( PDF ) Química: Ensino médio (Coleção explorando o ensino, volume V)

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COLEÇÃO EXPLORANDO O ENSINO

VOLUME 5

QUÍMICA

ENSINO MÉDIO

COLEÇÃO EXPLORANDO O ENSINO

Vol. 1 – Matemática (Publicado em 2004)

Vol. 2 – Matemática (Publicado em 2004)

Vol. 3 – Matemática: Ensino Médio (Publicado em 2004)

Vol. 4 – Química

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)

Centro de Informação e Biblioteca em Educação CIBEC

Química : ensino médio / organização Eduardo Fleury Mortimer. – Brasília : Mi-

nistério da Educação, Secretaria de Educação Básica, 2006.

222 p. : il. (Coleção explorando o ensino ; v. 5)

ISBN 85-98171-21-2

1. Ensino de Química. 2. Ensino médio. I. Mortimer, Eduardo Fleury. II. Brasil.

Secretaria de Educação Básica.

CDU 542:373.5

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

SECRETARIA DE EDUCAÇÃO BÁSICA

QUÍMICA

ENSINO MÉDIO

BRASÍLIA

2006

ORGANIZAÇÃO

Eduardo Fleury Mortimer

SELEÇÃO DE TEXTOS

Áttico Chassot

Eduardo Fleury Mortimer

Julio Cezar Foschini Lisboa

Marcelo Giordan

Roberto Ribeiro da Silva

REVISÃO

Romeu Cardozo Rocha Filho

PROJETO GRÁFICO

Carlos André Mores

CAPA

Daniel Tavares (foto: Foco – Formação Continuada de

Professores de Ciências Naturais – Faculdade de

Educação – UFMG)

Tiragem 72 mil exemplares

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

SECRETARIA DE EDUCAÇÃO BÁSICA

Esplanada dos Ministérios, bloco L, sala 500 CEP - 70.047-900 Brasília-DF

Tel. (61) 2104 8177/2104 8010

www.mec.gov.br

SECRETARIA DE EDUCAÇÃO BÁSICA – MEC

DEPARTAMENTO DE POLÍTICAS DE ENSINO

MÉDIO - SEB

COORDENAÇÃO-GERAL DE POLÍTICAS

DE ENSINO MÉDIO – SEB

COORDENAÇÃO-GERAL DE ASSISTÊNCIA

AOS SISTEMAS DE ENSINO – SEB

FUNDO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO

DA EDUCAÇÃO - FNDE

DIRETORIA DE PROGRAMAS ESPECIAIS - FNDE

Sumário

Apresentação

Química e Sociedade

Perfumes: uma química inesquecível

Sandra M. Dias e Roberto R. da Silva 9

O princípio químico do bafômetro

Per Christian Braathen 15

A comunicação química entre insetos

J. Tércio B. Ferreira e Paulo H.G. Zarbin 20

Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental

Nerilso Bocchi, Luiz Carlos Ferracin e Sonia Regina Biaggio 27

Contaminação por mercúrio e o caso da Amazônia

Jurandir Rodrigues de Souza e Antonio Carneiro Barbosa 38

A química e a conservação dos dentes

Roberto R. da Silva, Geraldo A. Luzes Ferreira e Joice de A. Baptista e Francisco Viana Diniz 45

Relatos de Sala de Aula

Repensando a química: a formação de equipes de professores/pesquisadores

como forma eficaz de mudança da sala de aula de química

Otavio Aloisio Maldaner e Maria do Carmo Tocci Piedade 53

A contextualização no ensino de cinética química

Jozária de Fátima Lemos de Lima, Maria do Socorro Lopes Pina, Rejane Martins Novais Barbosa

e Zélia Maria Soares Jófili 61

Cargas elétricas na matéria

Eva Teresinha de Oliveira Boff e Marli Dallagnol Frison 68

As aulas de química como espaço de investigação e reflexão

Dalva Lúcia Castilho, Katia Pedroso Silveira e Andréa Horta Machado 73

Tirando as argilas do anonimato

Rúbia Lúcia Pereira, Deborah Andrade Munhoz, Adalberto Pinheiro Pestana,

Luciana Augusta Vieira e Andréa Horta Machado 79

O papel do professor na produção de medicamentos fitoterápicos

Petronildo B. da Silva, Lúcia Helena Aguiar e Cleide Farias de Medeiros 84

História da Química

100 anos de Nobel - Jacobus Henricus van’t Hoff

Aécio Pereira Chagas 91

Pasteur: ciência para ajudar a vida

João Augusto de Mello Gouveia-Matos 95

Outro marco zero para a história da ciência latino americana

Attico I. Chassot 100

Raios X e radioatividade

Attico I. Chassot 105

A eletricidade e a química

Maria da Conceição Marinho Oki 110

Destilação: a arte de extrair virtudes

Maria Helena Roxo Beltran 116

Conceitos Científicos em Destaque

Potencial de Redução e eletronegatividade: obstáculo verbal

Alice Ribeiro Casimiro Lopes 122

O significado das fórmulas químicas

Eduardo Fleury Mortimer 127

Ligação química: abordagem clássica ou quântica

Henrique Toma 131

Estrutura molecular: o conceito fundamental da Química

José Glauco Tostes 138

Funções da química inorgânica.. funcionam?

Reinaldo Calixto de Campos e Reinaldo Carvalho Silva 143

Fotossíntese, um tema para o ensino de ciências?

Clarice Sumi Kawasaki e Nélio Bizzo 150

Pesquisa no Ensino de Química

Importância, sentido e contribuições de pesquisas para o ensino de Química

Roseli Pacheco Schnetzler e Rosália Maria Ribeiro Aragão 158

Função social: o que significa ensino de Química para formar o cidadão?

Wildson Luiz P. dos Santos e Roseli Pacheco Schnetzler 166

Imagens de ciência em manuais de Química portugueses

Carlos Campos e Antonio Cachapuz 176

Construindo conhecimento científico na sala de aula

Rosalind Driver, Hilary Asoko, John Leach, Philip Scott e Eduardo Mortimer 186

Modelos de ensino de equilíbrio químico: algumas considerações sobre

o que tem sido apresentado em livros didáticos no Ensino Médio

Vânia S.O. Milagres e Rosária S. Justi 201

Concepções sobre o papel da linguagem no processo de elaboração conceitual

em Química

Andréa Horta Machado e André Luiz Alves Moura 210

Elemento Químico

Eduardo M.A. Peixoto

Hidrogênio e Hélio 215

Carbono 216

Nitrogênio 217

Oxigênio 219

Alumino 220

Silício 221

Apresentação

A Secretaria de Educação Básica do Ministério da Educação apresenta aos professores do

Ensino Médio os volumes 4 e 5 de Química da Coleção Explorando o Ensino

. Essa Coleção tem o

objetivo de apoiar o trabalho do professor em sala de aula, oferecendo um rico material didático-

pedagógico, referente às disciplinas Matemática, Biologia, Química e Física.

A Química é uma forma de pensar e falar sobre o mundo, que pode ajudar o cidadão a

participar da sociedade industrializada e globalizada, na qual a ciência e a tecnologia desempenham

um papel cada vez mais importante. O ensino da Química na escola média brasileira está mudando

para atender a essa finalidade, e muitas dessas mudanças estão expressas nos Parâmetros

Curriculares Nacionais para a área de Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias.

Poderíamos dizer que as referidas mudanças organizam-se em torno de três exigências básicas:

1) conceber o estudante como o centro do processo de ensino-aprendizagem. Os alunos são

ativos, constroem seu conhecimento por meio de um diálogo entre as novas formas de conhecer

que lhes são apresentadas na escola e aquilo que eles já sabiam de sua vivência cultural mais

ampla; 2) propor um ensino que prepare o cidadão para participar do debate e da tomada de

decisões na sociedade sobre problemas ambientais, sociais, políticos e econômicos que envolvam

a ciência e a tecnologia. O aluno deve ser capaz de ler e interpretar textos e informações científicas

divulgadas pela mídia e de usar o conhecimento científico na sua vida diária; 3) propor um

ensino em que o aluno aprenda não só os conceitos científicos, mas também como funciona a

ciência e como os cientistas procedem para investigar, produzir e divulgar conhecimentos. A

história da ciência desempenha papel importante para ajudar o aluno a entender a natureza do

conhecimento científico, ao mostrar que a atividade científica faz parte da atividade humana.

Essas mudanças implicam uma série de novas demandas sobre o que e como ensinar. Os

volumes 4 e 5 da Coleção Explorando o Ensino foram organizados de modo a disponibilizar aos

professores de Química um conjunto de textos de qualidade que lhes ajudará a aprofundar as

mudanças propostas. Os textos são uma seleção dos artigos que saíram nos 14 primeiros números

da revista Química Nova na Escola, publicação semestral da Divisão de Ensino da Sociedade Brasileira

de Química, que se propõe a subsidiar o trabalho, a formação e a atualização dos professores de

Química do Ensino Médio e Fundamental.

As publicações, a exemplo do que ocorre com Química Nova na Escola, estruturam-se em

seções, de modo a contemplar a diversidade de interesses dos professores. Essas seções, descritas

brevemente a seguir, abordam temas atuais no desenvolvimento da Química e de seu ensino, e

incluem as relações entre a ciência, a sociedade e a história, os relatos de experiências, de resultados

de pesquisa e de experimentos didáticos, a discussão de conceitos químicos fundamentais e as

dificuldades envolvidas na sua aprendizagem.

Em algumas seções, o professor encontrará artigos que podem ser usados diretamente com

seus alunos em sala de aula. É o caso dos artigos publicados nas seções Elemento Químico,

Experimentação no Ensino de Química,Química e Sociedade e muitos dos artigos publicados nas seções

História da Química e Relatos de Sala de Aula. Em outras seções, como Atualidades em Química,

Aluno em Foco, Espaço Aberto, Pesquisa em Ensino de Química, Conceitos Científicos em Destaque, o

professor encontrará material para preparar suas aulas e para refletir sobre sua prática pedagógica.

A seguir, detalhamos um pouco mais o conteúdo das seções que compõem o volume cinco:

Química e Sociedade

Nessa seção o leitor encontrará artigos que tratam de aspectos importantes da interface da

química com a sociedade, e que procuram analisar as maneiras como o conhecimento químico

pode ser usado na solução de problemas sociais e ambientais, visando a uma educação para a

cidadania.

Relatos de Sala de Aula

Divulga experiências inovadoras de professores de química, com o propósito de socializá-las,

propiciando a reflexão.

História da Química

Essa seção contempla a história da química como parte da história da ciência, buscando ressaltar

como o conhecimento científico é construído.

Conceitos Científicos em Destaque

Nessa seção estão publicados artigos que discutem conceitos básicos da química, procurando

evidenciar sua relação com a estrutura conceitual da ciência e seu desenvolvimento histórico e

discutir as principais dificuldades e alternativas para o ensino.

Pesquisa no Ensino de Química

Nessa seção estão publicadas investigações sobre problemas no ensino de Química que explicitam

os fundamentos teóricos e procedimentos metodológicos adotados na pesquisa, e analisam

criticamente seus resultados.

Elemento Químico

Divulga informações científicas e tecnológicas sobre as diferentes formas de manifestação dos

elementos químicos na natureza e sua importância na história da Humanidade, comentando sua

importância no contexto de nosso país.

Esperamos, assim, suscitar debates e reflexões sobre o ensino e a aprendizagem de Química e,

dessa forma, contribuir para a tarefa fundamental de formar cidadãos informados e preparados

para lidar com o conhecimento e suas implicações.

A Secretaria de Educação Básica agradece a Sociedade Brasileira de Química pela significativa

participação na elaboração desta obra. Com esse projeto, o Ministério da Educação reforça o

empenho de tornar cada vez mais real e possível o ensino de qualidade no país.

QUÍMICA E SOCIEDADE

s perfumes têm sido parte da vida civilizada há

vários séculos, tanto para os homens como para

as mulheres. Todos nós temos preferências por

determinados aromas, os quais podem nos mudar o hu-

mor ou suscitar emoções. Provavelmente o mais primitivo

dos nossos sentidos, o olfato tem a capacidade de nos

recordar experiências passadas. As mensagens olfativas

são enviadas para áreas do cérebro associadas à emo-

ção, à criatividade e à memória.

Mas, afinal de contas, o que é um perfume?

O que ele contém?

A fragrância de um perfume é um complexo sistema

de substâncias originalmente extraídas de algumas

plantas tropicais ou de alguns animais selvagens.

Recentemente,o perigo de extinção de certas espécies

vegetais e animais e a busca de novas essências, inclu-

sive de menor custo, conduziu a química dos perfumes

aos laboratórios, onde são criados os produtos sintéticos

que têm substituído paulatinamente os aromas naturais.

Um outro aspecto curioso é que as fragrâncias que

encontramos em detergentes, amaciantes e produtos de

limpeza são, com freqüência, as mesmas usadas na fabri-

cação de perfumes. Do ponto de vista da química, o que

realmente caracteriza uma fragrância? A resposta a essa

pergunta nos conduz a uma curiosa viagem pelo mundo

das moléculas voláteis.

Um pouco de história

Os primeiros perfumes surgiram, provavelmente as-

sociados a atos religiosos, há mais ou menos 800 mil anos,

quando o homem descobriu o fogo. Os deuses eram

homenageados com a oferenda de fumaça proveniente

da queima de madeira e de folhas secas. Essa prática foi

posteriormente incorporada pelos sacerdotes dos mais

diversos cultos, que utilizavam folhas, madeira e materiais

Sandra Martins Dias

Bacharelanda em Química na Universidade

de Brasília, Brasília - DF

Roberto Ribeiro da Silva

Departamento de Química da Universidade

de Brasília, Brasília - DF

A seção “Química e sociedade” apresenta artigos que

focalizam diferentes inter-relações entre ciência e sociedade,

procurando analisar o potencial e as limitações da ciência

na tentativa de compreender e solucionar problemas

sociais. Neste número a seção apresenta dois artigos.

Este texto apresenta uma discussão sobre a química dos

perfumes. Os aromas têm sido utilizados pela humanidade

desde seus primórdios, e esta prática chegou a levar certas

espécies vegetais e animais, fontes originais daquilo que

hoje chamamos de essências, à beira da extinção. A

química dos perfumes é uma atividade econômica

crescente e importante fonte de renda para muitos países.

aromas, óleos essenciais, perfumes

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 4, 1996.

Atenção!

Antes de continuar a

leitura, use duas gotas de

seu perfume preferido.

Talvez isso torne a leitura

mais agradável.

Perfumes: uma química inesquecível

10 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

de origem animal como incenso, na crença de que a fumaça com cheiro adocicado levaria suas

preces para os deuses. Daí o termo ‘perfume’ originar-se das palavras latinas per (que significa

origem de) e fumare (fumaça).

O passo seguinte na evolução do emprego dos aromas foi sua apropriação pelas pessoas, para

o uso particular, algo que provavelmente aconteceu entre os egípcios.

Um avanço posterior foi a descoberta de que certas flores e outros materiais vegetais e animais,

quando imersos em gordura ou óleo, deixavam nestes uma parte de seu princípio odorífero. Assim

eram fabricados os ungüentos e os perfumes mencionados na Bíblia.

A arte de extração de perfumes foi bastante aprimorada pelos árabes há cerca de mil anos. Eles

faziam essas extrações a partir de flores maceradas, geralmente em água, obtendo ‘água de rosas’

e ‘água de violetas’, dentre outras.

Com o advento do cristianismo, o uso dos perfumes como aditivo ao corpo foi banido, uma vez

que estava associado a rituais pagãos. Os árabes, no entanto, cuja religião não impunha as mesmas

restrições, foram os responsáveis pela perpetuação de seu uso. O ressurgimento da perfumaria no

Ocidente deveu-se aos mercadores que viajavam às Índias em busca de especiarias. Uma outra

contribuição significativa foi a das Cruzadas: retornando à Europa, os cruzados trouxeram toda a

arte e a habilidade da perfumaria oriental, além de informações relacionadas às fontes de gomas,

óleos e substâncias odoríferas exóticas como jasmim, ilangue-ilangue, almíscar e sândalo. Já no

final do século XIII, Paris tornara-se a capital mundial do perfume. Até hoje, muitos dos melhores

perfumes provêm da França. Já as águas de colônia clássicas têm menos de 200 anos, sendo

originárias da cidade de Colônia, na Alemanha.

Componentes básicos de um perfume

Um perfume é, por definição, um material — porção de matéria com mais de uma substância. A

análise química dos perfumes mostra que eles são uma complexa mistura de compostos orgânicos

denominada fragrância (odores básicos). Inicialmente, as fragrâncias eram classificadas de acordo

com sua origem. Por exemplo: a fragrância floral consistia no

óleo obtido de flores tais como a rosa, jasmim, lilás etc. A

fragrância verde era constituída de óleos extraídos de árvores e

arbustos, como o eucalipto, o pinho, o citrus, a alfazema, a

cânfora etc. A fragrância animal consistia em óleos obtidos a

partir do veado almiscareiro (almíscar), do gato de algália

(algália), do castor (castóreo) etc. A fragrância amadeirada

continha extratos de raízes, de cascas de árvores e de troncos,

como por exemplo, do cedro e do sândalo.

O sistema moderno de classificação das fragrâncias engloba

um total de 14 grupos, organizados segundo a volatilidade de

seus componentes: cítrica (limão), lavanda, ervas (hortelã),

aldeídica, verde (jacinto), frutas (pêssego), florais (jasmim),

especiarias (cravo), madeira (sândalo), couro (resina de

vidoeiro), animal (algália), almíscar, âmbar (incenso) e baunilha.

A Fig. 1 classifica essas fragrâncias segundo sua volatilidade.

Os perfumes têm em sua composição uma combinação de fragrâncias distribuídas segundo o

que os perfumistas denominam de notas de um perfume. Assim, um bom perfume possui três notas:

Nota superior (ou cabeça do perfume): é a parte mais volátil do perfume e a que detectamos

primeiro, geralmente nos primeiros 15 minutos de evaporação.

Um perfume é, por

definição, um material —

porção de matéria com

mais de uma substância. A

análise química dos per-

fumes mostra que eles são

uma complexa mistura de

compostos orgânicos

denominada fragrância

(odores básicos).

Inicialmente, as fragrâncias

eram classificadas de

acordo com sua origem

Nota do meio (ou coração do perfume): é a parte intermediária do perfume, e leva um tempo

maior para ser percebida, de três a quatro horas.

Nota de fundo (ou base do perfume): é a parte menos volátil, geralmente leva de quatro a cinco

horas para ser percebida. É também denominada ‘fixador’ do perfume. A esta fragrância estão

associadas, segundo os perfumistas, as emoções fortes e a sugestão de experiências como en-

contros sexuais e mensagens eróticas. A Fig. 1 ilustra a participação das diversas fragrâncias nas

notas de um perfume.

Composição química das fragrâncias

As fragrâncias características dos perfumes foram obtidas durante muito tempo exclusivamente

a partir de óleos essenciais extraídos de flores, plantas, raízes e de alguns animais selvagens. Esses

óleos receberam o nome de óleos essenciais porque continham a essência, ou seja, aquilo que

confere à planta seu odor característico. Embora os óleos essenciais sejam ainda hoje obtidos a

partir dessas fontes naturais, têm sido substituídos cada vez mais por compostos sintéticos, como

veremos mais adiante.

Os químicos já identificaram cerca de três mil óleos essenciais, sendo que cerca de 150 são

importantes como ingredientes de perfumes. Para que possam ser usados com esse fim, os óleos

essenciais devem ser separados do resto da planta. As técnicas usadas para isso baseiam-se em

suas diferenças de solubilidade, volatilidade e temperatura de ebulição. A extração por solventes,

por exemplo, utiliza o solvente éter de petróleo (uma mistura de hidrocarbonetos) para extrair óleos

essenciais de flores. Já o óleo de eucalipto pode ser separado das folhas passando através delas

uma corrente de vapor de água (destilação por arraste de vapor).

Uma vez obtido um óleo essencial, a análise química permite identificar quantos e quais compo-

nentes estão presentes. Antes do advento das técnicas modernas de análise de óleos essenciais

(cromatografia a gás, espectrometria de massa, ressonância magnética nuclear, espectroscopia de

infravermelho etc.), os químicos identificavam quase exclusivamente o componente principal de um

óleo essencial. Hoje, é possível identificar todos os componentes de um óleo, mesmo aqueles que

estão presentes em quantidades

mínimas. Alguns óleos essenciais

chegam a ter mais de 30 com-

ponentes. O Quadro 1 apresenta as

fórmulas dos principais compo-

nentes de alguns óleos essenciais.

Uma vez identificados os com-

ponentes de um óleo essencial, os

químicos podem fabricá-los sinteti-

camente e torná-los mais baratos.

Uma outra possibilidade é a síntese

de novos compostos com aroma si-

milar ao produto natural, porém

com estruturas totalmente diferen-

tes. A grande maioria das fragrân-

cias usadas hoje em dia é fabricada

em laboratório. Os produtos sinté-

ticos são usados para aromatizar

produtos de limpeza (sabões, de-

Figura 1 – Escala de notas de um perfume e a participação de

diferentes fragrâncias nessas notas.

Perfumes: uma química inesquecível

12 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

tergentes, amaciantes de roupas) e produtos de higiene pessoal (talcos, desodorantes), e para

criar ilusões, como deixar o plástico dos assentos de automóveis com cheiro de couro.

O Quadro 2 apresenta as estruturas de alguns compostos sintéticos usados em perfumaria.

Os produtos sintéticos talvez nunca substituam completamente os naturais. Os perfumes mais

caros usam os produtos sintéticos apenas para acentuar o aroma dos óleos naturais. Para alguns

óleos, como o patchouli e o de sândalo, os químicos ainda não encontraram substitutos satisfatórios.

Uma grande contribuição da química sintética tem sido, sem sombra de dúvida, a possibilidade de

preservação de certas espécies animais e vegetais que corriam o risco de extinção devido à procura

desenfreada de óleos essenciais. Uma outra contribuição é o barateamento dos perfumes, permitindo

seu uso por uma fatia mais ampla da população.

Existe uma diferença muito grande no preço dos produtos de perfumaria, dependendo se são

classificados como ‘perfume’, ‘água de colônia’ ou ‘loção pós-barba’. Essas diferentes classifica-

ções refletem, na realidade, a composição da mistura que você está comprando. Os perfumes

contêm misturas de fragrâncias dissolvidas em um solvente, geralmente o etanol. O etanol, por sua

vez, contém sempre uma pequena quantidade de água. A Tabela 1 ilustra as diferentes compo-

sições para produtos de perfumaria. Quanto maior a porcentagem das essências nas fragrâncias,

maior o preço do produto.

Além da essência e do solvente, os fabricantes adicionam à mistura substâncias denominadas

Quadro 1 – Principais componentes de alguns óleos essenciais.

Perfume 15% (150 mL/L) 950 : 50

Loção perfumada 8% (80 mL/L) 900 : 100

Água de toalete 4% (40 mL/L) 800 : 200

Água de colônia 3% (30 mL/L) 700 : 300

Deocolônia 1% (10 mL/L) 700 : 300

Composição do solvente

(etanol:água)/mL:mL

Fração em volume da essência

(mL da essência/ L da mistura)

Tabela 1 – Composição média de misturas usadas em produtos de perfumaria.

Quadro 2 – Alguns compostos sintéticos utilizados como fragrâncias artificiais.

de fixadores que têm a função de retardar a evaporação da essência, e conseqüentemente, prolongar

os efeitos do perfume. É comum também adicionar um outro álcool, o propileno glicol, para aumentar

a solubilidade da essência no solvente.

Finalmente, cabe salientar que para algumas pessoas os perfumes não trazem sensações

agradáveis: são aquelas que têm algum tipo de alergia aos ingredientes usados na formulação.

Essências tais como a de anís, bergamota, canela, citronela, cravo, gerânio, hortelã, safrol, sassa-

frás etc. podem originar dermatites (inflamação da pele), manchas cutâneas e febre dos fenos.

Curiosidades sobre perfumes

• A paixão pelos perfumes alcançou seu auge nas cortes francesas do século XVIII, quando Luís

XV decretou que para cada dia da semana deveria haver uma fragrância diferente na corte. Madame

Pompadour (1721-1764) teria gasto o equivalente a R$250 000,00 em perfumes.

• Arqueólogos que abriram o túmulo do faraó Tutankhamon em 1922 encontraram vasos com um

óleo perfumado conhecido como Kiphi. Após 3 300 anos, traços do aroma ainda puderam ser detectados.

Perfumes: uma química inesquecível

14 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Para saber mais

SHEREVE, R.N., BRINK JR., J.A. Indústria de processos químicos. Tradução por Horácio Macedo. Rio de

Janeiro: Guanabara Dois, 1980.

TRINDADE, Diamantino Fernandes, DEUS, Cláudio. Como fazer perfumes. 6. ed. São Paulo: Ícone, 1988.

MAHAJAN, Jaswant Rai. Química de almíscares naturais e artificiais. Química Nova, v. 5, n. 4, p.118-123, out.

1982.

SÜSKIND, Patrick. O perfume: história de um assassino. Tradução por Flávio R. Kothe. Rio de Janeiro: Record,

1995.

CORBIN, Alain. Saberes e odores: o olfato e o imaginário social nos séculos dezoito e dezenove. São Paulo:

Companhia das Letras, 1987.

EMSLEY, John. The consumers good chemical guide: a jargon-free guide to the chemicals of everyday life.

Londres: W. H. Freeman, 1994. Este livro contém nove capítulos versando sobre os seguintes assuntos:

perfumes; adoçantes; álcool; colesterol, gorduras e fibras; analgésicos; PVC; dioxinas; nitratos; dióxido de

carbono. Trata-se de uma excelente obra de divulgação científica, acessível às pessoas que cursaram o

Ensino Médio.

• O ano de 1900 representou o auge no comércio do óleo de almíscar (musk), quando cerca de

1 400 kg do óleo foram coletados, causando a morte de 50 mil animais.

• Atualmente, o comércio mundial do óleo de almíscar natural é limitado a 300 kg por ano, o que

ainda representa a morte para alguns milhares de veados almiscareiros.

• O óleo de jasmim natural custa cerca de R$5 000,00 por quilograma. A mesma quantidade da

fragrância artificial chega a custar R$5,00.

• São necessárias cinco toneladas de rosas para se obter um quilograma de óleo essencial.

• É famosa a carta que Napoleão escreveu a Josefina dois meses antes de retornar: “Pare de

tomar banho! Estou voltando!”

• O profeta e fundador do islamismo, Maomé, acreditava no poder dos perfumes e, segundo

dizem, teria afirmado certa vez: “Três coisas são importantes para mim na Terra: mulheres, per-

fumes e orações.” Numa outra ocasião, teria dito: “O perfume é o alimento que nutre meus pensa-

mentos.”

• Um quilograma de óleo essencial de jasmim requer para ser obtido cerca de oito milhões de

flores.

Vamos fazer um perfume?

Um bom perfume pode ser preparado utilizando-se as seguintes proporções: álcool, 76 mL;

essência, 10 mL; fixador, 2 mL; propileno glicol, 2 mL, e água destilada, 10 mL. As essências

podem ser adquiridas comercialmente. Exemplos de custo de algumas essências (porções de

100 mL): jasmim, R$6,50; absinto, R$9,00; alfazema, R$5,40; almíscar, R$8,60; patchouly, R$11,00;

âmbar, R$7,80).

niciativas do poder público para prevenir o uso de

bebidas alcoólicas por motoristas - causa de muitos

acidentes nas estradas do país - trouxeram à ordem

do dia, não sem suscitar polêmica, o instrumento popu-

larmente conhecido como ‘bafômetro’. Esse instrumento

de medição não vinha sendo muito utilizado, apesar de

sua praticidade e eficiência.

A ingestão de álcool e suas conseqüências

Quando uma pessoa ingere bebidas alcoólicas, o

álcool passa rapidamente para a corrente sangüínea, pela

qual é levado para todas as partes do corpo. Esse

processo de passagem do álcool do estômago/intestino

para o sangue leva aproximadamente 20 a 30 minutos,

dependendo de uma série de fatores, como peso corpo-

ral, capacidade de absorção do sistema digestivo e

gradação alcoólica da bebida. A conseqüência é a

intoxicação, que varia de uma leve euforia (a pessoa fica

alegre) até estados mais adiantados de estupor alcoólico.

Como resultado, a capacidade da pessoa para conduzir

veículos é altamente comprometida, tendo em vista que

a intoxicação afeta a coordenação motora e a rapidez dos

reflexos. De acordo com a legislação brasileira em vigor,

uma pessoa está incapacitada para dirigir com segurança

se tiver uma concentração de álcool no sangue superior

a 0,8 g/L. O que significa isso? Um homem de porte médio

tem um volume sangüíneo de aproximadamente cinco

litros. Então, esse teor de 0,8 g/L de sangue corresponde

a cerca de 5 mL de álcool puro como limite máximo per-

mitido. Isso corresponde a um copo pequeno de cerveja

ou a uma terça parte de uma dose de uísque, consideran-

do a primeira como tendo um teor alcoólico de 32 g/L e o

último, 320 g/L. No entanto, pode-se beber um pouco

mais do que isso e ainda estar dentro do limite legal, tendo

em vista que vários mecanismos no sangue encarregam-

Este artigo trata de uma aplicação de grande relevância e

importância social: proteção da sociedade pela prevenção

de acidentes de trânsito mediante detecção e controle

de motoristas intoxicados pelo álcool. A presença de

álcool no sangue é determinada pela medição do álcool

no ar exalado pela pessoa, o que é feito pela observação

visual ou instrumental de simples reações químicas de

oxirredução.

álcool, etanol, bafômetros, intoxicação

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 5, 1997.

Per Christian Braathen

Departamento de Química da Universidade

Federal de Viçosa, Viçosa - MG

Hálito culpado: o princípio químico do bafômetro

16 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

se de eliminar do organismo a substância tóxica. Entre os principais sistemas de que o organismo

dispõe para purificar o sangue estão:

(1) eliminação, nos pulmões, pelo ar alveolar;

(2) eliminação pelo sistema urinário;

(3) metabolização de etanol, principalmente no fígado;

Os dois primeiros processos respondem por aproximadamente dez por cento do descarte do

álcool do corpo humano. O último, por aproximadamente 90 por cento. A metabolização consiste

na oxidação — relativamente lenta, por etapas sucessivas e catalisadas por enzimas específicas —

do etanol, de acordo com a seguinte seqüência:

OH → CH

CHO → CO

+ H

Devido a esses (e talvez outros) processos, estudos têm mostrado que uma pessoa de porte

médio pode ingerir, num período de aproximadamente duas horas, 750 mL (pouco mais que uma

garrafa grande) de cerveja ou uma dose de uísque para chegar a um teor de 0,5 g/L (ligeiramente

abaixo do limite legal brasileiro).

