CONSTRUÇÃO DE MODELOS MOLECULARES VERSÁTEIS PARA O ENSINO DE QUÍMICA UTILIZANDO MATERIAL ALTERNATIVO E DE BAIXO CUSTO

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1 CONSTRUÇÃO DE MODELOS MOLECULARES VERSÁTEIS PARA O ENSINO DE QUÍMICA UTILIZANDO MATERIAL ALTERNATIVO E DE BAIXO CUSTO Autor(es): Apresentador: Orientador: Revisor 1: Revisor 2: Instituição: GONÇALVES, Carolina Lambrecht;BORGES, Elton de Lima;MOTA, Fernanda Voigt;SCHUBERT, Ryan Noremberg Fernanda Voigt Mota Eder João Lenardão Maria Regina Alves Rodrigues Raquel Guimarães Jacob UFPel CONSTRUÇÃO DE MODELOS MOLECULARES VERSÁTEIS PARA O ENSINO DE QUÍMICA UTILIZANDO MATERIAL ALTERNATIVO E DE BAIXO CUSTO GONÇALVES, Carolina Lambrecht¹; BORGES, Elton de Lima¹; MOTA, Fernanda Voigt¹; SCHUBERT, Ryan Noremberg²; LENARDÃO, Eder João³; GARCIA, Irene T. Santos 3 ¹Acadêmico de Química da Universidade Federal de Pelotas Núcleo de Ensino de Química ²Acadêmico de Ciências Biológicas da Universidade Federal de Pelotas; ³Prof. Adjunto DQAI/ IQG/ UFPel Campus Universitário Caixa postal 354 CEP nandavoight@yahoo.com.br 1. INTRODUÇÃO Uma das maiores dificuldades no ensino de química, tanto a nível de graduação como no ensino médio, é a visualização tridimensional das moléculas, quando o tema geometria molecular é abordado. Este problema acaba se refletindo em outras disciplinas e/ou áreas, como a Bioquímica e a Biologia Molecular, uma vez que o comportamento químico e bioquímico das moléculas depende de seu arranjo estrutural. Uma ferramenta bastante útil na visualização tridimensional das moléculas são os modelos atômicos comerciais, confeccionados de plástico. Entretanto, a quantidade e o formato das peças que constituem estes kits comerciais limita de maneira significativa o número de formas geométricas que podem ser montadas. Além disso, o custo destes kits é elevado e nem sempre os mesmos atendem à necessidade dos alunos (e professores), pois são construídos dentro de um padrão já instituído há décadas e que, no mais das vezes, são voltados para a química orgânica. Diante destas limitações, decidimos preparar uma série de kits confeccionados com material de baixo custo, onde os alunos da Graduação em Química fossem agentes do processo de construção. A partir da construção destes modelos, os alunos consolidariam os conhecimentos de geometria molecular e os demais

