tese exemplo

DEPARTAMENTO DE QUMICA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Metais e Ligas Metlicas Uma abordagem experimental no secundrio

Tese de Mestrado em Qumica para o Ensino

Graa Maria Meireles de Carvalho e Silva

Junho de 2007

Mestrado Qumica para o Ensino Departamento de Qumica da Faculdade de Cincias da Universidade do Porto

Graa Maria Meireles de Carvalho e Silva

Metais e Ligas Metlicas Uma abordagem experimental no Secundrio

DISSERTAO SUBMETIDA FACULDADE DE CINCIAS DA UNIVERSIDADE DO PORTO PARA OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM QUMICA PARA O ENSINO

DEPARTAMENTO DE QUMICA | FACULDADE DE CINCIAS DA UNIVERSIDADE DO PORTOORIENTADOR | PROFESSOR DOUTOR ANTNIO FERNANDO SOUSA DA SILVA CO-ORIENTADOR | PROFESSOR DOUTOR DUARTE COSTA PEREIRA JUNHO 2007

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AGRADECIMENTOSEste trabalho marca um trajecto construdo ao longo dos anos e concretizado no desenvolvimento desta temtica. O desenvolvimento deste trabalho deve-se, em muito, superviso do Professor Antnio Fernando Silva que, no s deu a sua orientao cientfica, como foi acompanhando e estimulando a maturao da conscincia profissional. Outros contributos relevantes que se registam so os do Professor Duarte Costa Pereira e do Professor Joaquim Gis, este da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. O apoio e acompanhamento da Doutora Isabel Rocha nos ensaios das actividades experimentais foram essenciais para garantir o rigor deste trabalho. O trabalho desenvolvido na Escola Secundria Alexandre Herculano deveu-se boa colaborao de alguns docentes e do Conselho Executivo. Agradeo tambm empresa Southern Peru que autorizou a utilizao da informao on-line da empresa e aos responsveis do site http://nautilus.fis.uc.pt/, por autorizar a utilizao de desenhos da sua Tabela Peridica. Outras pessoas apoiaram e contriburam na leitura do trabalho e nas sugestes apresentadas. O apoio desses colegas e familiares foi fundamental.

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RESUMOOs novos programas do ensino secundrio trazem temas motivadores virados para os contextos sociais em vez de salientar os contedos. Os metais marcam, como sempre marcaram, pontos importantes na vida do Homem. A anlise deste tema e as aprendizagens envolvidas neste processo representam um desafio para o professor. Este trabalho teve dois trajectos. Numa primeira instncia, teve uma reflexo sobre como utilizar este tema numa perspectiva do ensino que temos e dos alunos que ainda temos. A anlise metodolgica vlida neste tema mas tambm o para o ensino secundrio em geral, numa perspectiva do ensino da cincia. Num segundo trajecto, procuramos um desenvolvimento que representasse uma forma diferente de abordar este tema. Esta diferena importante porque os alunos esto numa fase dos seus estudos em que o seu trajecto futuro importante. As actividades prticas foram pensadas com a finalidade de desenvolver competncias mas, para isso, no tivemos preocupao com o tempo disponvel nem com o tamanho do curriculum. So propostas actividades diversas com vrias opes de utilizao mas com a salvaguarda de dois aspectos relevantes: trabalhar em segurana e desenvolver a responsabilidade social. O trabalho principal foi realizado com a clula de Hull. Trata-se da adaptao de uma clula existente para o estudo da electrodeposio ao nvel industrial. Procurou-se esgotar todas as vertentes pedaggicas do processo. Os aspectos qualitativos e quantitativos foram considerados. O trabalho teve uma aplicao parcial na Escola Secundria Alexandre Herculano, com o desenvolvimento de um projecto no mbito do Cincia Viva. O impacto do trabalho, em termos subjectivos, foi positivo.

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ABSTRACTOne of the new themes for secondary school is Metals. The scoop in such programs is on the context and in the social importance. Metals are and have been very important to society so the study of this subject is a great challenge to a teacher. In this work, we follow two steps: first, we thought about the interest to the young students we still have. Looking for teaching methods and reflect about the emerging changes is always relevant. We had to look to the way we teach and the students learn; we look an alternative to approach this subject. This is quite important because the students are on the edge for their options. The experimental work we choose intent to develop the students skills, but they dont reflect the time available on this curriculum. We propose different activities to apply to different option of use but always thinking on two aspects, safety and social responsibility. Most work activity explores the use of a Hull cell, usually used to investigate the electroplating condition on industry. We look upon all the pedagogic developments and considerer the quality and quantities results. Also, we applied this study on the secondary school Alexandre Herculano, with the development of a Cincia Viva project. The impact was positive, for as much as we could see.

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NDICERESUMO ................................................................................................................. iv ABSTRACT .............................................................................................................. v SIGLAS E ABREVIATURAS ..................................................................................... x GRANDEZAS E UNIDADES ..................................................................................... x Captulo I ................................................................................................................. 1 1. Introduo............................................................................................................ 2 1.1. Contextualizao Geral do Tema .................................................................. 2 1.2. Identificao do Tema ................................................................................... 2 1.3. Objectivos ..................................................................................................... 3 1.3.1. Objectivos do Trabalho Investigativo ...................................................... 3 1.3.2. Objectivos de Trabalho Operacional ...................................................... 4 1.4. Plano Geral da Dissertao .......................................................................... 5 Captulo II ................................................................................................................ 7 2. Reviso da Literatura ........................................................................................... 8 2.1. As Reformas Curriculares ............................................................................. 8 2.1.1. As Reformas Curriculares em Portugal .................................................10 2.1.2. A Qumica no Ensino Secundrio ..........................................................11 2.1.2.1. O Ensino da Qumica em Cincias e Tecnologias ......................12 2.1.2.2. Os Cursos Tecnolgicos e Profissionais.........................................13 2.1.2.3. A Qumica no 12 ano do Ensino Secundrio .................................14 2.2. A Didctica da Qumica ................................................................................15 2.2.1. Ensino experimental/CTSA ...................................................................15 2.2.2. Ensino por competncias ......................................................................17 2.2.3. Concepes alternativas e ensino experimental....................................18 2.2.4. Trabalho Prtico e Estudo de Casos .....................................................20 Captulo III ..............................................................................................................21 3. Os Metais ...........................................................................................................22 3.1. Metalurgia dos Metais ..................................................................................22 3.1.1. Introduo histrica ...............................................................................22 3.1.2. Aspectos geolgicos .............................................................................24 3.1.3. A Srie Electroqumica ..........................................................................25 3.1.4. Metalurgia do Cobre ..............................................................................29 3.1.5. Metalurgia do Alumnio ..........................................................................32 3.1.6. Metalurgia do Ferro ...............................................................................38Graa SilvaPgina vi


3.2. Electrlise Fundamentos ...........................................................................40 3.2.1. As Leis da Electrlise ............................................................................41 3.2.2. Electroquimica Industrial .......................................................................44 3.2.2.1. Electrlise do Cloreto de Sdio ......................................................45 3.2.2.2. Electrlise do Cloreto de Zinco .......................................................47 3.3. Ligas Metlicas ............................................................................................48 Captulo IV ..............................................................................................................53 4. Explorao do Tema ...........................................................................................54 4.1. Actividades Experimentais Propostas ..........................................................54 4.1.1. Actividades Prticas de Explorao ......................................................54 4.1.1.1. Alquimia do Ouro ............................................................................55 4.1.1.2. Propriedades dos Metais ................................................................55 4.1.1.4. Rasgar o Alumnio duma Lata de Refrigerante ...............................56 4.1.1.5. Uma Electrlise Colorida ................................................................57 4.1.1.6. Electrlise do Cloreto de Zinco .......................................................57 4.1.1.7. Anodizao do Alumnio .................................................................58 4.1.2. Actividades Experimentais Desenvolvidas Purificao do Cobre........59 4.1.2.1. Construo da Clula de Hull .........................................................62 4.1.2.2. Ensaios com a Clula de Hull .........................................................63 4.1.2.3. Ensaios com dois Ctodos .............................................................67 4.1.2.4. Resultados da electrodeposio .....................................................68 4.1.2.5. Aplicaes da Electrodeposio .....................................................69 4.2. Visitas de Estudo .........................................................................................71 4.2.1. Visita a uma Mina ..................................................................................71 4.2.2. Visita a uma Galvanoplastia ..................................................................73 4.3. Aplicao ao Ensino: o Cincia Viva na E. S. A. H. ..................................74 4.4. Recursos disponveis on-line .......................................................................76 Captulo V ...............................................................................................................79 5. Aspectos Finais ..................................................................................................80 5.1. Concluses ..................................................................................................80 5.2. Recomendaes e Sugestes .....................................................................81 6. Bibliografia ..........................................................................................................83 ANEXOS ................................................................................................................87

