Conceito de eletronegatividade nos livros didáticos do ensino médio e superior.

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1 Conceito de eletronegatividade nos livros didáticos do ensino médio e superior. SALES, E.M SILVESTRE,A.S 5. 1, SOUSA, A.P 2, SANTIAGO, A.S 3, BRAGA, J.C 4, 1 DEQ- Graduanda do curso de Engenharia química da Universidade Federal de Campina Grande- UFCG, Graduada em Licenciatura em Química pela Universidade Estadual da Paraiba-UEPB. 2 Doutor em Engenharia de Processos pela Universidade de Campina Grande, Prof do Departamento de Química industrial UEPB. 3 Mestrando do Programa de Pos-graduação da Universidade Federal de Campina Grande-UFCG. 4 Graduando do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Alagoas-UFAL. 5 DEQ- Graduado em Licenciatura em Química da Universidade Estadual da Paraiba-UEPB. RESUMO Atualmente na literatura existem vários questionamentos sobre como melhor abordar a eletronegatividade nos livros didáticos de ensino médio e superior. O objetivo foi pesquisar como esta sendo abordado o conceito de eletronegatividade em livros didáticos do ensino médio e superior. O conceito de eletronegatividade é importante, pois faz parte de vários problemas químicos. Verifica-se que é importante analisar este conceito quando aplicado aos gases nobres. A estratégia metodológica para possibilitar um estudo consistente do conceito de eletronegatividade é de natureza descritiva e baseia-se fundamentalmente numa combinação de estudo bibliográficos. Logo

2 do ponto de vista dos textos apresentados nos livros didáticos Médio e superior o conceito de eletronegatividade apresenta uma tendência desfavorável no que diz respeito ao processo de aprendizagem contribuindo para haver lacunas no conhecimento obtidos tanto por professores de química como por alunos.dessa maneira, propõe-se que a abordagem do conceito de eletronegatividade seja realizada de forma contextualizada de maneira histórica e intertextual PALAVRAS CHAVE : Eletronegatividade, Átomos,ligação química. 1.0 INTRODUÇÃO Há muito tempo os cientistas sabem que a chave para interpretar as propriedades de uma substância é primeiramente reconhecer e compreender a sua estrutura e o tipo de ligações químicas envolvidas em sua formação. A estrutura se refere à maneira como os átomos se arranjam no espaço, e o tipo de ligação química define as forças que mantêm os átomos adjacentes juntos. O conceito de EN é importante, pois auxilia o químico na interpretação de estruturas e suas relações com as propriedades físicas e químicas. Por exemplo, na área específica de ligação química, é difícil imaginar explicar polaridade de uma ligação, ligação covalente polar e apolar, momento dipolo, sem utilizar-se do conceito de EN. Atualmente existem varias abordagens sobre o conceito de eletronegatividade nos livros didáticos, que de uma forma ou de outra vem a mostrar ao aluno um conceito que será utilizado na interpretação de estruturas e suas relações com as propriedades físicas e químicas, às atuais metodologias empregadas para descrever o conceito de eletronegatividade, nem sempre estão sendo abordadas de maneira clara e eficaz para que o aluno possa saber que os gases nobres também possuem valores de EN e que estes podem ser calculados. O estudante do ensino médio terá um conceito limitado sobre eletronegatividade. O estudante terá dificuldade em entender como um gás nobre faz ligação química, se assim foi mostrado que não existe eletronegatividade dos gases nobres nos livros didáticos do ensino médio. O

