Guia do Professor. Módulo Soluções; Equilíbrio Ácido-Base; Reações Químicas. Área de Aprendizagem: Química. Público-alvo: 2 o ano do Ensino Médio

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1 Olá Professor(a)! Eu sou a Quimneca e informo a você que este Guia tem por finalidade, ajudá-lo a conduzir as atividades propostas para o estudo das Cores nas Interações Químicas. O software Colorindo Bandeiras faz parte do Programa A Química Nossa de Cada Dia. Foi produzido pela Universidade Federal Fluminense, no Projeto Condigital, com apoio da Fundação Nacional de Desenvolvimento da Educação Ministério da Educação e Cultura Ministério da Ciência e Tecnologia. Ah! Esqueci de me apresentar, eu sou o Quimneco, amiguinho da Quimneca, mascotes deste Programa. Módulo Soluções; Equilíbrio Ácido-Base; Reações Químicas Área de Aprendizagem: Química Público-alvo: 2 o ano do Ensino Médio 1

2 Introdução: O estudo das Cores geralmente é apresentado de forma hermética e descontextualizado, sendo portanto muitas vezes desarticulado entre as disciplinas de Ciências ministradas na Escola Básica, bem como de nossa vida cotidiana. Para desmistificar essa visão equivocada, este guia apresenta um texto, que visa contribuir para minimização deste impasse e estimular o professor-pesquisador de sua própria sala de aula, a trabalhar este conteúdo de relevada importância de maneira clara e objetiva. A mudança de cor em um sistema é uma das evidências que está acontecendo alguma transformação química. Para isso são utilizadas soluções de indicadores ácido-base, que são corantes, solúveis em água, cuja cor depende do ph. Assim, o software desenvolvido simula as mudanças de cores que ocorrem quando indicadores ácido-base interagem com soluções ácidas ou básicas. No software intitulado Simulador: Colorindo Bandeiras (Figura 01) mostram-se as cores dos indicadores vermelho de fenol e azul de bromotimol em meio ácido ou básico, os quais foram usados para colorir as bandeiras de quatro países: França, Portugal, Espanha e Brasil. O desenvolvimento dos ensaios utilizados no simulador baseou-se no experimento do Professor Atílio José Vanin que coordenou o Grupo Química em Ação da USP, no qual acertase as cores da bandeira do Brasil usando o indicador azul de bromotimol em meio ácido e básico. O experimento no qual colore-se a bandeira do Brasil usando azul de bromotimol faz parte do Livro Ciência na Tela: experimentos no retroprojetor de autoria de Alfredo Mateus, Débora d Ávila Reis e Hélder de Figueiredo e Paula, publicado pela editora UFMG e pode ser visto no vídeo exibido no site: www. pontociencia.org.br 2

3 Objetivo: O software desenvolvido tem por objetivo fazer uma simulação das mudanças de cores observadas quando se modifica o ph de soluções contendo indicadores ácido-base, através da adição de soluções ácidas ou básicas. Professor(a), o experimento virtual Colorindo Bandeiras objetiva reproduzir em sala de aula, interações químicas que produzem cores, quando certas substâncias reagem entre si. A proposta de se fazer uma interface com um experimento virtual é facilitar a visualização dessas interações. Pré-requisitos de conhecimento: Conhecer os conceitos de ácidos e bases; Conhecer o que são indicadores ácido-base; Entender a ação de um indicador ácido-base. Tempo previsto para a atividade: Professor(a), você poderá usar duas aulas de 50 minutos: uma para apresentação e explicação do simulador virtual sugerido e, uma para a realização das atividades complementares propostas! 3

4 Requerimentos técnicos: Software: O Colorido das Interações Químicas - Colorindo Bandeiras 1. Versão mínima de navegador (Browser): Internet Explorer versão 5 Netscape versão 7 Firefox 3.0 Resolução 1024x PLUG-INS que, obrigatoriamente devem ter no computador: Plug-in do Flash 9 Plug-in Java (TM) Plug-in Version Acrobat Reader Entendendo o Experimental No software desenvolvido enfoca-se o equilíbrio ácido-base, utilizando indicadores que permitem a variação de cores, de acordo com o meio que está sendo usado, seja ácido, básico ou neutro. Na primeira tela do software (Figura 01) observam-se os ícones das instruções, dos créditos e do início da simulação. Figura 01: Tela inicial do software. 4