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NDICE DE FIGURASFigura 1 A relao das memrias na sua construo....................................................19 Figura 2 Ustulao de minrio ......................................................................................23 Figura 3 Moedas da Idade Mdia..................................................................................23 Figura 4 Mina de Neves do Corvo (viso geral) ............................................................29 Figura 5 Alguns minerais da mina .................................................................................29 Figura 6 Sequncia do processo industrial Tambm pode ser visualizado numa animao flash da Southern Peru ............................................................................30 Figura 7 Esquema da electro-refinao do cobre ..........................................................31 Figura 8 Contaminao das gua na Mina de S. Bernardo, a Aljustrel..........................32 Figura 9 Esquema do processo Bayer ..........................................................................33 Figura 10 Esquema da electrlise do alumnio..............................................................34 Figura 11 Mapa das empresas de produo de alumina (azul) e do alumnio (rosa) na Europa .....................................................................................................................35 Figura 12 Esquema de funcionamento do alto forno .....................................................38 Figura 13 Esquema geral da electrlise em que se deposita um metal .........................41 Figura 14 Electrlise do cloreto de sdio fundido ..........................................................46 Figura 15 Electrlise do cloreto de zinco.......................................................................47 Figura 16 Anlise da importncia dos materiais para a Sociedade no tempo................48 Figura 17 Moeda dourada obtida ................................................................................55 Figura 18 e 19 Manuseamento do bico de Bunsen pelos alunos ..................................56 Figura 20 Electrlise duma soluo de cloreto de sdio ...............................................57 Figura 21 Electrlise em que se utiliza 2 elctrodos de alumnio ..................................58 Figura 22 Aspecto do alumnio anodizado ....................................................................58 Figura 23 Medidas padro da Clula de Hull ................................................................61 Figura 24 Esquema da clula de Haring-Blum ..............................................................61 Figura 25 Do projecto clula ......................................................................................62 Figura 26 Montagem utilizada para o estudo com a clula de Hull................................63 Figura 27 Resultados iniciais: (a) para potencial de 5,0V (b) com e de 1,0V .................64 Figura 28 Resultado com gelatina (a) e com ureia (b) e respectivo nodo (c) ...............64 Figura 29 Electro-refinao do cobre durante 20 minutos .............................................65 Figura 30 Elctrodo de cobre com desgaste maior esquerda ....................................65 Figura 31 Ctodo de alumnio .......................................................................................66 Figura 32 Elctrodo de ao com depsito de cobre ......................................................66Graa SilvaPgina viii


Figura 33 O elctrodo de zinco dentro da clula ...........................................................67 Figura 34 Montagem para a utilizao de 2 ctodos .....................................................67 Figura 35 Aspecto dos ctodos aps 20 minutos de electrlise ....................................68 Figura 36 Deposio de cobre ao fim de 20 minutos ....................................................69 Figura 37 Obteno de uma placa de lato revestida com cobre ..................................69 Figura 38 Viso geral da mina ......................................................................................72 Figura 39 e 40 Alunos do curso tecnolgico no laboratrio ...........................................74 Figura 41 Aplicao do indicador de couve-roxa...........................................................75 Figura 42 Aplicao da electrlise na obteno duma medalha .................................75 Figura 43 A alquimia do ouro ........................................................................................75 Figura 44 Electrlise do cloreto de sdio ......................................................................99 Figura 45 Electrlise do cloreto de zinco.....................................................................102 Figura 46 Esquema da electrlise para anodizao do alumnio.................................106 Figura 47 Esquema da electrlise com a clula de Hull ..............................................111 Figura 48 Distribuio das Minas existentes em Portugal ...........................................114

NDICE DE TABELASTabela 1 Abundncia relativa de elementos terrestres..................................................24 Tabela 2 Caracterizao dos aspectos nativos dos metais na Crusta Terrestre ...........25 Tabela 3 Srie reactiva estruturada segundo os potenciais de reduo........................26 Tabela 4 Densidade de corrente da reaco de formao de hidrognio em H2SO4 1 mol.dm-3 ...................................................................................................................44 Tabela 5 Parmetros de processos de electro-refinao ..............................................59 Tabela 6 Resultados obtidos com elctrodos Cu|Cu e com d.d.p. aplicada de 1V ........64 Tabela 7 Resultados experimentais da electro-refinao ..............................................66 Tabela 8 Electrodeposio de cobre em CuSO4 0,75M em H2SO4 2M..........................67 Tabela 9 Resultados da electrlise com 2 ctodos .......................................................68 Tabela 10 Condies de electrodeposio ...................................................................68 Tabela 11 Resultados da electrodeposio do cobre ....................................................69

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SIGLAS E ABREVIATURASAS Nvel de estudos em Inglaterra equivalente ao ensino secundrio CHEM Chemistry CTS Cincia, Tecnologia e Sociedade CTSA Cincia, Tecnologia, Sociedade e Ambiente DES Department of Education and Science, USA EUA Estados Unidos da Amrica, igual a USA NSF National Science Foundation, USA NSTA National Science Teachers Association, USA PISA Programme for International Student Assessment PFC Polifluorocarboneto SALTERS Science on Social Context Advanced Learning Program for Teachers and Educators Resources (s) slido (l) lquido (g) gasoso (aq) aquoso

GRANDEZAS E UNIDADESA ampere A.cm-2 amperes por centmetro quadrado atm atmosfera cm centmetro mA miliampere mA.cm-2 miliampere por centmetro quadrado mol.dm-3 = M mole por decmetro cbico Km quilmetro KWh quilowatt-hora ppm partes por milho V volt C grau celsius Eox/red potencial padro de um par oxido-redutor

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Ecel potencial padro da clula F nmero de Faraday = 9,65 x 104 coulomb por mole I intensidade de corrente i0 densidade de corrente de permuta R resistncia (ohm)

sobretenso, o desvio entre o potencial experimental e o potencial deequilbrio para a soluo considerada. V=i.R q=

I dt

carga transportada num intervalo de tempo

mX =

MX I dt determinao da massa depositada pela passagem de carga q nF

G = - n.F.Ecel relao entre a energia de Gibbs e o potencial de uma clulap = mproduto mreagente .consumidoq

100% rendimento material

=

(m n F ) / M X

100% eficincia de corrente

mX =

IM t M massa de metal depositado nF

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CAPTULO I

1. Introduo

1.1. Contextualizao Geral do Tema 1.2. Identificao do Tema 1.3. Objectivos 1.4. Plano Geral da Dissertao

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1. Introduo1.1. Contextualizao Geral do TemaO tema deste trabalho, Metais e Ligas Metlicas, ocorre no novo programa de Qumica do 12 ano do ensino secundrio e tambm no programa B do 11 ano. Trata-se de um tema importante na Reforma Curricular em curso que se pode caracterizar por uma componente tecnolgica importante, que salienta a importncia de se inserirem os contedos da cincia na realidade da vida actual. Esta caracterstica um factor motivacional relevante para alunos da rea tecnolgica e do 12 ano, e, j que uma disciplina opcional, pode ser razo para os alunos a escolherem. Porm, como se trata de uma escolha, necessrio desenvolver tambm actividades para fora do espao sala de aula, para transmitir comunidade escolar a mensagem de que a Qumica no apenas uma opo, antes representa uma verdadeira mais-valia nos curricula da sua escola. De facto, vivemos um novo e grande desafio no ensino da Qumica: no basta continuar a utilizar o ensino clssico, mesmo que tenha uma boa componente experimental, necessrio ser mais verstil, ir alm dos conceitos e desenvolver aspectos tecnolgicos e de aplicao. A criao de recursos que permitam trabalhar de modo inovador importante e s numa reflexo investigativa se torna possvel desenvolver um projecto que se revela bastante complexo. Esperemos que possa contribuir para ser o sucesso dos alunos e inverter o abandono da qumica, que se regista actualmente.

1.2. Identificao do TemaNo 12 ano, o tema Metais e Ligas Metlicas tem uma primeira parte introdutria com a mesma designao onde se aborda a importncia de alguns metais e a sua caracterizao na Tabela Peridica e propriedades coligativas. So revistos alguns dos conceitos aprendidos nos anos anteriores. A segunda parte aborda as questo de degradao e proteco dos metais, ou seja, estuda-se as reaces de oxidao-reduo e as suas aplicaes tpicas. Na terceira parte, Metais, Ambiente e Vida, abordam-se as questes de extraco mineira e estudam-se as reaces de complexao para justificar a diversidade de cores que se obtm com ies metlicos. Estudam-se os metais no organismo humano abordando questes de toxicidade, de transporte e de efeito tampo.

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D-se relevncia s reaces cido-base, num contexto complexo. Finalmente, a quarta parte aborda a questo do uso dos metais como catalisadores, aplicado a fenmenos da vida e aplicado a fenmenos industriais. Na verdade, um tema muito vasto que nos permite equacionar novos percursos com enquadramentos mais dirigidos aos possveis percursos dos alunos. Atendendo a que se pretende desenvolver essa aprendizagem em contexto, pode-se estudar os metais fazendo uma abordagem mais do tipo industrial, isto , explorando as questes de minerao, processamento, proteco e reciclagem; ou fazer uma abordagem mais biolgica, analisando o papel dos metais nos sistemas de suporte de vida, sua metabolizao e toxicidade. A primeira abordagem tem grande interesse para os alunos vocacionados para as engenharias e actividades tecnolgicas, portanto com aspectos comuns ao tema em Fsica e Qumica B do 11 ano, e a segunda abordagem tem todo o interesse para os alunos com inclinao para as cincias da sade. Os contedos so igualmente abordados e no parece ser necessrio dar tudo a todos, antes parece ser uma sobrecarga. Neste estudo pretendemos desenvolver alguns percursos segundo a primeira perspectiva, a abordagem industrial. No temos a preocupao de percorrer exaustivamente os contedos desse tema, do currculo do 12 ano, pois interessa mais analisar novas exploraes com relevncia e actualidade, do que cumprir um percurso, que j foi escrito nas Orientaes Curriculares.

1.3. Objectivos1.3.1. Objectivos do Trabalho Investigativo1. Adquirir conhecimentos sobre o tema Metais e Ligas Metlicas tanto no

aspecto cientfico como no tecnolgico e ambiental. 2. Analisar o trabalho e a experincia existente nas diferentes situaes escolares e

caracterizar os seus sucessos e fracassos. 3. Conhecer a relevncia dos processamentos industriais e como isso afecta a

nossa sociedade e ambiente. 4. Realizar um trabalho transversal de modo a conseguir, com sucesso, a

integrao deste novo tema, a partir dos contextos envolvidos.