3 objetivo foi pesquisar como esta sendo abordado o conceito de eletronegatividade em livros didáticos do ensino médio e superior FUNDAMENTAÇÃO TEORICA Numa ligação covalente, o par eletrônico é compartilhado entre dois átomos. Isto significa que o par é atraído simultaneamente para o núcleo de ambos os átomos, resultando numa competição pelos elétrons. A atração exercida por um átomo sobre o par de elétrons na sua camada de valência depende da carga nuclear efetiva (a carga nuclear menos o efeito de blindagem das camadas internas) e da distância entre os núcleos e a camada de valência. Esta atração é medida por uma quantidade chamada eletronegatividade, que é definida como a tendência relativa de um átomo em atrair o par de elétrons da ligação. Quando os átomos ligados por covalência são idênticos não há diferença de eletronegatividade, portanto, ambos os átomos atraem o par eletrônico com a mesma intensidade. Nesse caso, dizemos que a ligação é covalente não-polar. Se houver diferença de eletronegatividade entre dois átomos, a ligação será covalente polar, pois o par eletrônico estará distribuído assimetricamente, mais próximo do átomo mais eletronegativo. A partir do desenvolvimento da mecânica quântica e da resolução da equação de schrodinger, compreendeu-se a relação entre as propriedades dos elementos químicos e a sua estrutura eletrônica.através de evidências experimentais de que os elétrons se comportam como onda e também como partícula, além do fato da energia ser quantizada,tornou-se possível explorar o mundo microscópico dos compostos, descobrindo muitas vezes as causas das propriedades observadas no mundo macroscópico. De acordo com os elétrons de valência que se localizam na parte mais externa do átomo determinam-se as propriedades periódicas de um elemento. Segundo, Hélio A. Duarte. A ligação química, sendo a interação de dois átomos (ou grupo de átomos, está intimamente ligada ao rearranjo da estrutura eletrônica, ou melhor, dos elétrons dos átomos dentro de uma nova molécula. O arranjo de elétrons em quatro grupos em torno de um átomo só permite que a camada de

4 valência acomode um máximo de quatro pares de elétrons. O potencial de ionização e a afinidade eletrônica são duas propriedades periódicas que podem nos auxiliar a compreendermos a natureza das ligação química.lembremos,inicialmente,que o potencial de ionização é a energia requerida para retirar um elétron do átomo (PI) e a afinidade eletrônica é a energia liberada quando um átomo recebe um elétron (AE): M M + 1e PI (1) X + 1e X AE (2) A tabela 1 mostra o PI e o AE para os elementos do segundo período da tabela periódica. Observa-se que aquele elemento que se tem maior dificuldade de retirar elétrons, ou que apresenta menor afinidade eletrônica e o átomo de Neônio. Dentre os átomos da segunda linha da tabela periódica, o neônio é que apresenta menor tendência de receber ou doar elétrons ele precisa de 2080 J.mol para que um elétron seja retirado para e receber, precisaria ainda de 29J.mol ( valor negativo na tabela ).Vemos que outros elementos tendem a doar seus elétrons liberando energia. O processo de receber ou doar elétrons leva à formação de anions ou cátions, respectivamente. Espera-se, assim, que os dois íons formados interajam devido ás forças de atração de cargas formando uma ligação química. A natureza da ligação química dependera de como acontece o rearranjo dos elétrons na molécula formada. Tabela 1: Tabela referente a afinidade eletrônica e o potencial de ionização referente aos elementos do segundo período da tabela periódica(kj/mol -1 ) Elementos Afinidade eletrônica Potencial de ionização Li Be B

5 C N O F Ne Fonte : Hélio A.Duarte: Ligações químicas Na natureza os átomos se unem devido à eletronegatividade que eles apresentam, podem atrair os elétrons mais ou menos para si. Esta capacidade de atrair os elétrons mais ou menos para si está correlacionada com o seu potencial de ionização e afinidade eletrônica ( Huheey, 1983).De acordo com a definição de Mulliken, a eletronegatividade é dada por c = ½ ( PI + AE). Quando a transferência de elétrons pode ser considerada como uma aproximação válida face a diferença de eletronegatividade dos átomos, podemos tratar o sistema como sendo uma interação entre íons, ou seja, puramente eletrostática. No entanto, há uma interação devida ao fato dos elétrons sempre têm uma pequena probabilidade de ser encontrados nas vizinhanças do átomo menos eletronegativo. A chama regra do octeto surge do fato de que quando os átomos doam, recebem ou compartilham elétrons de tal forma que passam a apresentar configuração eletrônica semelhante a de gases nobres, eles tornam- se mais estáveis em relação a tendência dos elétrons de escaparem do sistema, ou seja o sistema como um todo torna-se estável. Allred e Rochow definiram a eletronegatividade de um átomo como sendo a razão Z *, a carga nuclear efetiva no elétron responsável pela ligação covalente, e o quadrado do raio covalente do átomo.as eletronegatividades são então dadas em termos da força de atração eletrostática, isso daria uma medida de como um átomo numa molécula atrai elétrons para si. Os valores de Z * são calculados de acordo com a regra de Slater, com a modificação de contar o último elétron ao computar-se a constante de blindagem. Os valores das eletronegatividades de Allred e Rochow podem ser convertidos à escala de Pauling pela relação.