No que se refere ao tema deste artigo, o primeiro processo tem fundamental importância. Como

o sangue circulante passa pelos pulmões, onde ocorre troca de gases, parte do álcool passa para

os pulmões. Dessa forma, o ar exalado por uma pessoa que tenha ingerido bebida alcoólica terá

uma concentração de álcool proporcional à concentração do mesmo na corrente sanguínea (hálito

ou ‘bafo’ de bêbado). Embora a existência de álcool no sangue possa ser detectada por uma análise

direta do mesmo, é muito mais conveniente detectar o mesmo no ar expirado. Os instrumentos

usados para essa finalidade são popularmente chamados de ‘bafômetros’, e seu funcionamento

baseia-se em reações de oxidação e redução.

A química dos bafômetros

Os bafômetros mais simples são descartáveis e consistem em pequenos tubos contendo uma

mistura sólida de solução aquosa de dicromato de potássio e sílica, umedecida com ácido sulfúrico.

A detecção da embriaguez por esse instrumento é visual, pois a reação que ocorre é a oxidação de

álcool a aldeído e a redução do dicromato a cromo (III), ou mesmo a cromo (II). A coloração inicial é

amarelo-alaranjada, devido ao dicromato, e a final é verde-azulada, visto ser o cromo (III) verde e o

cromo (II) azul. Esses bafômetros portáteis são preparados e calibrados apenas para indicar se a

pessoa está abaixo ou acima do limite legal. As equações que representam a reação química do

bafômetro portátil estão no quadro abaixo.

A Fig. 1 ilustra o funcionamento desses ‘bafômetros’ descartáveis.

Veja como fabricar um bafômetro semelhante a esse na seção “Experimentação no Ensino de

Química”, neste número.

Os instrumentos normalmente usados pelas polícias rodoviárias, do Brasil e de outros países,

Equações da reação química do bafômetro portátil

Equação completa:

(aq) + 4H

(aq) + 3CH

OH(g) → Cr

(SO

)

(aq) + 7H

O(l) + 3CH

CHO(g) + K

(aq)

alaranjado incolor verde incolor

Equação na forma iônica:

(aq) + 8H

(aq) + 3CH

OH(g → 2Cr

(aq) + 3CH

CHO(g) +7H

O(l)

Figura 1 – A foto A mostra o tubo após o

teste de uma pessoa que não ingeriu álco-

ol. A foto B mostra o tubo após o teste de

uma pessoa intoxicada e, conseqüente-

mente, sem condições para conduzir um

veículo. Os ‘bafômetros’ descartáveis ilus-

trados pela foto são fabricados pela com-

panhia americana WNCK, Inc., mas outras

empresas fabricam dispositivos similares.

Figura 2 – Modelo de bafômetro

tipo Taguchi.

são instrumentos bem mais sofisticados. Do ponto

de vista de detecção/medição, existem basicamente

dois tipos. Em ambos, os ‘suspeitos’ sopram para

dentro do aparelho através de um tubo (descartável)

onde ocorre oxidação do etanol a etanal. No primeiro

tipo, o sistema detetor/medidor é eletroquímico,

baseado no princípio da pilha de combustível (como

as usadas nos ônibus espaciais da NASA para

produzir energia elétrica a partir da reação entre os

gases hidrogênio e oxigênio): o etanol é oxidado em

meio ácido sobre um disco plástico poroso coberto

com pó de platina (catalisador) e umedecido com

ácido sulfúrico, sendo um eletrodo conectado a cada

lado desse disco poroso. A corrente elétrica pro-

duzida, proporcional à concentração de álcool no

ar expirado dos pulmões da pessoa testada, é lida

numa escala que é proporcional ao teor de álcool no sangue. O funcionamento e a química desse

detetor de etanol pode ser visto no Quadro 1.

O outro tipo de dispositivo de teste é o modelo Taguchi desenvolvido no Japão e que consiste

em um sensor semicondutor, seletivo para etanol, constituído basicamente de óxido de estanho

com várias impurezas (principalmente terras raras). O sensor é aquecido a aproximadamente 400

condições nas quais o mesmo se torna ‘ativo’. Quando o etanol entra em contato com esse sensor,

é imediatamente oxidado, ocorrendo por conseguinte uma mudança característica na resistência/

condutância

do sensor. Essa é medida como voltagem, novamente proporcional à concentração

de álcool no ar expirado, que por sua vez é proporcional à concentração de álcool no sangue.

A Fig. 2 mostra um modelo do tipo de bafômetro usado pelas polícias rodoviárias do mundo

inteiro.

Em alguns países existem ‘bafômetros públicos’, que operam

pela inserção de uma moeda, normalmente localizados perto de

telefones públicos.

Também é interessante ressaltar que recentemente foram

desenvolvidos ‘bafômetros’ acoplados ao sistema de ignição de

veículos, especialmente desenvolvidos para caminhões e ônibus. O

sistema obriga o motorista a soprar para dentro do instrumento, e

caso exceda o limite legal, o veículo simplesmente não funciona.

Uma interface computadorizada obriga o motorista a repetir o teste

a intervalos irregulares. O instrumento foi desenvolvido pela

companhia alemã Dräger International e chama-se Interlock.

É importante mencionar que embora os ‘bafômetros’ portáteis

mencionados acima sejam bastante confiáveis, os laboratórios de

medicina legal usam métodos e aparelhos ainda mais sofisticados

(e muito mais caros), principalmente baseados em espectroscopia

no infravermelho (cada molécula, inclusive o etanol, tem seu espectro

de infravermelho característico) e em cromatografia gasosa (em que

as moléculas são separadas de acordo com a massa molecular, e

assim detectadas).

Hálito culpado: o princípio químico do bafômetro

18 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Simulando um ‘bafômetro’

Até a década de 50, a oxidação do etanol pelo dicromato de potássio em meio ácido (ou mesmo

permanganato de potássio em meio ácido) era o método padrão de análise para a determinação de

álcool em ar expirado pelos pulmões (ou mesmo em plasma sangüíneo). É ainda usado nos ‘bafô-

metros’ descartáveis mencionados neste artigo.

Para efeito de ensino de Química, é interessante simular o conjunto ‘ébrio-bafômetro’ baseado

na reação química, uma vez que ilustra vários aspectos de química inorgânica, físico-química

(oxirredução, por exemplo) e química orgânica de interesse

para alunos do Ensino Médio e superior. Para montar esse

conjunto, são necessários um erlenmeyer com rolha de dois

furos, um tubo de ensaio (ou vidrinho transparente, tipo para

remédio), tubos de vidro, tubo látex, álcool comum (96 GL),

solução de dicromato de potássio 0,1 mol/L misturado com

igual volume de ácido sulfúrico a 20 mL/L (ou seja, dicromato

de potássio 0,05 mol/L em meio fortemente ácido). O

simulador ‘ébrio-bafômetro’ segue o esquema apresentado

na figura abaixo.

Soprando-se para dentro do álcool, o ar arrasta vapores

de álcool que, borbulhando na solução ácida de dicromato

No eletrodo negativo (ânodo) ocorre a oxidação (catalisada pela platina), conforme a semi-reação:

OH(g) → CH

CHO(g) + 2H

(aq) + 2e

–

No eletrodo positivo (cátodo), ocorre a redução do oxigênio (contido no ar), conforme a semi-

reação:

½O

(g) + 2H

(aq) + 2e

→ H

O(l)

A equação completa da pilha, será portanto:

OH(g) + ½O

(g) → CH

CHO(g) + H

O(l)

Quimicamente, isso representa uma combustão incompleta do etanol, daí o nome pilha de

combustível.

Quadro 1 – Funcionamento de bafômetro baseado no princípio da pilha de combustível.

Disco poroso com eletrólito

Negro de platina

Entrada de álcool

Montagem do conjunto ‘ébrio-bafômetro’

Nota

Resistência é a medida da capacidade que um material tem de se opor à passagem da corrente elétrica. A

condutância é a medida da capacidade que um material tem de permitir a passagem da corrente elétrica.

Para saber mais

1. ENCICLOPÉDIA BRITÂNICA, v. 9, p. 976, Ed. 1972.

2. O GLOBO, 04 set., 1996. Caderno Carro Etc.

3. Alcohol Countermeasure Systems. Internet: http://www.acs-corp.com/

4. Intoximeters Inc. Internet: http://www.intox.com/products/fuell_cell_wp.html

5. WNCK Inc., 600 Kenrick, ste.A2, Houston, 77060, Texas, EUA.

Obs: 3, 4 e 5 são fabricantes de ‘bafômetros’.

Fontes: Manual do bafômetro usado pela Polícia Rodoviária Federal e Enciclopédia Britânica.

de potássio provoca uma mudança de coloração como segue (caso não observe mudança de cor,

aumente a acidez da solução de dicromato):

ALARANJADO → MARROM → VERDE → AZUL

A equação química é a mesma apresentada para os ‘bafômetros’ descartáveis mencionados,

ilustrada no quadro abaixo da Fig. 1, exceto que, quando aparece a cor azul, em vez de verde, é

porque o cromo foi reduzido a cromo (II).

Agradecimentos

O autor agradece a colaboração do sr. Gibraim Souza Couri, superintendente da Polícia Rodoviária

Federal, agência de Belo Horizonte - MG; Glenn Forrester, da Intoximeters Inc., EUA; Felix J.F. Comeau,

da Alcohol Countermeasure Systems, EUA, e Carl King, da WNCK Inc., EUA.

Hálito culpado: o princípio químico do bafômetro

20 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

uas questões estão preocupando sobremaneira

o setor agrícola nacional neste momento: pro-

duzir alimentos sem resíduos tóxicos e baixar o

custo de produção. Porém, a utilização de agrotóxicos

para combater as pragas de plantas cultivadas representa

um fator contrário ao desejado. Diferentes métodos de

controle de insetos em que não se dependa exclusiva-

mente de agrotóxicos vêm sendo estudados por cientistas

em várias partes do mundo. Este texto apresenta uma

discussão sobre a utilização de feromônios como uma

possibilidade alternativa e promissora de combate a es-

sas pragas. Serão também abordados alguns conceitos

e técnicas básicas empregados nesse processo.

“Quando eu [JTBF] era criança, minha tia passava

melado na parede fazendo riscos tortuosos para atrair

formigas, de forma que pudesse também me atrair, pois

eu me deleitava vendo aqueles pequenos insetos seguir

a trilha formada pelo melado, num vai e vem constante,

encontrando-se de vez em quando. O que eu não sabia,

e na época poucos cientistas sabiam, era que as formi-

gas seguiam suas próprias trilhas marcadas por secre-

ções contendo substâncias químicas que hoje denomi-

namos feromônios” (Fig. 1).

J. Tércio B. Ferreira (in memoriam),

Departamento de Química da Universidade

Federal de São Carlos, São Carlos - SP

Paulo H.G. Zarbin

Departamento de Química da Universidade

Federal do Paraná, Curitiba - PR

Este artigo apresenta conceitos básicos a respeito da

química dos feromônios, comentando algumas de funções

e aplicações práticas.

feromônios, comunicação química, insetos

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 7, 1998.

Figura 1 – Marcação de trilha por formigas.

Feromônios são substâncias químicas secretadas por um indivíduo (nesse caso, um inseto) que

permite a comunicação com outro indíviduo da mesma espécie. É uma linguagem intra-específica.

Assim, formigas lava-pé não irão entender a linguagem de formigas-limão e vice-versa. Muito menos

uma abelha entenderá a linguagem de um marimbondo ou de uma barata. Cada espécie possui o

seu próprio ‘código’ de comunicação baseado nas diferenças estruturais dos compostos.

O primeiro feromônio de inseto foi isolado e identificado em 1959 por um pesquisador alemão

chamado Butenandt, tendo sido o resultado de mais de 20 anos de pesquisas. O inseto empregado

foi a mariposa do bicho-da-seda Bombyx mori (Fig. 2A), e a estrutura química atribuída ao feromônio

sexual dessa espécie, conhecida como bombicol, é mostrada na Fig. 2B.

Os feromônios fazem parte de um universo bastante amplo de comunicação química, efetuada

por meio de substâncias denominadas semioquímicos (sinais químicos). Assim, os feromônios po-

dem ser classificados de acordo com suas funções em:

a) feromônio de marcação de trilha: esse é o caso mencionado antes, em que as formigas

deixam um rastro químico que somente será detectado e entendido por outras formigas da mesma

espécie;

b) feromônio de alarme: utilizado principalmente por insetos sociais, tais como formigas, abe-

lhas, cupins, marimbondos etc., serve para avisar outros membros da colônia que um inimigo pode

estar se aproximando. O odor característico emitido pelos insetos conhecidos por ‘maria-fedida’ ao

serem tocados é um exemplo de feromônio de alarme;

c) feromônio de ataque: utilizado normalmente por insetos sociais, serve para avisar os outros

insetos de que devem atacar um intruso;

d) feromônio de agregação: empregado quando os insetos encontram uma fonte de comida ou

um novo lugar para fazer sua moradia, e assim emitem o feromônio para atrair os demais membros

da espécie;

e) feromônio sexual: utilizado

para atrair o parceiro para a cópula

e assim preservar a espécie, através

da procriação (Fig. 3). É interessante

mencionar que inicialmente os

estudos indicavam que apenas as

fêmeas emitiam o feromônio, atrain-

do os machos. Hoje se sabe que em

muitos casos é o macho que emite

o feromônio, esperando que as fê-

meas venham até ele.

Alguns aspectos sobre o

controle de insetos

Os insetos são considerados

nossos maiores competidores no

que diz respeito à alimentação.

Nessa disputa, o homem tem recor-

rido principalmente ao uso de agro-

tóxicos tradicionais, como compos-

tos organofosforados e clorados.

Porém, devido ao largo espectro de

Figura 2 – A) Mariposa B. mori; B) bombicol, primeiro feromônio sexual

isolado de um inseto.

(A)

(B)

Amor ao primeiro odor: a comunicação química entre os insetos

22 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

ação desses agrotóxicos, juntamente com o

seu uso indiscriminado, surgiram várias com-

plicações, entre as quais: desenvolvimento de

resistência a esses agentes químicos por parte

de vários insetos nocivos, ressurgimento de

determinadas pragas em níveis ainda mais al-

tos do que os anteriormente existentes, apare-

cimento de pragas secundárias devido ao

combate indiscriminado a todo tipo de inseto

— com a conseqüente dizimação de preda-

dores naturais — e, o mais alarmante, a conta-

minação ambiental, chegando o agente quí-

mico inclusive a ser incorporado a nossa ca-

deia alimentar, causando sérios riscos à saú-

de. Merece ser mencionada uma reportagem

da Folha de S. Paulo (02/12/96) sobre o grande

número de suicídios que vêm ocorrendo em

uma comunidade agrícola no Rio Grande do Sul e que talvez possa estar associado com a alta

carga de agrotóxicos manipulada por trabalhadores rurais em plantações de fumo.

A solução ideal para o combate aos insetos seria o desenvolvimento de agentes altamente espe-

cíficos que viessem a atacar apenas as espécies nocivas, não permitissem o desenvolvimento de

resistência e não colocassem em risco a preservação do meio ambiente. Ante essas condições, os

feromônios ocupam lugar de destaque. Por serem substâncias naturais que regulam comportamentos

essenciais para a sobrevivência da espécie, é pouquíssimo provável que os insetos possam vir a

desenvolver algum tipo de resistência a eles, à semelhança do que ocorre com agrotóxicos tradicio-

nais. Por outro lado, a possibilidade de haver danos ambientais estaria completamente descartada.

Todo trabalho em que se pretenda compreender a comunicação entre os insetos inicia-se com

a observação detalhada de seu comportamento: como eles se agregam, a que horas voam, como

é efetuada a corte com fins de acasalamento etc. Essa investigação inicial é efetuada por biólogos

treinados no estudo comportamental de determinadas espécies de insetos que se deseja estudar.

Uma vez conhecidos os hábitos básicos do inseto, o químico entra em ação procurando interceptar

suas mensagens químicas e decifrá-las, isto é, identificar as estruturas das substâncias químicas

que compõem o ‘bouquet’ do feromônio, para tentar reproduzi-las em laboratório. Rompida essa

barreira, os feromônios seriam empregados em armadilhas para que se possa efetuar captura em

massa, interrupção de acasalamento ou monitoramento do grau de infestação, o que permite, com

a contagem do número de indivíduos capturados, prever uma possível infestação da praga, proporcio-

nando um controle mais eficaz. Esse método alternativo de controle em que feromônios são empre-

gados é conhecido como metodologia bio-racional de controle de insetos.

Cabe ressaltar que os feromônios não podem ser considerados uma solução isolada ou única

para esse tipo de problema. Eles são apenas uma ferramenta a se somar a várias outras (incluindo

a utilização racional e controlada de determinados agrotóxicos) na tentativa de controlar as inúmeras

pragas existentes em nosso país.

Decifrando o código secreto: extração e identificação dos feromônios

Há basicamente duas maneiras principais para extrair o feromônio de um inseto. A primeira é por

meio de um processo chamado ‘aeração’, no qual todas as substâncias voláteis que estariam sendo

Figura 3 – Percevejo escuro Leptoglossus zonatus (con-

siderado uma das maiores pragas do milho no Brasil)

copulando, resultado de uma atração efetuada por

feromônios sexuais.

exaladas pelos insetos (incluindo os feromônios) são carreadas por um fluxo constante de ar e

adsorvidas em polímeros especiais. Tais substâncias são posteriormente dessorvidas pela ação de

solventes e analisadas. A segunda maneira é por meio da extração direta das glândulas responsáveis

pela produção de feromônios, geralmente localizadas na parte posterior do abdômen do inseto.

Isso é feito com a imersão do inseto em um frasco contendo um solvente apropriado que extrai as

substâncias orgânicas ali presentes.

Nos dois casos, a solução final apresenta uma mistura muito grande de substâncias além daquelas

que fazem parte do feromônio. É nesse ponto que começam as complicações que os químicos têm

que enfrentar para poder decifrar a linguagem desses pequenos seres.

Antena: um potente detector

Para identificar o feromônio, nada melhor que observar a reação do próprio inseto, ou de alguma

parte dele, quando estimulado por um fluxo dessas substâncias. Quando a própria antena do inseto

é utilizada para esse tipo de análise, o processo é denominado eletroantenografia e consiste no

seguinte: a antena do inseto é cuidadosamente extirpada na base, mantida em soro fisiológico e

posicionada entre dois microeletrodos de ouro capilares conectados a um amplificador, de forma a

permitir a medida da diferença de potencial entre os microeletrodos. Quando uma substância faz

parte do feromônio do inseto, a antena responde por meio de estímulos específicos, fazendo com

que a diferença de potencial varie. Essa variação pode ser amplificada e representada graficamente

num registrador adequado (Fig. 4). No entanto, se uma antena for submetida simultaneamente a

uma mistura de substâncias, não se pode saber quais são as ativas, uma vez que todas estão

agindo ao mesmo tempo. A esse problema, os químicos responderam com uma solução muito

utilizada rotineiramente em nossos laborató-

rios: a cromatografia gasosa. Assim, a mistura

de substâncias anteriormente isolada é

injetada em um cromatógrafo a gás e as

substâncias separadas na coluna cromatográ-

fica. No final dessa separação, antes de o ma-

terial ser enviado ao detector, faz-se uma

divisão do fluxo e parte dele é submetido à

antena. Dessa maneira, a cada pico detectado

pode-se associar a resposta da antena, fun-

cionando esta como um detector biológico

(Fig. 4B). A partir dessa informação, o químico

Figura 4 – A) Estação de acrílico em que estão adaptados os eletrodos e a antena; B) análise simultânea de um

cromatograma (I) e de um eletroantenograma (II).

Solução fisiológica

Estação

de acrílico

Antena

Eletrodos

de ouro

(para

amplificador)

(A)

(B)

Amor ao primeiro odor: a comunicação química entre os insetos

24 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

deve se preocupar apenas em determinar a estrutura química dos compostos que foram ativos na

antena. Para tal, utiliza-se rotineiramente da espectrometria de massas, em função de a pequeníssima

quantidade (nanogramas) das substâncias ali presentes ser compatível com essa técnica.

Uma vez identificada a estrutura química do feromônio, o químico poderá sintetizá-lo em laboratório

e submetê-lo a ensaios biológicos para se certificar de que ele foi corretamente identificado. Muitos

feromônios foram identificados incorretamente e, quando as amostras sintéticas obtidas foram subme-

tidas aos insetos, estes não entenderam a ‘mensagem artificial’ e portanto não reagiram como es-

perado.

A estrutura química: uma complicação que garante a privacidade

Apesar da enorme diversidade dos insetos, sua comunicação química se faz sem nenhum pro-

blema de interferência externa, utilizando-se um grande número de substâncias químicas com

estruturas igualmente variadas.

Veja no quadro da página seguinte alguns exemplos da variedade estrutural dos feromônios de

insetos. Uma complicação adicional, garantindo que espécies diferentes não interfiram na

comunicação de um determinado inseto, é que na maioria das vezes o feromônio é constituído por

mais de uma substância química, apresentando uma proporção definida entre todos os componentes.

Observe que o feromônio da mosca-doméstica é constituído por um único componente com uma

estrutura química extremamente simples, enquanto o feromônio da mosca-oriental-da-fruta (Grapholita

molesta) é constituído pela mistura de quatro substâncias em uma proporção bem definida.

O feromônio do bicudo do algodão (Anthonomus grandis) também apresenta quatro constituintes

em sua mistura feromonal, sendo dois aldeídos e dois álcoois.

Epóxidos, cetonas, ácidos carboxílicos e amidas são grupos funcionais também presentes em

muitos feromônios de insetos. Estruturas mais complexas contendo vários grupos funcionais, como

a periplanona B (uma cetona macrocíclica), feromônio da barata Periplaneta americana, também

fazem parte do universo da variedade estrutural dos feromônios de insetos.

Aplicações de feromônios no Brasil

Um dos melhores exemplos da aplicação de feromônios no Brasil é o caso do besouro Migdolus

fryanus, talvez a mais séria praga da cana-de-açúcar do país. As iscas utilizadas, minúsculos pellets

contendo apenas um miligrama de feromônio sintético (vide estrutura no quadro acima), começaram

a ser colocadas nos carreadores dos canaviais de usinas paulistas e paranaenses no início de 1995.

Instaladas em armadilhas de plástico enterradas no solo, as iscas atraíam os besouros para uma

cavidade ligada a um recipiente plástico do qual não conseguiam sair (Fig. 5). A coleta de besouros

Figura 5 – Modelo brasileiro das armadilhas utilizadas para captura do M. fryanus (esq); armadilhas semi-

enterradas no solo: aumento da eficiência (dir).

Comentário

Encontrado comercialmente no Brasil

Praga de tomate no país. O isolamento

do feromônio teve a participação de pes-

quisadores brasileiros

Esse inseto é uma importante praga do

milho no Brasil. Seu feromônio contém

seis outros componentes

A broca da cana de açúcar é uma praga

séria em algumas regiões do país

A mosca oriental da fruta ataca planta-

ções de frutas em nosso país

O besouro Migdolus é uma séria praga da

lavoura de cana-de-açúcar

Essa substância é utilizada pela abelha

rainha no controle da colméia

Neste caso, o inseto macho é que emite

o feromônio de atração sexual e fica es-

perando que as fêmeas o procurem. Esse

inseto alóctone é um dos muitos que inva-

diram nosso país, causando sérios prejuí-

zos à agricultura

Este é o componente principal do fero-

mônio sexual do percevejo-da-soja e foi

isolado a partir de insetos brasileiros

Essa substância, com estrutura razoavel-

mente complexa, é um dos constituintes

do feromônio sexual da barata

Inseto

Musca doméstica

Scrobipalpuloides

absoluta

Spodoptera frugiperda

Diatraea saccharalis

Grapholita molesta

Migdolus fryanus

Apis mellifera

Anthonomus grandis

Nezara viridula

Periplaneta americana

Substância

Amor ao primeiro odor: a comunicação química entre os insetos

26 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Para saber mais

FERREIRA, J.T.B. A contribuição fundamental da síntese orgânica no estudo de feromônios. Química Nova,

16, 454, 1993.

AGOSTA, W.C. Chemical comunication: the language of pheromones. Nova York: Scientific American Li-

brary, 1992.

GUIMARÃES, O. Controle biológico — atração fatal. Globo Rural, n. 140, p. 7, jun. 1997.

VILELA, E.F., FERREIRA, J.T.B., GASPAROTO, J.V., MOURA, J.I.L. Feromônios no controle de pragas. Ciência

Hoje, v. 10, n. 32, 1989.

atraídos pelas iscas contidas em quatro mil armadilhas chegou a seis milhões de machos.

O feromônio do bicudo-das-palmáceas (Rhyncophorus palmarum) deve começar a ser

comercializado este ano, para uso nas plantações de dendê e de coco-da-bahia. Nos pomares de

maçã dos estados do Sul, estão sendo feitos experimentos que utilizam armadilhas com iscas

químicas para monitorar a infestação da lagarta-enroladeira, Benagota sp. O uso do feromônio da

traça de tomateiro, Tuta absoluta, também já está em testes avançados, assim como o da lagarta-

do-cartucho (Spodoptera frugiperda), principal praga dos milharais no país.

O emprego de feromônios no controle de insetos é um exemplo de atividade que para ser bem-

sucedida exige a colaboração de diversos profissionais: biólogos, químicos, agrônomos etc. Essa

metodologia vem sendo aos poucos implantada no Brasil.

Este artigo define o que são pilhas e baterias, apresentando

o funcionamento das que mais freqüentemente aparecem

no dia-a-dia dos brasileiros. Além disso, considerando

que algumas dessas pilhas e baterias têm componentes

tóxicos, discute o que fazer com pilhas usadas para evitar

problemas ambientais.

pilhas, sistemas eletroquímicos, baterias

primárias, baterias secundárias

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 11, 2000.

esta última década assistiu-se a uma

proliferação enorme de aparelhos

eletroeletrônicos portáteis, tais como:

brinquedos, jogos, relógios, lanternas, ferramentas

elétricas, agendas eletrônicas, “walk-talks”, bar-

beadores, câmaras fotográficas, filmadoras,

telefones celulares, computadores, aparelhos de

som, instrumentos de medição e aferição, equipa-

mentos médicos etc. Ao mesmo tempo, aumen-

tou muito a demanda por pilhas e baterias cada

vez menores, mais leves e de melhor desempe-

nho. Conseqüentemente, existe atualmente no

mercado uma grande variedade de pilhas e bate-

rias a fim de atender às inúmeras exigências. A

compreensão dos princípios de funcionamento

dessa grande variedade de pilhas e baterias é uma

tarefa árdua e requer, muitas vezes, um conheci-

mento profundo e multidisciplinar, já que vários

destes sistemas eletroquímicos empregam tecno-

logia avançada. Apesar disso, pretende-se abor-

dar primeiramente aqui, da forma mais simplificada

possível, o funcionamento das pilhas e baterias

que mais freqüentemente aparecem no nosso dia-

a-dia.

Por outro lado, dado que algumas das pilhas e

baterias disponíveis no mercado usam materiais

tóxicos, muitos países, inclusive o Brasil, têm se

preocupado com os riscos à saúde humana e ao

meio ambiente que esses sistemas eletroquími-

cos apresentam. Nesse sentido, o Conselho Na-

cional do Meio Ambiente - CONAMA publicou no

Diário Oficial da União de 22 de julho de 1999 a

Resolução n° 257, disciplinando o descarte e o

gerenciamento ambientalmente adequado de

pilhas e baterias usadas, no que tange à coleta,

Nerilso Bocchi, Luiz Carlos

Ferracin e Sonia Regina Biaggio

Departamento de Química da Universidade

Federal de São Carlos, São Carlos - SP

Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental

28 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

reutilização, reciclagem, tratamento ou dispo-

sição final. Tendo em conta o exposto acima,

também será mencionado aqui, para cada uma

das pilhas e baterias abordadas, o risco que

representam aos seus consumidores e ao meio

ambiente.

Nomenclatura e classificação dos

sistemas eletroquímicos

Há um certa confusão na terminologia usada

para se referir aos sistemas eletroquímicos. Em

princípio, o termo pilha deveria ser empregado

para se referir a um dispositivo constituído uni-

camente de dois eletrodos e um eletrólito, arran-

jados de maneira a produzir energia elétrica. O

eletrólito pode ser líquido, sólido ou pastoso,

mas deve ser, sempre, um condutor iônico.

Quando os eletrodos são conectados a um apa-

relho elétrico uma corrente flui pelo circuito (vide

pilha de Daniell no Quadro 1), pois o material

de um dos eletrodos oxida-se espontaneamente

liberando elétrons (anodo ou eletrodo negativo),

enquanto o material do outro eletrodo reduz-se

usando esses elétrons (catodo ou eletrodo posi-

tivo). O termo bateria deveria ser usado para se

referir a um conjunto de pilhas agrupadas em

série ou paralelo, dependendo da exigência por

maior potencial ou corrente, respectivamente,

conforme ilustrado no Quadro 2. Entretanto, no

dia-a-dia, os termos pilha e bateria têm sido usa-

dos indistintamente para descrever sistemas ele-

troquímicos fechados que armazenam energia.

O termo acumulador elétrico também aparece

muitas vezes, mas é empregado, quase sem-

pre, como sinônimo de bateria.

A convenção mais usada para representar

um sistema eletroquímico é aquela de escrever

o anodo do lado esquerdo e o catodo do lado

direito. Assim, quando se escreve bateria sódio/

enxofre significa que o sódio e o enxofre são os

reagentes ativos no anodo e catodo, respecti-

vamente. Entretanto, alguns sistemas eletroquí-

micos não obedecem a essa regra geral quan-

do citados; os casos mais comuns são os sis-

temas: chumbo/óxido de chumbo, cádmio/óxido

de níquel e zinco/dióxido de manganês, mais co-

Quadro 1 – Pilha de Daniell

Consiste em um anodo de zinco metálico, um ca-

todo de cobre metálico e um eletrólito formado por

sulfato de zinco e sulfato de cobre. A maneira mais

simples de se fazer uma pilha de Daniell é colocar

uma tira de cobre no fundo de um frasco de vidro

conforme mostra a ilustração acima. Uma solução

de sulfato de cobre é despejada no frasco em quan-

tidade suficiente para cobrir completamente a tira

de cobre. Em seguida, uma tira de zinco é colocada

logo acima da solução anterior conforme ilustrado

e, então, a solução de sulfato de zinco é cuidado-

samente adicionada no frasco. A densidade menor

da solução de sulfato de zinco garante sua per-

manência, por pelo menos algum tempo, sobre a

solução de sulfato de cobre. Essa pilha de Daniell

só apresenta resultados satisfatórios para acionar

equipamentos que exigem baixas correntes

elétricas como, por exemplo, lâmpadas de farolete

de 1,5 V e relógios de pulso e parede.