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1.3.2. Objectivos de Trabalho Operacional

Este trabalho teve aplicao na Escola Secundria Alexandre Herculano, no mbito do Projecto Cincia Viva, de onde recebeu financiamento prprio. Para isso, fez-se algum trabalho exploratrio com a colaborao de uma turma do 11 ano B. Deveria realizar-se tambm a explorao nas aulas de Qumica do 12 ano mas isso no foi possvel pois no abriu uma turma de Qumica. Devido aos critrios aplicados na nova reforma, esta disciplina est condenada a desaparecer, se no se fizer alguma coisa para inverter esta tendncia. Nestas actividades pretendeu-se: 1. Explorar situaes motivadoras para de aprendizagem dos alunos. 2. Estudar as propriedades dos metais e ligas que indiciam o interesse social deste tema. 3. Obter metais sobre a forma de filme ou camadas, por via qumica e por via galvanosttica. 4. Reconhecer / demonstrar a relao quantidade / espessura propriedades para utilizao que demonstram a poupana de recursos. 5. Identificar as diversas fontes de metais, salientando a utilizao da reciclagem como componente relevante na poupana de recursos. 6. Demonstrar a necessidade de passos intermdios de converso das diversas fontes de metais (mineral; metal; sal metlico; metal). 7. Elaborar protocolos de execuo experimental para a sala de aula e para o laboratrio, apoiados numa perspectiva social, as relaes e os objectivos a atingir em cada utilizao.

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1.4. Plano Geral da DissertaoO presente trabalho de investigao foi estruturado em cinco captulos. O primeiro captulo faz a contextualizao e apresentao do estudo realizado. No segundo captulo faz-se uma anlise dos percursos educativos em qumica, quer em Portugal, quer no estrangeiro, para procurar explicar o progresso realizado, as dificuldades encontradas e as razes de procurar novos enquadramentos da aprendizagem. O terceiro captulo descreve contextos de estudo dos metais e suas ligas. Comea por uma descrio histrica e descreve todo o percurso de obteno do metal, purificao e proteco, centrando-se em trs dos metais mais importantes da actualidade: cobre, alumnio e ferro. Procuramos encontrar situaes que representem a actividade industrial em Portugal. A, fizemos a ligao a situaes concretas do captulo quarto para criar uma dinmica prpria de uma aprendizagem interessante. No quarto captulo expomos um conjunto de recursos que foram seleccionados durante este estudo e que consideramos teis neste contextos. Nesse sentido, fez-se a sua descrio, salientando a sua utilidade e modo de obteno: traduo e/ ou

adaptao e explorao prtica. Podem ser utilizados tal como se apresentam ou seleccionar e utilizar segundo a disponibilidade de tempo e do local onde se lecciona. Fizemos tambm a descrio do trabalho realizado na Escola Secundria Alexandre Herculano durante este estudo pois fez-se um protocolo de colaborao que contou com o financiamento do Cincia Viva. O quinto captulo encerra este trabalho com as concluses que se obtiveram do trabalho de investigao, as limitaes do trabalho de campo e lana ideias para continuar a desenvolver o tema. Os documentos de trabalho produzidos, com utilidade directa para a sala de aula, foram colocados em anexo. Este trabalho um estudo com uma mistura da componente didctica e cientfica. , na realidade, uma descrio exacta daquilo que o professor do secundrio deve fazer constantemente, na preparao das aulas de cada ano escolar.

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CAPTULO II

2. Reviso da Literatura

2.1. As Reformas Curriculares 2.2. A Didctica da Qumica

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2. Reviso da LiteraturaAo colocar o tema Metais e Ligas Metlicas no incio do novo programa de Qumica do 12 ano, d-se incio a uma abordagem da qumica no secundrio de um modo bem diferente do que habitual. A obteno de metais foi um ponto de viragem na evoluo do Homem. Pode mesmo dizer-se que foi um dos pilares do seu desenvolvimento, criando as primeiras profisses, em minerao e em fundio. Hoje, aps grande evoluo cientfica e tecnolgica, continuamos a depender da existncia de metais para a criao de novos materiais, explorao de novas combinaes, produo de novas ligas e novas aplicaes. Acresce, tambm, que o aumento das necessidades de materiais nos coloca na situao de promover a responsabilidade social dos cidados para promover a reciclagem eficaz dos metais que, obviamente, podem esgotar. Este um contributo fundamental para o designado desenvolvimento sustentvel. Nesta perspectiva, temos tambm necessidade de reflectir sobre a melhor abordagem de ensino/aprendizagem, pois, as alteraes curriculares previstas parecem ser mais exigentes mas h menos tempo para a explorao dos temas. Alm disso, uma reforma precisa ser bem explicada para ter resultados operacionais relevantes. Questiona-se o modo como e o porqu desta mudana e como realar os aspectos vlidos da reforma. Perceber o porqu e como a nossa sociedade atinge este ponto, uma necessidade pedaggica importante. A formao cientfica e social aqui observada para sugerir percursos de aprendizagem aberta sem preocupaes de contedo relevante.

2.1. As Reformas CurricularesA formao de futuras geraes uma das aces fundamentais no desenvolvimento de um pas. No sculo XX ocorreu a massificao da educao e as Escolas entraram em ciclos de Reformas para ajustamento s necessidades sociais e das naes. E assim se faz o percurso para a educao em cincia para todos (Galvo, 2006). As grandes mudanas comearam no final da 2 Guerra Mundial, com a estruturao das Reformas Curriculares necessrias para actualizar o conhecimento que se desenvolveu extraordinariamente durante a guerra. Na organizao dos programas contribuiu notoriamente o livro de R. Tyler (1949) que introduziu nos EUA o uso de

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objectivos, estabelecer e executar experincias de aprendizagem, avaliao. Em 1956, lanado o primeiro satlite, Sputnik, pela Unio Sovitica, o que revela a necessidade de melhorar significativamente o conhecimento cientfico dos cidados do mundo ocidental. So lanados novos programas nas vrias reas pela National Science Foundation (NSF - EUA), em que se procura incentivar um ensino mais activo. Interessava o domnio das ideias fundamentais implicando tambm o desenvolvimento de atitudes cientficas. Em Inglaterra, desenvolveu-se o trabalho laboratorial e a aprendizagem por descoberta, por influncia das ideias de Kerr (Galvo, 2006), sendo que, nos Estados Unidos, se faz a aplicao desta educao, por Dewey (Galvo, 2006). Em Inglaterra o Projecto Nuffield (www.nuffieldcurriculumcentre.org/), que seguiu a escola optimista desenvolveu programas para os diferentes nveis de ensino, elaborados por cientistas em que se procurava the best person for the job. Em consequncia, aumentou a sensibilidade do pblico para a cincia e os seus efeito na sociedade mas tambm apareceram novas perspectivas e inmeras crticas,

particularmente por se favorecer o elitismo. Efectivamente, algumas inovaes no foram bem aceites e a avaliao dos planos educativos veio mostrar que se praticava nas escolas um ensino de qualidade deficiente e pouco competitivo (A Nation in Risk, National Commission on Excellence in Education, 1983) em relao s novas economias emergentes. Em 1985, o Department of Education and Science (DES EUA) passou a defender a introduo dos mtodos da cincia no ensino dos alunos, como sendo o principal valor educativo da cincia e, portanto, a principal caracterstica da educao em cincias, realando a importncia do trabalho laboratorial orientado para a resoluo de problemas, (Galvo, 2006). O envolvimento da cincia, tendo em conta a sua integrao social e o conceito de cincia para todos, desenvolveu a perspectiva CTS, Cincia, Tecnologia e Sociedade. A educao cientfica faz parte da cultura da nossa sociedade e constitui um factor de sobrevivncia da sociedade pois tem de resolver problemas prticos no quotidiano. Surgem novos currcula no Reino Unido, Science in Social Context, Salters (http://www.york.ac.uk/org/seg/salters/chemistry/), suportado pelas

Universidades de York, Oxford e Cambridge. Estas reformas baseiam-se no apelo social defendido por Solomon, Hund, Watts & Gilbert, Fensham (Galvo, 2006). No incio dos anos 90, a National Science Teachers Association, NSTA, nos EUA, criou um conjunto de princpios e linhas orientadoras para o ensino das cincias e sua avaliao: National Science Education Standards, 1996. Procura-se aproximar o ensino das cincias para todos os alunos de todas as idades. Afirma-se que a aprendizagem

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deve ser um processo activo e reflectir as tradies e cultura da sociedade. A cultura cientfica importante na a sobrevivncia da sociedade actual. Por isso, d-se nfase a questes ambientais, nomeadamente, chuvas cidas, aquecimento global, a camada de ozono. A literacia cientfica e o conhecimento da cincia surgem como ideias fundamentais. Pretende-se valorizar a compreenso dos conceitos cientficos e as competncias investigativas. Os aspectos relevantes desses Standards podem ser resumidos a: Os doze anos de escolaridade esto divididos em 3 ciclos uniformes de 4 anos; Em cada ciclo desenvolve-se o mesmo conjunto de competncias mas em diferentes nveis e com possibilidade de se ajustarem a cada aluno; A formao adequada dos professores a primeira prioridade do programa e o tempo destinado a cada cincia, a segunda; Incentivo ao desenvolvimento do ensino com colaborao transversal e

interdisciplinar, particularmente na adequao dos ritmos de aprendizagem ao desenvolvimento matemtico dos alunos; A existncia de um perodo probatrio com fornecimento de equipamento adequado s escolas e de uma comisso de acompanhamento de todo o processo; Incentivo concretizao de parcerias entre diversas instituies para implementar actividades de desenvolvimento dos novos standards.

