor; ela provou realmente seu valor heurístico” (p. 113).

Em setembro de 1860, de várias partes do mundo, eles chegaram. Da França vieram Béchamp e Wurtz. Anderson. Frankland e Roscoe representavam a Inglaterra. A Alemanha estava representada por Liebig, Wöhler, Mitscherlich, Erdmann, Erlenmeyer e Bunsen. Mendeleev viera da Rússia e a Itália enviara Cannizzaro. A química foi esquecida no jantar de confraternização. No dia seguinte, os trabalhos tiveram lugar e entraram em voga questões formuladas por um comitê composto por Béchamp (chairman), Canizzaro, Erdman, Fresenius, Kekulé, Schischkoff, Strecker e Wurtz.

As questões abordadas versavam sobre átomos, moléculas, radicais e equivalentes e discussões foram iniciadas com as colocações de Kekulé, que enfatizou a necessidade da distinção entre moléculas e átomos. Entre os debates ocorridos, estavam também aqueles que tinham como intuito definir uma notação química. Sobre o assunto, Kekulé expôs suas ideias e acentuou que tanto uma notação atômica-molecular, quanto uma em equivalentes poderiam ser empregadas. O importante era não misturar as duas notações, tornando-as menos confusas (veja na Tabela 3 cada uma das notações para algumas moléculas. Considere que az = nitrogênio). As desvantagens decorrentes de tais confusões foram enfatizadas em uma das seções e Wurtz pronunciou-se a favor da manutenção dos pesos atômicos de Berzelius, em oposição às proposições feitas posteriormente por Gerhardt, e já citadas neste texto.

Tabela 3. Notação de compostos na forma atômica molecular, de equivalentes e atual. Notação Atômica Molecular Notação em Equivalentes Notação Atual

H Cl HCl HCl H2O HO H2O H3az Haz NH3

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Na última seção do Congresso, Canizzaro defendeu as ideias de Gerhardt, que segundo ele, tinham como fonte a Teoria de Avogrado-Ampère. Sendo ele um profundo conhecedor da Teoria, Canizzaro teceu argumentos a seu favor e, além de frisar as diferenças existentes entre as ideias de Berzelius e aquelas de Avogadro, Ampère e Gerhardt, rogou pela adoção de pesos atômicos baseados nos princípios dessa teoria.

Os debates seguiram-se, opiniões conflituosas foram emitidas e o Congresso foi encerrado com certo ar de incerteza. Deve parecer aos seus olhos que o mesmo foi um fracasso. No entanto, graças a uma atitude tomada por Angelo Pavesi, amigo de Cannizzaro, o Congresso rendeu bons frutos. Ele distribuiu entre os presentes, cópias de um artigo de Cannizzaro, Sunto di um Corso di Filosofia Chimica, publicado em 1858 na revista Il Nuovo Cimento, no qual era enfatizada a importância das distinções entre átomo e molécula, feitas por Avogadro, para a interpretação de fenômenos químicos. Certamente, uma boa parte das cópias foi descartada em alguma lata de lixo. No entanto, alguns dos participantes do Congresso leram com atenção o seu conteúdo, entre eles Mendeleev e Lothar Meyer. Este último utilizou as sugestões de Cannizzaro como base para o seu livro Die Modernen Theorien der Chemie.

Outras consequências da defesa de Cannizzaro sobre as ideias de Avogadro se fizeram notar nos anos seguintes: Odling inclui os pesos atômicos sugeridos por Avogadro em um manual de Química e Hermann Kopp, reconhecido historiador da época, que não havia sequer escutado falar de Avogadro até então, o mencionou em uma nova edição do seu livro. Assim, não é coerente subestimar o impacto dos eventos desencadeados a partir do Congresso de Karlsruhe com a apresentação da Hipótese de Avogadro. As confusões relacionadas ao peso atômico desapareceram quase completamente nos anos seguintes e os pesos moleculares passaram a ser estabelecidos com maior certeza.

Podendo contar com a possibilidade de determinação correta das fórmulas moleculares, os passos na direção do estabelecimento da Química Estrutural se deram de forma bem sucedida. Na Química Orgânica, os trabalhos de Kekulé, Couper e Butlerov destacaram-se entre os demais, estabelecendo as bases para a estrutura dos compostos orgânicos. Na Química Inorgânica, os trabalhos de Sophus Jorgensen e Alfred Werner levaram ao entendimento das estruturas dos Compostos de Coordenação. Para Mendeleev, professor da Universidade de St. Petersburgo, a importância do congresso foi notável para a química e produziu um grande efeito na história dessa ciência.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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APÊNDICE 1

A lista a seguir foi apresentada por Wurtz e contém o nome de 127 químicos, conforme menciona deMilt b , em seu artigo publicado no Journal of Chemical Education intitulado “The Congress at Karlsruhe”, no qual os nomes estão ordenados de acordo com o país de origem e ordem alfabética.

Alemanha (57): Babo, Baeyer, Becker, Beilstein, Boeckmann, Braun, Bünsen, Carius, Casselmann, Clemm, Erdmann, Erlenmeyer, Fehling, Finck, Finckh, Fresenius, Geiger, Gorup-Besanez, Grimm, Guckelberger, Gundelach, Hallwachs, Heeren, Heintz, Hirzel, R. Hoffmann, Keller, Knop, Kolbe, Kopp, Kuhn, Landolt, Lehmann, Ludwig, Mendius, L. Meyer, Mulhäuser, Muller, Naumann, Nessler, Neubauer, Petersen, Quincke, Scherer, Schiel, Schmitt, Schneyder, Schroeder, Schwarzenbach, Seubert, Strecker, Streng, Weltzien, Will, E. Winckler, Zwenzer.

França (21): Béchamp, Boussingault, Dumas, Friedel, Gautier, Grandeau, Jacquemin, Ch. Kestner, LeCanu, Nicklès, Oppermann, Persoz, Reischauer, Riche, Scheuer-Kestner, Schlagdenhauffen, Schneider, Schützenberger, P. Thénard, Verdet, Wurtz.

Grã-Bretanha (18): Abel, Anderson, Apjohn, Crum-Brown, Daubeny, Duppa, Foster, Gilbert, Gladstone, Griffith, Guthrie, Miller, Noad, Normandy, Odling, Roscoe, Schickendantz, Wanklyn.

Áustria (7): Folwarezny, Hlasiwetz, Lang, Lieben, Pebal, Schneider, Wertheim. Rússia (7): Borodin, Lesinskiĭ, Mendeleev, Natanson, Savich, Schishkov, Zinin. Suíça (6): Bischoff, Brunner, Marignac, von Planta, Schiff, Wislicenus. Bélgica (3): Bahr, Berlin, Blomstrand. Itália (2): Cannizzaro, Pavesi. México (1): Posselt. Portugal (1): Carvalho. Espanha (1): de Luna.

b Journal of Chemical Education 1951, 28 (8), p 421.