6 X p = 0,359X AR + 0,744 Sabendo que os valores dos raios de covalentes para os gases nobres foram obtidos por B.Fung por extrapolação a partir do valor de 1,30 A para o xenônio e supondo que os raios covalentes variem da mesma forma que os raios univalentes. 2.1 Eletronegatividade nos livros didáticos Percebe-se que nas aulas de química, geralmente, são trabalhados conceitos que não são consistentes, obtidos de análises inadequadas. Na maioria das vezes, abordados como meras definições capazes apenas de instruir os estudantes na resolução de exercícios esquemáticos. Dessa maneira, o conceito científico é frequentemente desviado de seu contexto original e transposto para o contexto escolar de maneira empobrecida e/ou equivocada. A partir de análise de livros didáticos de Química do Ensino Médio revelam que o conceito de eletronegatividade geralmente é definido como: "capacidade que os átomos de determinado elemento possuem para atrair elétrons" ou "força de atração exercida sobre os elétrons de uma ligação". Nesse caso, também foi observado que o conceito de eletronegatividade é apresentado fora de sua historicidade e que, algumas vezes, é confundido com afinidade eletrônica e no que se refere às aplicações, era usado apenas para definir a polaridade das ligações covalentes. Sendo o livro didático um recurso bastante utilizado como mediador no processo de ensino-aprendizagem e considerando-se a relevância do conceito de eletronegatividade na compreensão de assuntos importantes no âmbito da Química, pretende-se neste trabalho resgatar o conceito de eletronegatividade em seu contexto original e, ao mesmo tempo, realizar uma análise do processo de inserção histórica deste conceito nos livros didáticos de Química no Ensino Médio e Superior, procurando identificar aproximações e distanciamento em relação ao conhecimento de referência.

7 2.2 A eletronegatividade dos gases nobres O conceito de eletronegatividade é importante, pois faz parte de vários problemas químicos. Verifica-se que é importante analisar este conceito quando aplicado aos gases nobres.de acordo com Pauling, a eletronegatividade foi definida como sendo o poder de um átomo numa molécula de atrair elétrons. A unidade de eletronegatividade tem sido tomados como energia, energia, força, ou mesmo parâmetros derivados de relações adimensionais. Os diferentes métodos de se calcular as eletronegatividades, tem sido objeto de varias revisões. De acordo com A.L.Filgueiras(1980), O método de Pauling se baseia em dados termodinâmicos não disponíveis para todos os gases nobres.o método de Mulliken, aperfeiçoado por Ixzowski e Margrave e por Hinge e Jaffé, é o mais satisfatório do ponto de vista teórico.a energia de um átomo em função da carga pode ser descrita por uma questão do tipo E = a + bq+ cq² + dq³+... (1) Denominada equação de Ixzowski e Margrave, onde a,b, c e d,... são constantes a serem determinadas e q é a carga do átomo. Os coeficientes de d em diante são desprezíveis em relação aos outros, de modo que a equação se torna E = a + bq+ cq² (2) Se fizer q = 0, +1 e -1, obtém-se respectivamente E 0 = a= 0 ( energia do átomo com carga zero) (3) E +1 = -b + c ( energia de ionização) (4) E -1 = -b + c (energia de eletroafinidade) (5) Diferenciando a Eq.2 em relação a q, obtém: de/dq = b + 2c (6) Combinando as equações (3), (4), (5), (6), resulta