2.1.1. As Reformas Curriculares em PortugalNos ltimos 50 anos, ocorreram, em Portugal, trs Reformas Curriculares e uma reorganizao curricular (Galvo, 2006). A primeira reforma foi nos anos 40. A segunda ocorre nos anos 70 e ficou conhecida como a Reforma de Veiga Simo. a partir daqui que ocorre a massificao do ensino. A terceira ocorre nos anos 90, aps a publicao da Lei de Bases do Sistema Educativo (1986). A reorganizao curricular comea no ano 2000, pelo ensino bsico. O estudo da Qumica foi reformado em Portugal pela Fundao Calouste Gulbenkian, aplicando o CHEM Study (1959). A reforma de Veiga Simo levou produo de novos programas nas vrias cincias, elaborados pelo professor Rmulo de Carvalho. Os ciclos das reformas em Portugal no tiveram paralelo com as Reformas nos EUA ou Inglaterra. Nos anos 40, o ensino da cincia era associado sua aplicao imediata pelo que se desenvolveram disciplinas prticas com a finalidade especfica de formar tcnicos qualificados. Com a reforma dos anos 70, procurou-se dar maior nfase

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aos processos cientficos, em especial dimenso substantiva da cincia. O programa estava centrado numa pedagogia por objectivos, mas tinha bastantes inconsistncias na sua aplicao porque valorizava mais os comportamentos finais que os processos cognitivos. Na reforma dos anos 90 valorizou-se o trabalho laboratorial, com a criao de disciplinas de Tcnicas Laboratoriais dando relevo componente tcnica e experimental, separada da componente cientfica, com avaliao discriminada. O desenvolvimento do mtodo cientfico segue uma metodologia designada POE, prev, observa e explica (Gunstone, 1991, Galvo, 2006). Pretende-se utilizar as actividades laboratoriais para confrontar as pr-concepes dos alunos e, num ciclo conceptual dinmico, fazer a aquisio progressiva de concepes mais cientficas. Na prtica, o trabalho experimental era valorizado, mas nem sempre aplicado e o seu uso apenas servia para confirmar ou demonstrar conceitos apresentados, no se desenvolveram actividades de mudana conceptual, considerada necessria. No final da dcada de 90, iniciou-se uma reviso participada dos currcula, o que originou a reorganizao curricular actual. Alguns professores foram chamados a reflectir sobre o programa das cincias e sobre o processamento das aprendizagens. Procurouse assim encontrar Orientaes Curriculares (Mateus, 1999) que desenvolvam a literacia cientfica dos jovens e o desenvolvimento de competncias no domnio substantivo, processual e epistemolgico. Esta nova perspectiva curricular parece estar em sintonia com as linhas propostas internacionalmente para o ensino das cincias. Desenvolve a participao activa dos alunos e a inter-relao Cincia, Tecnologia, Sociedade e Ambiente. A leitura atenta dos processos desenvolvidos pode, porm, questionar alguns dos resultados, ou todo o processo, se observarmos os resultados das avaliaes (Pedrosa, 1999). Na realidade, as escolas no perceberam o que se passou neste processo, por falta de debate com os autores da mudana. Actualmente, os currcula de cincias no Reino Unido esto de novo em mudana, estando a decorrer j, desde Setembro de 2006, um perodo probatrio para um novo programa concebido segundo uma nova perspectiva.

2.1.2. A Qumica no Ensino Secundrio

O ensino da Qumica foi, e ser sempre um ensino experimental. A Escola Secundria Alexandre Herculano, o primeiro liceu portugus construdo de raiz, celebrou 100 anos de existncia e, no seu edifcio, tem dois laboratrios de Qumica que

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continuam operacionais; a Escola Secundria Filipa de Vilhena tem 60 anos de existncia no actual edifcio e mantm um laboratrio de Qumica de raiz ainda operacional. Nas duas escolas os laboratrios continuam em actividade praticamente nos moldes em que foram concebidos. So provas da necessidade do ensino experimental, mas colocam-nos a questo sobre o modo como se pratica, j que h falta de investimento na modernizao do equipamento, nem h adequao aos novos temas que se leccionam. Por outro lado, sendo as reas experimentais to vastas e pertinentes, estar adequado juntar a Fsica e a Qumica numa disciplina nica, como se de um nico currculo se tratasse? Para o desenvolvimento do nvel de secundrio, no seria mais produtivo e motivador para os alunos que estas cincias fossem leccionadas em separado, durante todo o ano? Seria uma forma de mostrar que cada cincia tem o seu valor intrnseco e objectivo bem definido. Poderiam tambm optar-se por associar a Qumica com a Biologia, ou a Fsica com Matemtica, ou Geologia com Geografia. tambm um processo mais coerente de contextualizar a aprendizagem e ensinar segundo a vocao / interesse dos alunos. Na realidade, a amlgama das cincias torna o currculo mais extenso, coloca presso nos professores para o seu cumprimento e deixa pouco espao de manobra para leccionar de forma criativa, com actividades diversificadas, motivadoras e cativantes que faam os alunos embrenhar-se no conhecimento e esquecer o tempo passado dentro da sala de aula (Matos, 2002). A presso colocada em alunos e professores para o cumprimento do programa , muitas vezes, factor de stress, de desencanto, de desinvestimento, pois este tempo nem sempre compatvel com as necessidades do aluno para assimilar e exercitar os conhecimentos leccionados. Estes aspectos so muito importantes para o professor e coloca desafios constantes: levar actividades diversas para todas as aulas, de modo a manter a motivao elevada. So aulas que exigem mais investimento, mais recursos didcticos, e, tambm, recursos materiais!

2.1.2.1. O Ensino da Qumica em Cincias e Tecnologias

O ensino experimental fundamental e a sensibilizao desde a mais tenra idade importante para que a cincia seja uma escolha interessante no secundrio. As competncias tcnicas e experimentais de laboratrio s se adquirem com vivncia de bastantes horas no laboratrio. Este conceito esteve na base da criao das disciplinas de Tcnicas Laboratoriais. No era raro os alunos de Tcnicas Laboratoriais de Qumica

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terem em casa um conjunto de materiais de laboratrio em que faziam algumas experincias para mostrar aos amigos alguns truques de magia. Hoje, nos Cursos Cientfico-Humansticos, a disciplina Qumica e Fsica uma opo no secundrio sem a componente tcnica, apenas com as prticas integradas. Alm disso, o aluno pode optar por no escolher a disciplina no 10 ano e j no frequenta essas opes no 12 ano. Ficam apenas dois anos para ensinar um currculo cada vez mais exigente. Esta alterao trouxe dificuldades acrescidas a alunos e professores dificultando os processos de aprendizagem. Basta olhar para os resultados dos exames de 11 ano para verificar isso mesmo. Os alunos podem mesmo evitar esta disciplina chegando Universidade com graves lacunas no seu conhecimento. Nunca se observou tal desfasamento as classificaes de exame colocaram, em geral, os alunos com menos 5 valores que a nota de frequncia. E sendo um exame para candidatura aos cursos superiores, as mdias de candidatura vo baixar drasticamente, alterando as expectativas de futuro para muitos jovens.

2.1.2.2. Os Cursos Tecnolgicos e Profissionais

Os cursos tecnolgicos surgiram como para responder a uma necessidade de quadros intermdios porque se abandonou o ensino tcnico de modo precipitado, aps a revoluo de Abril de 1974. A massificao do ensino trouxe um problema crucial no desenvolvimento do pas. As antigas escolas industriais foram totalmente convertidas em escolas do ensino geral, na execuo potica do plano de no discriminao das crianas pelo seu estatuto social. Independentemente do valor dessas razes, a existncia de quadros intermdios operacionais, na estrutura empresarial, fundamental para o desenvolvimento equilibrado da nao. E esse recurso tornou-se to escasso que hoje fundamental voltar a desenvolver a formao deste tipo de quadros. As escolas secundrias procuram diversificar a formao, at por uma questo de sobrevivncia, mas a oferta de cursos na rea de Qumica s existe em escolas profissionais. No se reconhece s escolas secundrias a capacidade de oferecer formao na rea da Qumica. Se observarmos os programas desses cursos, verifica-se que a que se lecciona as Tcnicas Laboratoriais que faziam parte dos currcula anteriores. Alis, qualquer professor duma escola bsica, por exemplo, pode ser colocado no ano seguinte numa escola profissional. A Qumica e a Fsica continuam a ser disciplinas nucleares do conhecimento. Mas o seu contributo para a Educao Tecnolgica no claro e no tem consequncia. No se compreende a obrigatoriedade de o aluno frequentar Fsica e Qumica B num curso

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tecnolgico de Informtica e, no fim desses dois anos, nem sequer ser sujeito avaliao externa. Os moldes em que se construiu o programa no representam uma adaptao satisfatria s caractersticas desses alunos. Toda a aprendizagem destes alunos parece ser vocacionada para as tecnologias e essa deveria ser a metodologia a privilegiar.

2.1.2.3. A Qumica no 12 ano do Ensino Secundrio

Se o contributo da Qumica na formao geral do secundrio baixo, no 12 ano aparece como complementar e de opo. Alm disso, no pode ser frequentada pelos alunos que no escolheram Fsica e Qumica no 10 ano, ou seja, a maioria. Traz uma componente tecnolgica interessante e importante mas, com o perfil dos currcula actuais, poucos alunos lhe resta. Na realidade, os alunos da rea Cincias e Tecnologias esto a um ano de entrar na Universidade e tm uma preocupao dominante: conseguir entrar no curso que pretendem. No h uma preocupao de melhor formao mas de melhor classificao. A formao dos alunos do 12 ano est reduzida a uma opo em cincias experimentais e uma rea Projecto. Esta aparece sem qualquer justificao curricular e sem qualquer preparao dos Docentes. O que temos como histrico, e, por isso, como nica formao, a rea-Projecto do 3 ciclo, a qual se tem baseado na anterior reaEscola, uma actividade de reconhecido fracasso em todo o sistema escolar. Urge pois, formar os professores na prtica de projecto e mesmo na ideia de cincia como projecto e objecto do conhecimento (Costa Pereira, 2007). Numa altura em que j se conjectura a possibilidade de criar um 13 ano, ter um 12 com trs disciplinas menosprezar completamente todo o esforo de formao que se faz no secundrio.

