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CONCEITOS CIENTÍFICOS EM DESTAQUE

Desde que o ser humano surgiuna face da Terra, deparou comestranhos fenômenos que ho-

je dizemos estar ligados ao conceitode energia. Dentre eles, possivelmenteo fogo foi o mais impressionante. Do-miná-lo significava dar um grande pas-so para lidar com a escuridão, o frio eoutras situações pouco confortáveisimpostas pela natureza.

A importância do fogo para os se-res humanos foi tal que diferentes mito-logias fizeram relatos dele. Os antigosgregos, por exemplo, consideravam-no propriedade dos deuses. Quandoo titã Prometeu1 roubou o fogo sagradode Zeus para ofertá-lo aos seres huma-nos, sofreu na carne o peso da ira divi-na: condenado a viver acorrentado aum rochedo, tinha seu fígado devoradopor um abutre todos os dias2. Uma vezcomido pela ave, o órgão se regene-rava durante a noite para novamentelhe servir de alimento ao amanhecer.

Tendo aprendido a fazer a queima(cujo princípio só seria estabelecidomuitos séculos mais tarde por Lavoi-sier), será que o ser humano teriacomeçado a fazer química? À primeiravista somos tentados a dizer que sim,uma vez que o domínio das técnicasde combustão permitiu o desenvolvi-mento da cerâmica e da metalurgia,

entre outras realizações. Todavia, seentendermos por química não umconjunto de técnicas de manipulaçãoe produção de materiais e sim umaciência que articula planos de investi-gação empírica a modelos explicativosracionais, é preciso responder que ocomeço só se dá efetivamente comBoyle, no século XVII.

Por que razão com ele e não comoutros? Toda demarcação tem seuscritérios (que inclusive podem serquestionados), mas, em função do quefoi dito, as palavras do próprio Boylesão esclarecedoras:

“Os químicos se têm deixadoguiar até agora por princípiosestreitos e sem nenhum alcanceelevado. A preparação de medi-camentos, a extração e a trans-mutação de metais era seu ter-reno. Eu trato de partir de umponto de vista completamentedistinto, pois considero a quí-mica não como um médico ouum alquimista, mas como deveconsiderá-la um filósofo. Traceium plano de filosofia químicaque espero completar com mi-nhas próprias experiências eobservações.” (apud Papp ePrelat, 1950, p. 56-57).

Buscando uma definição parao calor

Tanto a física quanto a química inte-ressam-se pelo estudo das trocas tér-micas entre os corpos. Francis Bacon(1561-1626), um dos fundadores daciência experimental moderna, buscoureunir elementos que pudessem expli-car a natureza e melhor colocar o calora serviço da humanidade. Investigadormeticuloso, Bacon propôs que fossemlistados todos os fenômenos em queele estivesse presente e também aque-les em que estivesse ausente. Depois,passou à elaboração de uma terceiralista (ou tábua, conforme sua própriadenominação), com o objetivo de dis-tinguir os graus de manifestação maisou menos intensa.

As tábuas baconianas pretendiamarrolar observações isentas de qual-quer teorização prévia. Assim, tocar emum recipiente contendo cal virgem(óxido de cálcio) logo após a adiçãode água ou manusear o esterco recen-te de um cavalo eram experiências queacusavam a presença do calor. Poroutro lado, perceber que certos metais(ouro, por exemplo) não produziam ca-lor sensível quando dissolvidos pela

Renato José de OliveiraJoana Mara Santos

Esta seção tem procurado apresentar artigos que analisemconceitos científicos de interesse direto dos químicos de formacrítica e atualizada.Neste artigo, os autores têm por objetivo focalizar a utilização doconceito de energia na química, especialmente no que se refere aosprocessos de troca de calor. Assim, questionam como vem sendoutilizada a expressão ‘energia química’, o que contribui paraanalisarmos como, de forma geral, lidamos acriticamente com asdefinições da ciência.

energia química, calor, energia

Se entendermos porquímica não um

conjunto de técnicasde manipulação e

produção de materiaise sim uma ciência que

articula planos deinvestigação empíricaa modelos explicativos

racionais, é precisoresponder que o seu

começo só se dáefetivamente com

Boyle, no século XVII

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água-régia era um indicativo da ausên-cia do fenômeno. Examinando o com-portamento de diferentes materiais,tornava-se possível compará-los (ter-ceira tábua) e concluir que o tijolo, apedra e o ferro, depois de aquecidosao rubro, conservavam calor por muitotempo.