5 Na segunda tela (Figura 02) observam-se a direita bandeiras de quatro países, França, Portugal, Espanha e Brasil, com as cores trocadas e na bancada dois erlenmeyers contendo solução ácida e básica respectivamente. No quadro branco observam-se instruções e comentários a respeito da bandeira escolhida. Figura 02: Tela 2 Ao clicar em uma das bandeiras, automaticamente ela virá para cima da bancada onde o aluno deverá acertar as cores adicionando solução ácida ou básica em cada compartimento, isto se dará através do arraste do erlenmeyer até cada uma das partes da bandeira (Figura 03). Mas como saber que solução adicionar? Ao clicar em cada compartimento da bandeira com a cor trocada aparecerá uma informação do indicador ácido-base utilizado e sua coloração no meio básico, neutro ou ácido (Figura 03). 5

6 Figura 03: Tela 3. Ao acertar as cores da bandeira do país, aparecerá uma mensagem no quadro branco com as informações e curiosidades a respeito da bandeira do respectivo país (Figura 04). A simulação termina quando as cores da última bandeira forem acertadas. Figura 04: Tela 4. 6

7 Preparação para a atividade: Software: O Colorido das Interações Químicas - Colorindo Bandeiras Professor(a), o software desenvolvido é uma ferramenta pedagógica onde se propõe a modificação da cor de um indicador através da adição de soluções ácida e básica. Entende-se que é interessante discutir com os educandos o princípio básico das cores, como cor primária, cor secundária e o porquê das cores, é necessário também o entendimento dos fenômenos de Reflexão e Absorção da Luz. É importante que você faça um diagnóstico sobre o conhecimento dos seus alunos em relação ao tema. Para isso proponha um questionário abordando questões sobre o referido assunto e a seguir promova com seus alunos uma discussão geral sobre o tema. O momento mais oportuno para que essa discussão aconteça depende de você. Professor(a), para que um determinado conteúdo seja compreendido, é fundamental descobrir as concepções prévias dos seus alunos sobre esse conteúdo, pois dessa forma a aprendizagem terá significado. Antes de iniciar a apresentação do simulador Colorindo Bandeiras, você pode solicitar aos seus alunos que tenham lápis e papel em mãos para anotarem as possíveis dúvidas que possam surgir. Crie um ambiente tranquilo e oriente aos seus alunos para que prestem atenção na atividade proposta. Durante a atividade: Para um melhor aproveitamento desta atividade didática é necessária atenção e silêncio, para que se compreenda a orientação a ser seguida. 7

8 Sugere-se que a simulação seja repetida tantas vezes quantas forem necessárias, para que não fiquem dúvidas sobre o tema proposto. Professor(a), após a apresentação do software, estimule seus alunos a comentarem sobre o assunto. Faça perguntas provocativas e preste muita atenção nas dúvidas que podem surgir! Resultado esperado após a atividade Acredita-se que a ferramenta pedagógica sugerida, pode contribuir para um melhor entendimento das interações químicas de ácidos e bases, possibilitando aos alunos concluírem com segurança o porquê da formação de cores na interação de determinadas substâncias. Entende-se que o manuseio virtual do software sugerido, pode levar o estudante ter maior motivação para o aprendizado de reações químicas descritas em livros didáticos de Química. Acredita-se que o desenvolvimento detalhado de uma ferramenta didática, mesmo que virtual, respeitando os parâmetros científicos, pode contribuir para a melhoria da qualidade do ensino e a motivação de um aprendizado significativo e coerente, levando o aluno a refletir sobre a importância dos conteúdos apresentados, bem como, interagir com o modelo proposto, podendo tocá-lo, mesmo que virtual e entender um pouco do mundo microscópico. Professor(a), o texto a seguir serve de orientação para você. 8