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2.2. A Didctica da QumicaO ensino da Qumica tem um percurso secular. A componente experimental representou sempre uma parte fundamental da aprendizagem, embora as aulas dos teatros universitrios fossem um local privilegiado de transmisso do conhecimento, segundo o modelo tradicional, bem definido por Hegel (Marques, 1999). O ensino experimental foi introduzido por Maria Montessori, no incio do sculo XX. O modelo comportamentalista de Skinner, desenvolvido nos anos 30, reflecte uma aprendizagem condicionada (Leite, 2001). Na mesma altura, surge o modelo cognitivista de Piaget que associa os processos biolgicos actividade de aprendizagem. Esse modelo reforado por Ausubel com a aprendizagem significativa. Este um modelo inovador pois coloca os estudantes a agir sobre a apreenso dos conceitos para alterar o meio envolvente e produzir novos resultados. Este modelo desvaloriza o papel da memorizao, referindo apenas a aprendizagem verbal dos conceitos. O papel do professor sobretudo o de mediador. O modelo culturalista de Brunner tem uma adeso considervel ainda hoje. Recebe a influncia de Piaget no desenvolvimento cognitivo, mas valoriza o mtodo da descoberta, utilizando as metodologias prprias da cincia. Outro contributo terico importante foi o dos conceitos de prontido e de aprendizagem em espiral, pois acredita que se pode ensinar cincia em qualquer idade simplificando, retomando-se os temas mais tarde para uma aprendizagem mais elaborada. O seu desenvolvimento, nos anos 60, despoletou a reforma do sistema educativo. Outros modelos que debatem os aspectos sociais e ticos da sociedade foram posteriormente desenvolvidos. A sua particular aplicao est na necessidade sentida pela comunidade em promover o desenvolvimento sustentvel. So disso exemplo os modelos da Educao Moral Integrada, de Quintana Cabanas e o Modelo da Comunidade Justa de Kohlberg (Marques, 1999).

2.2.1. Ensino experimental/CTSAA actualizao curricular em Qumica levou ao desenvolvimento de ligaes entre a Cincia, Tecnologia e Sociedade, mais tarde o Ambiente, sempre na procura da aceitao social. No Reino Unido, estes modelos so desenvolvidos no programa SALTERS (Burton, 1994) que define a formao para a Qumica como uma oportunidade de conhecer a realidade nacional e o papel fundamental da Qumica e das profisses activas do pas. O seu sucesso evidente nas avaliaes realizadas sobre a literacia

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cientfica (PISA 2000). Em Portugal seguiu-se esse modelo na reorganizao curricular iniciada em 2000. Podemos observar essas semelhanas nas Orientaes Curriculares de Qumica do 10 ao 12 ano. Na reviso participada dos currcula, (Mateus, 1999), promovida pelo Departamento do Ensino Secundrio em 1999, os professores chamados a reflectir sobre os novos programas e constituir uma comisso de acompanhamento local no foram preparados para isso no seu aspecto causal pois no h indcios de que conhecessem as reformas estabelecidas nos outros pases, em particular os de maior influncia na sua concepo, o Reino Unido. Realizaram um trabalho activo (Mateus, 2001) para desenvolver competncias cientficas e didcticas e estimular interdisciplinariedade mas, na realidade, o trabalho desenvolvido em campo foi considerado complexo e no houve consenso na caracterizao das actividades. O trabalho desenvolvido pelos professores ficou fechado em cada grupo disciplinar e a falta de tempo referida indicia o facto de no terem concludo o ciclo previsto. Saliente-se porm, que a maior abertura para o trabalho transversal veio do grupo de Qumica. Ora, se os professores tm dificuldade na implementao (Pedrosa, 1999), porque se deve utilizar o mesmo mtodo com os alunos? Procurou-se porm, aplicar o que se adquiriu aos alunos do secundrio. Os resultados foram bastante interessantes mas um aspecto metodolgico essencial esteve presente desde o incio: os alunos ficaram preocupados com falta de protocolo de trabalho laboratorial por razes de insegurana ligadas falta de conhecimentos prvios, e mostraram-se muito preocupados com o modo como seriam avaliados. Que podemos ento concluir? Os programas AS desenvolvidos no Reino Unido foram bem contextualizados na realidade nacional. Em Portugal no se fez o mesmo, no se procurou conhecer o pas e as suas necessidades para ensinar a Qumica que nos interessa e que se aplica na nossa realidade. Alm disso, o desenvolvimento de competncias deveria seguir um conjunto de metodologias com trs nveis: POE, ou seja, pergunta, observa, entende; Mudana conceptual, a ser desenvolvida de modo sistemtico com as aprendizagens do segundo/terceiro ciclo; e o desenvolvimento de

Competncias cientficas no ensino secundrio (Gardiner, 1998).A metodologia humanista que adopta a abordagem CTSA (Martins, 2002) uma abordagem interessante para o ensino das cincias e fcil de reconhecer a sua utilidade. Para explicar os resultados deste recurso deve-se procurar perceber a motivao deste desenvolvimento. Surge a necessidade de fomentar a responsabilidade social de cada cidado. Seguindo a abordagem Salters (Burton, 2000), podemos adaptar

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o programa realidade nacional mas falta colocar todo um equilbrio na construo deste conhecimento e dar um enquadramento realista. O currculo do secundrio bastante diferenciado dos ciclos anteriores, o que consistente com a tradio portuguesa, mas para atingir resultados, atendendo ao desenvolvimento cognitivo, actualmente bem conhecido, deveria pensar-se nas cincias de modo independente. Seria mais til separar a Fsica, Qumica, Biologia e Geologia para os alunos fazerem escolhas mais adequadas sua vocao e criar-se um plano de trabalho transversal mais consistente. Alis, seria mais produtivo do que ter uma rea Projecto nos termos que so j conhecidos; poderamos ter uma aplicao mais didctica e humanista atravs do registo curricular de um trabalho de voluntariado devidamente orientado. Neste tema estuda-se qumica do estado slido e das interfaces, apresenta uma grande diversidade e transversalidade. A electroqumica consegue reunir vrias cincias e engenharia, e aperfeioa competncias tcnicas, tanto no aspecto informtico como laboratorial. Podemos assim estudar temas pertinentes como nanopartculas,

electrodeposio, novos materiais / ligas e clulas de combustvel.

2.2.2. Ensino por competnciasO trabalho do professor precisa de ser transformado pois valoriza-se mais o trabalho em equipa e por projectos, a promoo da autonomia e responsabilidades crescentes, uso de pedagogias diferenciadas, e a centralizao sobre situaes de aprendizagem. Segundo Perrenoud (1997), o uso das competncias emergentes desde a formao inicial, contribuem para a luta contra o fracasso escolar e desenvolvem a cidadania e enfatizam a prtica reflexiva. Significa que se pretende ensinar a utilizar o conhecimento, em vez de apenas aumentar o conhecimento. E isto no significa que se avalias as competncias, antes reflecte-se sobre o seu uso. So propostas dez aces para o desenvolvimento das competncias: 1) organizar situaes de aprendizagem; 2) promover a progresso das aprendizagens; 3) conceber e evoluir nos dispositivos de diferenciao; 4) envolver os alunos na aprendizagem e no seu trabalho; 5) trabalhar em equipa; 6) participar na administrao da escola; 7) informar e envolver os pais; 8) utilizar novas tecnologias; 9) enfrentar os dilemas ticos da profisso; 10) promover a gesto da prpria formao continua. O programa de Qumica do secundrio fala em alcanar competncias. No entanto, esta noo misturada com os saberes e no esclarece a sua aplicao. No claro o significado das competncias e o que se vai avaliar. A impresso que d a de grande

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dimenso da aprendizagem com pouco contedo significativo. Ora, isso pode criar a sua inoperabilidade. Vejamos pois, o que nos diz o programa de Qumica 12 ano: A dimenso dos saberes inclui: (1) competncias de contedo (conhecimento declarativo e conceptual do domnio da Qumica); (2) competncias epistemolgicas (viso geral sobre o significado da Cincia, e da Qumica em particular, como forma de ver o mundo, distinta de outras interpretaes). A dimenso das aces inclui: (1) competncias de aprendizagem (capacidade para usar diferentes estratgias de aprendizagem e modos de construo de conhecimento cientfico); (2) competncias sociais (capacidade para cooperar em equipa de forma a recolher dados, executar procedimentos ou interpretar informao cientfica); (3) competncias processuais (capacidade para observar, experimentar, avaliar, interpretar grficos, mobilizar destrezas matemticas; usar modelos; analisar criticamente situaes particulares, gerar e testar hipteses); (4) competncias comunicativas (capacidade para usar e compreender linguagem cientfica, registar, ler e argumentar usando informao cientfica). A dimenso dos valores diz respeito a competncias ticas (conhecimento de normas e sua relatividade em contextos locais e ainda do seu carcter temporal). Ento, temos aqui expressas as verdadeiras condies do uso das competncias na dimenso das aces: competncias de aprendizagem, processuais, de comunicao e de aplicao. Na verdade, continua-se a avaliar apenas os saberes. As sugestes metodolgicas tambm prevem que o professor adeqe as actividades ao tipo de alunos, mas com a extenso do programa no permite flexibilidade pois o ritmo ter de ser sempre elevado. Por isso se afirma de seguida que os alunos j devem ter adquirido a capacidade de trabalho e de autonomia nos dois anos anteriores.

2.2.3. Concepes alternativas e ensino experimental

De acordo com Resnick (Posada, 2002), os modelos construtivistas salientam trs aspectos: no percurso da aprendizagem, aprender significa construir sentidos, em vez de reproduzir simplesmente o que l ou o que se ensina; compreender algo supe estabelecer relaes com outros elementos; toda a aprendizagem depende de conhecimentos prvios.

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Nestes modelos, cada teoria construda a partir de um estudo concreto do plano da experincia combinando abstraces tanto empricas como reflexivas. As abstraces empricas partem do plano da experincia e as abstraces reflexivas surgem da teoria. Tal modelo terico tem o seu prprio domnio sobre o qual realiza abstraces e inferncias. Uma nova teoria cria o seu domnio que pode estar muito ou pouco ligado com os conhecimentos precedentes. Consequentemente, podem ser teorias que no competem entre si. Segundo Posada, a aprendizagem utiliza trs tipos de memria: a memria episdica, as memrias semnticas de curta durao e significativa. Apenas a ltima constri o conhecimento duradoiro e as anteriores podem coexistir sem a integrao dos conceitos. Ora, o modelo de mudana conceptual no consegue explicar porque podem coexistir concepes correctas e incorrectas sobre um mesmo tpico num aluno e existem estudos que mostram a falta de critrios puramente racionais na construo dos conceitos.factos experincias sensaes memria de curta durao

(factores inclusivos)

(ideias inclusivas)memria episdica

memria significativa

Figura 1 A relao das memrias na sua construo

Pode ento referir-se os seguintes tipos de concepes alternativas: noes prconcebidas, de raiz popular; crenas no cientficas; conceitos alternativos, por falta de confronto das ideias em conflito, ou por interpretaes erradas da linguagem, aparentemente igual a conceitos de uso comum; falsos conceitos aprendidos anteriormente.