Segundo Bache-lard (1996, p. 74), aqual conclusão che-gou finalmente Ba-con? “O infeliz calor,premido pelo juiz [nocaso, o próprio Ba-con], é forçado a con-fessar que é um ser ansioso, agitadoe fatal para a existência civil de todosos corpos”.

Embora a conclusão possa ser hojerisível, cabe salientar duas coisas, aprimeira em defesa de Bacon: o maisimportante era a proposição de ummétodo para instruir o intelecto na in-vestigação da natureza. A segundacritica o autor: nenhuma pesquisa cien-tífica pode prescindir de hipóteses oumesmo de teorias prévias, já que aobservação e a experiência, por si sós,não levam a razão muito longe.

Os estudos sobre a natureza do ca-lor estiveram sempre na ordem do diapara os químicos e físicos dos séculosXVIII e XIX. Lavoisier apoiava a cha-mada ‘hipótese calórica’, segundo aqual o calor se devia à transmissão deum fluido (calórico) dos corpos maisquentes para os mais frios. Umadiscussão interessante a esse respeitoé apresentada no artigo “Quanto maisquente melhor: calor e temperatura noensino de termoquímica”, em QuímicaNova na Escola nº 7 (Mortimer & Ama-ral, 1998).

No campo industrial, as aplicaçõesdo calor foram se tornando progressi-vamente mais importantes. O escocêsJames Watt patenteou, em 1769, a pri-meira máquina a vapor, desencadean-do a procura por engenhos com efici-ência cada vez maior, isto é, com maiorrendimento na conversão de calor emtrabalho mecânico. Tal corrida resultouna criação de uma área de conheci-mento para o estudo dos fenômenostérmicos: a termodinâmica, que esta-beleceu os princípios da conservaçãoda energia (primeiro princípio) e do au-

mento da entropia do universo (segun-do princípio).

A termodinâmica promoveu umaabertura de pensamento que levouos(as) cientistas a se tornarem maisexigentes com respeito às teorias queformulavam. Em vista disso, em fins do

século XIX, a ‘hipóte-se calórica’ perdiaprestígio e novosmeios de explicaçãoeram buscados. Umaferramenta importantenessa busca foi a teo-ria atômico-molecular,que serviu de apoio a

Ludwig Boltzmann para a formulaçãoda teoria cinética dos gases3. Reco-nhecida somente após sua morte, ateoria de Boltzmann levou os físicos doséculo XX a estabelecer os atuais con-ceitos de temperatura (medida do graude agitação molecular médio de umcorpo) e calor (fluxo de energia entrecorpos mantidos a diferentes tempe-raturas).

Associando química eenergia

Com o primeiro princípio da termo-dinâmica, o termo energia passou a serbastante utilizado no vocabuláriocientífico. Diz-se, sem maiores proble-mas, que a corda de um arco —quando esticada — armazena energiapotencial elástica, que é convertida naenergia cinética do movimento descritopela flecha. Dentre muitas outras trans-formações energéticas de amplo do-mínio, destaca-se a produção deenergia elétrica a partir das quedasd’água: a ener-gia potencialda água étransformadaem energia ci-nética e esta éconvertida emenergia elétri-ca. Não há dú-vida de que oprincípio deconservaçãode energia é um modelo explicativobem-sucedido, mas é preciso tercuidado com alguns de seus usos,como acontece quando se fala na con-versão da chamada energia química

em outras formas de energia e vice-versa. Marcelo Gleiser (1997, p. 217),por exemplo, afirma que:

“A quantidade total de energiadeve ser a mesma, antes e de-pois: a energia química armaze-nada no óleo da lamparina éigual à energia usada paraaquecer o ar à sua volta e nointerior do cilindro mais a ener-gia potencial gravitacional dopistão na posição elevada4.”

Na verdade, o que é convertido emcalor (energia térmica) e em trabalhomecânico não é a energia químicaarmazenada no óleo e sim o saldoenergético do processo de queima. Nareação de combustão, dentre os diver-sos fatores que contribuem para a pro-dução de energia, os mais significati-vos são os referentes à quebra e àformação de ligações químicas intra eintermoleculares: o processo de que-bra das ligações da(s) substância(s)combustível(eis) e do comburente éendotérmico, enquanto o processo deformação de novas ligações nos pro-dutos é exotérmico. A energia térmicaresultante (a energia liberada é maiorque a absorvida) da combustão — enão simplesmente a energia químicacontida no óleo — é que permiteaquecer o ar, mover o pistão etc.

