Leis ponderais das reações químicas

Sequência didática

Leis ponderais das reações químicas

Nesta sequência, as reações químicas serão abordadas com maior detalhamento e aprofundamento em relação aos conteúdos abordados em anos anteriores, por meio do estudo das duas leis ponderais da Química.

A BNCC na sala de aula

Objeto de conhecimento	Aspectos quantitativos das transformações químicas.
Competências específicas de Ciências da Natureza	1. Compreender as Ciências da Natureza como empreendimento humano, e o conhecimento científico como provisório, cultural e histórico. 2. Compreender conceitos fundamentais e estruturas explicativas das Ciências da Natureza, bem como dominar processos, práticas e procedimentos da investigação científica, de modo a sentir segurança no debate de questões científicas, tecnológicas, socioambientais e do mundo do trabalho, continuar aprendendo e colaborar para a construção de uma sociedade justa, democrática e inclusiva. 5. Construir argumentos com base em dados, evidências e informações confiáveis e negociar e defender ideias e pontos de vista que promovam a consciência socioambiental e o respeito a si próprio e ao outro, acolhendo e valorizando a diversidade de indivíduos e de grupos sociais, sem preconceitos de qualquer natureza.
Habilidade	(EF09CI02) Comparar quantidades de reagentes e produtos envolvidos em transformações químicas, estabelecendo a proporção entre suas massas.
Objetivos de aprendizagem	Compreender as reações químicas e sua representação. Reconhecer que as reações químicas são regidas por duas leis ponderais.
Conteúdos	Reações químicas. Lei de Conservação das Massas (Lei de Lavoisier). Lei das Proporções Definidas (Lei de Proust).

Materiais e recursos

Caderno para anotações.

Folhas avulsas com atividades extras.

Ovos.

Balança de precisão.

Desenvolvimento

Quantidade de aulas: 3.

Aula 1

Para esta aula, os alunos estarão sentados individualmente ou em semicírculo. Em seguida, o tema transformação química, revisto na aula passada, deve ser retomado.

O assunto "Leis Ponderais da Química" envolve muito conhecimento teórico e contextualização histórica. Para o assunto não ficar maçante, recomenda-se que essa história seja contada da forma mais lúdica possível, pois o objetivo é que o aluno compreenda as Leis Ponderais. O raciocínio deve ser estimulado.

Para começar, mobilize o conhecimento prévio dos alunos, para isso questione-os: Alguns cientistas são famosos, quais você conhece e por que eles têm essa fama? As grandes invenções e descobertas do mundo moderno foram obra de um único cientista? O professor deve instigar os alunos a darem suas próprias respostas, desfazendo ideias preconcebidas e, se for o caso, explicar como funciona um laboratório de pesquisa.

Essas reflexões são importantes, pois é comum acreditar que só este ou aquele cientista descobriu ou inventou algo, quando na maioria das vezes existe um grupo de cientistas que trabalharam muito, com erros e acertos para formularem teorias como as conhecemos. O trabalho científico é fruto do trabalho de diversas pessoas, não necessariamente em um laboratório, onde muitas pessoas se empenham juntas com um objetivo comum, mas na comunidade científica, em que diversos pesquisadores utilizam resultados de pesquisas de outros colegas, visando aprimorá-las. A ciência está sempre mudando, é um processo dinâmico, pois ao se construírem novos conhecimentos e novos métodos de aferição e experimentação, teorias antigas são suplantadas pelas novas, ou, em grande parte das vezes, aprimoradas. É importante desfazer o estereótipo de cientista e explicar que pessoas com vidas comuns fazem a Ciência.

A primeira lei ponderal a ser estudada será a Lei da Conservação das Massas, ou Lei de Lavoisier. Baseado no raciocínio anterior, é preciso destacar que outros pesquisadores já trabalharam com o tema. Ao escrever exemplos de reações, para ressaltar que as massas dos reagentes são iguais à massa dos produtos, é importante deixar claro que o sistema deve ocorrer em ambiente fechado. A fórmula molecular de cada substância não precisa ser escrita nesse momento, é mais importante escrever o nome da substância por extenso para que os alunos as conheçam.

Para quantificar as massas, devem-se usar as unidades em miligramas, quilogramas, mililitros/litros ou até mesmo a quantidade de moléculas (exemplo: duas moléculas de gás hidrogênio mais uma molécula de gás oxigênio formam uma molécula de água). O número de mols de cada substância não precisa ser abordado nesse momento, o conceito de molaridade e estequiometria serão estudados em outro momento. É interessante que ao menos dois exemplos sejam trabalhados em aula.

Para quantificar as massas, deve-se usar as unidades em miligramas, gramas ou quilogramas. É interessante que ao menos, dois exemplos sejam trabalhados em aula.

