SEQUÊNCIA DIDÁTICA: Modelos atômicos e sua evolução na história

Sequência didática

Modelos atômicos e sua evolução na história

Nesta sequência, serão estudados os modelos atômicos, seu histórico e seu uso para a ciência, características e propriedades dos átomos e da tabela periódica

A BNCC na sala de aula

Objetos de conhecimento	Estrutura da matéria
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. 3. Analisar, compreender e explicar características, fenômenos e processos relativos ao mundo natural, social e tecnológico (incluindo o digital), como também as relações que se estabelecem entre eles, exercitando a curiosidade para fazer perguntas, buscar respostas e criar soluções (inclusive tecnológicas) com base nos conhecimentos das Ciências da Natureza.
Habilidades	(EF09CI03) Identificar modelos que descrevem a estrutura da matéria (constituição do átomo e composição de moléculas simples) e reconhecer sua evolução histórica.
Objetivos de aprendizagem	Compreender que os modelos são ferramentas utilizadas pelos cientistas para representar e explicar objetos, sistemas, fenômenos, etc. da realidade. Compreender o processo de evolução dos modelos atômicos e suas aplicações. Analisar a organização da Tabela Periódica. Extrair informações da Tabela Periódica.
Conteúdos	Modelo atômico de Thompson, Rutherford e Bohr e aplicações. Tabela Periódica e aplicações.

Materiais e recursos

Caderno para anotações.

Caixa de papelão, pequenos objetos, tais como lápis, borracha, clipe, bola de gude etc.

Bastão de vidro, pedaço de lã e fio de algodão ou fio dental.

Despertador.

Tampa de vidro.

Lâmpada.

Desenvolvimento

Quantidade de aulas: 4.

Aula 1

A primeira aula sobre modelo atômico será uma aula prática. O objetivo da aula é que os alunos entendam o conceito de modelo. Os modelos são ferramentas utilizadas pelos cientistas para representar e explicar objetos, sistemas, fenômenos, entre outros, da realidade.

Os alunos deverão ser divididos em grupos de no máximo 4 pessoas. Cada grupo receberá uma caixa fechada (que não poderá ser aberta). Dentro da caixa, deverão conter 10 objetos diferentes entre si (exemplos: bola de gude, lápis, borracha, embalagem de bala, clipe, caneta, etc.). Os objetos das caixas não precisam ser necessariamente iguais entre si. A prática será dividida em 3 etapas, sendo que em cada etapa, um novo órgão do sentido será adicionado e mais informações sobre o conteúdo da caixa poderão ser avaliadas.

Na 1ª etapa, os alunos deverão tentar adivinhar o conteúdo da caixa sabendo apenas a sua massa, segurando-a nas mãos e pelo som, através da movimentação da caixa. Todas as hipóteses deverão ser anotadas em papel, com o maior número de detalhes possível.

Na 2ª etapa, os alunos poderão usar o tato, deve-se abrir uma pequena fresta na caixa, de modo que caiba apenas a mão. Com utilização do tato, espera-se que os alunos obtenham mais detalhes a respeito dos objetos que estão na caixa. Tudo deve ser anotado, novamente com o maior número de detalhes possível.

Na última etapa, os alunos poderão abrir a caixa, e usar a visão, e deverão anotar tudo o que veem, e também comparar com os resultados da 1ª e 2ª etapa.

Finalizado o experimento, o professor deverá instigar os alunos a refletir sobre como a união dos sentidos, audição, tato e visão, pode influenciar na elaboração de um modelo mais fidedigno da realidade.

Por fim, deve ser lançada a questão: Alguém já o viu átomo? Como é possível propor um modelo fiel de uma realidade desconhecida? É necessário fazer uma correlação com a prática da caixa. Para isso, diga que os alunos se basearam em evidências para compreender os objetos presentes no interior da caixa (evidências, essas, percebidas pelo tato, pela audição, e por fim, pela visão). No caso dos cientistas, as evidências podem ser percebidas por experimentações, observações, etc.

O tempo programado para essa aula será de 50 a 60 minutos.

Aula 2

A partir dessa aula, o conteúdo será propriamente desenvolvido. Para isso, organize os alunos em um semicírculo e desenhe na lousa uma linha do tempo dos modelos atômicos já estudados. Comece pelo modelo atômico de Dalton, retomando as principais características vistas na aula anterior.

Elaborado pelo autor.

Em seguida, propõe-se a execução do seguinte experimento: dois bastões de vidro devem ser esfregados com um pedaço de lã. Um dos bastões é amarrado a um fio em seu ponto central (segure o fio com uma das mãos) e o outro bastão fica na outra mão. As pontas dos dois bastões devem ser aproximadas. Haverá repulsão das pontas, deve-se explicar que o bastão ficou carregado positivamente e a lã, negativamente.