Cobre

Sulfato de cobre

Zinco

Sulfato de zinco

Corrente de

elétrons

nhecidos como chumbo/ácido, níquel/cádmio e

Leclanché, respectivamente. Além desses, outros

sistemas eletroquímicos mais avançados e mo-

dernos também não seguem a regra menciona-

da.

Os sistemas eletroquímicos podem ser dife-

renciados uns dos outros, tendo em conta a

maneira como funcionam. Assim, embora alguns

sejam denominados de forma especial (vide Qua-

dro 3), todos eles podem ser classificados como:

Baterias primárias

Distintas das demais por serem essen-

cialmente não recarregáveis. Exemplos: zinco/

dióxido de manganês (Leclanché), zinco/dióxido

de manganês (alcalina), zinco/óxido de prata, lítio/

dióxido de enxofre, lítio/dióxido de manganês etc.

Baterias secundárias

Baterias recarregáveis que podem ser

reutilizadas muitas vezes pelos usuários (cente-

nas e até milhares de vezes para o caso de ba-

terias especialmente projetadas). Como regra

geral, um sistema eletroquímico é considerado

secundário quando é capaz de suportar 300

ciclos completos de carga e descarga com 80%

da sua capacidade. Exemplos: cádmio/óxido de

níquel (níquel/cádmio), chumbo/óxido de chumbo

Quadro 2 – Agrupamentos de pilhas

ou baterias

A maioria dos aparelhos eletroeletrônicos que usam

pilhas requer, quase sempre, mais de uma pilha.

Um agrupamento de pilhas em série fornece

maiores potenciais, enquanto que em paralelo,

maiores correntes elétricas. Supondo-se pilhas de

1,5 V, um agrupamento contendo quatro dessas

pilhas em paralelo (agrupamento superior) fornece

um potencial de 1,5 V, mas a corrente elétrica é

quatro vezes maior do que aquela gerada por um

única pilha. Já um agrupamento dessas mesmas

pilhas em série (agrupamento inferior) fornece um

potencial de 6,0 V e a mesma corrente elétrica que

a de uma única pilha.

6,0 V

1,5 V

Quadro 3 – Baterias primárias especiais

Baterias de reserva: um tipo especial de bateria primária que requer uma ativação imediatamente antes do

seu uso. Nessa ativação, que pode ser mecânica ou pirotécnica (queima de termita), o eletrólito é injetado

na câmara que contém os eletrodos da bateria. Exemplos: magnésio ativado com água/cloreto de chumbo,

magnésio ativado com água/cloreto de prata, magnésio ativado com amônia/dinitrobenzeno etc.

Baterias térmicas: outro tipo especial de bateria primária que se distingue da anterior por requerer ativação a

altas temperaturas. Nesse caso, o eletrólito, que está no estado sólido e inerte entre o anodo e o catodo, é

fundido pelo calor gerado pela queima de material pirotécnico (termita), desencadeando as reações

eletroquímicas. Exemplos: cálcio/óxido tungstênico, cálcio/cromato de cálcio, lítio/sulfeto de ferro etc. As baterias

de reserva e térmicas são usadas principalmente em artefatos militares, aeroespaciais e operações emergenciais.

Células a combustível: uma outra variedade de bateria primária diferente de todas as anteriores porque

apresenta a interessante característica de usar como reagente ativo no catodo o oxigênio do ar que a rodeia.

Portanto, essas células devem permanecer abertas enquanto estiverem em operação. Células a combustível

metal/ar são consideradas descarregadas quando seus anodos estiverem descarregados. Exemplos: alu-

mínio/ar, zinco/ar, metanol/ar e hidrogênio/oxigênio.

Baterias avançadas: sistemas já desenvolvidos mas que ainda não são, na sua maioria, comercializados.

Alguns são recarregáveis e usados somente em aplicações que exigem alta capacidade. Exemplos: zinco/

brometo, sódio/enxofre, baterias de estado sólido e sistemas poliméricos.

Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental

30 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

(chumbo/ácido), hidreto metálico/óxido de níquel, íons lítio etc.

O princípio de funcionamento de algumas baterias primárias e secundárias freqüentemente

encontradas no mercado nacional, bem como o risco que representam aos consumidores e ao

meio ambiente, está descrito a seguir.

Principais baterias primárias comercializadas

Dentre as inúmeras baterias primárias comercializadas, as que se destacam no mercado nacional

são: zinco/dióxido de manganês (Leclanché), zinco/dióxido de manganês (alcalina) e lítio/dióxido de

manganês. Todas são sempre produzidas hermeticamente fechadas em dimensões padronizadas

internacionalmente nas formas cilíndricas (tamanhos AA, AAA etc.), tipo botão e tipo moeda. Além

dessas, a forma prismática também pode ser encontrada para aplicações especiais. A preferência

pela forma cilíndrica ocorre pela maior facilidade de produção quando comparada com as demais

formas.

Pilha de zinco/dióxido de manganês (Leclanché)

Inventada pelo químico francês George Leclanché em 1860, é a mais comum das baterias

primárias. A pilha de zinco/dióxido de manganês usada hoje é muito parecida com a versão original.

O eletrólito é uma pasta formada pela mistura de cloreto de amônio e cloreto de zinco. O anodo é de

zinco metálico, usado, geralmente, na forma de chapa para confecção da caixa externa da pilha. O

catodo é um bastão de grafite, geralmente cilíndrico, rodeado por uma mistura em pó de dióxido de

manganês e grafite (vide Figura 1). A pilha de zinco/dióxido de manganês fornece um potencial de

circuito aberto (medido com um voltímetro de alta impedância) no intervalo entre 1,55 V e 1,74 V, a

temperatura ambiente.

As reações que ocorrem durante o processo de descarga das pilhas de zinco/dióxido de manganês

são complexas e alguns detalhes ainda não foram completamente entendidos. O processo de

descarga básico consiste na oxidação do zinco no anodo:

Zn(s) + 2NH

Cl(aq) + 2OH

–

(aq) → Zn(NH

)

(s) + 2H

O(l) + 2e

–

(1)

juntamente com a redução do Mn(IV) a Mn(III) no catodo:

2MnO

(s) + 2H

O(l) + 2e

–

→ 2MnOOH(s) + 2OH

–

(aq) (2)

resultando na seguinte reação global:

Zn(s) + 2MnO

(s) + 2NH

Cl(aq) → Zn(NH

)

(s) + 2MnOOH(s) (3)

As pilhas de zinco/dióxido de manganês apresentam

uma relação custo benefício interessante somente para apli-

cações que requerem valores baixos e médios de corrente

elétrica. A utilização de dióxido de manganês de alta qua-

lidade e a substituição do cloreto de amônio do eletrólito

por cloreto de zinco melhoram muito o desempenho das

pilhas zinco/dióxido de manganês mesmo em aplicações

que exigem correntes elétricas maiores. O principal

problema observado neste tipo de pilha são as reações

paralelas, também chamadas de reações de prateleira.

Essas reações ocorrem durante o armazenamento das

pilhas (antes de serem usadas) e durante o período em

Figura 1 – Pilha de zinco/dióxido de man-

ganês (Leclanché).

que permanecem em repouso entre distintas descargas, podendo provocar vazamentos. Para

minimizar a ocorrência de tais reações, a grande maioria dos fabricantes adiciona pequenas quan-

tidades de sais de mercúrio solúveis ao eletrólito da pilha; agentes tensoativos e quelantes, cromatos

e dicromatos também são usados por alguns poucos fabricantes. Esses aditivos diminuem a taxa

de corrosão do zinco metálico e, conseqüentemente, o desprendimento de gás hidrogênio no inte-

rior da pilha. Com isso, a pressão interna das pilhas é bastante reduzida, minimizando-se os vaza-

mentos.

Outro fato muito importante com relação às pilhas de zinco/dióxido de manganês diz respeito ao

material usado como anodo. Na grande maioria das pilhas comercializadas, esse eletrodo consiste

de uma liga de zinco contendo pequenas quantidades de chumbo e cádmio, a fim de se obter

propriedades mecânicas adequadas para se trabalhar com a liga. Com isso, as pilhas zinco/dióxido

de manganês contêm, em suas composições mercúrio, chumbo e cádmio e podem representar

sérios riscos ao meio ambiente. Pela Resolução n° 257 do CONAMA, a partir de janeiro de 2001

essas pilhas deverão ser fabricadas, importadas e comercializadas com no máximo 0,010% de

mercúrio, 0,015% de cádmio e 0,200% de chumbo, informações estas que deverão estar presentes

nas suas embalagens. As pilhas usadas que atenderem a esses limites poderão ser dispostas,

juntamente com os resíduos domiciliares, em aterros sanitários licenciados. Enquanto os fabrican-

tes dessas pilhas não reduzirem os teores das substâncias tóxicas contidas nelas até os limites

estabelecidos pela Resolução n° 257 do CONAMA, os estabelecimentos que comercializam essas

pilhas ficam obrigados a aceitar dos usuários a devolução das unidades usadas.

Pilha de zinco/dióxido de manganês (alcalina)

Esse tipo de pilha é uma concepção modificada da pilha zinco/dióxido de manganês. Utiliza-se

dos mesmos eletrodos (anodo e catodo), porém o eletrólito

é uma solução aquosa de hidróxido de potássio concen-

trada (~30% em massa) contendo uma dada quantidade

de óxido de zinco; daí a denominação alcalina para essa

pilha. Além disso, o seu recipiente externo é confeccionado

em chapa de aço para garantir melhor vedação e prevenir,

portanto, o risco de vazamento de eletrólito altamente

cáustico. Com isso, o arranjo dos eletrodos e eletrólito na

pilha alcalina é bem distinto daquele da Leclanché (vide

Figura 2). A sua primeira versão data de 1882 e empregava

o eletrólito na forma líquida. Somente a partir de 1949, elas

passaram a ser produzidas comercialmente com o eletrólito

na forma pastosa. A pilha de zinco/dióxido de manganês

(alcalina) fornece um potencial de circuito aberto de 1,55 V,

a temperatura ambiente.

A reação de descarga que ocorre no catodo da pilha alcalina é exatamente a mesma da Leclanché

(eq. 2). Já a reação de descarga no anodo consiste na oxidação do zinco em meio básico, resultando

primeiramente em íons zincato. Quando a solução de hidróxido de potássio é saturada em íons

zincato, o produto da reação de oxidação do zinco passa a ser o hidróxido de zinco:

Zn(s) + 2OH

–

(aq) → Zn(OH)

(s) + 2e

–

(4)

Dessa forma, a reação global resultante é:

Zn(s) + 2MnO

(s) + 2H

O(l) → Zn(OH)

(s) + 2MnOOH(s) (5)

Figura 2 – Pilha de zinco/dióxido de manga-

nês (alcalina).

Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental

32 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Dado que essa última reação é reversível, a pilha alcalina pode ser também produzida como

pilha recarregável (bateria secundária). Para isso, são necessárias pequenas modificações no projeto

de construção, porém seu desempenho é muito menor do que o das baterias secundárias tradi-

cionais.

Por outro lado, o desempenho da pilha alcalina primária é bastante superior ao da pilha Leclanché.

A capacidade de descarga (corrente elétrica gerada num dado tempo) é cerca de quatro vezes

maior em aplicações que requerem altas correntes elétricas, em regime de descarga contínua. Ade-

mais, as pilhas alcalinas não apresentam as reações paralelas ou de prateleira e os vazamentos

observados nas pilhas de Leclanché. Por isso, podem ser armazenadas por longos períodos de

tempo (cerca de 4 anos), mantendo mais do que 80% da sua capacidade inicial. Entretanto, o custo

mais elevado das pilhas alcalinas tem reprimido o seu consumo no Brasil. Atualmente, o seu consumo

gira em torno de 30%, enquanto que o das pilhas de Leclanché está em aproximadamente 70%.

Do ponto de vista ambiental, as pilhas alcalinas representam menor risco, já que não contêm

metais tóxicos, como mercúrio, chumbo e cádmio. Devido a isso, há uma tendência mundial em se

mudar para elas, já detectada em outros países como Estados Unidos, Alemanha e Argentina, onde

ocupam cerca de 70% do mercado.

Pilha de lítio/dióxido de manganês

Essa e outras pilhas primárias que empregam lítio como anodo passaram a ser investigadas

com o advento da exploração espacial (início da década de 1960). Isso ocorreu pela necessidade

de pequenos sistemas eletroquímicos duráveis, confiáveis e capazes de armazenar grande quanti-

dade de energia. Dessa forma, materiais contendo substâncias simples e/ou compostas de elementos

químicos localizados do lado esquerdo superior e do lado direito

superior da tabela periódica vieram a ser os mais estudados.

Os metais lítio e sódio passaram a ser utilizados como catodos

e substâncias compostas contendo flúor, cloro e oxigênio como

anodos. Assim, centenas de sistemas foram propostos, mas

poucos sobreviveram em função das exigências práticas. Den-

tre esses, estão as baterias primárias que usam como anodo o

lítio metálico e como catodo três grupos de compostos: (i)

sólidos com baixa solubilidade no eletrólito (cromato de prata -

CrO

, dióxido de manganês -MnO

, óxido de cobre -CuO,

sulfeto de cobre -CuS etc.); (ii) produtos solúveis no eletrólito (dióxido de enxofre -SO

) e; (iii) líquidos

(cloreto de tionila -SOCl

, cloreto de sulfurila -SO

e cloreto de fosforila -POCl

Devido à alta reatividade do lítio metálico com água, todas as pilhas de lítio empregam eletrólitos

não aquosos (sal de lítio dissolvido em solventes não aquosos) em recipientes hermeticamente

selados. Os componentes dessas pilhas podem ser configurados de maneira semelhante à das

pilhas alcalinas, mas muitas vezes os eletrodos são confeccionados na forma de tiras enroladas,

como é o caso das pilhas lítio/dióxido de manganês, muito usadas em câmaras fotográficas (vide

Figura 3). O processo de descarga dessas pilhas consiste nas reações de oxidação do lítio metálico

e de redução do óxido metálico, resultando na seguinte reação global simplificada:

Li(s) + MO(s) → LiO(s) + M(s) (6)

Entretanto, quando o óxido é o dióxido de manganês, o processo de descarga ainda não está

completamente entendido. A pilha de lítio/dióxido de manganês fornece um potencial de circuito

aberto no intervalo de 3,0 V a 3,5 V, a temperatura ambiente. Não apresenta reações paralelas ou de

Do ponto de vista ambien-

tal, as pilhas alcalinas

representam menor risco

que as de Leclanché, já

que não contêm metais

tóxicos, como mercúrio,

chumbo e cádmio

prateleira e mostra excelente desempenho mesmo em

aplicações que operam em temperaturas maiores que a

ambiente.

Um maior uso das pilhas de lítio tem sido impedido não

somente pelo seu alto custo, mas também pelos riscos asso-

ciados com o lítio metálico. Pilhas vedadas de maneira

imprópria podem expor o lítio à umidade do ar e provocar

chamas no metal e no solvente não aquoso. Tais acidentes

têm sido evitados com a produção de pilhas bem vedadas

e com sua utilização apropriada.

Principais baterias secundárias comercializadas

As baterias secundárias que dominam o mercado

nacional são: chumbo/óxido de chumbo (chumbo/ácido),

cádmio/óxido de níquel (níquel/cádmio), hidreto metálico/

óxido de níquel e íons lítio. Diferentemente das baterias

primárias, as baterias secundárias são usadas principal-

mente em aplicações que requerem alta potência (maiores

correntes elétricas num menor tempo). As características

específicas de algumas delas são descritas a seguir.

Bateria chumbo/óxido de chumbo (chumbo/ácido)

Sua história começou em 1859, quando o físico francês Raymond Gaston Planté construiu o

primeiro sistema recarregável, formando a base para as baterias secundárias chumbo/ácido usa-

das até hoje. Essas baterias apresentam a característica pouco usual de envolver em ambos os

eletrodos o mesmo elemento químico, o chumbo. No catodo, o dióxido de chumbo reage com

ácido sulfúrico durante o processo de descarga, produzindo sulfato de chumbo e água:

PbO

(s) + 4H

(aq) + SO

2–

(aq) + 2e

–

→ PbSO

(s) + 2H

O(l) (7)

No anodo, chumbo reage com íons sulfato formando sulfato de chumbo:

Pb(s) + SO

2–

(aq) → PbSO

(s) + 2e

–

(8)

A reação global apresenta somente sulfato de chumbo e água como produtos:

Pb(s) + PbO

(s) + 2H

(aq) → 2PbSO

(s) + 2H

O(l) (9)

À medida que a bateria chumbo/ácido é descarregada, o ácido sulfúrico é consumido e a água

é produzida. Conseqüentemente, a composição do ácido

sulfúrico no eletrólito e sua densidade variam desde 40% (m/

m) e 1,30 g/cm

, no estado completamente carregado, até cerca

de 16% (m/m) e 1,10 g/cm

, no estado descarregado. Dado

que o potencial de circuito aberto depende da concentração

de ácido sulfúrico no eletrólito e da temperatura, o valor deste

potencial para um único par de eletrodos varia de 2,15 V, no

estado carregado, até 1,98 V, no estado descarregado, a tem-

peratura ambiente. A medida da densidade do eletrólito ao longo

do processo de descarga da bateria é usada, portanto, para

avaliar seu estado de carga. No processo de carga, o sulfato de chumbo é reconvertido a chumbo

O primeiro sistema recarre-

gável surgiu em 1859 como

invenção do físico francês

Raymond Gaston Planté,

abrindo a base para as

baterias secundárias chum-

bo/ácido usadas até hoje

Figura 3 – Pilha de lítio/dióxido de manga-

nês.

Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental

34 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

no anodo e a dióxido de chumbo no catodo.

Os principais tipos de baterias chumbo/ácido são as automotivas, industriais e seladas, com um

predomínio marcante das primeiras. As automotivas são usadas em veículos em geral para alimentar

os sistemas de partida, iluminação e ignição e consistem de seis conjuntos de eletrodos na forma

de placas, contidos em vasos independentes. Um vaso pode conter, por exemplo, 6 anodos e 5

catodos arranjados de forma alternada, começando e terminando com um anodo. Estes onze eletro-

dos são conectados em paralelo e, portanto, cada vaso fornece um potencial de cerca de 2 V. Os

seis vasos são então conectados em série e a bateria fornece um potencial de aproximadamente

12 V (vide Figura 4). As baterias industriais são utilizadas para tracionar motores de veículos elé-

tricos e também em serviços que não podem ser interrompidos em caso de queda de energia

elétrica (companhias telefônicas, hospitais etc.). Já as seladas, de menor tamanho, são usadas

para alimentar computadores, luzes de emergência etc., em caso de queda de energia. As baterias

automotivas e industriais requerem adição periódica de água no eletrólito. Isso ocorre porque, no

processo de carga da bateria chumbo/ácido, parte da água é decomposta nos gases hidrogênio e

oxigênio. As baterias automotivas de baixa manutenção, além de serem projetadas para consumir

menos água, contêm um volume de eletrólito em excesso, calculado de maneira a compensar a

perda de água ao longo de sua vida útil (2 a 5 anos).

Como visto, as baterias chumbo/ácido funcionam à base de chumbo, um metal pesado e tóxico

e, portanto, representam sério risco ao meio ambiente. Na realidade, a grande maioria das baterias

exauridas já é recolhida pelos fabricantes nacionais para recuperar o chumbo nelas contido, uma

vez que o Brasil não dispõe de minas desse metal e o seu preço é relativamente alto no mercado

internacional. O maior problema está no método de recuperação usado pelas empresas, já que é,

quase sempre, inadequado. O método mais usado ainda é o pirometalúrgico, em vez do

eletroidrometalúrgico, o que termina contaminando a atmosfera com óxidos de enxofre (SO

) e com

chumbo particulado.

Bateria cádmio/óxido de níquel (níquel/cádmio)

Foi primeiramente proposta pelo sueco Waldemar Jungner em 1899. Consiste de um anodo

formado por uma liga de cádmio e ferro e um catodo de hidróxido(óxido) de níquel(III) imersos em

uma solução aquosa de hidróxido de potássio com concentração entre 20% e 28% em massa.

Durante o processo de descarga, o cádmio metálico é oxidado a hidróxido de cádmio no anodo:

Cd(s) + 2OH

–

(aq) → Cd(OH)

(s) + 2e

–

(10)

Figura 4 – Bateria chumbo/óxido de chumbo (chumbo/ácido).

e o hidróxido(óxido) de níquel(III) é reduzido a hidróxido de níquel(II) hidratado no catodo:

2NiOOH(s) + 4H

O(l) + 2e

–

→ 2Ni(OH)

O(s) + 2OH

–

(aq) (11)

resultando na seguinte reação global:

Cd(s) + 2NiOOH(s) + 4H

O(l) → Cd(OH)

(s) + 2Ni(OH)

O(s) (12)

Um único par de eletrodos das baterias níquel/cádmio, que podem ser arranjados como os das

baterias alcalina (Figura 2) ou chumbo/ácido (Figura 4), fornece um potencial de circuito aberto de

aproximadamente 1,15 V, a temperatura ambiente. Essas

baterias podem ser produzidas numa grande variedade de

tamanhos, usando-se, em geral, chapa de aço inoxidável co-

mo material do recipiente externo. Da mesma forma que as

baterias alcalinas, as baterias níquel/cádmio são, na maioria

dos casos, seladas para evitar vazamento de eletrólito cáustico;

quando não são completamente seladas, dispõem de válvulas

de segurança para descompressão.

As baterias níquel/cádmio caracterizam-se por apresentar

correntes elétricas relativamente altas, potencial quase

constante, capacidade de operar a baixas temperaturas e vida

útil longa. Entretanto, o custo de sua produção é bem maior do

que o das baterias chumbo/ácido. Pelo fato de empregarem

cádmio em sua composição, essas baterias são consideradas

as de maior impacto ambiental. Devido a isso e ao recente avanço tecnológico em armazenamento

de hidrogênio, há uma tendência mundial em substituí-las pelas baterias hidreto metálico/óxido de

níquel, cujas características operacionais são muito semelhantes às da níquel/cádmio. A principal

diferença é que as baterias hidreto metálico/óxido de níquel usam como material ativo do anodo o

hidrogênio absorvido na forma de hidreto metálico, em vez de cádmio. Com isso, a reação de

descarga desse eletrodo é a oxidação do hidreto metálico, regenerando o metal, que na realidade é

uma liga metálica:

MH(s) + OH

–

(aq) → M(s) + H

O(l) + e

–

(13)

Essa última equação, combinada com a eq. 10 dividida por dois, fornece a reação global de

descarga da bateria hidreto metálico/óxido de níquel:

MH(s) + NiOOH(s) + H

O(l) → M(s) + Ni(OH)

O(s) (14)

Um par de eletrodos fornece um potencial de circuito aberto de aproximadamente 1,20 V, a

temperatura ambiente. Essas baterias apresentam desempenho superior ao das de níquel/cádmio,

mas ainda são produzidas a um custo um pouco superior.

Bateria de íons lítio

Assim denominada, porque usa, em vez de lítio metálico, apenas íons lítio, presentes no eletrólito

na forma de sais de lítio dissolvidos em solventes não aquosos. Durante o processo de descarga,

os íons lítio migram desde o interior do material que compõe o anodo até dentro do material do

catodo e os elétrons movem-se através do circuito externo, como ilustrado na Figura 5. Portanto, os

materiais de eletrodos são formados geralmente por compostos de estrutura aberta (denominados

compostos de intercalação), que permitem a entrada e saída de íons lítio. No anodo, o grafite é o

As baterias níquel/cádmio

são consideradas as de

maior impacto ambiental.

Devido a isso e ao recente

avanço tecnológico em

armazenamento de hidro-

gênio, há uma tendência

mundial em substituí-las

pelas baterias hidreto

metálico/óxido de níquel

Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental

36 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

material mais comumente usado porque, além de apresentar estrutura lamelar, é capaz de intercalar

reversivelmente os íons lítio entre suas camadas de carbono sem alterar significativamente sua

estrutura. O catodo contém, geralmente, um óxido de estrutura lamelar (LiCoO

, LiNiO

etc.) ou

espinel (LiMnO

), sendo o óxido de cobalto litiado o material mais freqüentemente usado pelos

fabricantes de baterias de íons lítio. Dessa forma, durante a descarga da bateria a reação que

ocorre no anodo é a oxidação do carbono e a conseqüente liberação de íons lítio a fim de manter a

eletroneutralidade do material:

(s) → C

(s) + yLi

(solv) + ye

–

(15)

No catodo, o cobalto se reduz na estrutura do óxido, provocando a entrada de íons lítio em sua

estrutura:

CoO

(s) + yLi

(solv) + ye

–

→ Li

x+y

CoO

(s) (16)

Conseqüentemente, a reação global de descarga é:

CoO

(s) + Li

(s) → Li

x+y

CoO

(s) + C

(s) (17)

sendo que um par de eletrodos fornece um potencial de circuito aberto no intervalo de 3,0 V a 3,5 V,

a temperatura ambiente. As principais características das baterias de íons lítio são bom desem-

penho e segurança aos usuários. Além disso, o fato de empregarem materiais de baixa densidade

permite que sejam projetadas para terem menor massa, tamanho e custo.

Figura 5 – Ilustração esquemática dos processos eletroquímicos que ocorrem nas baterias de íons lítio.

Para saber mais

BENNET, P.D.; BULLOCHK, K.R. e FIORINO, M.E. Aqueous rechargeable batteries. The Electrochemical So-

ciety Interface, v. 4, n. 4, p. 26-30, 1995.

BRO, P. Primary batteries. The Electrochemical Society Interface, v. 4, n. 4, p. 42-45, 1995.

BRODD, R.J. Recent developments in batteries for portable consumer electronics applications. The Electro-

chemical Society Interface, v. 8, n. 3, p. 20-23, 1999.

LINDEN, D. (Editor). Handbook of batteries and fuel cells. 2ª ed. Nova Iorque: McGraw-Hill, 1995.

MEGAHED, S. e SCROSATI, B. Rechargeable nonaqueous batteries. The Electrochemical Society Interface,

v. 4, n. 4, p. 34-37, 1995.

MELLO, S. Pilhas e baterias: indústria terá de oferecer opções para descarte. Saneamento Ambiental, v. 10, n.

61, p. 26-29, 1999.

VINCENT, C.A.; BONINO, F.; LAZZARI, M. e SCROSATI, B. Modern batteries: an introduction to electro-

chemical power sources. Londres: Edward Arnold, 1984.

Na internet

- http://www.batterydirectory.com/

- http://encarta.msn.com/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=0669C000

- http://www.howstuffworks.com/battery.htm

Tanto as baterias hidreto metálico/óxido de níquel como as de íons lítio representam riscos

ambientais muito menores do que as de níquel/cádmio. Apesar disso, uma estimativa da Secretaria

do Meio Ambiente mostra que, em 1999, das 5 milhões de baterias de telefones celulares existentes

no Brasil, 80% ainda eram de níquel/cádmio e apenas 18% de

hidreto metálico/óxido de níquel e 2% de íons lítio.

Considerações finais

Como visto acima, algumas das baterias primárias e secun-

dárias comercializadas no país ainda podem conter em sua com-

posição metais pesados altamente tóxicos, como mercúrio, cád-

mio ou chumbo, e representam, conseqüentemente, sérios riscos

ao meio ambiente. Uma delas é a pilha zinco/dióxido de manganês,

que pode conter uma ou mais dessas substâncias tóxicas com

teores acima do limite estabelecido pela Resolução n° 257 do

CONAMA, a saber: 0,010% de mercúrio, 0,015% de cádmio e

0,200% de chumbo. As outras duas são as baterias chumbo/ácido

e níquel/cádmio, uma vez que os metais chumbo e cádmio são

usados como eletrodos dessas respectivas baterias. Em conformi-

dade com a Resolução citada acima, essas pilhas e baterias usadas

jamais devem ser: a) lançadas in natura a céu aberto, tanto em áreas urbanas como rurais; b) queimadas

a céu aberto ou em recipientes, instalações ou equipamentos não adequados; c) lançadas em corpos

d’água, praias, manguezais, terrenos baldios, peças ou cacimbas, cavidades subterrâneas, em redes de

drenagem de águas pluviais, esgotos, eletricidade ou telefone, mesmo que abandonadas, ou em áreas

sujeitas à inundação. A destinação final mais apropriada para essas pilhas e baterias usadas são os

estabelecimentos que as comercializam, bem como a rede de assistência técnica autorizada pelos

fabricantes e importadores desses produtos. Esses serão responsáveis pelos procedimentos de reutilização,

reciclagem, tratamento ou disposição final ambientalmente adequada para as pilhas e baterias coletadas.

Baterias de hidreto metáli-

co/óxido de níquel e as de

íons lítio representam um

risco ambiental muito

menor do que as de níquel/

cádmio. Apesar disso, das 5

milhões de baterias de

telefones celulares existen-

tes no Brasil em 1999, 80%

ainda eram de níquel/

cádmio; apenas 18% eram

de hidreto metálico/óxido

de níquel e 2% de íons lítio

Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental

38 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

produção mundial de mercúrio é estimada em

10 mil toneladas por ano para uso nas mais diver

sas áreas, como indústrias, mineração e odonto-

logia, sendo os principais produtores o Canadá, a Rússia

e a Espanha. A emissão natural de mercúrio é devida à

gaseificação da crosta terrestre, emissões vulcânicas e

evaporação natural de corpos d’água. A mineração de

ouro e prata, a extração de mercúrio, a queima de com-

bustíveis fósseis e a fabricação de cimento são exemplos

de fontes antropogênicas de mercúrio.

A utilização do mercúrio no processo de amalgamação

do ouro já era conhecida pelos fenícios e cartagineses em

2.700 a.C. Caius Plinius, em sua “História Natural” (50 d.C.)

descrevia a técnica de mineração do ouro e prata com um

processo de almagamação similar ao utilizado hoje nas

minas de ouro.

Na América do Sul, o processo de extração de ouro

utilizando o mercúrio é usado em países como o Brasil,

Venezuela, Colômbia, Bolívia, Guiana Francesa, Guiana,

Equador e Peru desde os anos 80.