9 Visualização de Mudança de Cores em equilíbrio Ácido-base: Desde o início da segunda metade do século XVII, os pesquisadores começaram a se preocupar em estabelecer teorias no sentido de conceituar Ácido e Base, ou seja, agrupar as substâncias nessas duas importantes classes. Teorias: As teorias de ácido e base surgidas até os tempos atuais, cronologicamente, são: a) Teoria de Boyle (1665) ÁCIDOS São substâncias que apresentam sabor azedo e propriedade de mudar a coloração de certos corantes vegetais. BASES substâncias que apresentam sabor amargo, capacidade de tornar a pele lisa e escorregadia e propriedade de mudar a coloração de certos corantes vegetais. b) Teoria de Gay-Lussac (1814) ÁCIDOS São substâncias que apresentam sabor azedo e as propriedades de mudar a coloração de certos corantes vegetais como também de neutralizar as bases, originando compostos denominados SAIS. BASES São substâncias que apresentam sabor amargo, capacidade de tornar a pele lisa e escorregadia e as propriedades de mudar a coloração de certos corantes vegetais como também de neutralizar os ácidos, originando compostos denominados SAIS. c) Teoria de Arrhenius (1884) ÁCIDOS São substâncias que, dissolvidas em água, se ionizam liberando na forma de cátions, exclusivamente íons hidroxônio (H 3 O + ). BASES São substâncias que, dissolvidas em água, sofrem dissociação iônica, liberando na forma de ânions, exclusivamente íons hidroxila (OH - ). 9

10 d) Teoria Protônica ou de Bronsted-Lowry (1923) ÁCIDO É qualquer espécie química (molécula ou íon) que numa reação cede próton. BASE É qualquer espécie química (molécula ou íon) que numa reação recebe próton. e) Teoria Eletrônica de Lewis (1923) ÁCIDO É qualquer espécie química que recebe um par eletrônico numa reação química. BASE É qualquer espécie química que fornece um par eletrônico numa reação química. Na tabela 1, estão resumidos os conceitos mais relevantes. Tabela 1: Conceitos de Ácidos e Bases TEORIAS ÁCIDO BASES Arrhenius Em meio aquoso produz como cátion exclusivamente H 3 O + Em meio aquoso produz como ânion exclusivamente OH - Bronsted- Doador de prótons Receptor de prótons Lowry Lewis Receptor de par eletrônico Doador de par eletrônico Como foram definidos anteriormente, os Ácidos, na presença das Bases, produzem Sal e Água. A reação química é denominada de Reação de Neutralização. ÁCIDO + BASE SAL + ÁGUA Indicadores encontram. São compostos que mudam de cor conforme o ph do meio em que se 10

11 A explicação atômico-molecular, da relação entre as estruturas dos indicadores, com as cores por eles apresentadas está relacionada ao comportamento ácido ou básico que esses indicadores possuem em solução aquosa. Esse comportamento pode ser visto no equilíbrio abaixo: IndH + H 2 O H 3 O + + Ind - O deslocamento deste equilíbrio para a esquerda ou para direita, dependerá das quantidades de espécies ácidas ou básicas no meio analisado, ocasionando a mudança de cor, que está relacionado com as concentrações relativas das espécies IndH e Ind -, as quais permitem a coloração do meio. A protonação de um indicador está relacionada com o ph do meio, logo, pode-se concluir que quanto maior o ph, maior a basicidade do meio e a concentração da espécie Ind -, diminuindo a concentração de IndH, devido sua desprotonação. Por outro lado, quanto menor o ph, ou seja, quanto maior a acidez do meio, maior será a protonação do indicador, ocasionando um aumento da concentração da espécie IndH. Nas figuras 05 e 06 podemos observar os prováveis equilíbrios dos Indicadores, Vermelho de Fenol e Azul de Bromotimol, de acordo com o meio utilizado, se ácido ou básico. 11

12 Figura 05: Possíveis equilíbrios do Vermelho de Fenol e do Azul de Bromotimol em função da acidez e da basicidade do meio. ABSORÇÃO: Violeta Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho REFLEXÃO: Amarelo Laranja Vermelho- Violeta Azul Verde O sal do Vermelho de Fenol (absorve no verde e reflete o vermelho) O sal do Azul de Bromotimol (absorve no laranja e reflete o azul) OBS.: Quanto maior for a extensão de conjugação, a absorção se desloca para maior comprimento de onda e menor Energia. Vide setas acima. Figura 06: Cores relacionadas com os fenômenos de Reflexão e Absorção da luz. Na prática, para medirmos com certa precisão o ph de um meio, usa-se papéis indicadores universais ou o peagâmetro (aparelho que detecta o ph por 12