O professor deve questionar os alunos o motivo pelo qual esse fenômeno aconteceu. A resposta deve estar relacionada à existência de cargas elétricas. Caso os alunos não cheguem a uma resposta ao menos parecida com esta, o professor deve conduzir o debate afim de chegar-se a essa resposta.

Nesse momento, a linha do tempo com modelo de Dalton deve ser retomada, acrescentando a seguinte pergunta: "Dalton dizia que o átomo era maciço, indivisível e neutro, como esse fenômeno com o vidro e a lã aconteceu?" O professor deve ressaltar que esse fato novo (a confirmação da existência das cargas elétricas na matéria) fez com que outro modelo experimental de estrutura atômica surgisse. Diga que algumas décadas depois de Dalton, um cientista inglês chamado Thomson descobriu a existência de uma partícula negativa no átomo, chamada elétron. Como o átomo é neutro, ele sugeriu que o átomo era uma esfera carregada positivamente, na qual os elétrons estavam mergulhados nela, como um pudim de passas. Segue a figura.

Acrescentar o modelo de Thomson na linha do tempo.

Elaborado pelo autor.

Continuando a sequência, deve-se dizer aos alunos que no final do século XIX descobriu-se o próton e além disso, que tinha massa muitas vezes maior que o elétron e tinha carga elétrica positiva. Com mais essa descoberta, outro modelo surgiu, o modelo atômico de Rutherford.

Deve-se expor aos alunos que Rutherford conseguiu provar experimentalmente que o átomo tinha espaços vazios, não maciço. Para isso, ilustre no quadro simplificadamente o experimento realizado pelos alunos de Rutherford - Johannes Hans Wilhelm Geiger (1882-1945) e Ernest Marsden (1889-1970). Faça uma ilustração interativa, deslizando o giz em direção ao núcleo do átomo, previamente ilustrado. Ao se aproximar, faça um desvio, e peça para os alunos analisarem o risco feito no quadro, de maneira que identifiquem a trajetória do elétron e seu desvio ao se aproximar do núcleo. Peça para que expliquem o motivo do desvio. A linha do tempo dos modelos atômicos deve ser atualizada.

Elaborado pelo autor.

Para terminar a aula, deve-se mencionar que cerca de 20 anos depois, foi descoberto que o átomo, além das cargas positivas e negativas, também tinha partículas neutras, que foram chamadas de nêutrons; prótons e nêutrons ficam localizados no núcleo do átomo e os elétrons realizam movimentos ao seu redor (eletrosfera). As questões abaixo podem ser usadas como guia para o andamento da aula. Complete a linha do tempo, inserindo a data de 1913, data que Bohr propôs seu modelo atômico, posteriormente conhecido como modelo de Rutherford-Bohr.

1. Qual a contribuição do modelo atômico de Thomson para os conhecimentos acerca dos átomos?

Resposta: A contribuição de Thomson foi a constatação de que os átomos eram constituídos de cargas elétricas.

2. Qual experimento identificou que o átomo não era maciço?

Resposta: O experimento de Rutherford indicou que o átomo não era maciço porque as partículas de polônio sofriam desvios ao passarem pela lâmina de ouro.

O tempo programado para essa aula será de 50 a 60 minutos

Aula 3

Com tudo o que foi trabalhado até aqui, os alunos já têm as ferramentas necessárias para compreender os conceitos de número atômico, número de massa, e elemento químico.

Para isso, os alunos serão divididos em duplas e o professor distribuirá vários pedaços de papel. Em cada pedaço terá escrito um conceito ou sua definição, as duplas deverão relacionar corretamente o conceito a sua definição. Veja o exemplo como segue, em que cada célula da tabela representa um pedaço de papel:

Número atômico	Número de prótons presentes no núcleo do átomo
Número de massa	Soma do número de prótons e de nêutrons presentes no núcleo do átomo
Elemento químico	Conjunto de átomos que possuem o mesmo número atômico

Após o desenvolvimento dessa atividade, as duplas deverão apresentar como relacionaram os conceitos. Neste momento, promova a discussão dos conceitos com a turma. Como esse será o primeiro contato dos alunos com os conceitos, o professor deverá sanar as dúvidas conforme forem surgindo.

Explicar que um elemento químico deve ser representado de acordo com a notação a seguir.

$AZX$,

Onde X é o símbolo do átomo do elemento químico, A é o número atômico e Z é o número de massa.

O número de massa de um elemento químico (A) é seu número de prótons (p) somado a seu número de nêutrons (n). Seu número de atômico (Z) é seu número de prótons. Com base nisso, resolva as situações a seguir.

a) Um átomo do elemento químico de símbolo N, possui a seguinte apresentação: $147N$. Qual o número de prótons, elétrons e nêutrons deste elemento químico? Qual seu nome?

b) $42Be$

c) $168O$

Resposta: a) 7 prótons, 7 elétrons e 7 nêutrons. Nitrogênio. b) 2 prótons, 4 elétrons e 2 nêutrons. Berílio. c) 8 prótons, 8 elétrons e 8 nêutrons.