O mercúrio na natureza

Átomos desse elemento ocorrem naturalmente em três

estados de oxidação: Hg

, que é a substância simples, e

duas formas oxidadas, Hg

(mercuroso) e Hg

(mercú-

rico).

A substância simples é um metal líquido prateado, à

temperatura ambiente. Na natureza o mercúrio se apre-

senta como o minério cinábrio, que contém sulfeto de mer-

cúrio (HgS). As transformações do mercúrio no meio am-

biente envolvem uma série de reações químicas comple-

xas denominadas de ciclo do mercúrio, que é mostrado

de forma simplificada na Quadro 1.

A substância simples e os compostos orgânicos de

mercúrio (alquilmercuriais) são solúveis em solventes não

polares. O vapor de mercúrio é mais solúvel em sangue

do que em água, onde é ligeiramente solúvel. A solubili-

Jurandir Rodrigues de Souza

Instituto de Química da Universidade de

Brasília, Brasília - DF

Antonio Carneiro Barbosa

Técnico do IBAMA em Brasília - DF

Nos últimos anos a problemática da contaminação por

mercúrio no Brasil, principalmente na Amazônia, tem sido

bastante discutida. A partir do momento em que os dados

reais sobre essa contaminação foram aparecendo como

resultado de inúmeros projetos de pesquisadores nacionais

e estrangeiros, algumas dúvidas foram esclarecidas e no-

vas informações foram colocadas na mesa de discussão.

Dentro dessa nova ótica alguns preconceitos foram

quebrados, outros foram surgindo e propostas para a

remediação da contaminação de mercúrio foram expostas.

Este artigo apresenta uma breve exposição do problema

do mercúrio no Brasil, com ênfase para a Amazônia, com

o objetivo de enriquecer as discussões sobre a situação

atual dessa contaminação, os seus riscos e as alternativas

para o seu controle.

contaminação por mercúrio, ribeirinhos,

Região Amazônica

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 12, 2000.

Garimpo

Floresta

Rios

ontaminaçã

Veneno

etal

esad

dade em água de alguns compostos de mercúrio segue a seguinte ordem crescente: Hg(0), Hg

Hg(CH

)

e HgCl

Legislação brasileira sobre o mercúrio

O Brasil não produz mercúrio. A sua importação e comercialização são controladas pelo IBAMA

por meio da portaria n. 32 de 12/05/95 e decreto n. 97.634/89, que estabelece a obrigatoriedade do

cadastramento no IBAMA das pessoas físicas e jurídicas que “importem, produzam ou comerciali-

zem a substância mercúrio metálico”.

O uso do mercúrio metálico na extração do ouro é também regulamentado. O decreto 97.507/89

proíbe o uso de mercúrio na atividade de extração de ouro, “exceto em atividades licenciadas pelo

órgão ambiental competente”. Por outro lado, a obrigatoriedade de recuperação das áreas degra-

dadas pela atividade garimpeira é igualmente regulamentada pelo decreto 97.632/89.

Toxicologia

Os efeitos tóxicos causados pelo mercúrio metálico são produzidos depois de sua oxidação no

• Mercúrio de origem antropogênica (originário de atividades humanas, fábricas, garimpos, mineração etc.) e o

natural (devido a emanações vulcânicas, gaseificação da crosta terrestre etc.) são lançados no meio ambiente

(atmosfera, corpos d’água e solos).

• Principalmente em ambientes aquáticos, sob determinadas condições físico-químicas, ou pela ação de

microrganismos, os íons de mercúrio dos compostos inorgânicos podem se ligar a grupos orgânicos,

transformando-se em compostos orgânicos de mercúrio (como por exemplo o metilmercúrio e

dimetilmercúrio). Os íons de mercúrio também podem ser reduzidos a Hg

• Parte dos átomos de mercúrio, sob determinadas condições climáticas, pode evaporar, quer pela ação da

queima de florestas e de amálgamas com ouro, quer por emanações vulcânicas.

• Na atmosfera o mercúrio na forma metálica pode ser oxidado pelo oxigênio do ar.

• Por meio de um processo denominado deposição seca e úmida o mercúrio precipita com as chuvas e

materiais particulados, depositando-se nos solos e corpos d’água.

Quadro 1 – O ciclo global do mercúrio

Contaminação por mercúrio e o caso da Amazônia

40 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

organismo e por causa de sua grande afinidade pelos grupos sulfidrilas das proteínas e, em menor

grau, por grupos fosforilas, carboxílicos, amidas e aminas. Nas células, o mercúrio é um potente

desnaturador de proteínas e inibidor de aminoácidos, interferindo nas funções metabólicas celulares.

Ele causa também sérios danos à membrana celular ao interferir em suas funções e no transporte

através da membrana, especialmente nos neurotransmissores cerebrais.

Por outro Iado, estudos citogenéticos já realizados em pessoas contaminadas por Hg, em níveis

considerados toleráveis pela Organização Mundial de Saúde (OMS), revelaram aumento significativo

de quebras cromatídicas, com a possível interferência nos mecanismos de reparo do DNA. Esse

efeito pode resultar em quebras cromossômicas e em morte celular, o que justificaria o quadro

progressivo de deterioração mental nos indivíduos mais altamente contaminados.

Doenças causadas pelo mercúrio

O mercúrio penetra no organismo humano e se deposita nos tecidos, causando lesões graves,

principalmente nos rins, fígado, aparelho digestivo e sistema nervoso central.

A exposição aguda, por inalação de vapores de mercúrio, pode acarretar em fraqueza, fadiga,

anorexia, perda de peso e perturbações gastrointestinais.

A ingestão de compostos mercuriais, em particular cloreto mercúrico, provoca úlcera gastrointes-

tinal e necrose tubular aguda.

A exposição excessiva ao Hg dá origem a reações psicóticas, como por exemplo delírio, alucinação

e tendência suicida.

Os efeitos sobre a saúde humana, relacionados com a bioacumulação, a transformação e o

transporte mundial do mercúrio inorgânico, se devem quase exclusivamente à conversão dos com-

postos de mercúrio em metilmercúrio (CH

Hg).

Como o mercúrio chega ao homem

Existem duas maneiras de o mercúrio chegar até o homem: ocupacional e ambiental. A primeira

é mais conhecida e está ligada ao ambiente de trabalho, como mineração e indústrias, geralmente

associada aos garimpos de ouro ou às fábricas de cloro-soda e de lâmpadas fluorescentes. Trata-

se de uma contaminação pelas vias respiratórias, que atinge o pulmão e o trato-respiratório, podendo

ser identificada e quantificada pela dosimetria do mercúrio na urina.

A contaminação ambiental, por sua vez, é provocada pela dieta alimentar, comumente pela

ingestão de peixes de água doce ou salgada, e afeta diretamente a corrente sangüínea, provocando

problemas no sistema nervoso central. Sua comprovação é feita facilmente pela determinação do

mercúrio no cabelo ou no sangue.

A substância simples e os sais de mercúrio são os principais responsáveis pela contaminação

ocupacional, enquanto os compostos orgânicos de mercúrio, predominantemente o metilmercúrio,

são responsáveis pela contaminação ambiental. Uma característica comum às duas formas de mer-

cúrio é que ambas podem atravessar a barreira placentária afetando seriamente o feto.

O mercúrio e os peixes

Fala-se muito em nível trófico e cadeia trófica. O termo trófico vem da raiz grega τροϕη que

significa alimento. A cadeia trófica, isto é, a cadeia alimentar, é formada em sua base inferior por

microrganismos e peixes de espécies mais simples (de nível trófico baixo), terminando por peixes

predadores (de nível trófico elevado) e, finalmente, o homem, que se alimenta de peixes. As populações

ribeirinhas da Bacia Amazônica são dependentes do consumo de peixe para o seu sustento, che-

gando a consumir em média 200 gramas por dia. Os peixes são concentradores naturais de mercúrio

e a sua quantidade nesses animais depende do alimento, bem como da idade e do tamanho. Como

conseqüência, a contaminação humana por mercúrio depende não somente da quantidade de peixe

consumida como também da espécie escolhida.

Simplificando, há os peixes de nível trófico baixo, que são os herbívoros e detritívoros, os de nível

trófico intermediário, os omnívoros, e finalmente os de nível trófico elevado, os piscívoros, também

chamados de carnívoros ou predadores. Os herbívoros (tambaqui, jatuarana, pirapitinga, pacu) se

alimentam basicamente de sementes e de frutos, os detritívoros (bodo, jaraqui, curimatã, branquinha)

se alimentam de matéria orgânica em decomposição e microrganismos associados à lama do fundo

de lagos e margens de rios. Os detritos provindos da mata alagada, ninfas de insetos e zooplâncton

são a base da alimentação dos omnívoros (aruanã, pirarara, cará, mandi, matrinchã, cuiu-cuiu). Os

piscívoros se alimentam de outros peixes e por isso bioacumulam o mercúrio (dourada, filhote,

piranha, tucunaré, surubim, pescada e pintado).

A contaminação por mercúrio na Amazônia

Após a sua utilização no processo de extração do ouro, o mercúrio residual é descartado nas margens

e nos leitos dos rios, no solo, ou é lançado na atmosfera durante o processo de queima do amálgama

(Figura 1). Estando disponível no meio ambiente, esse mercúrio pode transformar-se no metilmercúrio

(ciclo do mercúrio, Quadro 1). A metilação do mercúrio é o passo mais importante para a sua entrada

na cadeia alimentar de organismos aquáticos, maiores bioconcentradores desse metal.

Hoje sabe-se que a velocidade de metilação realizada pelas bactérias é função de vários fatores,

como o baixo pH da água, alta concentração de matéria orgânica dissolvida e baixo teor de material

particulado, situação fácil de ser encontrada nos rios amazônicos. O pH do Rio Negro, por exemplo,

é particularmente baixo, chegando a 3,8.

Cerca de 3 mil toneladas de mercúrio utilizadas nos garimpos de ouro da Amazônia, ao longo

dos últimos 20 anos, vêm sofrendo oxidação e metilação nas condições propícias das águas e

sedimentos dos rios, contaminando as populações ribeirinhas, através da ingestão de peixes.

Existem diversas pesquisas realizadas na

Amazônia abordando a contaminação da popula-

ção ribeirinha por mercúrio, mencionadas em sua

maioria no artigo de Barbosa et al. (1997).

Em um período compreendido entre 1991 e 1993

foram analisadas amostras de cabelo de 270 ribei-

rinhos do rio Madeira, utilizando a espectrometria

de absorção atômica com vapor frio (Quadro 2). O

teor médio de mercúrio no cabelo desses indivíduos

foi 17,2 microgramas de mercúrio por grama de

cabelo (μg/g), com valor máximo obtido de 303 μg/

g. Foram analisados também cabelos de 51 pes-

soas da região, mas com baixo consumo de peixe

(controles). Para essas pessoas, o teor médio foi de

4,1 μg/g, nível que pode ser considerado normal.

Estudos semelhantes foram realizados em

populações ribeirinhas dos rios Tapajós (1986-1994

e 1993) e Negro (1998-1999). Os teores médios

obtidos foram, respectivamente, 18,6 μg/g, 16,3 μg/

g e 20,3 μg/g, e os valores máximos obtidos para

Figura 1 – Queima de amálgama em mercado de

Jacareacanga - Pará. Foto de Antonio C. Barbosa.

Contaminação por mercúrio e o caso da Amazônia

42 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

essas populações foram 176 μg/g, 151 μg/g e 59 μg/g.

O teor médio de mercúrio em cabelo obtido em vários projetos para populações da Amazônia foi

de 19,1 μg/g, considerado elevado, merecendo atenção especial dos órgãos do governo responsáveis

pelo meio ambiente e saúde da população brasileira. A Tabela 1 mostra a situação dos teores de

mercúrio dos peixes piscívoros da Amazônia, de nível trófico elevado. Os resultados são transcritos

principalmente do trabalho publicado por Malm (1998). O teor médio obtido para os piscívoros, 669

ng/g, está acima dos limites estipulados pela OMS. O consumo diário de peixes, durante um longo

período, correspondente a 200 microgramas de mercúrio (isto é, consumo de 500 gramas de peixe

contendo 400 ng/g de mercúrio), acarreta o acumulo de 50 μg/g de Hg no cabelo (OMS, 1990).

A Tabela 2 mostra a correspondência entre o consumo diário de mercúrio e o teor no cabelo, e

respectivos indicadores. São apresentados também, para efeito de comparação, os teores médios

de mercúrio encontrados em algumas populações ribeirinhas da Amazônia (Figura 2).

A amostra contendo íons de mercúrio é co-

locada no frasco reacional. A seguir, adiciona-se

ácido sulfúrico e cloreto de estanho(II). Nesse mo-

mento os íons de mercúrio são transformados

em mercúrio metálico:

+ Hg

→ Sn

+ Hg

Utilizando o ar como gás de arraste, o vapor

de mercúrio é conduzido até o sistema de

detecção (célula de observação e espectrômetro

de absorção atômica).

Após a interação do vapor com a luz de

comprimento de onda específico do mercúrio, no

interior da célula de detecção, o vapor é

conduzido para um sistema de aprisionamento

do mercúrio.

Quanto maior a quantidade de mercúrio no

vapor, maior será a interação com a luz. É possível

montar um gráfico de quantidade de luz absorvida

(absorbância) em função da quantidade de mercúrio.

Para uma leitura feita no espectrômetro (absorbância,

) obtém-se a correspondente quantidade de mercúrio

contida na amostra (x

), como mostrado abaixo.

Quadro 2 – Como determinamos o mercúrio em amostras de cabelo, urina,

peixe e sangue?

Soluções propostas

A eliminação do metilmercúrio e o desenvolvimento de

sinais e sintomas de intoxicação dependem de fatores gené-

ticos ainda desconhecidos que, de certa forma, protegem

o indivíduo da intoxicação. Esses fatores estão relacionados

com o sexo, a idade, hormônios, a taxa de hemoglobina e a

capacidade de indução das metaIotioneínas, que podem

funcionar como barreiras protetoras do cérebro e sobretu-

do do cerebelo, onde o acúmulo é mais pronunciado.

Existem algumas propostas relacionadas ao controle

e remediação da poluição do mercúrio. No entanto, a

questão do mercúrio passa antes por um processo de

educação ambiental de todos os agentes envolvidos:

garimpeiros, pescadores, índios, ribeirinhos e principal-

mente pela ação fiscalizadora da sociedade. A recupe-

ração das áreas contaminadas por mercúrio em Minamata

foi obtida com medidas drásticas, como pesadas multas

para a empresa poluidora, proibição de pesca, compensação financeira para os pescadores e

dragagem.

Enumeramos algumas propostas para o controle e remediação da poluição do mercúrio no Brasil:

• uso de retorta e capelas nas casas de queima do amálgama;

• maior eficiência no processo de garimpagem: calha mais adequada;

• criação de centrais de bateiamento;

• reprocessamento dos rejeitos com altas concentrações de mercúrio;

• recuperação das áreas degradadas;

• educação ambiental e recomendação para ingestão de peixes de baixo nível trófico;

• monitoramento da contaminação nos diversos compartimentos ambientais.

Tabela 2 – Indicadores e sintomas em função dos teores de mercúrio.

Indicador Consumo diário de mercúrio Teores de

μg/kg μg/indivíduo Hg em cabelo (μg/g)

do indivíduo de 55 kg

Dose de referência

(EPA/OMS) 0,3 16,5 4

Máximo permitido

(FAO/OMS) 0,5 27,5 7

Desenvolvimento anormal

de crianças 0,7-1,5 38,5-82,5 10-20

Sintomas sub-clínicos 1,5-2,1 82,5-115,5 > 20

Sintomas clínicos -

parestesia (OMS 1976) 2,4-5,5 132-302,5 > 50

Ribeirinhos da Amazônia 1,4 77,0 19,1

EPA = Agência para Proteção do Meio Ambiente – EUA

FAO = Organização para Alimento e Agricultura – Nações Unidas

Tabela 1 – Teores médios de mercúrio (τ)

em peixes piscívoros da Amazônia.

Local N τ / (ng/g)

Rio Madeira 370 850

Rio Madeira 154 665

Rio Madeira 251 634

Rio Tapajós 118 498

Rio Tapajós 212 499

Rio Tapajós 73 511

Rio Tapajós 85 723

Rio Negro 113 780

Rio Negro 214 635

Total 1590 669

N = número de amostras analisadas.

Contaminação por mercúrio e o caso da Amazônia

44 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Nota

O termo “queima do amálgama” refere-se ao processo de separação do mercúrio metálico do amálgama

mercúrio-ouro, por aquecimento usando um maçarico a gás.

Referências bibliográficas

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seção A, v. 77, p. 73-78, 1998.

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Para saber mais

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MOREIRA, J.C; PIVETTA, F.R; KURIYAMA, G.S; BARROCAS, P.R; NICOLA, F.L.G; ROSA, F.C.G. e JACOB,

S.C. A presença de mercúrio em casa constitui um risco de contaminação humana e/ou ambiental? Um

relato de caso. Química Nova, v. 20, n. 4, p. 420-422, 1997.

Considerações finais

O mercúrio é um metal altamente tóxico e encontra-se disse-

minado em rios e solos da Amazônia, em grande parte devido à

sua utilização na recuperação do ouro em garimpos de forma

indiscriminada e sem qualquer controle. Publicações recentes,

no entanto, comprovam também a presença natural do mercúrio

em algumas regiões, sem histórico de atividade garimpeira, como

é o caso do Rio Negro.

No Brasil, especialmente na Amazônia, o mercúrio metálico,

sob a forma de vapor, é lançado na atmosfera pela queima do

amálgama, enquanto no Japão o mercúrio despejado diretamente

na Baía de Minamata foi o metilmercúrio. As condições dos rios

da Amazônia, favorecendo a metilação do mercúrio, sugerem um

cenário de contaminação contínua e crescente.

Os resultados de pesquisas na Amazônia apontam para teo-

res de mercúrio preocupantes nos peixes piscívoros, com média

de 669 ng/g, acima, portanto, dos 500 ng/g

considerados pela

OMS como limite máximo permitido para consumo. Como conse-

qüência desse resultado, é também elevado o teor de Hg em amostras de cabelo da população ribeirinha

da Amazônia (média de 19,1 μg/g), em cuja dieta o consumo do peixe é predominante.

Embora existam algumas propostas isoladas na tentativa de solucionar o extenso e grave problema

da contaminação por mercúrio no Brasil, especialmente na Amazônia, entendemos que o pontapé

inicial deveria ser uma grande campanha de conscientização ambiental, a começar pelos principais

agentes poluidores, os garimpeiros.

Alguns cuidados deveriam ser tomados no processo de recuperação do ouro, evitando-se deixar

resíduos de mercúrio no solo e no leito dos rios, procurando sempre queimar o amálgama

mercúrio-

ouro em retortas, para que o vapor de mercúrio não vá para a atmosfera, assim evitando a degradação

do meio ambiente na área de garimpo.

Figura 2: Criança Kaypó da aldeia

Gorotire, uma das populações ribeiri-

nhas sob risco de contaminação por

mercúrio. Foto de Iara Brasileiro.

Um pouco de história

preocupação em cuidar dos dentes remonta às

mais antigas civilizações, a exemplo dos gregos,

romanos, árabes, maias e chineses. Celso (25 aC

- 50 dC), que viveu em Roma, preconizava a extração de

dentes de leite para facilitar a erupção do dente

permanente no lugar certo na arcada dentária.

As atividades relacionadas aos tratamentos dentários

eram, inicialmente, exercidas por pessoas não qualificadas

(ambulantes, ciganos, barbeiros, caixeiros-viajantes) e,

posteriormente, já no século II da nossa era, por

profissionais ligados à medicina. O aprendizado das

práticas odontológicas seguiu os moldes das corpora-

ções medievais. O indivíduo que almejava aprender um

ofício associava-se a um mestre que lhe ensinava os

segredos desse ofício. Essa situação permaneceu

inalterada por muito tempo, pois a primeira escola de

odontologia do mundo foi criada nos Estados Unidos em

1840.

Entre as práticas usadas para a conservação dos

dentes, os dentifrícios ocupam um papel importante. O

primeiro creme dental surgiu no Egito há cerca de quatro

mil anos. Era um material à base de pedra-pomes pulve-

rizada e vinagre, que era esfregado nos dentes com

pequenos ramos de arbustos. No século I da nossa era,

os romanos acrescentaram a essa pasta mel, sangue,

carvão, olhos de caranguejos, ossos moídos da cabeça

de coelhos e urina humana, todos com a finalidade de

deixar os dentes mais brancos.

O primeiro dentifrício comercial foi desenvolvido em

1850, nos Estados Unidos. Inicialmente na forma de um

pó, foi modificado posteriormente para a forma de pasta,

com o nome comercial de “Creme Dentifrício do Dr. Shef-

field”. Um aumento da comercialização das pastas de

Roberto R. da Silva, Geraldo A.

Luzes Ferreira e Joice de A.

Baptista

Instituto de Química da Universidade de

Brasília, Brasília - DF

Francisco Viana Diniz

Faculdade de Ciências da Saúde da Uni-

versidade de Brasília, Brasília - DF

Neste artigo são abordados alguns aspectos da química

dos dentifrícios, destacando sua composição variada, bem

como sua função na limpeza e prevenção das cáries

dentárias. Também é feita uma pequena discussão sobre

as restaurações acrílicas e com amálgamas.

dentifrícios, higiene bucal, amálgamas

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 13, 2001.

A química e a conservação dos dentes

46 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

dente ocorreu quando elas começaram a ser embaladas em tubos metálicos flexíveis.

Hoje, os dentifrícios podem ser encontrados na forma de pó, de pasta (creme dental) e de líquido,

embora os dentifrícios líquidos não sejam muito comuns em nosso país.

A função primordial dos dentifrícios é atuar como agente auxiliar na escovação, visando à limpeza

dos dentes. A relação entre alimentação, higiene bucal e prevenção das cáries é o que veremos a

seguir.

As cáries dentárias e a alimentação

Na nossa boca existem milhares de microrganismos. Por causa de sua temperatura amena e

constante de 36 °C, de sua umidade permanente e pelo fluxo de nutrientes (alimentos) durante

alguns períodos do dia, a boca pode ser considerada como um ambiente ideal para a proliferação

de microrganismos.

Qual é a relação entre esses microrganismos, como por exemplo, as bactérias e as cáries den-

tárias?

A teoria que relaciona o aparecimento de cáries com o desenvolvimento de colônias de bactérias

na boca foi formulada, em 1890, por um cientista americano chamado W.D. Miller. A experiência que

mostrou o elo entre bactérias e cáries foi a seguinte: Miller colocou um dente extraído em um tubo,

adicionou um pouco de saliva e um pedaço de pão. Com o passar do tempo observou que o dente

se corroía. Quando ele aquecia a saliva, causando, portanto, a morte das bactérias, o dente não se

corroía. A partir dessas e de outras observações, Miller formulou a hipótese de que a cárie resultava

da produção de ácidos orgânicos pelas bactérias orais a partir de um alimento fermentável, como,

por exemplo, o pão.

Hoje sabe-se que as bactérias vão lentamente formando um biofilme que se deposita sobre a

superfície do dente. Alimentando-se do açúcar contido nos alimentos (ou formado pela ação da

saliva sobre outras substâncias), as bactérias vão se multiplicando rapidamente, dando origem ao

que se denomina placa bacteriana. O açúcar, ao ser metabolizado pelas bactérias, é transformado

em ácidos orgânicos. Um deles é o ácido lático. Os outros ácidos, em quantidades pequenas, são

o acético, o fórmico e o succínico. Deve ser observado que mesmo em dietas pobres em açúcares

constata-se também a formação de placas bacterianas.

Os ácidos produzidos na fermentação (metabolismo) do açúcar pelas bactérias são os

responsáveis pelas cáries. Mas como isso ocorre?

O esmalte do dente (Figura 1) é constituído de um material muito pouco solúvel em água e cujo

principal componente é a hidroxiapatita - Ca

(PO

)

OH, um composto iônico formado por íons Ca

3–

e OH

–

. Em um processo chamado desmineralização, uma quantidade muito pequena de

hidroxiapatita pode se dissolver, em processo descrito pela equação:

(PO

)

OH(s) + H

O(l) 5Ca

(aq) + 3PO

3–

(aq) + OH

–

(aq)

Esse processo é normal e ocorre naturalmente. O processo inverso, a mineralização, também é

normal.

A mineralização e a desmineralização podem acontecer

com rapidez diferentes. Durante a formação do dente (dentro

do osso), ocorre somente a mineralização. Quando o dente

é exposto ao meio bucal, a desmineralização passa a

ocorrer. Nos adultos, por sua vez, os dois processos podem

ocorrer com a mesma rapidez, isto é, atingem um equilíbrio.

Uma condição de equilíbrio acontece quando duas reações

opostas entre si ocorrem com a mesma rapidez. No entanto,

em crianças ou em adultos, se a concentração de ácidos

torna-se muito elevada em um determinado ponto sobre a

superfície do esmalte, a rapidez da desmineralização pode

ser maior que a da mineralização, conduzindo à formação

de uma cárie dentária.

Os principais fatores que determinam a estabilidade da

apatita na presença da saliva são o pH e as concentrações

dos íons cálcio, fosfato e flúor em solução. A concentração

dos íons H

(aq), que altera o pH da saliva, é uma das

principais responsáveis pela deterioração dos dentes. À

medida que a placa bacteriana cresce, a concentração dos

ácidos orgânicos produzidos pelas bactérias cresce,

aumentando a concentração dos íons H

(aq), segundo

a equação:

R-COOH(aq) + H

O(l) H

(aq)+ R-COO

–

(aq)

Os íons H

(aq) podem reagir com os íons OH

–

(aq), produzidos na desmineralização, levando

à formação de água:

(aq) + OH

–

(aq) → 2H

O(l)

Os íons OH

–

(aq) são essenciais no processo de mineralização; sua neutralização por íons H

(aq)

reduz consideravelmente este processo. Se a desmineralização se processa com uma dada rapi-

dez e a mineralização em uma rapidez muito menor, o resultado é uma perda de material do dente.

O pH normal da boca é em torno de 6,8; a desmineralização torna-se predominante a um pH

abaixo de 5,5. A diminuição do pH na boca pode ser causada diretamente pelo consumo de frutas

ácidas e bebidas, ou indiretamente pela ingestão de alimentos contendo carboidratos fermentáveis

que permitem produção de ácidos pelas bactérias. No caso da ingestão de um refrigerante contendo

açúcar, o pH da boca pode atingir um valor abaixo de 5,5 após 10 minutos. Ele retorna ao seu valor

normal após uma hora, quando o açúcar é removido (ou consumido).

O que pode ser feito para prevenir o aparecimento de cáries? As pastas de dente desempenham

um papel importante nesse processo preventivo, como veremos a seguir.

Os efeitos dos dentifrícios sobre os dentes

Há um ditado que diz: “Em dentes limpos não se formam cáries”. A limpeza dos dentes envolve

a escovação com uso de dentifrícios. Mas, do ponto de vista da química, o que é um dentifrício?

A principal função do dentifrício é auxiliar na limpeza de superfícies acessíveis dos dentes, retirando

manchas e detritos e dificultando a formação da placa bacteriana.

A composição básica de dentifrício em pasta geralmente envolve substâncias que desempenham

as funções de abrasivo ou agente de polimento, corante, espumante, umectante, aglutinante, edulcorante,

Figura 1 – O esmalte do dente é cons-

tituído de hidroxiapatita. Logo abaixo

do esmalte está a dentina. Os nervos

e os vasos sangüíneos estão loca-

lizados na polpa.

A química e a conservação dos dentes

48 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

solvente e agente terapêutico. A composição típica dos

dentifrícios é ilustrada na Tabela 1.

Além das substâncias com essas funções, outras podem

ser adicionadas: flavorizantes, espessantes, conservantes

e aromatizantes.

Do ponto de vista da função do dentifrício, os abrasivos

são os ingredientes mais importantes, por serem essenciais

para a limpeza adequada. Os abrasivos são pós insolúveis

em água, geralmente sintetizados em laboratório para

manter a uniformidade e tamanho das partículas. Os

abrasivos mais comumente usados são: monoidrogeno-

fosfato de cálcio (CaHPO

), carbonato de cálcio (CaCO

pirofosfato de cálcio (Ca

), dióxido de silício (SiO

), óxido de magnésio (MgO), metafosfato de

sódio (NaPO

) e óxido de alumínio (Al

). Um dentifrício pode conter um ou mais tipos de abra-

sivos.

A pasta de dente deve ser suficientemente abrasiva para remover manchas, mas não para desgas-

tar demais o esmalte; sua ação deve proporcionar uma superfície limpa e polida. Diferentes abra-

sivos promovem diferentes graus de polimento nos dentes.

O espumante é um detergente. Sua função é diminuir a tensão superficial da pasta, permitindo a

penetração nas fissuras, e auxiliar na remoção dos detritos da superfície do esmalte. O espumante

mais comum empregado em pastas é o sulfato de sódio e laurila - H

C[CH

]

OSO

Na.

Os flavorizantes são óleos com sabor que promovem um efeito refrescante (óleo de hortelã, por

exemplo).

O solvente usado é a água. Ela proporciona a consistência desejada, mantendo o dentifrício

fluido; ao mesmo tempo solubiliza outros constituintes, como os corantes e os fluoretos.

O umectante é adicionado para impedir a secagem do dentifrício (tal como acontece quando a

tampa não é recolocada no tubo, após o uso) e melhora o aspecto e a consistência do produto. Os

umectantes mais comumente usados são a glicerina - C

(OH)

, o sorbitol - C

(OH)

e o polieti-

lenoglicol - HOCH

-[OCH

]

-OCH

OH.

O aglutinante é incluído para impedir a separação dos componentes líquidos e sólidos e auxiliar

na manutenção da consistência do dentifrício. No passado, gomas naturais eram usadas para este

fim. Atualmente, são substituídas por materiais sintéticos. Um exemplo é a carboximetilcelulose.

Os edulcorantes são substâncias que conferem ao dentifrício o sabor doce. Sacarose (açúcar

comum) e outros carboidratos não podem ser usados como edulcorantes porque são metabolisados

por bactérias, originando ácidos. Os edulcorantes mais comumente usados são o sorbitol C

(OH)

e a sacarina.

Os agentes terapêuticos têm funções específicas nos dentifrícios. Alguns são bactericidas (formol

e triclosan). Outros são antiácidos, como o bicarbonato de sódio - NaHCO

. Alguns dentifrícios

Tabela 1 – Composição típica de dentifrícios

(porcentagens em massa).