8 de/dq= I + A /2 + ( I + A )q (7) ou, levando em conta a convenção de que A é definida como a energia liberada ao se adicionar um elétron a um átomo isolado, de/dq= I + A /2 + ( I + A )q Iczkowski e Margrave definiram a eletronegatividade de um átomo como sendo de/dq, ou seja, a tangente à curva descrita pela Eq.(2) num ponto qualquer. Vê-se daí que a eletronegatividade consiste num termo fixo, I+A/2, coincidente com a proposição de Mulliken, e de um termo variável com carga ( I-A). O termo fixo pode ser comparado com o conceito de Pauling: a diferença de eletronegatividade entre dois átomos A e B gera uma energia de estabilização ligação A-B, denominada energia de ressonância iônica.se A e B tiverem a mesma eletronegatividade, a energia necessária para se passar da forma covalente A-B para as formas iônicas A + e B - e A - e B - será a mesma.então a eletronegatividade será função de I e de A.A Eq (8) pode ser utilizada para o cálculo da eletronegatividade levando em conta não só a variação da carga, mas também a hibridação do átomo. Isto pode ser feito desde que conheçam os valores de I EV e de A EV, ou sejam, as energias de ionização e de eletroafinidade do átomo no estado de valência. O estado de valência de um átomo numa molécula foi definido por Van vleck como estado energético obtido pela remoção adiabática de todos os outros átomos ligados ao átomo considerado, isto é, sem qualquer rearranjo eletrônico. Os valores de I EV e de A EV podem ser calculados para a grande maioria dos elementos em diversos estados de Valencia.Com os valores calculados podem-se obter as eletronegatividades desejadas pela aplicação da Eq(8). O valor obtido para o hidrogênio é de/dq = 7, ,89q, o qual pode ser convertido facilmente em unidades de Pauling pela relação 0,168( 2 X M 1,23) = X p Onde X M = eletronegatividade de Mulliken X P = eletronegatividade de Pauling

9 Para os gases nobres, entretanto, há duas dificuldades: só se dispõe do ramo positivo da curva, uma vez que os valores das eletroafinidades dos gases nobres são desconhecidos ou duvidosos. De qualquer maneira, essas eletroafinidades são negativas e se referem à entrada de elétrons em subnivel diferente daquele considerado no ramo positivo (energia de ionização), de modo que o ponto q=0 representa uma descontinuidade na curva.em segundo lugar é difícil definir e calcular os valores de I EV e de A EV para os gases nobres, de modo que os resultados obtidos estão sujeitos a grandes variações.foram efetuados vários cálculos por diferentes autores para as eletronegatividades dos gases nobres, envolvendo tanto o método de Mulliken e suas variações, como os outros métodos.todos envolvem, porém, dificuldades que tomam os resultados algo duvidosos. 3.0 MATERIAIS E METODOS A estratégia metodológica para possibilitar um estudo consistente do conceito de eletronegatividade é de natureza descritiva e baseia-se fundamentalmente numa combinação de estudo bibliográficos. Pesquisa na literatura como será abordado o conceito de EN foi abordado o conceito de eletronegatividade pelos livros didáticos, em que assuntos de química o conceito de eletronegatividade esta sendo abordado pelos autores, qual a definição de EN é mostrada pelos autores, se os autores dos livros mostram como os valores de EN foram obtidos e como esse conceito é abordado para os gases nobres. O critério de seleção dos livros didáticos para o Ensino Médio era que fossem utilizados como livros-texto nas escolas públicas e particulares do Estado de Sergipe. Optamos por avaliar 5 livros de Química do Ensino Médio aprovados pelo selecionados em maior quantidade pelos professores da rede pública do Estado de da Paraiba do ano de 2011.Para os livros didáticos no Ensino Superior, o critério norteador foi o fato deles constarem como bibliografia básica nos programas das disciplinas de Química Geral e Química