A mudana conceptual, necessria, mas que nem sempre se consegue obter, utiliza as seguintes estratgias: identificao das concepes alternativas; confrontao com o senso comum e debate das diferentes perspectivas; ajudar a reconstruir o conhecimento por anlise de demonstraes, construo de mapas conceptuais ou estudos que construam correctamente o conhecimento.

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2.2.4. Trabalho Prtico e Estudo de CasosUma alterao relevante desta Reforma, foi a formatao do perodo de aulas de 90 minutos. Isto cria a necessidade de criar uma dinmica nas aulas tericas e prticas que ultrapasse as habituais actividades do laboratrio. Na realidade, podemos falar de trabalho laboratorial, experimental e de campo, como possibilidades de actividades prticas a realizar com os alunos. Embora se faa muitas vezes o seu uso indiferenciado, na realidade, tm diferentes abrangncias (Leite, 2001). O trabalho laboratorial inclui actividades que envolvem a utilizao de materiais adequados e realizam-se num laboratrio, enquanto que as actividades de campo tm lugar ao ar livre, no local onde os fenmenos acontecem. Podemos realizar outras actividades que se devem considerar do tipo experimental, que envolvam o controlo de variveis mas no tem de ser laboratorial (ex.: recurso a um programa computacional). O trabalho prtico o conceito mais geral e inclui todas as actividades que exigem que o aluno esteja activamente envolvido. Se interpretarmos este envolvimento como podendo ser de tipo psicomotor, cognitivo e/ou afectivo, o trabalho prtico pode incluir actividades laboratoriais, trabalhos de campo, actividades de resoluo de exerccios ou de problemas de papel e lpis, utilizao de um programa informtico de simulao, pesquisa de informao na internet, realizao de entrevistas comunidade, etc.. Assim, verifica-se que o critrio que permite distinguir as actividades laboratoriais das de campo tem a ver, fundamentalmente, com o local onde a actividade decorre, e o critrio com base no qual se distinguem as actividades experimentais das prticas tem a ver com a necessidade, ou no, de controlar e manipular variveis. Esta a metodologia recomendada que coloca os alunos a realizar actividades diversas, incluindo a realizao de trabalho laboratorial como um processo de resoluo de problemas em vez de executar actividades protocoladas que deixam pouca iniciativa aos alunos. Ora, o que podemos observar uma grande confuso por parte dos alunos que sentem ainda a falta de experincia laboratorial. Em alternativa, a aprendizagem pode ser motivadora se estabelecer uma relao causal entre a actividade proposta e a realidade social. Essa ligao aparece muito mais completa na aplicao de Estudos de Caso, tal como se pode observar na abordagem SALTERS (Burton, 2000). Essas situaes devem ser bem concebidas para que resultem e so o melhor processo de tornar mais acessvel os conceitos tericos. O mtodo referido tem alguma semelhana com a tcnica de Resoluo de Problemas (Wood, 2006) e pode socorrer-se de qualquer trabalho prtico mas menos rgido na sua construo e permite ajustamentos s dificuldades dos alunos.

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CAPTULO III

3. Os Metais

3.1. Metalurgia dos Metais 3.2. Electrlise - Fundamentos 3.3. Ligas Metlicas

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3. Os MetaisA relevncia do estudo dos Metais e Ligas Metlicas est relacionada com a sua importncia na sociedade actual. No programa do 12 ano, procura-se introduzir uma perspectiva histrica mas tambm se foca os novos materiais, sobretudo as novas ligas. As aplicaes actuais dos metais e as mudanas previsveis no futuro prximo so um aspecto crtico pois os metais so matrias-primas no renovveis. Estuda-se ento a estrutura e propriedades dos metais, a distribuio na Tabela Peridica que define o tipo de ligao qumica. Compara-se os slidos metlicos com outros tipos de slidos (inicos, covalentes, moleculares). Procura-se conhecer as vrias ligas metlicas: aos e ao inoxidvel, bronze, ouro, prata de lei, amlgamas, estanho, lato, constantan, nitinol, cupronquel, solda. Os aspectos electroqumicos so desenvolvidos em projecto. Finalmente, foca-se a necessidade de se realizar a reciclagem dos metais, nomeadamente pela realizao duma prtica do Ciclo do Cobre. Esta estrutura coerente com a abordagem industrial que pretendemos desenvolver neste trabalho. Para orientar este trabalho, necessrio descrever esta temtica, com a sua contextualizao, histrica e actual, e explicitar o que representa de actividade industrial em Portugal. Isso justifica a necessidade de se conhecer e trabalhar este tema no ensino secundrio.

3.1. Metalurgia dos Metais3.1.1. Introduo histrica

A Idade dos Metais deve ter-se iniciado cerca de 8000 a.C. e foi um perodo que mudou radicalmente a civilizao, ao colocar termo Idade da Pedra. Comeou com a explorao do cobre, o primeiro metal a ser transformado pelo ser humano. Porm, logo se descobriu de que o estanho adicionado ao cobre originava um material mais tenaz e duradouro. O bronze foi usado extensivamente para ferramentas e armas na sia e frica desde 4500 a.C. (6500 anos atrs) e na Europa Ocidental desde 2000 a.C. A liga de bronze uma mistura de cobre e arsnio ou estanho, o que confere uma notvel dureza. Os minrios de cobre e estanho so facilmente reduzidas por aquecimento com carbono. Isto deve ter ocorrido acidentalmente pois as pessoas faziam fogos com madeira em locais onde existiam misturas de minrio de estanho e cobre. A

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madeira queimada (carbono) quente reduziu os minerais da mistura do cobre e estanho, o que produziu bronze. O ouro e a prata, encontrados na sua forma nativa, foram utilizados em joalharia, cunhagem de moeda, e tiveram um estatuto simblico relevante. Estes metais eram conhecidos na Idade da Pedra mas o ouro e a prata so demasiado macios para ser usados como ferramentas. Depois da Idade do Bronze veio a Idade do Ferro. O Homem descobriu que o carvo aquecido a altas temperaturas podia ser usado para a extraco do ferro do seu minrio. A extraco do ferro, hoje feita num alto forno.

Figura 2 Ustulao de minrio

Figura 3 Moedas da Idade Mdia

A Idade do Ferro comeou na sia e frica em 1100 a.C. e chegou Europa em 500 a.C. Rapidamente se descobriu que era possvel endurecer o ferro aquecendo-o em contacto com o carvo e mergulhando-o ainda quente em gua: o ao fez assim a sua primeira apario. Actualmente, no se pode falar de ao como um nico material, j que existem vrias ligas de ferro e carbono com uma grande variedade de outras substncias incorporadas. Os metais foram assim progressivamente extrados da crusta terrestre,

transformados e utilizados, e hoje impossvel pensar na vida quotidiana sem metais, quer sejam usados na sua forma pura, em ligas ou na constituio de sais. De acordo com as propriedades de cada um destes materiais, os seus usos so incomensurveis e nas reas mais diversificadas: na conduo de corrente elctrica, em joalharia, no fabrico de utenslios domsticos, de armas, na aeronutica, na construo civil, como supercondutores, em computadores e na comunicao, nos transportes, em clulas fotoelctricas, em aplicaes biomdicas e cirrgicas... Ligao: uma actividade experimental interessante seria fazer a Alquimia do Ouro [ver Actividades Experimentais Exploradas, 4.1.1]. O alumnio tem sido extrado em larga escala desde 1870, 3000 anos depois da descoberta do ferro e cerca de 6000 anos depois da descoberta do bronze. Para os

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metais comuns, em geral, quanto mais reactivo for o metal, mais difcil de extrair, e mais tarde foi descoberto. Afinal, a importncia destes materiais na vida contempornea revela-se to grande quanto o era no incio da era dos metais, fazendo-nos crer que, com o avano da cincia e da tecnologia, a imensa variedade das ligas desenhadas para oferecerem propriedades para fins cada vez mais especficos engrossar a lista dos seus usos e aplicaes, tornando-os matria-prima de procura possivelmente eterna. Mas o uso em larga escala destes materiais acarreta problemas para a humanidade: a medalha tem o seu reverso. Por um lado, a escassez dos recursos naturais, que torna premente a necessidade da sua reciclagem e valorizao; por outro lado, as consequncias nefastas da sua degradao, quer para a sociedade em geral, quer para o ambiente em particular e que obrigam ao tratamento e proteco por forma a inviabilizar a corroso que deles apangio.

3.1.2. Aspectos geolgicos

A Crusta Terrestre composta dum vasto nmero de compostos diferentes, contendo tanto elementos metlicos como no-metlicos, chamados minrios. Alguns elementos esto presentes em maior quantidade mas tm existncia limitada, i.. quando acabar o minrio, no haver mais disponvel.

Tabela 1 Abundncia relativa de elementos terrestres

Um mineral que contm uma percentagem suficientemente grande dum metal para uma extraco econmica designado minrio. Extraco econmica significa que a receita obtida pela venda de metal bastante superior ao custo de extraco do metal a partir do minrio.Graa SilvaPgina 24


Os minerais mais comuns so xidos e sulfuretos, excepo do alumnio. Sulfuretos so os minrios mais antigos, formados no incio da Histria da Terra quando havia muito enxofre devido actividade vulcnica. Os xidos formaram-se mais tarde quando a fotossntese das plantas libertou uma grande quantidade de oxignio na atmosfera.1 2 Li Na K Rb Cs Be Mg Ca Sr Ba 3 Sc Y La 4 Ti Zr Hf Sulfuretos Cloretos xidos 5 V Nb Ta 6 Cr Mo W 7 Mn Tc Re 8 Fe Ru Os 9 Co Rh Ir 10 Ni Pd Pt 11 Cu Ag Au 12 Zn Cd Hg Al Ga In Tl Sn Pb Bi No-combinados Outros 13 14 15 16 17 18

Tabela 2 Caracterizao dos aspectos nativos dos metais na Crusta Terrestre

O ouro e platina ocorrem na Terra como metal nativo, o que significa que esto na natureza na forma de elemento, no como composto, e no necessita de ser reduzido. Prata e cobre tambm podem ser encontrados como metal nativo. Muitos metais so obtidos hoje a partir da reciclagem (fuso e refinamento) sucata de metal. Cerca de metade do alumnio, cobre, chumbo, ao e estanho obtido a partir da reciclagem de sucata. Vamos ento estudar as propriedades que fundamentam as prticas extractivas que se utilizam ainda hoje.