Componente %

Abrasivo 20-55

Solvente (água) 15-25

Umectante 20-35

Espumante 1-2

Aglutinante 1-3

Corante e edulcorante 1-2

Agente terapêutico 0-1

contêm ingredientes que auxiliam na remoção das manchas causadas nos dentes pelo cigarro.

Algumas pessoas possuem dentes hipersensíveis (sensação de dor causada por alimentos quentes,

frios ou azedos); nesses casos, os dentistas recomendam o uso de dentifrícios contendo nitrato de

potássio (KNO

), ou citrato de sódio (C

) ou cloreto de estrôncio (SrCl

). O agente terapêu-

tico mais importante é um composto fluorado. Testes têm demonstrado que o flúor ajuda a proteger

os dentes contra as cáries, como será visto adiante.

O flúor e a prevenção da cárie

O fato de que compostos contendo flúor têm efeitos sobre o esmalte dos dentes é conhecido

desde 1874. Naquela ocasião, um médico na Alemanha observou mudanças nos dentes de cães

quando compostos fluorados eram adicionados à alimentação. Em 1902, um farmacêutico holandês

anunciou a venda de um composto fluorado para fortalecer os dentes. Em 1908, dentistas norte-

americanos observaram a presença de manchas nos dentes de crianças da cidade de Colorado

Springs. Essas manchas foram atribuídas à presença de grandes quantidades de compostos

fluorados na água que abastecia a cidade.

Daquela época até os dias de hoje, muito se avançou na compreensão do efeito dos compostos

fluorados sobre a prevenção da cárie. O princípio ativo nesse processo é o íon fluoreto, F

–

. Este íon

interfere no equilíbrio mineralização/desmineralização visto anteriormente:

(PO

)

OH(s) + H

O(l) 5Ca

(aq) + 3PO

3–

(aq) + OH

–

(aq)

Na presença dos íons F

–

, um outro equilíbrio se estabelece, a saber:

5Ca

(aq) + 3PO

3–

(aq) + F

–

(aq) Ca

(PO

)

F(s)

Nesse processo uma nova substância é formada, a fluorapatita - Ca

(PO

)

F. O esmalte passa a

ser, então, um material modificado. Os íons fluoreto não substituem todos os íons OH

–

. Uma pequena

incorporação de íons F

–

é suficiente para alterar as propriedades do esmalte, tornando-o menos

suscetível ao ataque por ácidos. Esse novo material, contendo uma mistura de hidroxiapatita -

(PO

)

OH e fluorapatita - Ca

(PO

)

F, é denominado fluorohidroxiapatita.

Os compostos de flúor mais usados são o fluoreto de sódio (NaF), o fluoreto de estanho II (SnF

)

e o monofluorfostato de sódio (Na

F). A presença desse último composto nos rótulos dos den-

tifrícios é identificada pela sigla MFP (do inglês, meta fluor phosphate).

A quantidade de flúor presente nas pastas é geralmente indicada em partes por milhão (ppm).

Assim, 1500 ppm de flúor significam 1,500 mg de composto fluorado por grama de pasta (1,500 mg/g).

Os dentifrícios, agindo em colaboração com a escova, auxiliam na limpeza dos dentes e

possibilitam a incorporação de íons fluoreto ao esmalte. Essas duas ações têm contribuído forte-

mente para a prevenção das cáries.

A Tabela 2 contém exemplos de alguns dentifrícios comerciais, indicando suas respectivas compo-

sições.

A química e a conservação dos dentes

50 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Mesmo nos casos em que a cárie acaba se formando, a química ainda tem propostas para atuar

em prol do conforto humano, como visto a seguir.

Restauração dos dentes: amálgamas e polímeros

Uma vez formada a cárie, nosso organismo não é capaz de restaurar o tecido lesado. Assim

sendo, os dentistas têm que retirar o tecido lesado, preparar e desinfetar bem a cavidade e, então,

tapá-la com um material que tenha propriedades tais como: boa resistência física a atritos, boa

resistência química a ácidos, pouca expansibilidade, cor próxima da cor natural dos dentes, bom

acabamento, preço acessível, etc. As restaurações de dentes são feitas usando basicamente dois

tipos de materiais: os amálgamas e as resinas poliméricas.

Define-se como amálgama toda combinação do mercúrio metálico com metais e/ou com ligas

metálicas. Os amálgamas possuem excelentes propriedades físicas e químicas (resistência ao atrito,

pouca expansibilidade, reatividade lenta com ácidos); quanto à cor, eles deixam muito a desejar, por

essa ser muito diferente da cor natural dos dentes. Os químicos desenvolveram e colocaram à disposição

dos dentistas dezenas de ligas, cujos componentes principais estão indicados na Tabela 3.

Nessas ligas, a prata reage com o estanho, formando o

composto Ag

Sn, segundo a reação:

3Ag(s) + Sn(s) → Ag

Sn(s)

A liga de prata-estanho (contendo o composto Ag

Sn) é

muito quebradiça. Essa propriedade é alterada adicio-

nando-se quantidades variáveis dos metais cobre e zinco.

Ao se misturar a liga prata-estanho com o mercúrio, no

momento de tapar a cavidade, ocorre a seguinte reação:

8Ag

Sn(s) + 37Hg(l) → 12Ag

(s) + Sn

Hg(s)

Tabela 3 – Ligas metálicas mais comumen-

te usadas em odontologia e suas respectivas

composições (porcentagens em massa).

Metais %

Prata 66,7 a 74,5

Estanho 25,3 a 27,0

Cobre 0,0 a 6,0

Zinco 0,0 a 1,9

O composto Ag

Sn é usado em excesso. Assim, o amálgama é um material complexo contendo

os compostos metálicos Ag

Sn (que não reagiu por estar em excesso), Ag

, Sn

Hg, além dos

metais cobre e zinco.

A despeito da discussão sobre os efeitos tóxicos causados aos seres vivos pelo mercúrio (vide

Química Nova na Escola, n. 12, novembro de 2000), pesquisas revelam que a contaminação prove-

niente de amálgamas é relativamente baixa. O amálgama propicia mais vantagens do que desvan-

tagens, principalmente no que diz respeito ao preço e à durabilidade. Isso faz do amálgama um

material de amplo uso na odontologia atualmente.

O segundo tipo de material usado nas restaurações é designado pelo nome de resinas poliméricas

ou simplesmente polímeros. O que são polímeros? Polímeros

(do grego poli = muitos, meros = partes) são compostos de

cadeias muito longas formados pela repetição de unidades

moleculares pequenas, chamadas de monômeros. Um polímero

muito usado em odontologia é o polimetacrilato de metila, obtido

pela polimerização do metacrilato de metila e/ou de outros

monômeros derivados do metacrilato (Figura 2).

Essa reação de polimerização ocorre na presença de

catalisadores. Há dois tipos de catalisadores usados: a luz

ultravioleta e o peróxido de benzoila. O monômero é um líquido

viscoso e o polímero um sólido resistente. Para modificar as

propriedades do polímero, são misturados ao monômero, an-

tes da colocação do catalisador, os chamados agentes de carga. Estes são substâncias finamente

pulverizadas, que servem para melhorar a resistência física e química, a cor, evitar expansão du-

rante a polimerização, e facilitar o acabamento final após ser colocado na cavidade do dente. Os

agentes de carga mais comuns são o vidro, a sílica, outros polímeros etc., todos finamente pulve-

rizados. As partículas têm forma definida e medem de 1 μm a 20 μm de diâmetro (1 μm = 10

-6

m).

Curiosidades

• Uma lenda dos assírios (século sétimo antes de Cristo) dizia que uma cárie era causada por

uma minhoca que bebia o sangue contido nos dentes e que retirava seu alimento pela raízes

encrustadas no osso da mandíbula.

• O homem de Neanderthal usava palitos obtidos de gravetos.

• Os romanos desenvolveram palitos refinados feitos de ouro e prata.

• Marco Polo, em sua viagem à China em 1270, observou o hábito de homens e mulheres cobrirem

os dentes com ouro, moldado no formato dos dentes. Não se sabe se a função era terapêutica

ou apenas cosmética.

• O óxido nitroso (N

O) foi usado como anestésico pela primeira vez em 1844 na extração de um

dente.

• O éter etílico (CH

-CH

-O-CH

-CH

) foi usado como anestésico pela primeira vez também na

extração de dentes em 1846.

• Se dermos uma mordida em um pedaço de papel alumínio colocado em cima de uma obturação

de amálgama em um dente nosso, sentiremos uma forte dor causada por uma corrente

galvânica que pode chegar a até 30 μA.

Pesquisas revelam que a

contaminação proveniente

de amálgamas é relativa-

mente baixa. O amálgama

propicia mais vantagens do

que desvantagens,

principalmente no que diz

respeito ao preço e à

durabilidade

A química e a conservação dos dentes

52 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

As resinas poliméricas têm muitas vantagens sobre o amálgama. A principal delas é a cor, que

chega a ser idêntica à dos dentes, pois o dentista pode alterar esta propriedade pela adição de

diferentes cargas. As principais desvantagens são o preço alto e sua menor durabilidade.

Além de serem usadas para a restauração de cáries dentárias, as resinas poliméricas são

empregadas na fabricação de dentes artificiais e de dentaduras.

Concluindo

A compreensão sobre o mecanismo de formação das cáries permitiu o desenvolvimento de

procedimentos para evitá-las, incluindo-se aí o uso de dentifrícios como auxiliar na escovação dos

dentes.

A variedade de pastas de dentes é muito grande. Qual pasta devemos usar? É impossível uma

única pasta atender a todas as necessidades das pessoas. No entanto, entender um pouco sobre

sua composição e função pode nos auxiliar em algumas decisões. Por exemplo, certas pessoas

têm dentes com exposição da dentina, que é muito mais macia e sensível que o esmalte. Para essas

pessoas é recomendável o uso de dentifrícios sem abrasivos. Entretanto, é importante ressaltar que

os dentifrícios não são agentes milagrosos que resolverão todos os problemas da saúde bucal. Por

outro lado, o fato deles conterem determinadas substâncias com funções específicas não os torna

produtos de consumo indispensáveis. De fato, para alguns dentistas o uso de dentifrícios é

perfeitamente dispensável. Entendem que uma boa escovação após a ingestão de alimentos é

suficiente para a prevenção das cáries.

Enfim, os dentifrícios são um material complexo, contendo substâncias compatíveis (que não

reagem entre si, ou que reagem muito lentamente) com a finalidade de auxiliar a higiene bucal, com

conseqüente redução das cáries e também produzindo um hálito com odor agradável.

Para saber mais

DUARTE, M. O livro das invenções. São Paulo: Cia das Letras, 1997. p. 81-82.

LARA, E.H.G.; PANZERI, H.; OGASAWARA, M.S.; DEL CIAMPO, J.O. e MORAES, J.T. Avaliação laboratorial

dos dentifrícios comerciais. Revista da Associação Brasileira de Odontologia, v. 4, n. 3, p. 176-183, 1996.

SOUZA, J.R. e BARBOSA, A.C. Contaminação por mercúrio e o caso da Amazônia. Química Nova na Escola,

n. 12, p. 3-7, 2000.

RING, M.E. História ilustrada da odontologia. Trad. de F.G. do Nascimento. São Paulo: Manole, 1998.

Figura 2 – Reação de polimerização do metacrilato de metila.

RELATOS DE SALA DE AULA

A seção “Relatos em sala de aula” constitui-se num espaço

a ser privilegiadamente ocupado por professores e

professoras que atuam no ensino médio e que –

socializando suas práticas, aprendizados e construções –

se empenham em tornar o ensino-aprendizagem em química

cada vez mais significativo para as pessoas, para os grupos

e para a sociedade.

Este primeiro artigo trata de uma experiência vivenciada

em uma escola pública de nível médio, enfocando o tema

“Combustão como transformação química”, centrada no

desenvolvimento do pensamento químico e na perspectiva

da formação para a vida na sociedade. O artigo sugere

uma metodologia e uma estrutura em sala de aula que,

mais que proporcionar um contato superficial com a

química, procura romper com os esquemas tradicionais

de ensino, por meio do desenvolvimento e interação ativa

dos alunos nos processos de construção do conhecimento

químico.

ensino/aprendizagem em química, ensino

médio, interação, mediação, linguagem

química, aprendizagem e desenvolvimento,

ensino e pesquisa, educação química

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 1, 1995.

Otavio Aloisio Maldaner

Universidade Regional do Noroeste do

Estado do Rio Grande do Sul, Ijuí - RS

Maria do Carmo Tocci Piedade

EEPSG Aníbal de Freitas, Campinas - SP

emos conhecimento, tanto por experiência própria

como por relatos de outros educadores químicos,

de propostas de ensino que propiciam boa

aprendizagem química já no ensino médio. Entretanto,

quando se escreve ou se discute sobre ensino/aprendi-

zagem em química (dissertações de mestrado, teses de

doutorado, encontros de ensino de química, análise de

desempenho dos vestibulandos em química etc.), há uma

ênfase na baixa qualidade tanto das propostas de ensino

(livros didáticos mais usados) como da compreensão da

ciência química, em particular por alunos do ensino médio.

É propósito deste artigo relatar o efeito positivo de uma

nova postura dos professores frente à química que se ensi-

na nas escolas, rompendo, em especial no primeiro ano

do ensino médio, com os esquemas tradicionais. A expe-

riência foi realizada em escola pública de Campinas, a

Escola Estadual de Primeiro e Segundo Graus Professor

Aníbal de Freitas, por um grupo de professores pesqui-

sadores da própria escola coordenado por educador liga-

do à pós-graduação em metodologia de ensino na

Faculdade de Ensino da Universidade Estadual de

Campinas (FE-UNICAMP).

Repensando o ensino de química

Há muitas razões para desejarmos uma boa aprendi-

zagem química por parte das pessoas em geral. Chassot

(1993), por exemplo, chama a atenção para a diferente

leitura do mundo possibilitada às pessoas pelo conhe-

cimento químico. Essa visão mais ampla permite que os

indivídios integrem-se à sociedade de forma mais ativa e

consciente. Com o conhecimento científico a sua dispo-

sição, cada indivíduo atua de forma específica sobre a

natureza, modificando-a e modificando-se, segundo as

teses do pensamento dialético. Graças às interações e

A Formação de Equipes de Professores/

Pesquisadores como Forma Eficaz de Mudança da

Sala de Aula de Química

Repensando a química: a formação de equipes de professores/pesquisadores

54 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

desenvolvimentos tornados possíveis pelo conhecimento químico, a natureza hoje se apresenta ao

homem com feições muito diferentes. O próprio homem também já não é o mesmo, depois do

contato com sensações e possibilidades antes impossíveis.

A partir da idéia de que o pensamento do indivíduo é constituído na interação social, mediado

simbolicamente (Vygotski, 1978, 1988), elaboramos uma proposta de ensino de química adequada

ao primeiro ano de ensino médio e implementada na escola citada no decorrer de 1994. Trabalhamos

conceitos pertinentes à compreensão do fenômeno químico em nosso meio, buscando um contex-

to diretamente relacionado à vivência das pessoas. Isso permitiria a concretização dos conceitos

que desejávamos ensinar e, ao mesmo tempo, possibilitaria reinterpretar/recriar as vivências e o

contexto já à luz dos conceitos químicos. Assim, estaríamos possibilitando o desenvolvimento do

pensamento dos alunos, preparando-os para aprender a ciência química.

Há um razoável consenso, entre os químicos, de que o cerne da ciência química é perceber,

saber falar sobre e interpretar as transformações químicas da matéria (ou das substâncias) causadas

pelo favorecimento de novas interações entre as partículas constituintes da matéria, nas mais di-

versas situações.

Como poderemos chegar a esse nível de compreensão do fenômeno químico? Muitos educa-

dores/professores, através de suas aulas, ou autores, através de seus livros, pensam poder ‘transmitir’

ou ‘transferir’ seus próprios conceitos de química para seus alunos, por meio de definições do que

seja matéria, energia, substância, reação química, fenômeno químico, fenômeno físico. O resultado

dessa proposta de ensino de química é bem conhecido!

Nosso problema era como iniciar o ensino de química para que proporcionasse a possibilidade

de aprender de fato a química. Não nos satisfazia, de modo algum, que o aluno repetisse nossas

definições ou nossos exemplos, usando apenas fórmulas ou

palavras vazias de significados. Queríamos que as palavras ou

conceitos usados pelo aluno fossem dele ou constituíssem seu

modo de pensar. Para conseguir isso, as palavras destinadas a

se tornar conceitos deveriam ser usadas normalmente pela

professora, com a consciência de que o significado apreendido

pelo aluno a princípio seria muito diferente do significado que o

professor lhe atribuía, ou do verdadeiro conceito químico. As

palavras seriam usadas e exerceriam a função de conceitos, segundo Vygotski, até que esses se

estabelecessem como tal:

“As palavras exercem a função de conceitos e podem servir como meio de comunicação

muito antes de atingirem o nível de conceitos, característico do pensamento plenamente

desenvolvido.” (1978)

Os significados das palavras seriam negociados com os alunos enquanto eles estivessem em

contato com o fenômeno em questão e/ou com o material sensorial. Esses significados se

modificariam no decorrer das aulas até se tornarem conceitos químicos com algum significado mais

estável, embora devessem receber muitos outros significados ainda, durante a formação química.

O mesmo valeria para as fórmulas químicas.

Pensando a aprendizagem possível: química como transformação

A noção de química

Nossa percepção era de que o mundo físico natural e o mundo tecnológico poderiam proporcionar

Queríamos que a palavra

ou o conceito que o aluno

usasse fosse dele, ou

constituisse o seu

pensamento

bons momentos de reflexão/interação com os alunos, possibilitando assim atribuírem-se os primeiros

significados à ciência química ou à ‘química’. Se fôssemos professores tradicionais daríamos uma

definição para a química, e se fôssemos professores tradicionais ingênuos acreditaríamos que o

aluno saberia o que é química

a partir dessa nossa definição, principalmente se ele respondesse

‘certo’ na prova. Nós desejávamos dar também uma significação para a química, e sabíamos que

essa significação mudaria muito no decorrer dos anos de formação em química. A estratégia usada

foi conversar com os alunos sobre os materiais a nossa volta, em termos de serem materiais naturais,

ou artificiais (Bonadiman, 1987).

Os alunos listaram, conforme suas percepções, materiais que

tivessem características naturais, como o ar, a água, a madeira, vegetais, terra etc., e materiais cuja

natureza ou composição achassem ser artificial, como o giz,

tintas, fórmica, plásticos em geral, papel etc. A lista dos materiais

artificiais foi muito maior que a lista dos materiais naturais.

A lista de materiais artificiais e naturais permitiu discussões

interessantes, como por exemplo a posição em que deveria

ficar o ferro, a borracha, o vidro e outros. O mais importante é

que os primeiros significados para a química – o conhecimento

químico, ou o que se faz com o conhecimento químico –

começaram a se formar quando a professora intermediou a dis-

cussão e começou a ressaltar que na produção de tintas,

plásticos, ferro, vidro etc. havia um conhecimento específico e

um modo próprio de pensar sobre a matéria: a química. Ao mesmo tempo, foi possível discutir algo

sobre a função social e cultural desse conhecimento humano, bem como o que significaria para

cada um dos alunos saber coisas fundamentais em química.

A transformação química

Constituída a primeira noção sobre química, iniciou-se um estudo mais sistemático da

transformação química. Isso foi feito a partir do estudo detalhado da combustão como reação química.

Além de ser uma transformação química de grande importância social e cultural, o fenômeno da

combustão é bastante presente na vivência das pessoas, e sobre ele os alunos tinham muitas idéias

ou conceitos do cotidiano. A reação de combustão permitiria discutir facilmente algumas questões

cruciais para se entender a reação química, como por exemplo: as condições para uma reação

química ser iniciada, manutenção da transformação, consumo de substâncias na reação enquanto

se formam novas substâncias, término da reação química com o consumo de uma das substâncias

reagentes. Desde o início, havia a preocupação de não se proporcionar a falsa idéia de reagente

principal, muito freqüente entre os estudantes. Queríamos ressaltar a transformação química como

resultado de algum tipo de interação que, no caso, envolvia o combustível, o gás oxigênio e a

energia.

Para que a interação pudesse ser entendida de acordo com os modelos propostos pelo

conhecimento químico, iniciamos de imediato a apresentação da fórmula química das substâncias

envolvidas, ao lado das palavras com as quais se costuma designá-las. Havia uma preocupação

apenas com o sentido representacional das substâncias reais pelas suas fórmulas químicas, e os

alunos as usariam se achassem conveniente. Assim, o gás oxigênio passou a ser representado

também pela fórmula química O

(g) e o etanol ou álcool comum por C

O(l). Essas fórmulas

significam muito para quem sabe química, mas para os iniciantes na matéria representavam apenas

as substâncias. As palavras gás oxigênio e etanol são signos verdadeiros, mesmo para os alunos

iniciantes, porque possuem muitos significados, mas O

(g) e C

O(l) eram signos ainda muito

(...) foi possível discutir

algo sobre a função social

e cultural desse conheci-

mento humano, bem como

o que significaria para

cada um dos alunos saber

coisas fundamentais em

química

Repensando a química: a formação de equipes de professores/pesquisadores

56 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

pobres de significado para esses alunos. Muitos outros significados desses símbolos precisam ser

‘negociados’ pelo professor, no decorrer da formação química, permitindo constituir um modo de

pensar específico da química.

A condução das atividades relativas à combustão foi realizada conforme roteiro de trabalho descrito

em livro didático alternativo (Maldaner, 1992). Essas atividades permitiram que os alunos pensassem

a combustão do etanol, da parafina e de outros combustíveis como uma transformação química

envolvendo também o gás oxigênio presente no ar. Logo enten-

deram que a reação terminava se faltasse qualquer um dos

reagentes (ou o combustível ou o gás oxigênio presente no ar),

e que os reagentes eram efetivamente consumidos, deixavam

de existir. O consumo do combustível foi aceito com facilidade,

porque faz parte da experiência dos alunos (o gás de cozinha,

o álcool combustível, a gasolina etc. são sempre consumidos

no dia-a-dia das pessoas). Na formação do pensamento

químico, esses conceitos cotidianos foram usados para avançar

em direção à abstração necessária na formação dos conceitos

químicos. É fundamental que em química se pense nos reagentes que deixam de existir nas

transformações enquanto outras substâncias são formadas.

A mediação permite um novo pensamento

No início da discussão, os alunos previram o término da reação apenas com o consumo total do

etanol: a reação ou a combustão termina quando acaba o álcool. Essa é sem dúvida uma idéia

esperável, porque o pensamento está sendo conduzido pelos conceitos do cotidiano. A mediação

da professora, levando os alunos a refletirem sobre a necessidade de participação do gás oxigênio

na manutenção da combustão, permitiu uma nova reflexão sobre a reação e a firmação de um novo

conceito sobre a combustão. Dessa forma, permitimos um novo entendimento sobre um fenômeno

muito comum e, ao mesmo tempo, o muito abstrato conceito de reação química adquiriu um

significado mais concreto.

As primeiras idéias relacionadas a quantidades ‘certas’ com que participam as substâncias

reagentes foram assim introduzidas, variando-se a quantidade de gás oxigênio disponível para a

combustão. Para isso, cobriu-se o sistema em reação com frascos de vidro de diferentes tamanhos.

O tempo em que a combustão ainda se mantinha dependia da quantidade de ar encerrada no

frasco que cobria a chama.

Essa atividade simples, possível de ser realizada em qualquer sala de aula com o uso de materiais

como álcool comum, tampinhas de garrafa, pedaços de vela, frascos de vidro comum e fósforo,

permitiu a introdução de idéias-chave para a compreensão do fenômeno químico no dia a dia dos

alunos. Para isso, foi fundamental a intencionalidade da professora em analisar o fenômeno da

combustão sob o ponto de vista da ciência química. Foi através da negociação de uma nova

linguagem para se falar sobre esse fenômeno tão comum na vida das pessoas e, ao mesmo tempo,

através da criação de um sistema representacional ou de um código de sinais próprio da química

que o novo pensamento começou a se formar. É fundamental que um sistema de signos químicos

e o próprio pensamento químico se constituam para que possa ocorrer verdadeira aprendizagem

química. Era essa a nossa preocupação central.

A contribuição nova que desejamos trazer para o ensino de química é justamente divulgar a

eficácia do uso da linguagem química – fórmulas químicas, equações químicas, o uso dos símbolos

‘g’ para gás, ‘l’ para líquido, ‘s’ para sólido, ‘aq’ para substâncias em solução aquosa, fórmulas que

Na formação do pensa-

mento químico usaram-se

esses conceitos cotidianos

para avançar em direção à

abstração necessária na

formação dos conceitos

químicos

representam substâncias etc. – na organização do pensamento químico. Isso é em geral relegado a

um plano secundário no ensino tradicional, introduzido no estudo das ligações químicas, no estudo

sistemático das equações químicas ou nas classificações das reações químicas. Nós colocamos a

linguagem química como preocupação central para a formação do pensamento químico.

O papel do concreto na constituição do pensamento inicial em química

Ao introduzirmos a química no ensino médio, tivemos também a preocupação de nos referir a

situações concretas, de modo que a fórmula química apresentada se referisse à substância também

presente, e o fenômeno representado se estivesse também realizando. É assim que falamos da

combustão do álcool comum (etanol), na presença do gás oxigênio do ar, e em tais condições a

reação deve ser iniciada com chama de fósforo, mesmo que os reagentes estejam em contato, na

temperatura ambiente.

Representamos então:

Etanol e gás oxigênio

e/ou

O(l) e O

(g)

Essas substâncias estavam em contato e era visível que a reação não se processava. Discutiu-

se, então, a condição para que uma reação se processasse. No caso, era necessário iniciar a

reação através de chama, por exemplo.

Ao se processar a reação química – a combustão do etanol –, é crucial o entendimento de que as

substâncias originais deixam de existir e há produção de novas substâncias. Isso é muito diferente

da idéia de transformação do senso comum, em que a mesma essência toma outra forma. O uso da

seta (→) indicando a transformação química pode estar na verdade reforçando uma idéia de trans-

formação no sentido físico, não químico. Por isso, seu significado, na linguagem química, deve ser

muito bem definido. A seta indica, por um lado, uma situação antes da reação e uma situação

depois, ou melhor, as substâncias existentes antes da transformação química deixam de existir (ao

menos parte delas) para dar lugar a novas substâncias. Por outro lado, indica também o processo

de produção de novas substâncias (os produtos) à custa do consumo das substâncias reagentes.

Os produtos não surgem do nada, mas das substâncias reagentes, portanto têm algo a ver com

elas. Reforça-se, assim, a idéia de que algo permanece no decorrer da transformação química: os

átomos.

Toda essa complexidade de entendimento do que seja realmente uma transformação química

implica constituir um pensamento novo, só possível pelo uso dos verdadeiros conceitos químicos.

Mas pensamento e conceito se constituem mutuamente no sujeito, conforme Vygotski (1978). No

início, as palavras e os símbolos ainda não são verdadeiros conceitos, mas exercem a função de

conceitos para o pensamento poder se constituir, diz Vygotski. Isso foi possível conjugar no estudo

da equação química que representava a combustão do álcool.

Foi relativamente fácil perceber o consumo do álcool e do gás oxigênio na reação, devido à

discussão sempre mediada pela professora e aos conhecimentos anteriores dos alunos. Os dois

principais produtos, água e gás carbônico (combustão completa), também foram detectados

facilmente, em atividades simples (uso de água de cal e papel indicador com cloreto de cobalto).

A representação do fenômeno da combustão do álcool foi feita para facilitar a constituição do

pensamento e dos conceitos químicos junto aos alunos, como vimos. Ela pode ser mais descritiva,

como pode ser visto no Quadro 1, expressando uma seqüência mais observável (I) ou mais abstrata,

através da simbologia química usual (III).

A representação mais usual da química (III), embora incompleta por não contemplar ainda o

Repensando a química: a formação de equipes de professores/pesquisadores

58 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

acerto de coeficientes, permitiu mediar alguns novos significados junto aos alunos, exatamente por

adotar uma simbologia própria da química. A professora chamou a atenção para os símbolos (letras)

que compõem as fórmulas químicas (‘C’ para carbono, ‘H’ para hidrogênio e ‘O’ para oxigênio),

enfatizando que os mesmos símbolos que aparecem nos reagentes aparecem nos produtos, embora

em arranjos diferentes. O principal é: não apareciam símbolos novos! A preocupação foi apenas

com o tipo de símbolo, não com o número de vezes que este aparecia. Esses símbolos (letras), que

representam estruturas mais fundamentais e que não se modificam na transformação química,

passaram a ser chamados átomos.

A participação do aluno na condução da aula

Após essa primeira atribuição de significados à representação da transformação química, a

professora solicitou que os alunos listassem combustíveis mais comuns aos quais ela daria uma

fórmula química que pudesse representá-los. Os alunos listaram gás de cozinha, gasolina, óleo

diesel, querosene, madeira, metanol, gás natural, vela etc.

Antes de mostrar uma possível fórmula química para representar esses combustíveis, a professora

informou aos alunos que os combustíveis por eles listados eram na verdade misturas complexas de

várias substâncias combustíveis e que, portanto, não haveria uma fórmula única para representá-

los. O gás de cozinha, por exemplo, é uma mistura constituída principalmente por gás propano

(g)), gás butano (C

(g)) e uma pequena quantidade de monóxido de carbono (CO(g)). Nos

outros combustíveis também havia várias substâncias, e decidiu-se que ela os representaria por um

dos componentes mais significativos. Isso permitiria avançar um pouco mais na compreensão da

reação química de combustão (Quadro 2).

Logo os alunos perceberam que o símbolo C e H eram comuns às diversas substâncias

representativas dos combustíveis mais comuns. Tornava-se então possível mediar a atribuição pelos

alunos de novos significados às reações de combustão.

Voltando à representação (III) da combustão do etanol, a professora mostrou que o gás oxigênio,

em sua reação com os combustíveis, possibilitara a formação das substâncias novas CO

(g) e

O(l). Isso podia acontecer sempre, desde que houvesse gás oxigênio suficiente nas reações de

combustão, ou seja, desde que essas reações fossem completas. A condição era que houvesse C

e H nos combustíveis.