10 Inorgânica no curso de Licenciatura em Química de uma universidade pública do Estado da Paraíba. Além da revisão bibliográfica sobre o conceito de eletronegatividade.na análise, serão considerados os assuntos de química referentes ao volume I de alguns livros didáticos do ensino médio. Os seguintes livros didáticos Química Geral, Química integral, Química do Cotidiano, Química Geral cujos autores são Ricardo Feltre [1], Sardella(2),respectivamente foram escolhidos, pois são os livros mais frequentemente utilizados em escolas particulares e públicas do estado da Paraiba e livros de ensino superior citado na tabela RESULTADOS E DISCUSSÕES Os livros didáticos analisados estão indicados na Tabela 2, LDEM (Livros Didáticos do Ensino Médio), e LDS (Livros Didáticos do Ensino Superior). Tabela 2 : Referencias analisadas do conceito de eletronegatividade. LDEM1 Feltre, R; Química Geral, 6 Ed, São Paulo: Editora Moderna LDEM2 Sardella, Antônio. Química. São Paulo: Editora ática, v. único, LDES1 Atkins, P; Jones,L;Principios de Química : questionando a vida moderna e o meio ambiente, Trad. Ricardo Bianca Alencastro; 3 ed. Porto Alegre.Bookman,2006. LDES2 LDES3 Brown, T.L; Leymay, H.E, Bursten, B.E; Química : A ciência central, Trad.Robson Matos, 9 ed,são Paulo: Makron Books, Kotz, J.C; Treichel, P.M.Jr; Química Geral e Reações Químicas, Trad.José Alberto Bonaparte e Oswaldo Barcia; São Paulo :thomson,vol1,200

11 Fonte : Própria. Percebe-se que através análise dos livros didáticos de Química do Ensino Médio LDEM1 e LDEM2 identificou-se que estes trazem pouca informação sobre o termo eletronegatividade. O conceito é apresentado a partir de uma abordagem tradicional, em que é mostrada apenas sua definição seguida de um esquema de setas que mostra a variação da eletronegatividade dentro da Tabela Periódica. Verificado nos dois livros analisados o esquema a seguir(figura 1) é geralmente utilizado na tentativa de facilitar a visualização da variação da eletronegatividade na Tabela Periódica. Porém é necessário atenção ao trabalhar com este esquema,pois ele pode ser compreendido como uma "regra" a ser seguida, a qual indica que a eletronegatividade aumenta da esquerda para direita ao longo do período e diminui descendo o grupo da Tabela Periódica, levando os casos que não seguem esta "regra" a serem interpretados como exceções isso seria um equivoco. Fonte : Química Nova Um problema verificado nos dois livros analisados foi que os elementos da coluna em preto são os gases nobres, que neste caso estão em destaque por serem considerados inertes. Como já existem relatos de compostos formados por gases nobres, tal qual o xenônio (XeF 6, XeF 2, entre outros), sugerindo através do esquema que os gases nobres não apresentam eletronegatividade, vindo a deixar conhecimentos importantes para a formação do aluno.