Ligao: uma visita a uma mina portuguesa ser interessante, de preferncia uma que esteja em funcionamento [ver Visitas de Estudo, 4.2].

3.1.3. A Srie Electroqumica

O potencial de reduo representa a medida em volts da afinidade da substncia por electres, por comparao com o hidrognio [par H+ (aq), 1atm H2 = 0,00V]. O potencial de reduo considerado positivo quando a sua afinidade por electres for maior que a do H+ (aq). Tal significa que, em contacto electrnico e electroltico entre metais, liberta-se hidrognio naquele cujo potencial padro for mais elevado. Os potenciais de reduo dos caties a elementos metlicos podem servir de referncia para criar uma tabela prtica de reactividade. Embora o valor do potencial

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possa variar segundo o meio em que ocorre e segundo a transio dos estados de oxidao, procurou-se encontrar referncias reduo em relao ao seu estado elementar. Surge assim uma srie reactiva dos metais com interesse prtico e muito utilizada em situaes industriais, para controle da corroso em solues aquosas:

Elemento Potssio Sdio Ltio Clcio Magnsio Alumnio Mangans Carbono Zinco Crmio Ferro Cdmio Cobalto Nquel Estanho Chumbo Hidrognio Cobre Prata Ouro Platina

Smbolo K Na Li Ca Mg Al Mn C Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Ag Au Pt

Par redox K (aq)/K(s) Na (aq)/Na(s) Li (aq)/Li(s) Ca (aq)/Ca(s) Mg (aq)/Mg(s) Al (aq)/Al(s) Mn (aq)/Mn(s) CO2(g)/C(s) Zn (aq)/Zn(s) Cr (aq)/Cr(s) Fe (aq)/Fe(s) Cd (aq)/Cd(s) Co (aq)/Co(s) Ni (aq)/Ni(s) Sn (aq)/Sn(s) Pb2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ + + +

E (25C) 2,93 2,71 3,05 2,87 2,36 1,66 1,18 1,02 0,76 0,74 0,44 0,40 0,28 0,25 0,14 0,13 0,00 +0,34 +0,80 +1,50 +1,18

Grupo 1 1 1 2 2 13 Metal transio 14 (No-metal) Metal transio Metal transio Metal transio Metal transio Metal transio Metal transio 14 14 No-metal Metal transio Metal transio Metal transio Metal transio

(aq)/Pb(s)

H (aq)/H(g) Cu (aq)/Cu(s) Ag (aq)/Ag(s) Au (aq)/Au(s) Pt (aq)/Pt(s)2+ 3+ + 2+

+

Os metais mais reactivos esto no topo, os menos reactivos esto no fundo. Tabela 3 Srie reactiva estruturada segundo os potenciais de reduo

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Uma aplicao importante desta tabela surgiu para os potenciais simtricos dos potenciais de reduo, tambm designados potenciais de oxidao, que, em meio salino, permite estudar os efeitos de corroso dos materiais utilizados na construo naval. Quanto mais negativo o potencial-padro de um par, maior a sua fora redutora. Um metal acima do carbono na srie electroqumica pode ser extrado do minrio por electrlise do sal fundido. Um metal abaixo do carbono na srie de reactividade (do zinco a prata) pode ser extrado do seu minrio por reduo com carbono. O metal separado do seu anio no-metlico pelo carbono mais reactivo. O carbono usado porque est rapidamente disponvel e barato (coque ou carvo de lenha so ambos carbono). O hidrognio unicamente utilizado como redutor, em larga escala, na extraco do tungstnio, para evitar a formao do carbonato de tungstnio.

Reaco com o Ar (Oxignio)O potssio, sdio, ltio, clcio e magnsio reagem com o oxignio e queimam ao ar. O comportamento tpico dos metais alcalinos e alcalino-terrosos. Os metais na srie reactiva, do alumnio ao cobre, reagem com o oxignio do ar e formam o xido metlico. O alumnio reage rapidamente e forma uma camada superficial de xido de alumnio. Esta camada impede a progresso da oxidao para as camadas interiores. A velocidade da reaco diminui ao longo da srie reactiva mas no ocorre o efeito protector da camada de xido. O ferro reage lentamente temperatura ambiente mas rpido se for aquecido. O metais abaixo do ferro reagem com o oxignio quando aquecidos ao ar. A prata, ouro e platina no reagem com o oxignio do ar.

Reaces com guaO potssio, sdio, ltio e clcio reagem violentamente com gua. Os metais na srie reactiva do magnsio ao ferro reagem com vapor de gua, H2O(g) mas no com gua, H2O(l). A reaco forma o xido de metal e hidrognio. O estanho, chumbo, cobre, prata, ouro e platina no reagem com gua ou vapor de gua.

Reaco com cido DiludoO potssio, sdio, ltio e clcio todos reagem violentamente com o catio hidrognio em solues de cido diludo, tais como cido sulfrico e clordrico. perigoso colocar estes metais em cido. A reaco similar reaco com a gua. Por exemplo: 2 Na (s) + 2 H+ (aq) 2 Na+ (aq) + H2 (g)Equao 1

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O magnsio, alumnio, zinco, ferro, estanho e chumbo reagem de modo seguro com cido diludo. O magnsio o mais rpido e o chumbo o mais lento dos seis. A reaco do zinco com o catio hidrognio em soluo cida, frequentemente usada para produzir uma pequena poro de hidrognio no laboratrio. A reaco lenta temperatura ambiente mas a velocidade pode ser aumentada por adio de um pouco de sulfato de cobre (II). O catio cobre actua como catalisador. Os metais abaixo do hidrognio na srie reactiva (cobre, prata, ouro e platina) no reagem com o cido diludo pois no conseguem reduzir o catio hidrognio.

Reaces entre os metaisUm metal oxidado quando toma o lugar de um metal menos reactivo numa soluo de sal metlico. Por exemplo: Fe (s) + Cu2+ (aq) Fe2+ (aq) + Cu (s)Equao 2

Estas reaces so previstas por comparao dos respectivos potenciais padro. Durante a reaco, a soluo azul perde a sua cor e o ferro slido toma a cor castanhoavermelhada devido reduo do cobre que a se vai depositando. Se um metal menos reactivo for adicionado soluo salina dum catio metlico, no ir ocorrer reaco. Por exemplo, o ferro menos reactivo que o magnsio, por isso, no ocorre reaco se colocar ferro metlico numa soluo de sal de magnsio. Os anies podem ser sulfato, cloretos ou nitratos. O ordenamento dos metais na srie reactiva pode ser estudado neste tipo de reaces. Habitualmente realiza-se uma actividade experimental deste tipo, prevista no 11 ano, o segundo ano da disciplina de Fsica e Qumica.

Esta anlise do comportamento qumico dos metais foi desenvolvida na vida prtica na actividade do Homem para obter materiais para diversos fins. Reconhecer essa evoluo seguir os processos industriais que se utilizam hoje para obter essas matrias primas. So exemplos de referncia, a extraco do cobre, do alumnio e do ferro. Vamos descrever esses processos, que so realizados em grande escala, o que no equivalente escala laboratorial. Essas diferenas tomam visibilidade nas actividades de Visita de Estudo.

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3.1.4. Metalurgia do Cobre

O cobre pode existir na forma nativa de metal mas actualmente explora-se na forma de minrio. Pode ser xido de cobre(II) ou sulfureto de cobre(II). O mais vulgar a calcopirite, CuFeS2. A extraco habitualmente feita em minas a cu aberto, sendo mais conhecida a de Bingham Canyon nos Estados Unidos, com 4 km de amplitude. O principal consumo do cobre na construo civil (cerca de metade) mas tambm produtos elctricos, equipamentos de transporte, produtos de consumo e maquinaria pesada. As suas propriedades nicas so: eficiente condutor elctrico e trmico; excelente ductilidade e resistncia para uma ampla gama de temperaturas; resistncia corroso em diferentes ambientes.

Extraco do CobreA indstria extractiva espalha-se por todo o mundo, tendo as maiores minas a cu aberto nos EUA e na cordilheira dos Andes, Mxico e Chile. Tambm se extrai em Portugal, nas Minas de Neves do Corvo, a maior da Europa, com uma concentrao de cerca de 3,5%.

Figura 4 Mina de Neves do Corvo (viso geral)

Figura 5 Alguns minerais da mina

O mtodo de purificao to eficiente que permite a sua vasta extraco no Utah, com a concentrao de apenas 0,6%. Desta mina extraiu-se 17 milhes de toneladas de cobre em cerca de 140 anos. O processo industrial comea pela extraco e esmagamento da rocha, a concentrao faz-se por floculao (um leo adere s partculas de calcopirite, o que as separa da gua e faz-se borbulhar ar para as fazer flutuar). O minrio vai ento para a fundio, onde se remove o enxofre por oxidao e produzem-se placas de cobre.

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O xido de cobre(II) pode ser reduzido por reaco com carbono a quente. Por decomposio trmica, o sulfureto de cobre(II) origina cobre e dixido de enxofre. Decomposio trmica significa que os compostos decompem-se noutras substncias quando so aquecidos.calor

CuS (s) Cu (s) + SO2 (g)O blister copper a designao do cobre impuro resultante.

Equao 3

O cobre puro (99,99%) necessrio para boa condutividade elctrica. Por isso, muito importante o passo seguinte: a electrorrefinao.