Alguns livros didáticos, atuais eantigos, também empregam o termoenergia química em discussões liga-das a processos eletroquímicos. Feltre(2 ed., 1996: 390) e Nabuco e Barros(1989: 164), por exemplo, se reportamà conversão de energia química em

elétrica a partir das reaçõesespontâneas que têm lugarnas pilhas. Novais (1982:251) afirma que “por outro la-do, na niquelação de umapeça metálica, teremos oprocesso contrário: energiaelétrica está se transfor-mando em energia química”.

Nos casos citados, obser-va-se que os autores atri-buem à noção de energia

química estatuto de algo cuja naturezaé facilmente compreensível, bastandovinculá-la à ocorrência de algum tipode reação química. Mas será que talfacilidade de compreensão realmente

Os estudos sobre anatureza do calor

estiveram sempre naordem do dia para os

químicos e físicos dosséculos XVIII e XIX

O conceito de energiaquímica, assim

empobrecido, antes defacilitar, dificulta a

aprendizagem porqueretém o pensamentono patamar de uma

simplicidade apenasaparente

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existe? Antes de responder, cabe exa-minar outra questão que naturalmentepode surgir: de onde vem a energiaquímica?

Alguns livros de nível universitáriobuscam explicar como as substânciasarmazenam energia. Kotz e Treichel(1995, p. 258-259) etambém Brady (1990,p. 171) referem-se àenergia química comosendo a energia po-tencial que as subs-tâncias possuem devi-do às atrações e re-pulsões entre suaspartículas subatômi-cas. Tais conteúdosenergéticos podemser alterados por meiode reações químicas: “quando assubstâncias reagem, ocorrem mudan-ças na natureza das atrações (ligaçõesquímicas) entre seus átomos, portantohá mudanças na energia química(energia potencial) que observamossob a forma de energia liberada ouabsorvida no curso da reação” (Brady,op.cit.).

Já o trabalho de Denial e colabora-dores (1985, p. 472-475), voltado parao ensino secundário, ao discutir o con-teúdo energético das substânciasquímicas, coloca o verbo to contain(armazenar) e seus correlatos entreaspas. Isso denota a preocupação emconferir à idéia de ‘estocagem’ deenergia mais o sentido de uma licençade linguagem do quepropriamente o senti-do utilizado na vidacotidiana. Ademais,os autores explicam oconceito de energiaquímica tendo em vis-ta todo um conjuntode interações no nível atômico e mo-lecular. Para tanto, recorrem às noçõesde energia potencial eletrostática(ligações químicas) e de energia ciné-tica (rotacional, vibracional e transla-cional). Isso se dá possivelmente como objetivo de evitar que o termo energiaquímica adquira um significado vazio.Esse esvaziamento da definição trazcomo conseqüência o risco de permitir

que ela sirva tão somente para ocultarum amplo desconhecimento dos vá-rios fatores que intervêm quando assubstâncias reagem.

Em vista disso, cabe perguntar: porque não falar em energias envolvidasnos processos químicos? A vantagem

de usar essa termino-logia é, sem dúvida,permitir que se façareferência às energiaspotencial, eletrostáti-ca e cinética sem queseja preciso reuni-lasem um conceito espe-cífico: o de energiaquímica. Este, a prin-cípio tido como es-clarecedor, na verda-de se torna obscuro

quando isolado de um contexto expli-cativo mais amplo, o qual não é aces-sório e sim essencial para sua funda-mentação. Tanto no caso do óleo dalamparina quanto no dos processos ele-troquímicos (pilhas e eletrólise), mencio-nou-se a energia química com omissãodo referido contexto explicativo. O con-ceito, assim empobrecido, em vez defacilitar, dificulta a aprendizagem, porqueretém o pensamento no patamar deuma simplicidade apenas aparente.