A aula deverá ter duração entre 50 e 60 minutos.

Aula 4

Essa aula será dedicada à apresentação da Tabela Periódica e deve ter entre 50 e 60 minutos. A ideia da aula é justamente mostrar a organização lógica na Tabela Periódica, para facilitar o entendimento.

Os alunos serão organizados individualmente e todos deverão receber uma cópia da Tabela em tamanho A4. Se for possível, projetar a imagem da Tabela.

Uma Tabela Periódica atualizada, fornecida pelo Conselho Regional de Química da IV Região (CRQ-IV Região) encontra-se disponível em: <https://www.crq4.org.br/sms/files/file/tabela%20peri%C3%B3dica14.pdf>. Acesso em: 24 nov. 2018.

Algumas questões deverão ser levantadas em sala e utilizando as informações da Tabela Periódica, espera-se que os alunos consigam responder.

1.Quantas linhas existem na Tabela Periódica?

Resposta: 7 linhas. Caso os alunos respondam 9 linhas, o professor deve esclarecer que as linhas $8^a$ e $9^a$ são os lantanídeos e actinídeos e estão na verdade, nas linhas 6 e 7 respectivamente, como indicado pelas setas. Se os alunos ainda ficarem confusos, faça a comparação com uma gaveta: é como se o elemento lantânio tivesse uma gaveta em que todos os outros lantanídeos ficassem guardados ali. A mesma coisa vale para o elemento actínio. Eles são agrupados dessa forma, pois possuem muitas características em comum.

2. Quantas colunas existem na Tabela Periódica?

Resposta: 18 colunas.

3. Quantos elementos químicos existem na Tabela Periódica atual?

Resposta: 118.

Outro destaque importante a fazer é a divisão entre metais, semimetais, não metais, gases nobres e elementos artificiais, destacando suas características em comum.

METAIS	SEMIMETAIS	NÃO METAIS	GASES NOBRES	ELEMENTOS ARTIFICIAIS
Conduz eletricidade e calor. São dúcteis e maleáveis. Em condições ambiente, são sólidos – exceção: mercúrio (Hg) é líquido.	Não conduzem eletricidade nem calor. Não apresentam ductilidade e maleabilidade – exceção: carbono (C) conduz eletricidade.	Apresentam propriedades intermediárias entre metais e não metais. Todos são sólidos à temperatura ambiente.	São seis e são encontrados isoladamente na natureza em suas formas monoatômicas (não estão ligados a outros elementos).	Não existem naturalmente e são sintetizados pelo homem

Para terminar a aula, organize os alunos em duplas e sorteie de 4 a 6 elementos químicos aleatórios (para isso, o professor deve considerar o tamanho da turma e a quantidade dos elementos mais relevantes) para que cada dupla apresente na próxima aula, uma ficha de identificação dos elementos, conforme a sugestão a seguir. Padronizar as folhas no tamanho de 1/4 de folha A4

ELEMENTO QUÍMICO (NOME E SÍMBOLO):
PONTO DE FUSÃO
PONTO DE EBULIÇÃO
ONDE É ENCONTRADO NA NATUREZA?
APLICAÇÕES

Avaliação

Para uma melhor avaliação, propõe-se a resolução de alguns exercícios, acompanhado da avaliação que segue.

Nome do(a) aluno(a): __________________________________________________________________
1. Participou dos debates propostos em sala?	( ) Sim.	( ) Não.
2. Compreendeu o histórico dos modelos atômicos?	( ) Sim.	( ) Não.
3. Identificou as características e propriedades dos átomos?	( ) Sim.	( ) Não.
4. Relacionou as características e propriedades dos átomos à organização da tabela periódica?	( ) Sim.	( ) Não.

As questões a seguir, podem ser usadas no processo avaliativo.

1. Qual é a principal característica dos gases nobres? Cite exemplos.

Resposta: Os gases nobres possuem sua camada de valência completa. Exemplos: gases hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio e radônio.

2. Considere os elementos Li, S, F, Ne, Fe, Se e Br. Consultando uma tabela periódica, indique quais deles apresentam similaridades em suas propriedades.

Resposta: Li e Fe podem ser agrupados como metais, apesar de estarem em famílias diferentes. S e Se são não metais de mesma família (16, 6A ou calcogênios). F e Br também são não metais de mesma família (17, 7A ou halogênios). O neônio é um gás nobre e não tem semelhança com nenhum elemento citado no exercício.

Fonte: PNLD