Figura 6 Sequncia do processo industrial Tambm pode ser visualizado numa animao flash da Southern Peru

Purificao / Electro-refinaoA purificao do cobre um processo electroltico que coloca bastantes questes prticas. A refinaria realiza a sua electrlise utilizando tanques com sequncias de nodos e ctodos em ciclos de 2 semanas. Este processo permite utilizar placas de grandes dimenses que podem manter-se afastadas 5-15 cm, o que permite que as lamas das impurezas se depositem no fundo.

O nodo um bloco de cobre impuro. O ctodo uma pea fina de cobre puro. Em algumas industrias j se utiliza placas de titnio ou de ao. O potencial da clula de 0,15V. Na realidade aplica-se um pouco mais devido a perdas no processo (Pletcher, 1993 pg. 237).

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Quando a electricidade passa na clula, o cobre dissolvido no nodo por oxidao, os ies Cu2+ passam para a soluo. Cu (s) Cu2+ (aq) + 2eNo ctodo, o cobre depositado por reduo. Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s)Equao 5 Equao 4

Figura 7 Esquema da electro-refinao do cobre

Ligao: os aspectos prticos deste processo foram analisados numa actividade experimental [ver Actividades Experimentais Desenvolvidas, 4.1.2]. medida que os ies cobre se deslocam do nodo e se depositam no ctodo, o nodo fica mais pequeno e o ctodo torna-se maior. A velocidade a que os ies cobre (II) entram no electrlito do nodo a mesma da velocidade a que os ies cobre deixam os electrlitos para o ctodo. A concentrao da soluo de sulfato de cobre(II) permanece inalterada. No processo industrial o processo tem ciclos de 14 dias. O depsito fica com cerca de 2 centmetros de espessura e tem 190 quilogramas de cobre. O consumo energtico de 310Kwh.ton-1. As impurezas dissolvidas no nodo de cobre dissolvem-se na soluo de sulfato de cobre(II) e so removidas mais tarde. As impurezas insolveis depositam-se no fundo da clula e formam lamas. As lamas contm por vezes metais preciosos (prata e platina) que so extrados e refinados.

Impacte ambientalA extraco e refinao do cobre reconhecida pelas transformao da paisagem que reconhecido na explorao mineira a cu aberto e pela contaminao cida das guas. Em muitos pases h uma grande preocupao em tomar precaues para evitar essa contaminao mas no o que observamos em Portugal.

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Figura 8 Contaminao das gua na Mina de S. Bernardo, a Aljustrel

Cerca de metade do cobre utilizado na Europa reciclado. Essa actividade tem aumentado sobretudo devido ao aumento do preo do metal mas essencial que se realize pois um recurso que pode esgotar e os resduos so poluentes. O cobre um elemento cuja toxicidade est reconhecida pois tem efeitos neurolgicos graves, caracterizada pela doena de Wilson. Da que se tenha proibido a utilizao de utenslios de cobre na cozinha. Todavia, actualmente estuda-se a possibilidade de utilizar revestimentos ou ligas de cobre para evitar a contaminao bacteriana nos hospitais.

3.1.5. Metalurgia do Alumnio

O minrio de alumnio designado bauxite e muito comum. A bauxite contm xido de alumnio, gua, xido de ferro e outras impurezas. O minrio purificado e seco, chamado alumina, xido de alumnio Al2O3. Em 1808, Sir Humphrey Davy estabeleceu a existncia do alumnio e deu-lhe o nome mas s em 1827 Whler consegue produzir o alumnio por reaco com potssio. A sua obteno era muito dispendiosa, o que o tornava mais caro que ouro e platina. O processo de extraco, a electrlise, requer a fuso da alumina pois no pode ser realizada em soluo aquosa. Infelizmente, alumina tem um alto ponto de fuso (2040 e isso coloca questes C) tcnicas complexas para obter electrlise a to alta temperatura pelo que no prtico. Em 1886, dois cientistas que trabalharam independentemente, chegaram ao mesmo mtodo: conseguiram desenvolver o mtodo de extraco que actualmente utilizado, o processo Hall-Hroult. Consiste em dissolver a alumina em criolite baixando o ponto de fuso. Em 1889, Bayer descobriu o processo de obteno da alumina.

O alumnio leve e forte, propriedades que representam grandes vantagens na sua utilizao: forte, malevel e de baixa densidade; resistente corroso; bom condutor do calor e electricidade; pode ser polido para dar uma superfcie muito reflectora.

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A sua utilizao muito diversificada e a reciclagem fundamental pois o custo da reciclagem cerca de 5% do custo do metal obtido da bauxite.1.

A sua baixa densidade e resistncia tornam-no ideal para a construo de aeronaves, veculos ligeiros e escadas. A liga de alumnio chamada duralumnio muitas vezes utilizada em vez do alumnio puro por melhorar estas propriedades.

2.

A facilidade de moldar e a resistncia corroso fazem dele um bom material para embalagem de bebidas e peas para o telhado.

3.

A resistncia corroso e a baixa densidade torna favorvel o seu uso em estufas e molduras de janelas.

4. 5.

A boa conduo do calor leva ao uso para caldeiras, foges e panelas de cozinha. A boa conduo da electricidade leva ao seu uso para cabos de energia areos nos pilares (a baixa densidade d-lhe vantagem sobre o cobre).

6.

A sua grande reflectividade torna-o ideal para espelhos, reflectores e roupa resistente ao calor e no combate aos incndios.

Extraco do Alumnio Clula ElectrolticaA alumina obtida por dissoluo da bauxite em hidrxido de sdio segundo a reaco de equilibrio: Al2O3.3H2O + 2 NaOH Neste processo so removidas as impurezas, como silica e ferro, e segue para um forno onde vai perder gua. O hidrxido de sdio reutilizado.Figura 9 Esquema do processo Bayer

2 NaAlO2 + 4 H2O

Equao 6

A alumina dissolvida em criolite (fluoreto de alumnio e sdio: Na3AlF6) num recipiente de ao-grafite. Uma soluo de alumina em criolite funde a cerca de 900 C e a electrlise faz-se a cerca de 950 C. Passa ento uma corrente elctrica de baixa voltagem mas de intensidade da ordem dos 15 000 amperes. O contentor de ao e est revestido com carbono (grafite). A reaco de reduo a que produz o alumnio a partir do catio alumnio(III) e o alumnio lquido produzido funciona efectivamente como ctodo.Graa SilvaPgina 33


Figura 10 Esquema da electrlise do alumnio

O alumnio mais denso que a soluo de alumina / criolite por isso deposita-se no fundo da clula onde pode ser removido como metal lquido puro. Idealmente, a reaco do nodo deveria ser a oxidao do xido a oxignio. O oxignio libertado no nodo de carbono a elevada temperatura produz dixido de carbono porque o oxignio reage com o carbono do nodo para formar dixido de carbono, embora tambm se forme o monxido de carbono. A reaco geral : 2 Al2O3 (l) + 3 C (s) 4 Al (l) + 3 CO2 (g) Para esta reaco, o potencial de equilibrio da clula de -1,18V. Os nodos de carbono sofrem um desgaste constante porque cada molcula de dixido de carbono que libertado leva uma pequena poro de carbono consigo. Os nodos de carbono tm de ser periodicamente substitudos, quando as suas dimenso ficam muito reduzidas. As fbricas de alumnio usam uma tecnologia de pr-cozimento dos nodos pois eles sofrem um grande desgaste e a sua renovao frequente. Graas a um grande desenvolvimento tecnolgico, o alumnio extrado tem, no mnimo, 99,8% de pureza.Equao 7

Em geral, so necessrios 15,7 KWh de electricidade para produzir um quilograma de alumnio a partir da alumina. Este consumo j bastante menor que o utilizado nos anos 50, cerca de 21 KWh, graas a vrias evolues tecnolgicas.

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Alm disso, o tratamento das emisses gasosas indispensvel devido ao risco para a sade que provm das emisses de perfluorcarbonetos (PFCs). Actualmente, esta indstria tm emisses inferiores a 2% dos gases produzidos pois tem um eficiente sistema de remoo de partculas e gases produzidos.

Alumnio Custo e Reciclagem.O alumnio o terceiro elemento mais abundante na Crusta terrestre, depois do

oxignio e slica. o metal mais abundante mas mais dispendioso de produzir que o ferro devido ao custo da grande quantidade de electricidade necessria para a electrlise.

Figura 11 Mapa das empresas de produo de alumina (azul) e do alumnio (rosa) na Europa

Cerca de metade do alumnio usado na Europa reciclado. A extraco do alumnio requer apenas cerca de 5% da energia necessria para extrair alumnio do seu minrio. O alumnio pode ser reciclado tanto a partir de sucatas geradas por produtos de vida til esgotada, como de sobras do processo produtivo. O alumnio reciclado pode ser obtido a partir de esquadrias de janelas, componentes automotivos, electrodomsticos, latas de bebidas, entre outros. A reciclagem no danifica a estrutura do metal, que pode ainda ser reciclado infinitamente e reutilizado na produo de qualquer produto com o mesmo nvel de qualidade de um alumnio recm produzido por minerao. So recicladas milhes de latas por ano e, embora o anel tambm seja reciclvel, ele deve ser inserido na lata e assim colocado no forno, pois a sua liga contm alto teor de magnsio, que oxida durante a refuso, inviabilizando sua reciclagem isolada.

Alumnio - Resistncia CorrosoGenericamente, a corroso o nome dado reaco do metal com o oxignio do ar para formar o respectivo xido. A corroso o inverso do processo de extraco. Se o metal ferro, a corroso chamada enferrujamento. Em geral, o metal mais reactivo sofre corroso mais rapidamente, tal como se pode prever nos potenciais padro de reduo.

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O alumnio um metal reactivo. No entanto, resistente corroso porque o produto da reaco com o oxignio do ar (Al2O3) forma uma fina camada de xido de alumnio. Essa camada de xido que cobre a superfcie do alumnio metlico, evita o prosseguimento da reaco (corro

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