Para exemplificar, um experimento prático que pode ser proposto nesse momento é comparar a massa de um ovo cru com sua massa depois de cozido. Após seu resfriamento, o ovo pode ser pesado novamente. O cozimento do ovo é transformação química e a casca do ovo garante que o processo de cozimento ocorra em ambiente fechado, logo, a massa inicial será igual à final. O professor deve fazer a demonstração, tomando os devidos cuidados com a manipulação do fogão para o cozimento do ovo.

A segunda lei ponderal a ser estudada será a Lei das Proporções Definidas, ou Lei de Proust, que diz que a proporção (em massa) dos elementos químicos que compõem a substância é sempre a mesma. A mesma abordagem que foi adotada para a explicação da lei anterior deve ser aplicada aqui. É interessante que ao menos dois exemplos sejam trabalhados em aula.

Aula 2

O foco dessa aula será um aperfeiçoamento do que já foi estudado até o momento. Os alunos serão divididos em duplas e uma tempestade de ideias será proposta com a seguinte pergunta: "Qual a diferença entre elemento e composto?"

Num primeiro momento, cada dupla deverá anotar em um papel todas as ideias que tem em mente. Num segundo momento, o professor promoverá um debate entre as duplas, em que serão organizadas as ideias comuns de uma ou mais duplas e as que são diferentes entre si. O objetivo da tempestade de ideias é que os alunos exponham o que sabem sobre o assunto. Os conceitos corretos e equivocados serão trabalhados durante a aula. Essa atividade deverá ter no máximo 15 minutos de duração.

Após a tempestade de ideias, terá início a conceituação. É preciso dizer que elemento químico é um conjunto de átomos com características semelhantes, e todos os elementos químicos conhecidos estão organizados na Tabela Periódica. Aqui não é necessário descrevê-la em detalhes, esse assunto será abordado um pouco mais à frente, mas é interessante que se diga que ela reúne todos os elementos que são conhecidos de uma forma lógica.

A seguir, dar um exemplo de uma reação de formação da água. A seguinte reação deve ser escrita na lousa:

Gás hidrogênio + Gás oxigênio → Água

Explicar que o gás hidrogênio e gás oxigênio são substâncias puras simples (que não podem ser decompostas em substâncias puras mais simples) e a água, uma substância pura composta ou composto (pode ser decomposta, pois é formada por mais de um elemento químico que podem se separar nos gases oxigênio e hidrogênio). A seguir, outros exemplos de substâncias puras e compostas serão mencionados e os alunos deverão classificá-las, como na tabela a seguir:

ELEMENTO	COMPOSTO
Respostas possíveis: oxigênio, hidrogênio, enxofre, fósforo, ferro, níquel, nitrogênio...	Respostas possíveis: gás metano, gás carbônico, etanol, gasolina, sal de cozinha...

Nessa etapa, é natural que os alunos tenham dúvidas sobre como definir substâncias puras e compostas. Com o intuito de sanar esse conflito, o professor deverá conduzir a aula para o assunto "Teoria atômica de Dalton".

Destacar que, quando foi proposta a lei de Lavoisier, não se conhecia os átomos como conhecemos hoje, faltava uma explicação microscópica que fosse válida para toda e qualquer transformação (reação) química. Durante essa explicação, questionar os alunos:

1. O que diz a lei de conservação das massas?

Resposta: Segundo a lei da conservação de massas, a massa dos reagentes é sempre igual à massa dos produtos formados.

2. Como a massa de uma substância é determinada?

Resposta: A massa de uma substância é determinada a partir da massa dos átomos que a compõem. Por exemplo: a água é uma substância composta por: 2 átomos de hidrogênio e 1 de oxigênio, e portanto, uma molécula de água possui, aproximadamente, 18 gramas.

Estimular o debate e, nesse momento, expor para a turma, como no quadro a seguir.

TEORIA ATÔMICA DE DALTON

A MATÉRIA É FORMADA POR ÁTOMOS.

ÁTOMOS DE UM MESMO ELEMENTO SÃO IGUAIS EM TODAS AS SUAS PROPRIEDADES.

ÁTOMOS DE ELEMENTOS DIFERENTES TÊM PROPRIEDADES DIFERENTES.

NUMA REAÇÃO QUÍMICA, OCORRE APENAS UM REARRANJO DE ÁTOMOS (CADA ÁTOMO GUARDA A SUA IDENTIDADE QUÍMICA).

A aula deverá ter duração entre 50 e 60 minutos. A teoria de Dalton será mais bem trabalhada na aula seguinte.