Considerações finais

Mas o que é, afinal, a energia? Otermo é de origem grega (energéia) esignifica força ou trabalho. Em 1807, ofísico inglês Thomas Young propôs que

a energia fosse defini-da como capacidadepara realizar trabalho,conceito que é atéhoje amplamente utili-zado. Contudo, essadefinição nada diz so-bre a natureza mais

específica da energia. Isso não nosdeve deixar constrangidos, pois outrasquestões igualmente desafiadoras po-dem ser colocadas: qual é a origemda carga do elétron? A partir do queela é gerada? O que são os neutrinos,cujas massa de repouso e carga elé-trica são nulas? Perguntas embara-çosas não faltam e formulá-las é pró-prio do pensamento científico. Elas nos

mostram que, ao trabalharmos comdefinições, não devemos tomá-las co-mo ‘peixes de aquário’, que criamos enunca nos cansamos de admirar. A quí-mica, a exemplo das demais ciências,deve ser encarada como fonte deabertura do pensamento, a qual se dápor meio da retificação de antigos con-ceitos, de profundas desilusões inte-lectuais com respeito ao que a razãotomava por expressão final de verda-de. Como dizia o filósofo Bachelard(1970, p. 90), que aliás também eraprofessor de química, o espírito huma-no desperta intelectualmente na “der-rocada do que foi uma primeira certe-za, na doce amargura de uma ilusãoperdida”.

Renato José de Oliveira, licenciado em químicapela Universidade do Estado do Rio de Janeiro(UERJ), mestre em educação pelo Instituto deEstudos Avançados em Educação da FundaçãoGetúlio Vargas - RJ, doutor em ciências humanas:educação pela PUC-RJ, é professor do Departamentode Fundamentos da Educação da Faculdade deEducação da Universidade Federal do Rio de Janeiro(UFRJ). Joana Mara Santos, licenciada emquímica pela UERJ, doutora em ciências químicaspelo Instituto de Química da UFRJ, é professora doDepartamento de Química Geral e Inorgânica doInstituto de Química da Universidade do Estado doRio de Janeiro e professora de físico-química daEscola Técnica Federal de Química do Rio de Janeiro.

Notas

1. Na mitologia grega, os titãs eramconsiderados semideuses, por seremmais fortes e perfeitos que os seres hu-manos. Da palavra titã deriva o nomedado ao elemento titânio, assim chama-do por sua grande resistência mecânica.

2. Há outras versões que mencio-nam diferentes intervalos de tempo: acada ano, a cada cem anos etc.

3. A despeito dos trabalhos ante-riores desenvolvidos por físicos comoJ.J. Waterson (1845) e J.C. Maxwell(1860), consideramos Boltzmann oprincipal formulador da teoria cinéticados gases por ter chegado às leis datermodinâmica aplicando métodosestatísticos à descrição do movimentodas moléculas gasosas.

4. O autor está se referindo a umsistema simples, composto por umcilindro provido de êmbolo móvel,aquecido por meio de uma lamparina.O ar no interior do cilindro se expandee eleva o êmbolo.

As perguntasembaraçosas nosmostram que, ao

trabalharmos comdefinições, não

devemos tomar estasúltimas como ‘peixes

de aquário’, quecriamos e nunca noscansamos de admirar

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Por que não falar emenergias envolvidas

nos processosquímicos em vez de

simplesmente energiaquímica?

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Resenha

Conversando sobre ciência,ética e cultura na educação

Em tempos de globalização, nosquais a relevância da produção daciência é, muitas vezes, dissociada desuas dimensões éticas, culturais e hu-manas, é estimulante ter contato comuma obra como Ciência, ética e culturana educação, organizada por AtticoChassot e Renato José de Oliveira.Aqui, não há lugar para a frieza e o arti-ficialismo de discursos impessoais so-bre o conhecimento ou a noção de queeste se constitui em produto acabado,elaborado por seres dotados de inteli-gência superior aos quais se deve res-peito e veneração. Ao contrário: o con-vite ao diálogo, à conversa, à constru-ção mútua dos textos é expresso logona brilhante introdução, na qual ficaclaro que a intenção do livro não é “quese faça a luz”, mas sim que “se esta-beleça o diálogo”.

De fato, voltado para professores eprofessoras do ensino fundamental emédio, o diálogo não se resume a umaintenção: a própria estrutura do livro járevela um caminho original para quese viabilizem essas trocas entre edu-cadores e educadoras. Nesse cami-nho, antes de mergulharmos nos textosdos 12 autores, somos inicialmenteapresentados a eles: são os própriosautores que nos revelam alguns deseus dados biográficos, quem são,quais suas áreas de interesse, que

caminhos têm percorrido. Como emqualquer conversa, torna-se dessamaneira instigante sabermos inicial-mente com quem conversamos e deque lugar falam nossos parceiros.Além dos organizadores do livro, pas-samos a conhecer Alice Casimiro Lo-pes, Antonio Flavio Moreira, EduardoMortimer, Gelsa Knijnik, MarceloGiordan, Nélio Bizzo, Otavio Maldaner,Roseli Schnetzler, Tarso Mazzoti eWildson dos Santos. Muitos deles fa-zem parte da comunidade de autoresque, assim como os organizadores, jáescreveram artigos para Química Novana Escola e alguns são inclusiveeditores associados desta revista.