2 desdobramentos inerentes ao tema (estabilidade, propriedades físicas, isomeria, polaridade, reatividade, etc). Esta proposta é parte do Projeto Proposta para a integração entre professores das disciplinas básicas da área da química e alunos do curso de licenciatura em química através de experimentação, aprovado recentemente pelo NEQ (Núcleo de Ensino de Química) junto à Pró- Reitoria de Graduação da UFPel, com apoio do MEC. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Foram adquiridos modelos de estrutura molecular comerciais, e discutiu-se com os alunos da licenciatura as vantagens e limitações de cada modelo, especialmente no que se refere às aplicações dentro do conteúdo de química geral. Foi feita ainda uma revisão da literatura, buscando por artigos que descrevessem a construção de modelos moleculares a partir do uso de material alternativo aos existentes. Na etapa seguinte, utilizando como subsídios as discussões do grupo e os conhecimentos teóricos abordados na sala de aula, foram construídos os modelos. Nesta etapa os alunos participantes passaram a testar uma série de materiais diferentes para uso como matéria-prima. Entre os diversos materiais testados, alguns não apresentaram bons resultados, pois os modelos construídos com esses artigos são muito frágeis e/ou pouco versáteis, não permitindo sua remodelação, restringindo-se a apenas um modelo. Porém, ainda assim eles podem satisfazer temporariamente a falta de recursos nas demonstrações das moléculas desejadas em sala de aula. Buscou-se, então, trabalhar com materiais resistentes, e de fácil acesso, com baixo custo e de fácil manuseio. Para o desenvolvimento dos kits moleculares se trabalhou com massas de biscuit, palitos plásticos de pirulito e E.V.A.. A massa de biscuit foi usada para elaboração dos compostos, tendo cuidado de selecionar as devidas cores de acordo com a tabela padrão dos elementos encontrada nos modelos comerciais (Tabela 1). Para confecção dos átomos individuais utilizando a massa de biscuit foi preciso fazer pequenas esferas, que deveriam ficar com um tamanho relativo de acordo a massa de cada elemento, tendo o cuidado de não deixar entrar em contato umas com as outras durante a secagem. Sendo assim, o átomo de hidrogênio foi a menor esfera de todas. A massa foi deixada secar ao ar, por um período entre 12 e 48h.Foram confeccionadas esferas de diferentes cores em quantidades variadas, conforme a necessidade. Tabela 1: Identificação dos compostos e suas cores através da tabela padrão dos elementos. ELEMENTO Carbono Nitrogênio Hidrogênio Oxigênio Cloro Flúor Enxofre Fósforo COR Preto Azul Branco Vermelho Verde-Escuro Verde-Claro Amarelo Púrpura

3 Os palitos foram usados para as ligações entre as esferas (átomos). Para isto, os mesmos foram cortados em pedaços de 2,5 cm com tesoura, sendo que alguns deles foram ligeiramente torcidos para permitir seu uso em ligações múltiplas. Antes da massa de biscuit secar por completo, as esferas foram perfuradas com o palito, de tal modo que os ângulos das ligações saíssem como o previsto. Para representação dos orbitais atômicos p e sp 3 foram utilizados dois pedaços de E.V.A. recortados no formato de gotas colados de tal forma que um pedaço de palito plástico com 1 cm de comprimento fosse fixado com cola quente na junção dos mesmos. O palito foi utilizado para unir o orbital ao átomo ao qual ele pertence na molécula em estudo. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Um requisito para que um material pudesse ser utilizado na confecção dos modelos foi o baixo custo e a facilidade de obtenção. Entre os diferentes materiais testados, verificou-se que massa de biscuit, utilizada por artesãos locais na confecção de mini-esculturas para enfeite doméstico (ímãs de geladeira, por exemplo) mostrou-se bastante útil para confecção das esferas representando os átomos. Ao utilizar a massa de biscuit, foi possível moldá-la em tamanhos diferentes, de acordo com a massa relativa de cada elemento. Nesse caso, cada embalagem de massa biscuit permitiu a construção de unidades de modelos atômicos. Já para o hidrogênio, pela sua pequena massa atômica, o número de unidades feitas por embalagem foi maior. Assim, massas de diferentes cores foram utilizadas para diferentes átomos. Para alguns átomos, foi preciso pintar a massa com tinta acrílica, pois houve dificuldade em encontrar no comércio local uma variedade de cores que contemplasse as necessidades do nosso projeto. Para confecção das ligações químicas, canudos de plástico, utilizados para confecção de doces (pirulitos) funcionaram bem. Os palitos de pirulito apresentaram uma grande vantagem, uma vez que possibilitaram uma boa visualização das ligações simples, duplas e triplas, o que nem sempre é possível nos conjuntos disponíveis comercialmente. Ao todo foram utilizados cerca de 400 palitos, incluindose os utilizados nos testes preliminares. Desse total, cerca de 150 foram utilizados para confecção das ligações duplas e triplas. Os palitos usados para esta finalidade foram torcidos até atingirem o formato desejado. Para as ligações simples, em maior quantidade, os palitos foram apenas cortados com tesoura no tamanho adequado (3 cm). Por outro lado, para que pudéssemos confeccionar os orbitais p e sp 3, foram feitas montagens utilizando-se EVA, facilmente adquirido em livrarias. Foram montados 30 kits contendo diferentes átomos, orbitais e ligações, que serão distribuídos aos alunos da graduação. A distribuição dos átomos dos elementos em cada kit não foi aleatória; o grupo discutiu sobre as moléculas mais importantes do ponto de vista didático e, pensando nelas, elaborou-se cada conjunto. Entre estas moléculas estão: H 2, O 2, N 2, CO 2, NH 4, CH 4, C 2 H 4 e outras. Cada kit contém ainda um encarte que mostra alguns tipos de geometria que podem ser construídos com os modelos, bem como uma indicação da cor referente a cada átomo. O custo médio de cada kit contendo 60 peças entre átomos, conexões e orbitais, ficou abaixo dos R$ 5,00 (cinco reais). Tabela 2. Distribuição dos átomos e outros itens nos kits. Átomos e Conexões Quantidade