A partir daí, ficou muito fácil aos alunos perceber que os combustíveis comuns, quando queimam,

produzem CO

(g)

e H

O(l), desde que tenham em suas fórmulas C e H (símbolos ou átomos). Um

teste confirmatório dessa previsão foi realizada através da combustão da vela (C

(s)). Foi possível

Quadro 1

(I) As substâncias etanol (C

O(l)) e gás oxigênio (O

(g)), em contato, reagem entre si ao se

iniciar a combustão com uma chama (fósforo aceso). Essas substâncias são consumidas e a

reação continua até que um dos reagentes termina. À medida que os reagentes são consumidos

há a formação de água (H

O(l)) e gás carbônico (CO

(g));

(II) Etanol e gás oxigênio

iniciada a reação com chama

água e gás carbônico

(III) C

O(l) + O

(g)

em certas condições

O(l) + CO

(g)

detectar CO

(g) e H

O(l). Ou seja, após duas semanas de aula (seis horas) os alunos conseguiram

falar da reação de combustão usando perfeitamente a linguagem química inicial, falando em

reagentes, produtos, condições para ocorrer a combustão, consumo de reagentes (deixavam de

existir), produção de substâncias novas, permanência dos símbolos ou conservação deles no decorrer

da reação, escrita das equações de combustão de substâncias que possuíssem apenas C, H e O

em suas fórmulas.

A seguir, a professora sugeriu a existência de outros combustíveis, como o carvão (essencialmente

carbono ou C(s)) e o gás hidrogênio (H

(g)). Os alunos foram capazes de representar, por equação

química usual, a combustão dessas substâncias.

Na discussão sobre problemas ambientais causados por combustão dos combustíveis fósseis

(petróleo e seus derivados, carvão mineral etc.), logo apareceu a questão do enxofre e o efeito de

gases do enxofre no meio ambiente (chuva ácida). A professora possibilitou a primeira análise desse

efeito utilizando conceitos químicos já em formação. Informou que o símbolo do enxofre é S e que o

produto lançado na atmosfera, causador da chuva ácida, era o

(g). Como seria isso possível?

Logo os alunos foram capazes de prever que o enxofre devia

fazer parte, de alguma forma, dos combustíveis mais usuais,

do contrário o SO

(g) não poderia se formar. Constatamos que

os alunos começaram a usar perfeitamente o pensamento

químico, mediado pela linguagem química e por alguns

conceitos em fase ainda muito inicial de desenvolvimento. Este

é, em nossa opinião, o ponto chave para uma verdadeira

aprendizagem química.

Um episódio muito interessante veio corroborar nossa

assertiva de que os alunos já estavam constituindo seu pensamento químico: após uma notícia/

reportagem na TV sobre o desenvolvimento de uma técnica para produzir diamantes artificiais a

partir do álcool comum (etanol), um aluno usou o modelo de transformação química, sem ser a

combustão, para comentar como entendera a notícia. Segundo ele, a produção do diamante só

seria possível porque havia carbono (C) na composição do etanol. O problema seria isolar esse

carbono (C) do H e do O e depois produzir, de uma forma ou outra, o diamante.

Vemos que o aluno usou uma informação a partir de seu cotidiano ou da escolarização do primeiro

grau: o diamante é carbono. Com o desenvolvimento do pensamento químico mediante o uso da

simbologia e dos conceitos químicos em formação, conseguiu constituir o raciocínio, e é isso que

importa! Outras informações – como ‘isolar’ o carbono no álcool, ou produzir o diamante a partir do

/ C

/ CO

(l)

(s)

Quadro 2

gás de cozinha propano/butano/mon. de C

gasolina octano

querosene dodecano

óleo diesel pentadecano

madeira celulose

vela parafina

Constatamos que os

alunos começaram a usar

perfeitamente o pensa-

mento químico, mediado

pela linguagem química e

por alguns conceitos em

fase ainda muito inicial de

formação

Repensando a química: a formação de equipes de professores/pesquisadores

60 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Referências bibliográficas

BONADIMAN, H.; MALDANER, O.A.; ZANON, L. Ciências 8

Série, proposta alternativa de ensino. Ijuí, Ed.

Unijuí, 1987, 3

edição.

CHASSOT, A.I. Catalisando transformações na educação. Ijuí, Ed. Unijuí, 1993.

MALDANER, O.A. Química 1 - Construção de conceitos fundamentais. Ijuí, Ed. Unijuí, 1992.

VYGOTSKI, L.S. Pensamento e linguagem. São Paulo, Martins Fontes, 1978.

VYGOTSKI, L.S. A Formação Social da mente. São Paulo, Martins Fontes, 1988.

carbono – estão disponíveis na literatura. A fala do aluno mostrou que o raciocínio químico estava se

constituindo. Era o que buscávamos com nossa proposta.

Como prosseguir com nosso programa?

Sem a preocupação de relatar com minúcias a seqüência de um programa que aborde conceitos

fundamentais em química, passaremos a registrar alguns itens desenvolvidos nas aulas do primeiro

semestre de 1994, conforme programa decidido pelo grupo de professores, sempre com a

preocupação de superar o ensino tradicional de química, comprovadamente ineficiente para a maioria

dos estudantes do ensino médio.

Devido à formação constante de compostos binários do elemento oxigênio com outros elementos

(C, H, S, N, Fe, Mg etc.), conforme observado nas combustões, passou-se a estudar esses

compostos, genericamente denominados óxidos. Esses compostos são muito abundantes, e muitos

deles têm grande importância no dia-a-dia das pessoas. Ao mesmo tempo, os significados para os

conceitos como ‘elemento’, ‘substância elementar’, ‘composto químico’ etc. passaram a ser

percebidos. Os alunos passaram a representar todas as substâncias elementares, ao menos as

mais importantes, com base na tabela periódica e nas informações da professora. Esta intermediou

a fórmula química e o estado físico mais comum das substâncias elementares. Isso foi fundamental

para a distinção, importante em química, entre elemento e substância elementar. Dada a fórmula do

óxido — óxido de magnésio (MgO(s)), por exemplo –, os alunos conseguiam escrever a equação

química da possível reação de síntese desse composto a partir das substâncias elementares:

Mg(s) + O

(g) → MgO(s)

Como essas equações de síntese de óxidos são muito simples, já foi possível introduzir o acerto

de coeficientes.

Partindo da reação de combustão e da equação química que a representa, bem como das

equações de síntese dos óxidos, discutiu-se a conservação de massa nas reações químicas e a

proporção em massa com a qual participam os elementos em uma fórmula química. Esses assuntos

são em geral estudados na química do ensino médio como ‘Leis de combinação química’. Analisando-

se a conservação dos átomos na transformação química, tornou-se fácil discutir a conservação de

massa (lei de Lavoisier). Com dados da análise elementar em massa dos elementos em um composto,

estudou-se a lei das proporções definidas (lei de Proust). Isso já permitiu a introdução da primeira

teoria atômica (Dalton). O átomo de Dalton foi suficiente para interpretar as reações químicas em

termos de conservação de massa e em termos da proporção com a qual os elementos participam

na formação de um composto. Em todos esses estudos a equação química foi referência constante

para as transformações, adquirindo assim novos e importantes significados.

A introdução de outras teorias e modelos de explicação do fenômeno químico será discutida em

outro artigo que esperamos poder publicar em breve.

ensino de química, muitas vezes, tem-se

resumido a cálculos matemáticos e memo

rização de fórmulas e nomenclaturas de

compostos, sem valorizar os aspectos conceituais.

Observa-se a ausência quase total de experimentos que,

quando realizados, limitam-se a demonstrações que não

envolvem a participação ativa do aluno, ou apenas os

convidam a seguir um roteiro, sem levar em consideração

o caráter investigativo e a possibilidade de relação entre

o experimento e os conceitos. Não se pode, entretanto,

colocar, única e exclusivamente, a culpa dos problemas

do ensino de química nos professores. Há um conjunto

complexo de causas, já analisado na literatura pertinen-

te. Dentre eles, é possível citar os cursos de formação

deficientes, que reforçam a aprendizagem passiva pelo

formato expositivo das aulas de modo que “os futuros

professores tornam-se mais habituados à recepção de

conhecimentos que ajudar a gerá-los” (Carvalho e Gil-

Pérez, 1995, p. 69).

A não-contextualização da química pode ser respon-

sável pelo alto nível de rejeição do estudo desta ciência

pelos alunos, dificultando o processo de ensino-aprendi-

zagem. Fechando um círculo, terrivelmente pernicioso

para a aprendizagem dos conteúdos químicos, temos

uma formação ineficiente que não prepara os professores

para a contextualização dos conteúdos (Zanon e Palharini,

1995). A contextualização do ensino, por outro lado, não

impede que o aluno resolva “questões clássicas de quí-

mica, principalmente se elas forem elaboradas buscando

avaliar não a evocação de fatos, fórmulas ou dados, mas

a capacidade de trabalhar o conhecimento” (Chassot,

1993, p. 39).

Considerando especificamente o ensino de cinética

química, constatamos que as atividades didáticas, mui-

Jozária de Fátima Lemos de Lima

e Maria do Socorro Lopes Pina

Secretaria de Educação do Estado de

Pernambuco, Recife - PE

Rejane Martins Novais Barbosa e

Zélia Maria Soares Jófili

Universidade Federal Rural de Pernam-

buco, Recife - PE

A contextualização no ensino busca trazer o cotidiano

para a sala de aula, ao mesmo tempo em que procura

aproximar o dia-a-dia dos alunos do conhecimento

científico. Tais ações, em disciplinas complexas como a

química, são extremamente importantes. Este artigo

exemplifica a utilização da conservação dos alimentos no

ensino de cinética química por duas professoras do ensino

médio.

cinética química, contextualização,

conservação de alimentos

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 11, 2000.

A contextualização no ensino de cinética química

62 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

tas vezes, são baseadas em aulas expositivas, que não levam em conta nem os conhecimentos

prévios nem o cotidiano dos alunos. Isso torna o ensino desse tópico desmotivante e o discurso do

professor é tomado como “dogma de fé”. Os livros didáticos, por sua vez, não vêm trazendo contribui-

ções relevantes para mudar esse quadro.

A proposta central deste trabalho é apresentar alternativas dinâmicas para a construção de

conceitos de cinética química, a partir de experimentos sobre conservação de alimentos.

Descrição do experimento

O trabalho foi desenvolvido com duas turmas de 3

série do ensino médio de duas escolas da

rede estadual. Inicialmente participaram 50 alunos, sendo 22 da Escola A e 28 da Escola B. Para a

análise dos resultados foram considerados apenas os alunos que participaram de todos os momentos

do trabalho (20 de cada escola).

No primeiro momento foi utilizado um questionário para o levantamento dos conhecimentos

prévios dos alunos contendo as seguintes questões: Por que os alimentos se estragam? Que pro-

cessos podem ser utilizados para evitar que se deteriorem? Como esses processos atuam? Na sua

casa são utilizadas técnicas de conservação de alimentos? Quais? Você conhece algum aditivo ali-

mentar? Cite-o? Você acha importante o uso de aditivos alimentares? Por quê? Em seguida, os alunos

foram distribuídos em grupos de quatro componentes, para realização da intervenção-didática, que

constou de três etapas.

Na primeira etapa, buscou-se investigar a influência dos aditivos na conservação dos alimentos.

Os alunos fizeram previsões a respeito do que acontece com uma polpa de tomate e com o fígado

bovino, após três dias nas condições descritas nos Quadros 1 e 2.

Em seguida os grupos prepararam amostras para a realização do experimento, de acordo com

o roteiro a seguir.

Roteiro

Material necessário

• fígado cru

• polpa de tomate

• 12 copinhos descartáveis por grupo

Quadro 1

Polpa de tomate Recipiente aberto Recipiente fechado

1. puro

2. com açúcar

3. com ácido benzóico

Quadro 2

Fígado cru Recipiente aberto Recipiente fechado

1. sem aditivo

2. com sal

3. mergulhado no óleo

• sal

• açúcar

•óleo

• ácido benzóico

• papel alumínio (para fechar os recipientes. Atenção: os recipientes não ficam completamente

fechados, mas essa forma de fechamento já é suficiente para garantir a possibilidade de obser-

vação)

• lápis de cor

• 4 colheres-medida (5 mL) por grupo

Procedimento

1. Numerar cada copinho de 1 a 12.

2. Em cada copinho, colocar as amostras de acordo com a tabela abaixo.

3. Fazer anotações referentes a cor, cheiro, consistência etc. durante três dias.

4. Em seguida, discutir com o grupo os resultados obtidos levando em conta as anotações

anteriores.

As observações dos alunos sobre o experimento foram registradas numa tabela na qual

descreveram as mudanças ocorridas nas amostras tais como: cor, consistência e cheiro. Foram

também solicitados a ilustrar as observações, desenhando e pintando de acordo com o que estava

sendo observado.

Após os três dias de observação, os alunos, em grupo, fizeram uma comparação entre as suas

previsões sobre o experimento e o que realmente aconteceu. Os grupos discutiram os resultados e

escreveram suas conclusões. Logo após a discussão nos pequenos grupos, iniciou-se a discussão

no grande grupo (professoras e alunos) para sistematizar os conteúdos trabalhados. No início, os

alunos apresentaram certa dificuldade para expressarem suas conclusões mas, aos poucos, a

discussão foi ficando mais rica com o aumento do número de alunos participantes.

Nas duas turmas as discussões giraram em torno de quais aditivos eram melhores para a

conservação dos alimentos, visto que nenhuma das substâncias utilizadas como aditivos conservava

os alimentos indefinidamente. Por essa razão, na terceira etapa foi rediscutida a eficiência dos adi-

tivos.

Na segunda etapa, pretendeu-se verificar a influência da temperatura na atividade enzimática e

solicitou-se aos alunos que citassem alguns aditivos relacionando-os às suas funções, vantagens e

desvantagens. Os alunos, nos mesmos grupos da primeira etapa, receberam o roteiro para realização

Recipientes abertos (ímpares )

1. uma medida de polpa de tomate puro

3. uma medida de polpa de tomate com

meia medida de açúcar

5. uma medida de polpa de tomate com

uma pitada de ácido benzóico

7. uma porção de fígado cru

9. uma porção de fígado cru com meia

medida de sal

11. uma porção de fígado cru com duas

medidas de óleo

Recipientes fechados (pares )

2. uma medida de polpa de tomate puro

4. uma medida de polpa de tomate com

meia medida de açúcar

6. uma medida de polpa de tomate com

uma pitada de ácido benzóico

8. uma porção de fígado cru

10. uma porção de fígado cru com meia

medida de sal

12. uma porção de fígado cru com duas

medidas de óleo

Quadro 2

A contextualização no ensino de cinética química

64 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

do experimento proposto por Silva e Silva (1997, p. 53); utilizaram fígado bovino, batata e água

oxigenada, para evidenciar a velocidade da reação de decomposição da água oxigenada, acelerada

pela enzima catalase em diferentes temperaturas, através da saída do gás oxigênio.

Após o término do experimento, os alunos permaneceram nos grupos para encontrarem

justificativas para o observado. Sobre o papel do fígado e da batata na reação, alguns pergun-

tavam: Por que não estão saindo mais bolhas? Será que a superfície do fígado queimou? Será que

todo o oxigênio já saiu?

Para responderem a essas perguntas, as professoras prepararam outra amostra de água

oxigenada e adicionaram um pedaço de fígado cru, retirado da amostra na qual não se observava

mais a saída de bolhas. Os alunos observaram a reação e disseram que a catalase ainda estava

presente no pedaço do fígado, confirmando o papel da catalase na aceleração da velocidade de

reação. Para que os alunos percebessem bem a diferença na velocidade de reação, foi necessário

bastante cuidado com os congelados devido à temperatura ambiente (oscilando entre 25 °C e 30 °C).

A superfície da batata e do fígado congelados rapidamente descongelava, dificultando, em alguns

casos, a visualização. É possível evitar esse problema mantendo a água oxigenada em banho de

gelo antes e durante o experimento, de maneira que os alunos possam perceber a influência da

temperatura na velocidade da reação. Isso também evita que eles associem o resultado somente à

diferença de temperatura do catalisador, excluindo a importância da diferença de temperatura do

meio reacional. Assim, alertamos os alunos sobre a influência da temperatura na velocidade de

reação catalisada por enzimas, retardando ou acelerando a deterioração dos alimentos.

Finalmente, na terceira etapa, foi feita a sistematização dos conceitos vivenciados. Foram então

distribuídos aos grupos alguns rótulos de produtos alimentares, para que identificassem os aditivos

contidos naqueles alimentos. Os alunos sentiram dificuldade em identificar os aditivos, por serem

escritos em códigos. Com o auxílio das professoras, os alunos relacionaram os aditivos encontrados

e escreveram-nos no quadro. Receberam uma tabela com o Código de Rotulagem - D.O.U. 17/02/

1976 - e foram orientados a identificar os aditivos por meio da leitura dos rótulos. A leitura descodificada

dos rótulos dos alimentos permitiu uma reflexão crítica sobre os diversos alimentos consumidos.

Em seguida, foi conduzida uma discussão no grande grupo (professoras e alunos), tendo como

objetivo a sistematização de todos os conteúdos trabalhados na intervenção didática. O trabalho foi

concluído com a leitura de um texto elaborado pelas professoras sobre conservação de alimentos,

seguida de discussões e explicações.

Foi aplicado um questionário contendo questões, semelhantes às da sondagem inicial, acrescido

de mais duas envolvendo um maior grau de complexidade, visando a avaliar a compreensão dos

alunos sobre os conceitos abordados após a intervenção-pedagógica.

Por que os alimentos se estragam?

Muitos alunos, no início, só relacionavam a deterioração dos alimentos com armazenamento,

temperatura e tempo cronológico.

“Manter em local adequado, não colocá-los em pilhas altas, etc.”

“Cuidar bem dos alimentos, e colocar no freezer ou congelador para que se conservem por

mais tempo.”

Após a intervenção didática, observou-se um enriquecimento nas respostas dos alunos que

passaram a considerar como fatores preponderantes para a deterioração dos alimentos a ação dos

microorganismos, e a não utilização de aditivos.

“Porque, com o tempo, os alimentos adquirem fungos e bactérias destruindo o alimento.”

“Porque alguns não possuem aditivos ou estão submetidos a temperaturas elevadas. Em

temperaturas baixas os alimentos se conservam melhor.”

Como evitar a deterioração dos alimentos?

Na análise das respostas ao primeiro questionário, observamos que apenas cerca de 30% dos

alunos citaram processos para conservar os alimentos baseados em suas experiências cotidianas,

entretanto não conseguiram explicitar a atuação dos processos.

“Colocam-se os alimentos no congelador; sal e óleo também.”

“Deixar frutas e verduras na geladeira, salgar a carne para durar mais tempo etc. ”

Após a intervenção didática, quando os alunos foram questionados sobre os processos para

evitar a deterioração, foi observada uma evolução nas suas respostas, caracterizada pela diminuição

do percentual de alunos que não responderam. Com relação à atuação dos aditivos, a evolução

não foi tão acentuada, mas, podemos considerar significativa em virtude da complexidade do assunto,

pois, para explicar a atuação dos processos de deterioração dos alimentos, faz-se necessária uma

visão microscópica dos processos que interferem na multiplicação e morte de microorganismos,

como também o controle das reações enzimáticas.

“Colocar o alimento no freezer retarda a ação dos microrganismos; usar conservantes dimi-

nui a velocidade da reação, ou seja, o alimento irá se conservar por mais tempo.”

Interessante ressaltar que as respostas da Escola A (classe mista) foram dadas pelas alunas. Os

alunos (rapazes) acharam que este assunto só dizia respeito às ”mulheres”. Dos sete alunos (rapazes)

da Escola A, apenas dois responderam. Na Escola B, formada apenas por alunas, não foi observado

esse problema.

Técnicas de conservação de alimentos

Inicialmente, quando os alunos foram questionados sobre as possíveis técnicas de conservação

de alimentos utilizadas em suas casas, grande parte respondeu: refrigeração, congelamento e

armazenamento em locais secos e arejados. Apenas uma minoria (5%) não respondeu a questão.

Após a intervenção didática, as respostas foram mais ricas, considerando-se que, além da temperatura

(refrigeração e congelamento) e armazenamento, os alunos citaram também os aditivos.

Função e importância dos aditivos

Inicialmente, a maioria dos alunos (95% da Escola A e 60% da Escola B) não soube responder a

questão sobre aditivos. Os poucos alunos que responderam citaram como aditivos apenas os

temperos caseiros, por exemplo:

“Sal para salgar a carne e dar sabor; colorau para dar cor aos alimentos; tempero e alho

para dar gosto à comida.”

Após a intervenção didática, foi verificada uma evolução conceitual significativa, no que diz respeito

às funções e à importância dos aditivos.

“Os aditivos atuam protegendo os alimentos dos microrganismos e deixando inalterados a

cor, o aroma, a consistência, a umidade etc.”

A contextualização no ensino de cinética química

66 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

“Demora mais tempo... pode ser transportado sem medo de se estragar o alimento. O uso

em excesso pode causar câncer no estômago.”

Como acelerar e/ou retardar as reações?

Logo após a intervenção didática, foi observada uma evolução significativa nas respostas dos

alunos, que atribuíram a aceleração ou retardamento da deterioração dos alimentos à influência da

temperatura ou ao uso de aditivos.

“Se os alimentos não tiverem um conservante estragarão mais rapidamente; caso contrário

o conservante retardará a velocidade com que o alimento se estragará”

Um mês após a terceira etapa, tendo o conteúdo sido concluído pelas professoras, cerca de

60% dos alunos passaram a considerar que não somente as reações de deterioração dos alimentos

podem ser controladas como também outras reações químicas (enferrujamento, digestão, ação da

água oxigenada nos ferimentos etc).

A análise final da pesquisa revelou que é possível a contextualização de conceitos científicos

valorizando os conhecimentos prévios, a experimentação, as interações entre aluno-aluno e aluno-

professor. Foi verificado que a compreensão dos conteúdos se fez de maneira mais efetiva e

extremamente gratificante, observando-se um crescente nível de participação dos alunos nas aulas,

e demonstração de maior prazer.

Apesar de algumas dificuldades enfrentadas, como tempo disponível para as aulas e alunos,

que inicialmente não acreditavam que estavam estudando química, confirmamos a importância de

os alunos terem um papel ativo no processo de ensino-aprendizagem, permitindo assim uma evolução

conceitual. Outro aspecto observado foi a possibilidade de instrumentalizar os alunos para a tomada

de decisões baseadas nos conhecimentos adquiridos nas aulas de química. No caso do estudo de

aditivos alimentares, os novos conhecimentos facilitaram a compreensão das implicações do uso

de aditivos para a comercialização dos produtos e para a saúde e possibilitaram decisões sobre a

escolha de alimentos. Chassot (1995) e Santos e Schnetzler (1996) concordam que é papel da

escola desenvolver a capacidade de tomada de decisão, formando cidadãos mais críticos.

Numa avaliação realizada pelos alunos após a intervenção, eles reconheceram a utilidade da

cinética química na vida prática e também a eficácia da metodologia aplicada, ao afirmarem que:

“Nós tivemos mais liberdade de aprender formulando nossas próprias opiniões.”

“Gostei de estudar cinética química simplesmente porque foi ensinada de uma forma dife-

rente.”

“A maneira como aprendemos conservação de alimentos, em aulas práticas, foi bastante

agradável.”

“Gostei de estudar cinética, porque aprendi como acelerar e retardar uma reação.”

Conclusões

Podemos concluir que os resultados dessa intervenção didática indicam que a contextualização

de atividades experimentais pode ser uma boa forma de contribuir para a melhoria do ensino de

química. Entretanto, gostaríamos de salientar que isso não deve implicar a separação da atividade

experimental do processo de desenvolvimento dos conceitos químicos pertinentes ao tema abordado.

Referências bibliográficas

CARVALHO, A.M.P. e GIL-PÉREZ, D. Formação de professores de ciências. 2ª ed. São Paulo: Cortez, 1995.

CHASSOT, A.I. A ciência através dos tempos. São Paulo: Moderna, 1995.

CHASSOT, A.I. Catalisando transformações na educação. Ijuí: Unijuí, 1993.

SANTOS, W.L.P. e SCHNETZLER, R.P. Ensino de química e cidadania. Química Nova na Escola, n. 4, p. 28-

34, 1996.

SILVA, E.R. e SILVA, R.R.H. Conservação de alimentos. São Paulo: Scipione, 1997.

ZANON, l.B. e PALHARINI, E.M.A Química no ensino fundamental de ciências. Química Nova na Escola, n. 2,

p. 15-18, 1995.

Para saber mais

BOBBIO, F.O. e BOBBIO, P.A. Introdução à química dos alimentos. 2ª ed. São Paulo: Livraria Varela, 1995.

SANTOS, W.L.P. e SCHNETZLER, R.P. Educação em química: compromisso com a cidadania. Ijuí: Unijuí,

1997.

TRAMBAIOLLI NETO, E. Alimentos em pratos limpos. São Paulo: Atual, 1994.

A contextualização no ensino de cinética química

68 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

contato e convivência com diversos materiais e

transformações estão presente desde os

primeiros momentos de nossa vida. Fazem parte

de nosso cotidiano, constituindo e transformando tudo o

que existe. Nosso corpo, por exemplo, é um conjunto de

substâncias que interagem de modo peculiar. Nossas

atitudes, estímulos e sensações são resultado de

interações químicas que nos passam despercebidas.

São inúmeras as possibilidades de se estabelecer

inferências como essa, no entanto é lamentável que muitas

vezes a química seja abordada sem inserção, como algo

tão separado e distante de situações reais presentes no

mundo onde se vive.

Quando as crianças começam a freqüentar a escola,

é importante que elas sejam levadas a perceber a exis-

tência de muitos materiais diferentes, tanto os naturais

como aqueles que só existem graças à evolução da

química, como os plásticos, vidros, aços, corantes,

medicamentos, borrachas, papéis. Entendemos que

certas aprendizagens relacionadas à química devem estar

presentes de forma visível ao longo das diversas séries

do ensino fundamental, servindo de instrumento para os

educandos crescerem na capacidade de compreender e

de se relacionar com o que existe e acontece no mundo,

conforme já referido em QNE, 1995, n. 2, p. 15-18.

Contudo, na grande maioria das escolas, a aprendiza-

gem em química é vista de forma fragmentada, des-

conhecendo-se as relações amplas dessa ciência no cur-

rículo como um todo. Pensamos que devemos, desde o

início, inserir nossos alunos numa certa abordagem de

temáticas químicas, respeitando seus limites de compre-

ensão. À medida que as crianças sistematizam e ampliam

seus conhecimentos sobre o meio e suas interações,

diversas idéias e linguagens acerca dos materiais, das

O presente relato refere-se a uma experiência desenvolvida

junto a uma escola do nível médio, com enfoque na

introdução ao estudo da estrutura da matéria.

transformação química, estrutura da matéria,

ensino-aprendizagem, interação

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 3, 1996.

Eva Teresinha de Oliveira Boff

Departamento de Biologia e Química da

UNIJUÍ, Ijuí - RS

Marli Dallagnol Frison

Escola Estadual de 2° Grau Rui Barbosa e

Departamento de Biologia e Química da

UNIJUÍ, Ijuí - RS

substâncias e das transformações podem ir sendo desenvolvidas.

Especificamente em relação às idéias e aprendizagens sobre a estrutura da matéria, entendemos

que a organização do currículo praticado na escola precisa desafiar mais os alunos a elaborar conceitos

a partir da problematização de situações vivenciadas e da reflexão sobre tais situações, evitando-se

que o ensino de química se restrinja a conhecimentos fragmentados e abstratos. Privilegia-se assim um

ensino mais centrado em contextos de interação e que possa se traduzir em avanços na interpretação

e compreensão da realidade.

No presente relato de sala de aula, trazemos um pouco da experiência que estamos desenvol-

vendo há mais de dez anos, numa escola estadual que tem aproximadamente 1 500 alunos cursan-

do o ensino médio. Daremos atenção especial ao modo como introduzimos nossos alunos no estu-

do sobre a estrutura da matéria. Em relação à modalidade de ensino que desenvolvemos em nossa

escola, trazemos o relato de algumas situações/momentos — dentre tantos outros — em que

trabalhamos com idéias/conceitos dos alunos, relacionados à existência de cargas elétricas na

matéria.

Explorando formas de existência de elementos químicos

Muitos de nossos alunos e alunas que ingressam no nível médio procedem de escolas, de nossa

região de abrangência, que vêm desenvolvendo metodologias alternativas de ensino de ciências.

Centradas na atividade do aluno, essas metodologias levam-no a questionar, argumentar e buscar

respostas a partir de investigações e experimentos diversos

realizados (Bonadiman e cols., 1986). Temos observado que

tais alunos, chegando ao nível médio, mostram-se mais

confiantes, críticos e observadores e têm maior capacidade de

relacionar e extrapolar as situações de sala de aula para outras

situações do dia-a-dia. Nossa proposta de ensino de química

no nível médio procura dar continuidade a tal abordagem cur-

ricular, conforme descrito por Maldaner (1992) e Maldaner e

Zambiazi (1993).

Iniciamos o ensino de química pelo envolvimento dos alunos

na execução de atividades experimentais sobre reações

químicas. Numa dessas atividades iniciais, o aluno mistura uma

porção de óxido de cobre sólido e duas porções de carvão

sólido. Após homogeneizar bem a mistura, solicitamos que

separe uma pequena quantidade para posterior comparação.

O restante é colocado em um tubo de ensaio fechado com uma rolha perfurada por um tubo de

vidro recurvado. A extremidade desse tubo é mergulhada em água de cal, contida num béquer.

Aquecendo a mistura durante cerca de 20 minutos o aluno percebe que do tubo de ensaio sai um

gás que deixa a água de cal esbranquiçada. Após essa observação, solicita-se ao aluno que ob-

serve e descreva as características da mistura, comparando-a com a que não foi aquecida. Ele

percebe que ocorreu uma transformação, referindo-se ao aparecimento de pedrinhas avermelhadas,

“cor de cobre”. São retomadas idéias sobre as transformações químicas, registrando o fato de que

as substâncias, quando em condições adequadas, podem transformar-se em outras diferentes

(propriedades diferentes). Com base nisso, parte-se para outras investigações, envolvendo as

substâncias produzidas na reação.