13 meio da condutibilidade elétrica). Na tabela 2 pode-se verificar a variação de cores, de acordo com o meio e o indicador usado. Tabela 2: Cores das soluções de acordo com o meio e o indicador presente MEIO REACIONAL COLORAÇÃO INDICADOR VERMELHO DE FENOL Solução Ácida Amarela Solução Neutra Laranja Solução Básica Vermelho INDICADOR AZUL DE BROMOTIMOL Solução Ácida Amarelo Solução Neutra Verde Solução Básica Azul Indicadores Naturais Os sucos de certos vegetais podem servir de Indicadores, pois mudam de cor conforme o ph do meio. Por exemplo, o suco de repolho roxo vai do vermelho (ácido) a cor de rósea, roxo, azul e verde (básico). Ao princípio ativo desses vegetais denomina-se Antocianina (figura 07). Quando se altera o ph de um sistema, que contém Antocianina, ocorre mudança da coloração desse sistema, devido as transformações estruturais desse composto. Um outro exemplo é a mudança de cor de um chá quando se adicionam gotas de limão. A cor de certas flores depende da acidez do solo, assim, há hortênsias que ao crescerem em solo ácido têm flores azuis e solo básico tem flores vermelhas. 13

14 Figura 07: Fórmula genérica das Antocianinas (Gouveia-Matos/1999) Professor(a), para o aprofundamento sobre este assunto sugere-se a leitura do artigo Química Nova na Escola, 10, 6-10, Você pode estimular seus alunos a jogarem o software Investigação Química também produzido pela Universidade Federal Fluminense, no Projeto Condigital. Avaliação Após a apresentação e explicação do software, oriente seus alunos para utilização do experimento virtual, avaliando a participação dos mesmos. Promova uma discussão geral, orientando aos alunos que escrevam uma pequena dissertação sobre o assunto discutido. As atividades complementares propostas a seguir poderão ajudá-lo a avaliar a atividade. Atividades Complementares Após a apresentação do simulador, o professor deve propor experimentos que possam ser realizados em sala de aula, os quais podem ser obtidos no sites: e 14

15 O professor deve propor também uma pesquisa, em revista, jornais, internet sobre o tema Cores. Professor(a), lembre-se que motivar o aluno à pesquisa, é um mecanismo que estimula o aluno a se interessar por novas descobertas e invenções. Proponha aos alunos pesquisarem textos que abordem as interações químicas com produção de cores, como também reações químicas que ocorrem no cotidiano. Tenho pensado muito como melhorar a qualidade do Ensino de Química e, acredito que motivar os alunos para pesquisa utilizando meios de comunicação, como jornais, revistas, internet, podem de alguma forma contribuir para significação do conteúdo a ser abordado. 15

16 Bibliografia Consultada Software: O Colorido das Interações Químicas - Colorindo Bandeiras BRASIL MEC, Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio, Brasília, CHASSOT, A. I, Catalisando Transformações na Educação, Ed Unijuí, EINSTEIN, A., Como vejo o Mundo. 2 a ed. Rio de Janeiro, Nova Fronteira, JAFFE, B. Crucibles: The Story of Chemistry, 4 a ed. Dover Publications, Inc. New York, MAAR, J. H., Pequena História da Química, 1 a Florianópolis, 1999, 848p. ed. Papa Livro Editora, MALDANER, O. A. Química I: Construção de conceitos fundamentais. Ijuí: Unijuí, MOREIRA, M. A.; Aprendizagem Significativa: A teoria de David Ausubel, 1982, 304p. MORTIMER, E. F. Linguagem e formação de conceitos no Ensino de Ciências. Belo Horizonte: Ed. UFMG, MORTIMER, E. F, Machado, A. H., Química para o Ensino Médio -Série Parâmetros, 1 a ed. Ed. Scipione, REIS, M. Completamente Química - Ensino Médio, Química Geral. São Paulo: FTD, v.1, 1ª ed., p. TITO, P., CANTO, E. Química na Abordagem do Cotidiano.São Paulo: Editora Moderna, v. único, 4ª ed., p. Para estudos complementares: GEPEQ. Estudando o equilíbrio ácido-base. Química Nova na Escola, n. 1, p , GOUVEIA-MATOS, J. A. M. Mudanças nas cores dos extratos de flores e do repolho roxo. Química Nova na Escola, n. 10, p. 6-10, LIMA, V. A.; BATTAGGIA, M.; GUARACHO, A. e INFANTE, A. Demonstração do efeito tampão de comprimidos efervescentes com extrato de repolho roxo. Química Nova na Escola, n. 1, p ,