4 C 4 O 4 N 3 H 20 Ligações duplas/triplas 5 Ligações simples 10 Outros 10 a) b) c) Figura 1. Comparação entre modelos comerciais e modelos construídos pelos alunos. a) representação de uma molécula de água; b) íon amônio com a visualização correta dos seus ângulos; c) molécula de nitrogênio com a visualização da ligação tripla. 4. CONCLUSÕES Com base no descrito acima, pode-se concluir que o desenvolvimento deste projeto foi de grande importância na formação acadêmica dos alunos participantes, pois permitiu que eles aprofundassem seus estudos num tópico chave da disciplina de química geral, que dá suporte a várias outras cadeiras de semestres mais adiantados do curso de química, como química orgânica, química inorgânica e físico-química. A possibilidade de atuar em todo o processo de construção dos kits alternativos, desde a escolha e aquisição dos materiais empregados até a confecção dos modelos exigiu dos alunos conhecimentos sólidos da matéria e também criatividade e iniciativa, pois embora contassem com a supervisão do professor da disciplina, eles é que tiveram que decidir sobre o material mais adequado e de menor custo. Um aspecto fundamental foi a preocupação com a qualidade e versatilidade dos modelos alternativos, que precisam refletir com a máxima exatidão as formas geométricas das moléculas mais comuns estudadas na graduação, permitindo ainda que os mesmos pudessem ser utilizados também no ensino médio, pois o foco do projeto é a licenciatura em química. Finalmente, o baixo custo final dos kits alternativos (cerca de 4% do valor médio dos comerciais) mostra que, de fato, pode-se construir modelos moleculares para auxílio nas aulas de geometria molecular a preços realmente acessíveis. Atualmente, os kits estão sendo utilizados também por duas alunas formandas do Curso de Licenciatura em Química como material de apoio para as aulas no campo de estágio e serão distribuídos aos alunos do primeiro semestre do Curso de Graduação em Química para utilização como material de apoio no estudo da geometria molecular. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] COSTA, A.M.; TOMAS, H.E. Desenvolvimento a percepção tridimensional através de modelos moleculares acessíveis e versáteis. Instituto de química, p , 1981, São Paulo.

5 [2] LIMA, M.B.; LIMA, P.L. Construção de modelos para ilustração de estruturas moleculares em aulas de química. Departamento de Química Analítica Físicoquímica, p , 1999, Fortaleza. [3] REGER, D.; GOOD, S.; MERCAR, E. Química princípios e aplicações. Fundação Gulberkian, 1130 p., 1997, Lisboa. [4] BRADY, J.E.; HUMISTON, G.E. Química Geral. LTC, 410 p., 1996, Rio de Janeiro.