Como a maioria dos alunos já desenvolveu investigações relacionadas a essa reação na 8ª

série, conseguem identificar as “pedrinhas avermelhadas” como sendo o cobre sólido. Fazem

Temos observado que

estudantes submetidos a

metodologias de ensino de

ciências centradas na

atividade do aluno mos-

tram-se mais confiantes,

críticos e observadores e

têm maior capacidade de

relacionar e extrapolar as

situações de sala de aula

para outras situações do

dia-a-dia

Explorando a existência de cargas elétricas na matéria

70 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

referência às propriedades características (incluindo a cor) e à presença dos elementos nas fórmu-

las das substâncias usadas como reagentes. Com o objetivo de investigar qual o gás que turvou a

água de cal, inicialmente o aluno sopra na água de cal e percebe o mesmo resultado observado na

atividade anterior, portanto o gás desprendido na reação do óxido de cobre está presente na

expiração. O educando passa a investigar diversos gases, com a finalidade de identificar qual dos

gases expirados turva a água de cal: água, pelo aquecimento da água líquida; oxigênio gasoso,

pela reação catalisada pela enzima catalase, com a água oxigenada; nitrogênio gasoso, pela reação

entre nitrito de sódio sólido e cloreto de amônio; gás carbônico, pela reação entre carbonato de

sódio sólido (poderia ser outro carbonato) e solução diluída de ácido ou vinagre. Todas essas

atividades são realizadas em tubo de ensaio fechado, como na reação de óxido de cobre com

carvão. Em cada experimento, o gás produzido é colocado em contato com a água de cal, buscando-

se verificar qual o gás que, nesse processo, torna-a turva, como no caso da reação entre o óxido de

cobre e o carvão.

Ao longo do envolvimento com as atividades, à medida que vamos representando as reações pelas

equações, vamos introduzindo linguagens e conceitos específicos da química, como substância,

elemento, transformação, mas ainda não temos a preocupação de explorar idéias relacionadas a átomos/

moléculas, elétrons, prótons, íons. Nosso objetivo inicial é fazer o aluno prestar atenção às substâncias

e às transformações envolvendo substâncias. Ao longo do desenvolvimento das atividades, surgem

diversos questionamentos relacionados às propriedades das

substâncias usadas como reagentes e das produzidas na rea-

ção: o que aconteceu com a água de cal; os ‘elementos’ envolvidos

na reação, a forma das substâncias reagentes e produtos; o

sistema em que houve liberação e absorção de energia.

O aluno vai adquirindo, ampliando e aprofundando conheci-

mentos e habilidades, seja nas reflexões ou no manuseio do ma-

terial de laboratório, aguçando seu senso de observação, a capa-

cidade de raciocínio, a aptidão para discutir, refletir, concluir e

comparar fatos. Percebe, assim, que a química estuda as

transformações dos materiais e que estes, ao serem transforma-

dos, preservam os elementos originais presentes nas substân-

cias reagentes, mesmo que sob formas químicas diferentes.

Trabalhamos com experimentos que mostram diferenças

visíveis nas reações envolvendo um mesmo elemento presente

em substâncias diferentes, de modo que o aluno perceba as

transformações químicas – passando a usar a linguagem e as equações químicas e a identificar reagentes

e produtos envolvidos, de forma progressiva e mediada pelo professor.

Ao se realizar outra atividade, na qual os alunos mergulham uma placa de zinco em uma solução

aquosa de sulfato de cobre, as observações são também centradas na mudança das propriedades

características (cor, textura, brilho etc.). Eles percebem que a placa de zinco vai se desgastando aos

poucos, enquanto na solução aquosa vai aparecendo um depósito sólido “avermelhado” (cor de cobre

metálico) à medida que a solução passa lentamente da cor azul para incolor. Ao se discutir o que

aconteceu com o zinco, predomina entre os alunos a idéia de que ele não deve ter evaporado ou

simplesmente se dissolvido (na forma metálica), mas sim que deve estar presente na solução na forma

de uma nova substância, com características diferentes do zinco original. Outrossim, discutem que a

substância de “cor avermelhada” poderia ser cobre metálico, oriundo da solução azul inicial, de sulfato

de cobre. Observando-se com atenção a simbologia química nas fórmulas das substâncias, as reflexões

Ao longo do desenvolvi-

mento das atividades, o

aluno adquire, amplia e

aprofunda conhecimentos e

habilidades. Percebe que a

química estuda as transfor-

mações dos materiais e que

estes, ao serem transforma-

dos, preservam os elemen-

tos originais presentes nas

substâncias reagentes,

mesmo que sob formas

químicas diferentes

abrangem a idéia de que o zinco e o cobre, assim como outros elementos, podem se apresentar sob

diversas formas químicas, constituindo substâncias diferentes. Faz-se referência à existência do zinco

metálico e do zinco aquoso, assim como à existência do cobre aquoso e do cobre metálico.

Explorando a condução de corrente elétrica

Utilizando um sistema adequado, os alunos testam a condutibilidade elétrica de diversos materiais/

substâncias, como por exemplo cloreto de sódio sólido e aquoso, sacarose sólida e em solução

aquosa, sulfato de cobre sólido e em solução aquosa, metais diversos, plásticos, vidros, madeira,

grafita e outros. A partir das observações e registros, são discutidas questões como: Por que algumas

substâncias não conduzem corrente elétrica no estado sólido mas são bons condutores em solução

aquosa? Por que algumas substâncias não conduzem corrente elétrica no estado sólido nem em

solução aquosa? Por que os metais conduzem corrente elétrica enquanto outros sólidos não con-

duzem? Quais as partículas responsáveis pela condução da corrente elétrica, em cada caso?

As observações, reflexões e estudos motivam o aluno a elaborar idéias e a se pronunciar a

respeito da possível existência de partículas dotadas de cargas elétricas na matéria, ao tentar explicar

a condução da eletricidade pelos materiais testados. Nesse contexto, inserimos e exploramos o uso

dos conceitos de íon e elétron, referindo-nos às partículas responsáveis pela condução da eletrici-

dade respectivamente nas soluções e nos metais. O aluno observa, por exemplo, que o cobre

metálico conduz corrente elétrica no estado sólido, enquanto o sulfato de cobre sólido necessita

estar no estado aquoso para que conduza a corrente elétrica. Explora-se a idéia de que tanto nas

soluções aquosas como nos metais existem cargas elétricas que podem se movimentar. Nas soluções

aquosas essas cargas são íons, enquanto nos metais são elétrons, sendo essas partículas

responsáveis pela condução da corrente elétrica em cada caso.

Outras observações são retomadas, como a de que a sacarose não conduz corrente elétrica nem

no estado sólido nem em solução aquosa, desafiando o aluno a refletir e entender outras questões.

Explorando a geração de energia elétrica pela transformação química

Outra atividade explorada é a construção da pilha. Para isso são utilizadas: duas lâminas de

zinco e duas de cobre; solução 1 mol/L de sulfato de zinco e de sulfato de cobre; uma lâmpada de

1,5 V; quatro tiras de papel-filtro (duas embebidas em solução de sulfato de cobre e duas em solução

de sulfato de zinco). A montagem da pilha é feita de forma adequada e conveniente. Os alunos

observam e discutem a geração da eletricidade com base no dispositivo químico construído, no

desgaste da lâmina de zinco e no depósito do cobre. A partir das observações e discussões, traba-

lha-se a hipótese de que houve conversão do zinco, da forma metálica para a forma aquosa, e do

cobre, da forma aquosa para a forma metálica. São feitas referências à idéia de que o metal zinco

perde elétrons na reação, transformando-se numa substância com carga elétrica positiva (cátion),

enquanto o cobre em solução recebe elétrons, tornando-se neutro (forma metálica).

Znº → Zn

(aq)+ 2e

(aq) + 2e

→ Cuº

Discutindo-se as observações, trabalha-se a idéia de que o cobre em solução atrai elétrons

(carga negativa), devendo por isso ser o pólo positivo, e de que os elétrons ‘saem’ da placa de

zinco, sendo essa o pólo negativo da pilha construída. Utiliza-se um galvanômetro confeccionado

pelos alunos para testar essas idéias.

Outras atividades são desenvolvidas, dentre as quais a eletrólise. Identificam-se as substâncias

resultantes da eletrólise em cada pólo da pilha, observando-se que os íons de carga negativa se

dirigem ao pólo positivo e vice-versa.

Explorando a existência de cargas elétricas na matéria

72 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Construindo um modelo teórico para a estrutura da matéria

A partir de seu envolvimento em um conjunto de atividades, os alunos mostram-se propensos a

ampliar e reforçar suas idéias sobre a existência de cargas elétricas na matéria e sobre a própria

estrutura da matéria, explorando-se o uso de termos e explicitando-se idéias sobre átomos, elétrons,

íons, cátions e ânions. À medida que os estudos evoluem, são retomadas diversas questões recor-

rentes: quais as partículas responsáveis pela condução da corrente elétrica nos sólidos e nas solu-

ções testadas? Como são e como se encontram tais partículas nos materiais? Como e por que o

elemento neutro (forma metálica) se transforma em íons (forma aquosa) e vice-versa? Por que certas

substâncias testadas não apresentam cargas elétricas capazes de conduzir a corrente elétrica, como

é o caso da sacarose sólida e em solução aquosa? Por que alguns átomos perdem elétrons enquanto

outros os ganham, transformando-se em íons positivos ou negativos? Como se deu a geração de

corrente elétrica na pilha construída? Como se encontram os elétrons no fio utilizado na pilha ou nos

demais metais que conduzem a corrente elétrica? Como se dão as reações envolvendo transferência

de elétrons nas diversas soluções usadas na eletrólise? etc.

Nesse contexto, os estudos passam a abordar aspectos relacionados a modelos teóricos mais

elaborados sobre a estrutura da matéria, incluindo representações de átomo, partículas subatômicas,

ligações químicas, moléculas. De forma semelhante, a estrutura da matéria vai sendo progres-

sivamente abordada ao longo das séries, à medida que novos assuntos vão sendo trabalhados,

especialmente ao longo de estudos como soluções, equilíbrio químico, eletroquímica, reações de

oxirredução, interpretação de propriedades físicas etc.

Concluindo

Com este relato de nossa experiência, pretendemos expressar nossa preocupação em envolver

os alunos na execução de atividades problematizadoras e de não perder de vista a globalidade do

processo do conhecimento. Consideramos importante cuidar para que o aluno esteja em contato

permanente com as aprendizagens em química ao longo de todo o currículo escolar, pois acreditamos

que dessa forma ele aprende química de forma significativa, estabelecendo relações com cada

tema abordado e relacionando a teoria com situações vivenciadas, independentemente da série em

que se trabalha. É importante que se privilegie a aquisição de conhecimentos não fragmentados e

não isolados de contextos, buscando-se relacionar os conhecimentos de química com os de âmbito

geral. Proporciona-se ao aluno, assim, condições de refletir sobre o meio em que vive, para que

possa exercer a cidadania de forma consciente e responsável.

Para saber mais

AMBROGI, A., VERSOLATO, E.F., LISBOA, J.C.F. Unidades modulares de Química. São Paulo: Hamburg,

1987.

Referêncais bibliográficas

BONADIMAN, H. e col. Ciências 8ª Série: Proposta Alternativa de Ensino. 3. ed. Ijuí: UNIJUÍ, 1986.

MALDANER, O.A. Química 1 - Construção de Conceitos Fundamentais. Ijuí: UNIJUÍ, 1992.

MALDANER, O.A.,

ZAMBIAZI, R.. Química 2 - Consolidação de Conceitos Fundamentais. Ijuí: UNIJUÍ, 1993.

ZANON, L.B., PALHARINI, E.M. A Química no Ensino Fundamental de Ciências. Química Nova na Escola,

São Paulo, n. 2, p. 15-18, 1995.

abe-se que a formação profissional do professor

não se inicia no curso de licenciatura nem se limita

a ele, mas se constrói ao longo de toda a vida.

Usualmente a rotina cotidiana do trabalho docente

condiciona ações repetitivas e aparentemente iguais que

pouco contribuem para o desenvolvimento profissional.

Por isso, é muito importante a participação e o engaja-

mento dos professores em ações de formação continuada

como, por exemplo, a que experienciamos ao realizar um

curso de especialização em ensino de ciências, modali-

dade química, com base no qual desenvolvemos e esta-

mos socializando a presente reflexão.

Quando começamos a dar aulas de química no ensino

médio, não tínhamos a percepção e a consciência de que

a prática de sala de aula e o material didático utilizado

são resultado de nossas concepções de ensino, de apren-

dizagem, de conhecimento, de ciência, de linguagem. Por

nunca termos tido oportunidade de discutir nossa prática

pedagógica (nem na universidade, nem em nossos

ambientes de trabalho), nosso dia-a-dia na sala de aula

tinha como ‘fonte de inspiração’ nossas vivências como

alunas e outras (raras) experiências relacionadas a nossa

atuação como professoras.

Nos primeiros tempos, assumíamos uma atitude

essencialmente radical com nossos alunos e alunas. Acre-

ditávamos que o mais importante era manter uma postura

autoritária, de donas do saber; era aplicar provas dificí-

limas, impondo a nossos alunos o empenho e a seriedade

no estudo dos conteúdos que lhes transmitíamos. Pensá-

vamos assim porque tivemos professores que, ao agirem

dessa maneira, conseguiam tais resultados conosco.

Achávamos que proceder de maneira semelhante basta-

ria para sermos boas profissionais, mesmo que nossos

alunos não se interessassem pelos estudos e/ou não

obtivessem boas notas. Contudo, com o tempo, fomos

percebendo que, apesar do medo e da quantidade de

Dalva Lúcia Castilho

Professora da rede municipal de Belo

Horizonte - MG

Katia Pedroso Silveira

Sistema de Ensino Arquidiocesano em

Belo Horizonte - MG

Andréa Horta Machado

Professora do Colégio Técnico da

Universidade Federal de Minas Gerais,

Belo Horizonte - MG

O presente artigo apresenta reflexões de três professoras

sobre algumas de suas ações docentes no ensino médio.

aulas de química, investigação/reflexão,

práticas pedagógicas

Este artigo foi publicado originalmente na revista Q

uímica

Nova na Escola

n. 7, 1999.

As Aulas de Química

como Espaço de Investigação e

Reflexão

As aulas de química como espaço de investigação e reflexão

74 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

estudo, nossos alunos e alunas não estavam necessariamente aprendendo química. Muitas vezes

eles resolviam os exercícios e até conseguiam boas notas, porém demonstravam dificuldades quando

precisavam aplicar os conceitos em novas situações. Algumas lembranças de aulas vivenciadas

com nossos antigos professores reportavam-nos a experiências desagradáveis e, de maneira mais

ou menos consciente, procurávamos evitar repeti-las em nossa prática. Por exemplo, em um de

nossos encontros, uma de nós assim se pronunciou:

“Quando estava no colegial, tive uma professora que para nos ensinar química nos man-

dava ler, em voz alta, o texto do livro didático que abordava o assunto a ser ensinado. Cada

aluno, seguindo a seqüência das carteiras na sala de aula, lia um parágrafo. Eventualmente

ela se levantava e explicava em poucas palavras, com auxílio do giz e do quadro, o tal conteúdo.

Eu, que sempre fui muito tímida diante de meus professores e morria de medo de não conse-

guir fazer uma boa leitura, contava desesperadamente quantos alunos estavam na minha

frente, tentando descobrir qual seria o parágrafo que eu deveria ler em voz alta. Ficava então

lendo-o várias vezes para que, quando chegasse a minha vez, eu não fizesse um ‘papelão’

diante da classe. E que alívio me dava quando o sinal tocava antes de chegar a minha vez.”

Era evidente para nós que em condições como essas a gente não aprendia e, a partir da reflexão

sobre lembranças como essas, tentávamos planejar atividades mais adequadas para nossa prática,

que pudessem melhorar nossas aulas. Tentávamos, então,

lembrar e tentar seguir exemplos de outros professores que

haviam marcado mais positivamente nossas vidas escolares,

que organizavam o ensino de modo a nos sentirmos parte ativa

na aula, não apenas ouvintes. Procurávamos implementar em

nossas aulas atividades mais interessantes e diversificadas,

usando recursos didáticos variados como, por exemplo, de-

monstrações experimentais, vídeos, aulas mais dialogadas,

trabalhos em grupos menores etc.

O livro didático sempre era o grande direcionador do ensino

que desenvolvíamos, desde o planejamento, os exercícios, as

atividades, definindo até mesmo a profundidade com que abor-

dávamos cada conteúdo. Tudo era atrelado ao livro didático.

Quando os alunos apresentavam baixo aproveitamento,

pensávamos logo que a causa estava neles, na falta de estudo.

Não tinha nada a ver conosco. No entanto, aos poucos passamos a nos questionar sobre para que

serviria resolver determinados exercícios tão complexos ou discutir certos tópicos tão avançados de

conteúdo. Percebíamos que mesmo os alunos mais dedicados muitas vezes não conseguiam atingir

os níveis de entendimento que esperávamos (ou o que o autor do livro esperava!).

Quando tivemos um primeiro contato com materiais didáticos alternativos

, utilizávamos esses

materiais como fontes de pesquisa. Eventualmente levávamos algumas de suas atividades para a

sala de aula, ainda que o livro didático comercial continuasse a determinar nosso ensino. Mais

tarde, quando decidimos adotar os materiais alternativos, acreditávamos que seria a grande solução.

Contudo, muitas dificuldades surgiram, porque nunca tínhamos vivenciado nenhum trabalho desse

tipo. Tínhamos insegurança e medo de compartilhar nossas dúvidas pedagógicas e conceituais

com os colegas. Apesar de nos sentirmos sozinhas e inseguras, não conseguíamos mais voltar às

antigas práticas. Continuávamos buscando, nas experiências do dia-a-dia, melhores caminhos para

nossos trabalhos.

Tudo era atrelado ao livro

didático. Quando os alunos

apresentavam baixo apro-

veitamento, pensávamos

logo que a causa estava

neles, na falta de estudo.

Não tinha nada a ver conos-

co. No entanto, aos poucos

passamos a nos questionar

sobre para que serviria

resolver determinados

exercícios tão complexos

Uma tentativa de investigação em nossa sala de aula

Participamos, muitas vezes, de discussões sobre diferenças entre senso comum e conhecimento

científico, e passamos a valorizar idéias que os alunos trazem de suas vivências acerca dos fenômenos

químicos que ocorrem a sua volta. As diferenças entre essas idéias e as noções científicas ensina-

das em sala de aula podem gerar dificuldades na aprendizagem de novos conceitos por parte dos

alunos. Em função disso, começamos a perceber e discutir por que os alunos podem entender os

objetivos, as atividades e a linguagem do processo de ensino diferentemente da maneira como o

professor as entende (Schnetzler e Aragão, 1995).

Nesse contexto, propusemo-nos a desenvolver uma investigação com nossos alunos e alunas,

com o objetivo de experienciar um ‘olhar’ mais sistemático e mais distanciado de nosso ensino,

investigando como tem sido a organização da sala de aula e

sua repercussão nas concepções dos alunos sobre alguns

temas de química. Essa investigação que desenvolvemos ba-

seou-se no estudo sobre algumas concepções de nossos

alunos da terceira série do ensino médio a respeito de equilí-

brio químico.

A partir da leitura de alguns trabalhos (Machado, 1992; Hack-

ling e Garnett, 1985; Pereira, 1986; Maskill e Cachapuz, 1989),

verificamos que os levantamentos realizados por esses autores

revelaram várias idéias prévias dos alunos, diferentes daquelas cientificamente aceitas, sobre equilíbrio

químico. Dentre elas, por nos parecerem mais relevantes em nossa experiência de sala de aula,

escolhemos investigar as concepções sobre dois aspectos referentes ao estado de equilíbrio:

 coexistência de reagentes e produtos;

 constância das concentrações.

Sobre a coexistência de reagentes e produtos, percebemos que freqüentemente os alunos

apresentam dificuldades em conceber a idéia de que, no estado de equilíbrio, o sistema é formado

pelas substâncias reagentes e produtos ao mesmo tempo (Machado, 1992). Os alunos tendem a

acreditar que, no estado de equilíbrio, apenas os produtos estão presentes no sistema.

Com relação à constância das concentrações, foi significativo o percentual de alunos que sugeriu

que no equilíbrio as concentrações de reagentes e produtos são iguais. Para eles, a idéia de que

‘algo’ é igual no estado de equilíbrio do sistema é muito presente. Os alunos parecem entender a

expressão ‘constância das concentrações de reagentes e produtos’ como igualdade. Essa concepção

também foi identificada por outros autores, como Hackling e Garnett (1985) e Machado (1992).

O primeiro sentimento que nos veio ao analisar os dados foi o de frustração, por nos mostrar que

nossa abordagem sobre o assunto não tinha sido satisfatória. Essa frustração foi se transformando

em um grande desafio que nos levou a rever e a reconsiderar nossos discursos e sua coerência

com nossas práticas em sala de aula.

Tentando buscar, na bibliografia, explicações para as concepções apontadas pelos alunos,

encontramos dois fatores importantes que são muitas vezes desconsiderados por nós, professores

de química: a representação e a linguagem (Hackling e Garnett, 1985; Pereira, 1986; Machado,1992;

Schnetzler e Aragão, 1995).

Em nossas aulas, muitas vezes não nos preocupamos em esclarecer para nossos alunos a

diferença entre o fenômeno propriamente dito e a maneira como ele é representado quimicamente.

Em alguns casos, essa confusão pode gerar concepções errôneas para eles. Talvez seja esse fator

que os leve a não acreditar que reagentes e produtos possam existir ao mesmo tempo, já que, ao

representarmos o fenômeno por meio da equação química, eles aparecem separados por setas.

Passamos a valorizar

idéias que os alunos

trazem de suas vivências

acerca dos fenômenos

químicos que ocorrem a

sua volta

As aulas de química como espaço de investigação e reflexão

76 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Apesar de sabermos, e até enfatizarmos, que essas setas indicam a presença concomitante dessas

substâncias, os alunos se deparam sempre com reagentes à esquerda e produtos à direita. Isso,

aliado à falta de contato com o fenômeno, pode levá-los a reafirmar a idéia de que a reação inversa

só ocorrerá depois que todo o reagente se transformou em produto.

Discutimos que a linguagem usada é um fator essencial, uma vez que ela pode representar e

desenvolver concepções diversas, e quem sabe reforçar concepções distorcidas. Ao discutirmos o

tema equilíbrio químico com nossos alunos, muitas vezes utilizamos expressões que, apesar de

absolutamente claras para nós, não têm o mesmo significado para eles. Esse é o caso, por exemplo,

da palavra ‘constante’. Para os químicos, ela significa que a concentração de reagentes e produtos

se mantém a mesma, não variando, a partir do equilíbrio; porém, para os alunos essa palavra pode

adquirir um sentido de igualdade, ou seja, acreditam que, no equilíbrio, as concentrações de reagentes

e produtos tornam-se iguais.

Outro exemplo desse tipo de distorção aparece quando tratamos do tema ‘deslocamento de

equilíbrio químico’. A insistência em usarmos a expressão “desloca-se para a direita” ou “desloca-

se para a esquerda” pode reafirmar a idéia de que reagentes e produtos não existem ao mesmo

tempo, e ainda que eles se encontram em compartimentos separados. Talvez se utilizássemos

expressões como: “no sentido de favorecer a formação dos reagentes (ou produtos)”, enfatizaría-

mos o conceito de que o fenômeno é dinâmico, isto é, reagentes e produtos se transformam um no

outro durante todo o processo.

Reflexão e reconstrução da prática pedagógica

Nossas reflexões e discussões sobre o dia-a-dia na sala de aula muitas vezes suscitavam um

sentimento de ansiedade na busca de respostas a tantas questões que sempre nos surgem. À

medida que aprofundávamos nossas discussões, percebíamos que crescia a consciência de que

essa ansiedade faz parte dos processos de mudança, que as respostas não são imediatas, que

para algumas questões chegamos apenas a indícios de possíveis caminhos a seguir, não exata-

mente a respostas. Fomos percebendo que tínhamos em comum dificuldades, inseguranças,

angústias e até ‘certezas’, certezas que, no processo, iam sendo repensadas, transformando-se ora

em incertezas, ora em possíveis caminhos de mudança, ao longo de nossas interações e reflexões.

Um momento formativo marcante que vivenciamos foi quando explicitamos nossas concepções

sobre ‘ensino’ e ‘aprendizagem’. Nunca, em anos de trabalho, havíamos realmente parado para

pensar nisso. Começamos a perceber como nossa prática se guiava muito mais por intuição que

por conhecimentos sobre o processo de ensino-aprendizagem. Reflexões nos remetiam à idéia de

que a aprendizagem só é significativa quando a aluna ou o aluno realmente consegue internalizar o

novo conceito de tal modo que ele passe a ser considerado e a fazer parte da sua visão de mundo,

ou seja, quando a aluna ou o aluno consegue ver relações entre os conceitos e situações vividas em

seu cotidiano (Salvador, 1994).

Passou a se tornar importante considerarmos que cada estudante tem seu ritmo, pois a

aprendizagem de determinado conceito não é estanque: acontece em diversos níveis e momentos:

a cada novo contexto pode ser ampliada e reelaborada. No entanto, quando seguíamos o padrão

determinado pelos livros didáticos, apresentávamos cada conceito em um momento único. Por

exemplo, no ensino sobre a teoria atômica e os modelos atômicos (em geral um dos primeiros

capítulos dos livros), todos os modelos eram apresentados de uma só vez.

Nosso ensino, mesmo que de maneira inconsciente, era calcado em uma visão de ciência como

a grande dona da verdade, capaz de responder a qualquer questão e solucionar qualquer problema

da realidade. Começamos a considerar e discutir que os modelos científicos são provisórios e evoluem

ao longo da história, ou seja, que a ciência não pode ser ensinada como um produto acabado, que

ela é fruto de criações de homens, com determinadas visões de mundo e propensos a erros e

acertos (Kuhn, 1975). Passamos a explorar e enfatizar a idéia de provisoriedade dos modelos

científicos, de que nem a ciência nem o professor são donos da verdade.

Um exemplo disso é a abordagem sobre a evolução dos modelos atômicos no decorrer do

tempo. Para introduzir esse assunto, atualmente, sugerimos aos alunos que observem fenômenos

como o comportamento do ar dentro de um tubo com um balão na boca antes e depois de ser

aquecido. A partir dessa atividade solicita-se que exponham e explicitem suas idéias sobre o fenômeno

por meio de desenhos e explicações escritas. Notamos que vários modelos são sugeridos por eles,

o que nos mostra como um único fenômeno pode ser interpretado de diversas maneiras (Mortimer,

1995). Nesse contexto, exploramos potencialidades de uso dos modelos atômicos propostos pelos

químicos, em seus contextos e características diversificados.

Uma outra reflexão que fizemos refere-se ao papel dos experimentos em sala de aula. Fomos

superando a tendência de usá-los como meio de comprovação das teorias ou apenas como um

atrativo que torna a aula mais interessante. Fomos percebendo

— e nos convencendo disso — que uma ferramenta que pode

ter grande contribuição na explicitação, problematização e dis-

cussão dos conceitos com os alunos, criando condições

favoráveis à interação e intervenção pedagógica do professor,

de modo que eles possam discutir tentativas de explicação rela-

cionadas aos conceitos (Hodson, 1989). Fomos com-

preendendo que o experimento faz parte do contexto normal

de sala de aula, não simplesmente como um momento que isola a teoria da prática.

Tivemos a oportunidade de discutir que a escola pode se tornar um espaço onde são negociados

os significados que a comunidade científica dá aos fenômenos (Mortimer e Carvalho, 1996) e que o

experimento não é o único meio possível de se obter tais resultados. Podemos utilizar, por exemplo,

fatos trazidos das vivências dos alunos, textos, tabelas de dados, uma questão proposta no início

da aula etc., para desenvolver e promover o dinamismo da relação teoria–prática.

Como conseqüência de nossas vivências e reflexões, o livro didático, seja ele comercial ou

alternativo, foi deixando de ser uma ferramenta única em nosso trabalho, tornando-se um instru-

mento importante, porém auxiliar, no processo. Nessa perspectiva, hoje nos sentimos mais livres,

escolhendo os exercícios e textos que nos interessam, alterando a disposição dos conteúdos e

selecionando aqueles que irão favorecer uma abordagem de maior qualidade — isso significando,

muitas vezes, uma diminuição na quantidade —, com a utilização simultânea de vários tipos de

estratégias e de recursos didáticos.

Considerações finais

A vivência desse processo de investigação/reflexão sistemática começou a fazer parte de nosso

cotidiano, como nova postura e organização da vida na escola. Passamos a desenvolver o hábito —

que não tínhamos — de expor nossas práticas e de dialogar sobre elas, bem como de ler e discutir

publicações sobre trabalhos dirigidos à melhoria do ensino de química. Inicialmente, nem ima-

ginávamos que tais trabalhos existiam. Com o tempo, passamos a conhecê-los. Nos primeiros

contatos com esses materiais e subsídios, não sabíamos como aproveitá-los, não percebíamos a

grande relação que tinham com nossas práticas, concepções e, especialmente, com nosso processo

de mudança e a vontade de melhorar nossa prática pedagógica.

Sentimo-nos bastante desafiadas a fazer com que nossas salas de aula sejam, como sugerem

Os experimentos são uma

ferramenta para a explici-

tação, problematização e

discussão dos conceitos

com os alunos

As aulas de química como espaço de investigação e reflexão

78 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Notas

A Faculdade de Educação da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), através do Centro de Ensino

de Ciências e Matemática de Minas Gerais (CECIMIG), oferece cursos de especialização em ensino de

ciências para professores das áreas de ciências (ensino fundamental), física, química e biologia (ensino

médio).

AMBROGI, A. e LISBÔA, J.C. Misturas e substâncias reações químicas. São Paulo: Gráfica e Editora Ham-

burg, 1988.

AMBROGI, A.; LISBÔA, J.C. e VERSOLATO, E.F. Unidades modulares de química. São Paulo: Gráfica e

Editora Hamburg, 1987.

MAZON, A.B.; REZENDE, D.B.; ROMANELLI, L.I.; MARCONDES, M.E.R.; BELTRAN, M.H.R.; BELTRAN, N.O.

e SCHNETZLER, R.P. Proquim - Projeto de ensino de química para o 2º grau. Campinas: Unicamp, 1986.

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MACHADO, A.H. Equilíbrio químico: concepções e distorções no ensino e na aprendizagem. Dissertação de

mestrado. Campinas: Unicamp, 1992.

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SALVADOR, C.C. Significado e sentido na aprendizagem escolar. Reflexões em torno do conceito de apren-

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SCHNETZLER, R.P. e ARAGÃO, R.M.R. Importância, sentido e contribuições de pesquisas para o ensino de

química. Química Nova na Escola, n. 1, p. 27-31, mai., 1995.

Para saber mais

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CARVALHO, A.P. e GIL-PÉREZ, D. Formação de professores de ciências, São Paulo: Cortez, 1993.

CHASSOT, A.I. Para que(m) é útil o ensino da ciência, Presença Pedagógica, p. 35-44, jan./fev. 1995.

