O ENSINO DE ELETRÓLISE E A GALVANIZAÇÃO: INFLUÊNCIA DA VOLTAGEM E DA COMPATIBILIDADE DE MATERIAIS

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1 O ENSINO DE ELETRÓLISE E A GALVANIZAÇÃO: INFLUÊNCIA DA VOLTAGEM E DA COMPATIBILIDADE DE MATERIAIS Luiza Oliveira Silva 1 Thamires de Castro Pereira 2 Letícia Soares Santos 3 Larissa Carvalho Soares Amaral 4

2 PALAVRAS-CHAVE: eletroquímica; galvanização; ensino de química. 1. INTRODUÇÃO A química ainda é considerada uma disciplina árdua devido à abstração de seus conteúdos e ao uso de simbolismo próprio. A visão acadêmica da química sem relacioná-la ao cotidiano e a dificuldade de compreensão de seus conceitos leva os estudantes a decorar regras e macetes (SILVA, 2011; TREAGUST; DUIT; NIESWANDT, 2000). Dentre os diversos conteúdos abordados em química, o ensino de eletroquímica é considerado difícil e vários trabalhos buscam metodologias alternativas para facilitar a aprendizagem desse conteúdo para diferentes níveis de ensino (AHTEE; ASUNTA; PALM, 2002; AKRAM; SURIF; ALI, 2014; CARAMEL; PACCA, 2011; CZEKSTER, 2014; GÜNTER; ALPAT, 2016). O objetivo desse trabalho foi utilizar um experimento para facilitar a compreensão dos conceitos de eletrólise que pudesse ser reproduzida em sala de aula, uma vez que esse conteúdo é abordado na disciplina dos cursos técnicos integrados da unidade Nepomuceno/ CEFET MG e não há previsão na matriz curricular de aulas práticas para ela. 313 A galvanização, usada no dia a dia em acabamentos de joias a peças automotivas, foi o tema escolhido. Galvanização, ou eletrodeposição metálica, é a técnica usada quando se deseja fazer o revestimento metálico em uma peça. A eletrodeposição é o método mais importante para a produção comercial de películas protetoras (TICIANELLI; GONZALEZ, 2005). Segundo Costa (2015), esse método é escolhido quando se desejaria revestimentos finos e de espessura controlada ou quando processos envolvendo temperaturas elevadas devem ser evitados. A eletrodeposição utiliza uma célula eletrolítica contendo um eletrólito constituído de sais iônicos do metal a ser depositado. O objeto a ser recoberto constitui o eletrodo negativo e quando a cor-

3 rente elétrica passa pela célula, os cátions metálicos se descarregam, formando uma camada metálica sobre a peça. O experimento, portanto, propõe demonstrar a eletrodeposição do cobre em diferentes materiais, usando uma bateria de 9 V e uma pilha de 1,5 V. 2. METODOLOGIA Os estudantes observaram o experimento descrito a seguir antes da discussão dos conceitos relacionados à eletrólise. A célula eletrolítica foi montada (CRUZ, 2004) ligando uma bateria de 9 V ao anodo (fio de cobre de 3 mm) e ao catodo (um dos objetos listados na tabela 1). Em todos os ensaios usou-se uma solução 0,5 mol L-1 de sulfato de cobre II como eletrólito, com tempo de eletrodeposição de 3 minutos e temperatura ambiente. Os ensaios foram repetidos trocando a bateria de 9 V por uma pilha de 1,5 V. Antes de cada ensaio, limpou-se a superfície de cada objeto a ser usado no catodo. Tabela 1 Objetos usados no catodo Objeto Anel de lata de refrigerante Chave Clipes de papel Moeda de 5 centavos Moeda de 50 centavos Material Alumínio (liga Al e 4-5% de Mg) Latão niquelado Aço Aço (liga de ferro e carbono) revestido de cobre Aço inoxidável (liga de ferro e cromo) Após a realização do experimento, houve uma discussão sobre o que foi observado a partir da concepção dos estudantes tendo em vista uma assimilação do conteúdo e uma reflexão crítica acerca dos saberes envolvidos. 3. DISCUSSÃO E RESULTADOS 314 Os estudantes observaram que a parte do objeto mergulhada na solução eletrolítica foi recoberta por cobre metálico e que a espessura