Em seguida, primeiros leitores eleitoras com perfil próximo ao dopúblico-alvo tecem consideraçõesiniciais sobre os textos. Encontram-se,dessa forma, abertos os canais departicipação para todos nós, leitores eleitoras, nas conversas sobre ciência,ética e cultura no fazer em educação.A utilização da Internet no processo deprodução do livro e seu potencial co-mo veículo para o sonhado segundovolume — fruto das múltiplas conver-sações que certamente ocorrerão —indica a apropriação crítica da informá-tica para a construção de novas for-mas de pensar a relação escrita–leitura, ressaltando a originalidade efecundidade do livro que ora recomen-damos ao público.

O diálogo que se evidencia na es-trutura é perseguido, com sucesso, noconteúdo e na forma dos textos, pormeio dos quais somos levados a parti-cipar de discussões críticas sobretemas como currículo e políticas curri-culares, provisoriedade e falibilidadedas noções científicas, impacto dasnovas tecnologias sobre o papel e aformação docente, o diálogo entre lin-guagem científica e linguagem cotidia-na, problemas ‘da vida real’ e educa-ção, opções éticas, fazer científico eliberdade, entre outros, tratados emlinguagem clara, farta de exemplifica-ções. Ao final, encontramos uma ses-são “Para saber mais”, com sugestõesbibliográficas amplamente comenta-das.

A voz que une as diferentes vozesna tessitura do livro é uma que des-confia de discursos dogmáticos eautoritários, que clama pela iluminaçãoda ciência pela ética, que exorta àtransformação da educação em umprocesso voltado ao resgate da cida-dania e ao desafio das exclusões. É aesse coro de vozes que somos convi-dados a unir as nossas. Vale a penaaceitarmos o convite!

(Ana Canen, professora adjunta daFaculdade de Educação da UFRJ)

Ciência, ética e cultura na edu-cação. CHASSOT, Attico & OLIVEIRA,Renato José de (orgs). São Leopoldo:Unisinos, 1998. ISBN 85-85580-83-6.

Referências bibliográficasBACHELARD, Gaston. Études.

Paris: J. Vrin, 1970.________. A formação do espírito

científico. Tradução de Estela dosSantos Abreu. Rio de Janeiro: Contra-ponto, 1996.

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DENIAL, M.J., DAVIES, L., LOCKE,A.W., REAVY, M.E. Investigating chem-istry. 2. ed. Londres: Heineman Edu-cational Books, 1985.

GLEISER, Marcelo. A dança douniverso: dos mitos de criação ao BigBang. São Paulo: Companhia dasLetras, 1997.

KOTZ, John C. e TREICHEL, PaulJr. Chemistry & chemical reactivity. 3.ed., EUA: Saunders College Publi-shing, 1995.

MORTIMER, Eduardo F. e AMARAL,Luiz Otávio F. Quanto mais quente me-lhor: calor e temperatura no ensino determoquímica. Química Nova na Es-cola, n. 7, p. 30-34, mai. 1998.

PAPP, Desiderio e PRELAT, Carlos.E. Historia de los principios fundamen-tales de la química. Buenos Aires: Es-pasa, 1950.

Livros didáticos citados

BRADY, James E. General chemis-try: principles and structure. 5. ed. NovaYork: John Wiley & Sons, 1990.

FELTRE, Ricardo. Fundamentosda química. 2. ed., São Paulo: Moder-na, 1996.

NABUCO, João R. da Paciência eBARROS, Roberto Viseu de. Físico-química. Rio de Janeiro: Ao Livro Téc-nico, 1989.

NOVAIS, Vera L. Duarte de. Físico-química. São Paulo: Atual, 1982.

Para saber mais

ROSMORDUC, Jean. Uma históriada física e da química: de Tales a Eins-tein. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 1988.

Esse livro é uma importante fontede consulta para quem deseja co-nhecer com mais detalhes a históriada termodinâmica.