Aula 3

Nessa aula, os alunos estarão organizados em semicírculo, para facilitar a interação entre eles. É importante retomar a teoria de Dalton apresentada na aula anterior, pois ela será importante para o próximo tópico, o conceito de molécula; para isso, os alunos precisam conhecer a representação química dos elementos, por isso apresente a tabela periódica aos alunos. Vários elementos e símbolos serão expostos em sala e os alunos deverão relacioná-los entre si, (outros exemplos podem ser utilizados).

Distribuir aos alunos cópias da tabela periódica para que consultem os elementos químicos e preencham o quadro (outros exemplos podem ser utilizados).

ELEMENTO	SÍMBOLO
HIDROGÊNIO	Resposta: H
OXIGÊNIO	Resposta: O
NITROGÊNIO	Resposta: N
FÓSFORO	Resposta: P
FERRO	Resposta: Fe
COBALTO	Resposta: Co
CARBONO	Resposta: C
ENXOFRE	Resposta: S

SUSBTÂNCIA	FÓRMULA MOLECULAR
ÁGUA	H2OH2O
GÁS OXIGÊNIO	O2O2
GÁS NITROGÊNIO	N2N2
CLORETO DE SÓDIO	NaClNaCl

Em seguida, explicar o conceito de molécula, apresentar substâncias conhecidas pelos alunos, escrever a molécula correspondente ao seu nome. Outros exemplos podem ser trabalhados em sala.

Em seguida, organizar a turma em duplas e distribuir, para cada uma, cópias do quadro a seguir. Os alunos deverão, conforme as instruções, balancear as reações químicas presentes no quadro abaixo, com o auxílio do professor.É preciso ressaltar que a água é composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Isso deve ser feito para todas as moléculas trabalhadas em aula. Qualquer sinal de dúvida, o assunto precisa ser retomado para que sejam esclarecidas.

VOCÊ SABIA QUE: 1. UMA REAÇÃO QUÍMICA PODE SER REPRESENTADA POR "A + B → C + D"; 2. "A e B" SÃO CHAMADOS DE REAGENTES DA REAÇÃO; 3. "C e D" SÃO CHAMADOS DE PRODUTOS DA REAÇÃO. VEJA O QUADRO COM ALGUMAS REAÇÕES QUÍMICAS.
REAGENTE "A"	REAGENTE "B"	PRODUTO "C"	PRODUTO "D"
H2H2	O2O2	H2OH2O	-
H2H2	Cl2Cl2	HClHCl	-
Mg(OH)2Mg(OH)2	HClHCl	MgCl2MgCl2	H2OH2O

As equações balanceadas são:Conforme o quadro for apresentado, trabalhar com os alunos, o balanceamento das reações, isto é, a quantidade de átomos de cada elemento deve ser a mesma nos reagentes e nos produtos. Introduzir o conceito de estequiometria das reações.

$${2H}_2+O_2\to 2H_{2}O$$

$$H_2+{Cl}_2\to 2HCl$$

$${Mg\left(OH\right)}_2+2HCl\to Mg{Cl}_2+2H_{2}O$$

É interessante que mais exemplos de reações sejam abordados em sala.

A aula deverá ter duração entre 50 e 60 minutos.

Para trabalhar dúvidas

Nesta sequência, como se trata de um tema que exige maior abstração, a melhor forma de sanar dúvidas é através da resolução de exercícios. Recomenda-se que eles sejam resolvidos de forma coletiva, garantindo que todos os alunos acompanhem o raciocínio, reforçando sempre a dedução lógica e não a memorização repetitiva.

Avaliação

Para uma melhor avaliação, propõe-se a resolução de alguns exercícios, acompanhada da avaliação que segue, também de cunho exemplificativo.

Nome do(a) aluno(a): ____________________________________________________________
1. Compreendeu o conceito de elemento químico?	( ) Sim.	( ) Não.
2. Compreendeu o balanceamento das reações químicas?	( ) Sim.	( ) Não.
3. Participou das discussões propostas em aula?	( ) Sim.	( ) Não.
4. Trabalhou em grupo e respeitou a opinião dos colegas?	( ) Sim.	( ) Não.
5. Desenvolveu reações químicas simples?	( ) Sim.	( ) Não.

Classifique em substância ou mistura:Para ajudar na avaliação, podem ser usados os exercícios a seguir.

Água

Etanol comercial

Gasolina

Moeda de 1 real

Ar atmosférico

Resposta: Substância pura: água. Mistura: etanol, gasolina, moeda e ar atmosférico.

Ampliação

Sugere-se como atividade de ampliação que os alunos façam o levantamento bibliográfico dos cientistas trabalhados em aula (Lavoisier, Proust e Dalton), tendo como foco principal outros trabalhos desenvolvidos por eles, bem como se houve a colaboração de outros pesquisadores. A pesquisa poderá ser feita na biblioteca da escola ou na aula de informática.

Fonte: PNLD