12 Nos textos analisados, foram encontradas as seguintes definições para o conceito de eletronegatividade: (1) "Capacidade que um átomo tem de atrair para si o par eletrônico de uma ligação covalente", essa definição foi encontrada de forma semelhante nos livros LDEM1. Em LDEM2 foi encontrada após definição mostrada em (1) que "existem algumas escalas que relacionam a eletronegatividade dos elementos (Escala de Linnus Paulling). Verificou-se que a escala de Pauling foi proveniente de uma relação entre a energia de ionização e a afinidade dos elementos". É possível verificar na literatura que Mulliken não é citado, dando somente a escala de Pauling como conhecimento fundamental no conceito de eletronegatividade. Já na analise dos livros didáticos de Química Geral do Ensino superior no Ensino verifica-se mostram um conceito de eletronegatividade que é voltado para um parâmetro que só se aplica a átomos em moléculas. No entanto, na maior parte do conteúdo não é mencionado que eletronegatividade surge apenas quando átomos de elementos químicos diferentes estão unidos por uma ligação. Todos os 3 livros citam a escala de Mulliken mostrando que outro cientista estudou essa propriedade, na escala de eletronegatividade foi proposta por Linus Pauling e que diferentes escalas de eletronegatividade têm sido propostas com base em parâmetros experimentais distintos. Entretanto, somente 2 destes livros (LDES1 e LDES2) apresentam a elaboração da escala original, mostrando que se trata de uma escala relativa. A partir da analise da literatura do Autor Atkins (LDS2) relaciona a variação da eletronegatividade com o aumento ou diminuição das cargas parciais. Quando se têm pequenas diferenças de eletronegatividade, as cargas parciais são muito pequenas e, quando se aumenta a diferença de eletronegatividade, também aumentam as cargas parciais. Nessa abordagem, estes autores demonstram a partir das ideias de Robert Mülliken, que a eletronegatividade é a média entre a energia de ionização e a afinidade eletrônica do elemento. Nenhum dos livros estudados está com uma abordagem para os gases nobres talvez seja necessária uma abordagem mostrando como no estudo feito

13 por Santos, em que o mesmo mostra o calculo da eletronegatividade dos gases nobres a partir da escala Z *3 /n CONCLUSÃO A partir das analises realizadas na literatura eletronegatividade verificou-se que eletronegatividade é uma propriedade relativa e que só faz sentido mostra la quando átomos de elementos químicos diferentes formam uma ligação e, que eletronegatividade se refere a um átomo numa molécula. O conceito demonstrado nos livros didáticos do Ensino Médio, identifica que os mesmos apresentam, o conceito de eletronegatividade de maneira basica e descontextualizada. Os textos, de maneira geral, não procuram explicar a relação entre eletronegatividade e outras propriedades periódicas. Sem qualquer fundamentação esse conceito é dado para o aluno, logo o mesmo não terá argumentos que façam com que o processo de ensinoaprendizagem funcione de forma, de forma nenhuma finalidade com a realidade o aluno conseguira enxergar. Uma abordagem de forma mais didática e mais detalhada nos livros de Ensino Superior, desde as mais antigas como a de Mülliken (1934).É necessário mostrar aos estudantes de química, um panorama atual da eletronegatividade, pois existem novas propriedades, como as cargas atômicas baseadas na teoria do funcional de densidade, em que é possível determinar as propriedades das ligações químicas de maneira exata. Logo do ponto de vista dos textos apresentados nos livros didáticos Médio e superior o conceito de eletronegatividade apresenta uma tendência desfavorável no que diz respeito ao processo de aprendizagem contribuindo para haver lacunas no conhecimento obtidos tanto por professores de química como por alunos.dessa maneira, propõe-se que a abordagem do conceito de eletronegatividade seja realizada de forma contextualizada de maneira histórica e intertextual REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

14 A.Duarte Hélio: Ligações químicas: Ligação iônica,covalente e metálica.cadernos temáticos de química Nova na Escola.N 4,2001. Gil, Antonio Carlos, Como elaborar projetos de pesquisa- 4.ed- 8.reimpr.-São Paulo: Atlas,2006. Mulliken, R. S. J. Chem. Phys. 2 (1934) 780. Allred, A. L.; Rochow, E. G. J. Inorg. Nucl. Chem. 5 (1958) 264. F.Campos Angela: Cálculo da eletronegatividade dos gases nobres através da escala Z* 3 /n 4. Russel,John B: Química Geral-vol1-ed :Makron Books do Brasil editora Ltda.Pág.370. Kotz,Johnc: Química e reações químicas-vol1-ltc.livros técnicos e científicos-ed S.A. A.L.Filgueiras: A eletronegatividade dos gases nobres-ufmg-1980.