4 do revestimento aumentava no decorrer da eletrólise. Eles também observaram que em todos os objetos a espessura do revestimento foi maior quando se usou a bateria de 9 V comparada à pilha de 1,5 V. A seguir, os conceitos básicos de eletrólise (eletrodo, eletrólito, diferença de potencial, circulação da corrente elétrica) foram discutidos. Enfatizou-se também a dependência mútua entre oxidação e redução, bem como a condução em um eletrólito o que segundo Czekster (2014) são dificuldades conceituais observadas ao se trabalhar com esse conteúdo. Procurou-se também relacionar a redução do íon cobre observada na superfície do objeto ao conceito de redução apresentado num contexto de cálculo (diminuição do número de oxidação) e num contexto de partículas que compõem a matéria (ganho de elétrons). Alguns estudantes questionaram, a partir das equações químicas (equação 1 e equação 2) das reações que ocorreram nos eletrodos, como escreveriam a equação global do processo, o que foi relatado também por Caramel e Pacca (2011). Portanto, os estudantes se preocuparam em obter uma equação global. Anodo: Cu(s) Cu 2+ (aq) + 2e - (1) Catodo: Cu 2+ (aq) + 2e - Cu(s) (2) Ainda, o experimento permitiu discutir, além da influência da voltagem aplicada, a importância do material que constitui o objeto. Nas condições experimentais utilizadas, foi observado que a camada de cobre eletrodepositada foi facilmente riscada, exceto para a moeda de 5 centavos, cuja superfície também era de cobre. Os estudantes concluíram que se o material da peça a ser galvanizada e o metal a ser depositado não forem compatíveis, a galvanização pode resultar numa camada pouco aderente que logo começa a descascar. 315

5 4. CONCLUSÃO Embora não tenha sido suficiente para a aprendizagem efetiva de todos os conceitos envolvidos, o experimento realizado teve boa receptividade pelos estudantes, estimulou-os a relacionar o que foi observado a conceitos prévios e facilitou a apreensão de novos conceitos. Ainda, foi possível constatarem que a voltagem e a compatibilidade de materiais influenciam na eletrodeposição do cobre. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AHTEE, M.; ASUNTA, T.; PALM, H. Student teachers problems in teaching electrolysis with a key demonstration. Chem. Educ.: Res. Pract. Eur., v.3, n.3, p , AKRAM, M.; SURIF, J. B.; ALI, M. Conceptual difficulties of secondary school students in electrochemistry. Asian Soc. Sci., v.10, n. 19, p , CARAMEL, N. J. C.; PACCA, J. L. A. Concepções alternativas em eletroquímica e circulação da corrente elétrica. Cad. Bras. Ens. Fís., v. 28, n. 1: p. 7-26, COSTA, I. Métodos de controle da corrosão. In: HILSDORF, J. W. et al. Química Tecnológica. São Paulo: Cengage Learning, p. CRUZ, R. Experimentos de química: microescala, materiais de baixo custo e do cotidiano. São Paulo: Livraria da Física, p. CZEKSTER, H. C. Elaboração, aplicação e análise de um caso investigativo no ensino de eletroquímica f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências) Instituto de Química, Universidade de São Paulo, São Paulo

6 GÜNTER; T.; ALPAT, S. K. The effects of problem-based learning (PBL) on the academic achievement of students studying Electrochemistry. Chem. Educ. Res. Pract., DOI: / c6rp00176a. Disponível em: < capes.gov.br/en/content/articlepdf/2017/rp/c6rp00176a>. Acesso em: 10 dez SILVA, A. M. Proposta para tornar o ensino de química mais atraente. R. Quim. Ind., n.731, p.7-12, Disponível em: < Acesso em 22 ago TICIANELLI, E. A.; GONZALEZ, E. R. Eletroquímica. São Paulo: EdUSP, p. TREAGUST, D.; DUIT, R.; NIESWANDT, M. Sources of students difficulties in learning Chemistry. Educ. Quim, v. 11, n. 2, p , NOTAS 1 Estudante de Engenharia Elétrica, Centro Federal de Educação los.luiza@hotmail.com. 2 Estudante de Engenharia Elétrica, Centro Federal de Educação thamirescp1992@gmail.com. 3 Estudante de Engenharia Elétrica, Centro Federal de Educação leticia-lizz@hotmail.com Bacharel em Química, Doutora em Ciências, Professora do Departamento de Formação Geral, Centro Federal de Educação larissacsoares@nepomuceno.cefetmg.br.