Schnetzler e Aragão (1995), um espaço constante de investigação que nos leva a uma contínua

reflexão e revisão de nosso trabalho. Fomos percebendo e entendendo que essa aproximação é

viável e enriquecedora, que ela possibilita efetivamente a nossa formação continuada, como

professoras de química que apostam na melhoria do ensino e da formação escolar. Estamos con-

vencidas de que qualquer professor pode ser mais do que um mero transmissor de informações,

desde que se sinta realmente incomodado a ponto de buscar novos rumos para sua prática

profissional.

or habitarmos centros urbanos, não damos

atenção e até mesmo nos esquecemos da

estreita dependência que temos do solo — essa

parte do planeta que, nas cidades, de tão recoberta por

concreto e asfalto, nos passa despercebida, exceto no

período chuvoso, quando o fluxo das águas nos mostra

o quanto está impermeabilizada.

As argilas, parte integrante do solo, permanecem anô-

nimas em nossos currículos, ainda que sejam um dos

principais componentes estruturais desse nosso ecossis-

tema urbano: a cidade. São elas que, essencialmente,

constituem e dão corpo ao solo ou ao chão que nos sus-

tenta, além de serem utilizadas na construção civil — com-

pondo a paisagem urbana —, e nas artes plásticas e, é

claro, de serem a base primordial para a agricultura. Con-

tudo, raramente merecem destaque no ensino de química.

O presente artigo refere-se a uma abordagem do tema

‘argilas’ no ensino de química, desenvolvida com os

alunos do nível médio, no Colégio Técnico da UFMG

(Coltec), com a intenção de contribuir para que esse tema

esteja mais presente no currículo escolar. O trabalho rela-

ciona-se ao uso do livro paradidático Argilas: as essên-

cias da terra, escrito pelo professor Aécio Pereira Chagas

(1996), e inclui algumas estratégias de ensino-aprendi-

zagem que desenvolvemos e implementamos na escola.

Nosso trabalho baseia-se em intenções como:

• considerar as relações entre conhecimento químico,

sociedade, tecnologia, cultura, economia, política, ética

e ecologia;

• resgatar a ênfase nos princípios químicos e possibilitar

uma visão mais coerente das atividades científicas;

• disponibilizar aos professores sugestões para a ex-

ploração de um recurso que pode propiciar a contextua-

lização e o aprofundamento do conteúdo abordado, a

Rúbia Lúcia Pereira

Escola Professor Guerino Casassanta da

rede estadual de Minas Gerais - MG

Deborah Andrade Munhoz

Consultora em gerenciamento, química e

educação ambiental de organizações, em

Belo Horizonte - MG

Adalberto Pinheiro Pestana

Professor da Escola Aurélio Pires, na rede

municipal de Belo Horizonte - MG

Luciana Augusta Vieira

Professora da Escola Paschoal Coman-

ducci, da rede estadual de Minas Gerais -

Andréa Horta Machado

Colégio Técnico da Universidade Federal

de Minas Gerais, Belo Horizonte - MG

O presente artigo considera a importância das argilas em

nosso ambiente e, em especial, na constituição das cidades.

Socializa atividades desenvolvidas com os alunos a partir

da análise de um livro paradidático.

argilas, educação ambiental, livros

paradidáticos

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 10, 1999.

Tirando as argilas do anonimato

80 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

atualização, a visão transdisciplinar da ciência e a inter-relação entre os conceitos apresentados em

sala de aula;

• estimular a prática da educação ambiental em sala de aula;

• oferecer aos alunos momentos em que possam desenvolver habilidades de comunicação,

cooperação, argumentação, participando assim ativamente de seu processo de aprendizagem;

• estimular a leitura de livros, seguida de consulta a outras fontes de informação correlatas e

atualizadas.

O contexto do trabalho

No primeiro ano do ensino médio, no Coltec, os alunos vêm trabalhando com uma abordagem

alternativa do ensino de química, centrada no estudo dos materiais e das substâncias. Embora tal

abordagem se diferencie do ensino tradicional — conforme já descrito por Romanelli & Justi (1998)

—, a relação entre os conceitos químicos abordados e as questões sociais, tecnológicas e ambientais

ainda não era satisfatoriamente contemplada.

A partir de 1996 passou-se a buscar tal articulação, sendo que uma das estratégias de ensino-

aprendizagem adotadas foi a exploração de livros paradidáticos (Munhoz et al., 1996; Machado et

al., 1997). Os bons resultados obtidos junto aos alunos levaram à criação, em 1996, de um projeto

apoiado pelo Programa de Apoio à Formação de Professores e à Docência em Ciências e Matemá-

tica no Ensino Médio e Fundamental (Capes/MEC). A metodologia do trabalho baseia-se na propos-

ta descrita por Lima (1996), em Química Nova na Escola. Considera experiências anteriores das

professoras do primeiro ano (Coltec) e também critérios de avaliação de livros didáticos utilizados

pela Secretaria de Estado de Educação de Minas Gerais (SEE,1996).

O livro paradidático explorado

Descrevemos, a seguir, aspectos do livro paradidático que serviu de base para o trabalho

desenvolvido com os alunos na escola. Concordamos que

o autor, em sua obra, tira as argilas do anonimato, ao expli-

citar e chamar a atenção para suas características, sua

importância, suas funções e outros aspectos. Trata, por

exemplo, da afinidade das argilas pela água, correlacio-

nando-a à formação dos cristais de argila e do retículo cris-

talino e às interações existentes entre a água e as plaquetas

de argila na composição da então denominada ‘dupla ca-

mada’. O autor apresenta e comenta a importância das

argilas para a fertilidade do solo e a associação erosão/

assoreamento de corpos d’água.

A abordagem de conteúdos como a composição quí-

mica, a estrutura e as propriedades das argilas facilita sua

apresentação ao leitor de maneira contextualizada, o que

favorece a articulação entre o mundo dos fenômenos, as

teorias e suas representações.

O autor dá visibilidade a temas importantes que podem

ser ampliados e enriquecidos quando trabalhados de ma-

neira interdisciplinar, tais como: constituição, conservação

e fertilidade do solo; salinização, impermeabilização, intem-

perismo, erosão, produção de cerâmicas, cimento e catalisadores a partir das argilas. O conteúdo é

apresentado numa tentativa de utilizar diversas formas de abordagem. Há o predomínio de uma

abordagem explicativa, na qual o leitor é orientado para a compreensão do fenômeno, e aplicativa,

estimulando o leitor a usar esse conhecimento para interpretar as relações entre o solo, a absorção

de nutrientes pelos vegetais e as maneiras como a sociedade usa o solo e os materiais provenientes

da terra. Por momentos essa abordagem predominante é mesclada com uma abordagem ambiental

que considera o ambiente um espaço de interação social, culturalmente construído, destacando o

meio rural e urbano. Nessa abordagem, as modificações no ambiente são focalizadas e localizadas

tendo como referência o universo microscópico das argilas.

Ambas as abordagens exploram contextos de uso de conceitos químicos tais como substância,

átomos, elementos, geometria molecular, cátions, ânions, complexos, troca iônica, misturas

heterogênea e homogênea, partículas, processos de dissolução, solubilidade, reação de

neutralização, equilíbrio químico, rapidez de reação, catalisadores, polímeros, partículas hidrófilas e

hidrófobas, adsorção e absorção. Chamou-nos a atenção, por exemplo, a reflexão suscitada pelo

autor acerca do conceito de modelo científico, pois raramente livros didáticos ou até mesmo

paradidáticos enfocam esse assunto, apesar de grande parte do conhecimento químico envolver a

utilização de modelos.

Algumas atividades desenvolvidas

Considerando as dificuldades inerentes à elaboração e execução de trabalhos interdisciplinares,

optamos por socializar, no presente artigo, algumas atividades desenvolvidas na exploração do

tema, que, em nosso entendimento, podem abrir espaço para a prática da educação ambiental

num espaço de interlocução com o conhecimento químico,

como as que seguem:

a) pesquisa sobre as características da cerâmica encontrada

nos principais sítios arqueológicos brasileiros: Onde estão

localizados? Como é o processo de exploração de sítios ar-

queológicos? Como eram produzidos os objetos de cerâmica?

Que materiais eram utilizados para pintá-los? Como a ciência

oferece meios para determinar a idade de objetos antigos? O

que a Constituição Brasileira diz sobre esses locais?

Essa é uma atividade de função ampliadora da abordagem

temática em que o aluno, ao buscar informação em fontes variadas (museus, livros, enciclopédias,

Internet, entrevistas com especialistas), familiariza-se com a história das terras brasileiras, com a ar-

queologia e com a utilização do conhecimento químico em técnicas primitivas (manufatura da cerâmica)

e modernas (datação por

C). Possibilita a articulação da química com a história, ao abordar assuntos

relacionados à cultura dos povos antigos; possibilita também a articulação da química com a geografia

e a geologia durante a exploração de mapas para a localização geográfica da cerâmica e a busca de

informações sobre as características do relevo e a constituição geológica dos sítios.

b) elaboração de um modelo para explicar o comportamento da areia movediça — ela é um tipo

de argila? Comparar o modelo elaborado com o modelo de argila proposto no livro e discutir com os

colegas. Uma atividade como essa pretende desenvolver o lado criativo e abstrato dos alunos na

elaboração do modelo para a areia movediça;

c) pesquisa sobre as diferenças entre técnicas de construção de um edifício em solo arenoso e

argiloso. Que cuidados devem ser tomados para não haver desabamentos?

Nessa atividade podem ser levantados alguns dos famosos desabamentos ocorridos no Brasil

ou na cidade do aluno. A pesquisa envolve fontes que perpassam desde bibliografias afins até

As atividades desenvol-

vidas na exploração do

tema podem abrir espaços

para a prática da educação

ambiental num espaço de

interlocução com o

conhecimento químico

Tirando as argilas do anonimato

82 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

visitas/entrevistas junto ao Conselho Regional de Arquitetura e Engenharia e/ou especialistas, con-

sulta às leis, direitos do consumidor etc., contribuindo assim para a formação de cidadãos e cidadãs

conscientes;

d) organização de uma exposição de objetos feitos com argila. Os objetos podem ser

confeccionados em sala ou em casa pelos próprios alunos. Cada objeto deverá ser acompanhado

de um texto descrevendo seu processo de produção e sua importância no ambiente onde é utilizado.

A confecção de objetos de argila possibilita resgatar, durante a modelagem do barro, o contato (já

tão esquecido) com a terra. Nessa atividade cabe uma reflexão sobre a plasticidade da argila e de

sua afinidade com a água. A reflexão sobre essas propriedades proporciona uma compreensão

melhor daquilo que os sentidos percebem no nível dos fenômenos, utilizando as teorias e represen-

tações para o mundo das partículas. A confecção de texto proporciona ao aluno um momento para

explicitar e elaborar sua compreensão sobre as argilas;

e) levantamento e seleção de músicas populares brasileiras que falam sobre terra (no campo, na

cidade etc.). Promover um debate sobre a mensagem presente em cada letra e no arranjo (prestar

atenção nos instrumentos utilizados e na percussão — como o som ajuda a comunicar a mensagem

presente na letra?). Uma das músicas sugeridas é Segue o seco, de Carlinhos Brown, cantada por

Marisa Monte no CD Verde anil amarelo cor-de-rosa e carvão;

f) debates sobre temas correlatos como usos da argila, tipos de solo, aumento da desertificação no

Brasil, ação das madeireiras na Malásia e na Amazônia (para onde vai a madeira explorada?). Essa

atividade tem como objetivo colocar o aluno em contato com as práticas adotadas pelas madeireiras e

as conseqüências imediatas e a longo prazo decorrentes de suas ações, incluindo a desertificação.

Proporciona também uma reflexão sobre a destinação do material explorado e sobre seu papel como

consumidor de madeira;

g) pesquisas sobre a atuação dos cupins na modificação das propriedades do solo. Os cupins

são insetos tidos como indesejados, perigosos e destrutivos. Uma pesquisa sobre a ecologia des-

ses insetos pode problematizar essa verdade aparente. Como eles são capazes de digerir as fibras

de papel? Que propriedades do solo eles são capazes de modificar? É possível a plantação em

terra modificada por cupins? Uma sugestão de atividade seria recolher um cupinzeiro (termiteiro) e

utilizá-lo para plantio. Essa proposta de pesquisa abre espaço para o desenvolvimento de um traba-

lho interdisciplinar com biologia, aproveitando para tratar a morfologia e fisiologia dos cupins. Um

paralelo sobre a organização da sociedade dos cupins e as sociedades humanas pode ser feito em

parceria com estudos sociais ou história, uma vez que os cupins são considerados insetos sociais.

Aqui fica uma sugestão: debater a frase: “Em algumas espécies primitivas não há operários; em

outras, mais evoluídas, não há soldados”. A discussão pode ser promissora.

À guisa de conclusão

Como nos lembra Chagas (1996), as argilas são as essências da terra. Por meio da análise das

atividades desenvolvidas, acreditamos ser possível trazer para a sala de aula a percepção de que o

conhecimento químico contribui para a compreensão de importantes questões ligadas a nossa

vivência cotidiana, como é o caso desse tipo de material (argilas), tão relacionado ao nosso ambi-

ente, seja o rural ou o urbano.

Esperamos que a diversificação das estratégias de ensino-aprendizagem e das temáticas

articuladoras da educação em química/ciências possa contribuir para a elaboração de uma nova forma

de pensar que articule as aprendizagens de química e de química ambiental. Em especial, esperamos

valorizar a prática da educação ambiental que se configure como hábitos culturais, dentro e fora da sala

de aula, articuladamente ao propósito de ‘aprender a falar química’ e de ‘educar através da química’.

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Para saber mais

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CIÊNCIA HOJE. Os estranhos canais subterrâneos de Tucuruí. São Paulo, v. 2, n. 12, p. 50-56, ago. 1984.

SCHMIDLIN, R. O processo de desertificação no Brasil. In: DUARTE, R., org. Ecologia e cultura. Belo Hori-

zonte: Imprensa Oficial, 1983, p. 99-128.

Tirando as argilas do anonimato

84 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

uso de plantas que apresentam atividades medi

cinais é conhecido e propagado através da cultura

e da tradição popular. No Nordeste do Brasil,

grande parte dos habitantes da região usam o conhecimento

de gerações para tratar de enfermidades e procurar manter-

se sadios. Mas esse não é um fenômeno isolado. Calcula-

se que 80% da população dos países subdesenvolvidos e

em desenvolvimento são quase completamente dependen-

tes da medicina caseira, utilizando plantas para as suas

necessidades primárias de saúde (Braz-Filho, 1994).

É no âmbito da medicina popular e no fabrico de

medicamentos fitoterápicos desenvolvidos pelo CEMPO

—Centro de Educação e Medicina Popular, localizado na

comunidade do Córrego do Jenipapo, em Recife - PE,

que esse trabalho se insere. Trata-se de uma tentativa de

fazer um resgate dos saberes populares em química e,

de alguma forma, procurar aprofundar o conhecimento e

contribuir para uma melhoria da prática comunitária. Para

auxiliar os trabalhos em comunidade, foram tomados

como referência alguns pressupostos teóricos da meto-

dologia da pesquisa-ação descritos por Thiollent (1994).

Nesse contexto, procurou-se investigar o trabalho de saú-

de e medicina popular iniciado na comunidade por

médicos, enfermeiros e agentes de saúde desde o início

da década de 80, principalmente no que diz respeito à

produção de medicamentos fitoterápicos tais como

tinturas, pomadas, xaropes e outros formulados, bus-

cando-se interagir com os participantes no referido pro-

cesso, para uma contribuição mútua dentro dos binômios

erudito e popular, ciência e cultura, ensino e aprendiza-

gem, expandindo-se dessa forma os horizontes do papel

do professor enquanto um educador na comunidade.

Aspectos teóricos-metodológicos

Segundo Thiollent (1994), a pesquisa-ação pode ser

Petronildo B. da Silva

Escola Estadual Jarbas Pernambucano,

Recife - PE

Lúcia Helena Aguiar

Departamento de Química da Universidade

Federal Rural de Pernambuco, Recife - PE

Cleide Farias de Medeiros

Departamento de Educação da Univer-

sidade Federal Rural de Pernambuco,

Recife - PE

O presente artigo relata uma investigação do trabalho

de saúde e medicina popular realizado no CEMPO -

Centro de Educação e Medicina Popular, em Recife -

PE, usando a metodologia da pesquisa-ação. Buscando-

se interagir com os participantes no processo e expandir

os horizontes do papel do professor enquanto um

educador na comunidade, foi investigada a produção de

medicamentos fitoterápicos tais como tinturas, pomadas,

xaropes e outros formulados.

processos extrativos, pesquisa-ação, plantas

medicinais

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 11, 2000.

aplicada a diversas situações e contextos como o da educação, do serviço social, comunicação,

práticas políticas, movimento sindical etc., sempre procurando resolver uma ação problemática

digna de investigação científica, abrindo ainda um leque de possibilidades de trabalho que podem

ser encaminhadas através de uma tomada de consciência e/ou produção coletiva do saber. Mas

esse tipo de pesquisa também incorpora o objetivo de busca de conhecimento, cujo resultado é

decorrente da prática acima mencionada. Algumas limitações, no entanto, parecem ser inerentes à

metodologia empregada e, de acordo com certas posições, o sucesso desse empreendimento está

muito mais condicionado às qualidades pessoais do pesquisador do que à própria metodologia em

si. O excesso de identificação colocado entre o pesquisador e os pesquisados pode trazer ainda

uma carga de subjetividade muito grande, limitar ou até desviar as necessidades reais dos grupos

para um mero entendimento psicológico (Azanha, 1992).

Apesar de reconhecermos as críticas feitas por Azanha sobre as limitações da pesquisa-ação,

há a crença subjacente nesse presente estudo de que o contato interpessoal entre investigador e

investigados, oportunizando a estes últimos a possibilidade de refletirem sobre as suas práticas de

vida, pode desencadear, no mínimo, uma troca de visões sobre as culturas erudita e popular e

conseqüentemente uma produção coletiva de conhecimento.

Uma outra questão levantada com relação à troca de conhecimento, compartilhada por Chassot

(1990), versa sobre o que a pesquisa realizada pode oferecer para a melhoria do conhecimento

embutido nas práticas de vida da comunidade pesquisada. Há uma necessidade social de se

reverterem os benefícios aos sujeitos que ofereceram a sua contribuição. Ter consciência desse

retorno é um marco da ação transformadora. No entanto, essa transformação não deve ser entendida

como uma mudança no fazer da comunidade mas como um oferecimento de certas explicações

para alguns porquês desse fazer.

O conteúdo metodológico anteriormente descrito, de certa forma, já havia sido experimentado

pela comunidade quando, no começo da década de 80, o médico Celerino Carriconde, juntamente

com o Conselho de Moradores, procurou criar uma consciência de saúde coletiva, tendo como

ponto de partida a realidade da comunidade, caracterizada pela falta de saneamento básico, que

refletia diretamente na saúde da população. O trabalho prático foi iniciado com um levantamento de

como as pessoas usavam as plantas medicinais, registrando as espécies mais usadas e suas

respectivas indicações terapêuticas populares. Objetivou-se com isso a valorização da cultura po-

pular, devolvendo-se à comunidade orientações que difundiram o bom uso dos chás, infusos e

lambedores; incentivou o cultivo das plantas medicinais nos quintais das casas e principalmente

abriu um espaço permanente de discussão política sobre a saúde do povo, espaço esse carac-

terizado com a criação do CEMPO.

Tendo como referência as concepções teórico-metodológicas já apresentadas e os históricos da

medicina popular no bairro, essa pesquisa iniciou-se com entrevistas dos membros do CEMPO, de

acordo com o que se entende por inserção participante. Analisou fatores químicos interferentes no

processo de fabricação de medicamentos caseiros e buscou ainda elementos de subsídios ao

trabalho do professor, enquanto agente educador, na perspectiva holística de que a produção comuni-

tária é uma fonte inesgotável de conhecimento e aprendizagem.

Algumas explicações subjacentes às atividades de fabricação de

medicamentos caseiros

Apesar da simplicidade prática envolvida, por exemplo em um chá, lambedor ou mesmo em

uma garrafada, diversos mecanismos físico-químicos complexos estão presentes nos processos

de extração, tais como difusão, osmose, pressão de vapor, cinética de reação etc. Os processos

O papel do professor na produção de medicamentos fitoterápicos

86 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

envolvidos na fabricação de medicamentos fitoterápicos levam em consideração vários cuidados,

recomendados por diversas fontes como Pedretti (1983) e Castellano (1981). Esses cuidados referem-

se à identificação, cultivo, colheita e secagem das plantas medicinais aqui apresentadas de forma

sequenciada como ocorre na prática comunitária do Córrego do Jenipapo. Porém, antes de apresentá-

los, é conveniente que alguns conceitos básicos usados no contexto da fitoterapia sejam esclarecidos.

Planta medicinal e princípios ativos

Uma planta medicinal é um vegetal que produz em seu metabolismo natural substâncias em

quantidade e qualidade necessárias e suficientes para provocarem modificações das funções

biológicas, os chamados princípios ativos, sendo portanto

usada para fins terapêuticos.

Alguns princípios ativos, no entanto, apresentam elevada

toxidade, devendo-se ter o cuidado de usá-los em concen-

trações estritamente indicadas.

Extração de princípios ativos

Extrair princípios ativos de uma planta medicinal significa

passá-los do seu estado natural dentro da célula vegetal para

um líquido (água ou solvente orgânico). Vários fatores como

temperatura e tempo de aquecimento influenciam para que

se consiga a máxima concentração de produtos naturais no

líquido extrator e, conseqüentemente, no medicamento a ser preparado.

Droga vegetal

A droga vegetal é o produto resultante do beneficiamento (secagem, limpeza, trituração) de uma

planta medicinal qualquer. É a matéria-prima utilizada na preparação dos medicamentos fitoterápicos.

Medicamento fitoterápico

O medicamento fitoterápico é aquele fabricado a partir de uma droga vegetal, manipulado de

acordo com técnicas apropriadas e indicado no combate às disfunções orgânicas.

Atividades de fitoterapia realizadas no CEMPO

Identificação

É o passo inicial e de extrema importância para o bom uso das plantas medicinais, que visa a

evitar erros de identificação com outras plantas de características semelhantes. Essa identificação

pode ser realizada em nível científico e/ou em nível popular. No caso do CEMPO, muitas vezes,

relaciona-se com o modo popular de usar as ervas medicinais e com a atividade terapêutica

popularmente difundida.

Cultivo

O habitat natural é o local mais indicado para o completo desenvolvimento das plantas medicinais.

Segundo Castellano (1981), nessas regiões as plantas concentram boa parte dos metabólitos secundários

inerentes a cada espécie. No entanto, um local que pode ser utilizado como alternativa para o cultivo de

plantas medicinais é o quintal das casas, surgindo dessa prática as conhecidas hortas comunitárias

que, devido às suas condições físicas, são de pequeno porte. Na Figura 1 é mostrada a horta comuni-

Uma planta medicinal é um

vegetal que produz em seu

metabolismo natural

substâncias que provocam

modificações das funções

biológicas. Essas são os

chamados princípios

ativos, usados para fins

terapêuticos

tária do CEMPO, feita de pequenos canteiros onde são cultivadas plantas como a erva cidreira, confrei,

alcachofra, mastruz, hortelã dentre outras utilizadas no fabrico dos medicamentos.

Colheita

O princípio de preservação deve estar presente sempre que se for coletar as plantas medicinais.

A colheita realizada no canteiro das plantas obedece a algumas recomendações referentes às partes

coletadas, formas de coleta e bom uso das mesmas, tais como:

• colher folhas, frutos e raízes de plantas mais velhas;

• não retirar todas as folhas;

• escolher raízes superiores e secundárias.

A época da colheita é outro fator muito importante que deve ser levado em consideração para

preservar os constituintes químicos, pois nesse caso aspectos como a floração e a maturação das

plantas e dos frutos alteram a composição química e, portanto, a qualidade final do fitoterápico.

Secagem

É um processo muito importante e deve ser realizado logo após a colheita das plantas. A Figura

2 mostra o local reservado no CEMPO para essa operação. Apresenta-se seco e arejado, protegido

da incidência direta dos raios solares e da presença de insetos pois as janelas são revestidas de

redes metálicas. Depois de coletadas, as plantas são colocadas em telas feitas de arame e madeira

e são reviradas continuamente para uma secagem mais homogênea. Uma planta no seu habitat

natural possui cerca de 75% a 85% de umidade. Após o processo de secagem registra-se um teor

em torno de 10% a 12%.

Manipulação de plantas medicinais e produção de extratos empregados pelo

CEMPO

Além dos cuidados com o cultivo em geral das plantas medicinais, é necessário ainda que os

medicamentos fitoterápicos, no final do processo, conservem boa parte dos metabólitos secun-

dários, provenientes de suas respectivas plantas. Para tal finalidade, a manipulação correta das

plantas medicinais, o modo de preparo e o armazenamento dos extratos são de suma importância,

uma vez que os constituintes químicos aí presentes podem degradar-se em um curto espaço de

tempo. Sendo assim, o Esquema 1 representa as etapas de produção de fitoterápicos caseiros,

comentadas a seguir de acordo com a prática realizada no CEMPO.

Figura 2 – Secagem de plantas medicinais no

CEMPO.

Figura 1 – Canteiro de plantas medicinais do

CEMPO.

O papel do professor na produção de medicamentos fitoterápicos

88 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

As plantas, após a secagem, são trituradas, aumentando a superfície de contato e facilitando a

extração dos princípios ativos. Obtido o pó ou as partes trituradas, colocam-se as plantas sob maceração

em soluções apropriadas, obtendo-se com isso produtos como tinturas, pomadas e xaropes.

Tem-se tinturas quando as plantas são colocadas em solução hidroalcoólica; as pomadas são

originadas da ação da lanolina aquecida, e os xaropes são resultantes da decocção (decocto) ou da

infusão (infuso) das plantas medicinais em água, com a adição final de açúcar na proporção de 1:1.

Com relação à conservação dos fitoterápicos, o CEMPO observa cuidados que evitam a mudança

da coloração dos medicamentos, a formação de bolores e precipitados. A temperatura e o tempo

de armazenagem são próprios para o fabrico de medicamentos caseiros. Todos esses cuidados

estão resumidos na Tabela 1.

Discussão sobre o trabalho realizado na comunidade

Participamos, durante seis meses, de todos os aspectos que envolvem o trabalho de saúde,

educação e medicina popular na comunidade do Córrego do Jenipapo, cujos esforços resultam na

produção de fitoterápicos populares e numa orientação para uma consciência do bom uso das

plantas medicinais, acompanhando cada passo de toda a dinâmica cultural enraizada nos

participantes do CEMPO, enquanto agentes construtores da sua própria história. Procurou-se, du-

rante esse período, a interação, de forma mais efetiva, com o que é produzido na comunidade.

Dentro desse contexto foram revelados vários elementos técnicos, culturais, sociológicos e políticos

que ampliam o papel do professor como educador integrado à sua comunidade, resultando daí

frutos de transformação ao binômio ensino-aprendizagem.

Acreditando nessa concepção, o professor, partindo de conhecimentos formais, pode melhorar

a prática cotidiana nas comunidades. Sendo assim, tomamos por base o trabalho de Xavier e Souza

(1994), que, num estudo fitoquímico comparativo dos extratos vegetais comercializados na cidade

do Recife, concluiram que muitos desses produtos apresentavam uma pequena quantidade de

metabólitos secundários oriundos das respectivas plantas medicinais. Atribuiram a esse fato diver-

sos fatores físico-químicos tais como o mau acondicionamento das tinturas, permitindo a incidência

direta dos raios solares, a temperatura de secagem das plantas acima do permitido e o pH da água

impróprio para o fabrico desses medicamentos. Investigamos esses mesmos fatores nos processos

extrativos de plantas medicinais empregados pelo CEMPO. Alguns problemas foram detectados

com relação ao pH da água (em torno de 4,2), proveniente de poços artesianos, usada para as

Esquema 1 – Esquema representativo do processo de fabricação de fitoterápicos empregado pelo CEMPO.

preparações dos extratos. Recomendou-se, então, a utilização de carbonatos e bicarbonatos no

eluente das plantas como forma de elevar o pH a valores

tolerados e manter os constituintes químicos ativos preservados

(Farmacopéia Brasileira, 1959).

A relevância do trabalho desenvolvido na referida co-

munidade ainda transcende implicações educacionais com

relação a conteúdos curriculares para o ensino fundamental e

médio. Nesse caso, podem-se indicar algumas abordagens:

1. os processos extrativos de plantas medicinais baseiam-se

em diversos mecanismos físico-químicos tais como, difusão, di-

luição, fatores cinéticos de reação (temperatura, tempo de aque-

cimento, superfície de contato, natureza do reagente), pressão

de vapor, pressão osmótica etc. Esses conceitos podem ser

trabalhados em sala de aula, dentro do ensino da química, através

de pequenos experimentos comparativos, utilizando-se o pó da

planta e a planta macerada. Observa-se, através da intensificação

da cor da tintura, em um dado tempo, qual o processo mecânico

que dispersa mais os princípios ativos no líquido extrator, verifi-

cando-se, assim, a influência da superfície de contato e discutindo-se, ainda, as idéias e os conceitos

alternativos trazidos pelos alunos sobre o assunto proposto;

2. um outro enfoque recai sobre o estudo dos vegetais. Tal conteúdo pode ser preenchido pelas

plantas medicinais, abordando-se as suas características físicas, partes empregadas para fazer de-

terminado medicamento fitoterápico, indicações terapêuticas, relatos de experiências do uso das ervas

medicinais vividas pelos alunos, entre outras estratégias de ensino, com o objetivo de socializar este

importante aspecto da cultura popular. Essa proposta é baseada no Projeto de Capacitação dos

Professores de Ciências e Biologia da UFPB, compartilhando idéias de Diniz e colaboradores (1995).

Tabela 1 – Conservação de fitoterápicos populares do CEMPO.

Material vegetal Prazo Recomendações Sinais de alteração

de validade

Planta seca

Pó

Tintura

Infuso, decocto

Garrafada

Xarope

Pomada

ausência de coloração característica,

presença de fungos e manchas

descoloração, presença de fungos

mudança de coloração, precipitação

acentuada

aroma e sabor desagradáveis, bolor

perda de cor e precipitação do material

presença de fungos e

perda de coloração

manchas escuras, fungos

embalagens escuras

vidro âmbar

guardar na geladeira ou

em local fresco

vidro âmbar

vidro âmbar, baixas

temperaturas e boas

condições de higiene

embalagens escuras

1 ano

6 meses

1 ano

24 horas

1 ano

3 meses

6 meses

Os processos extrativos de

plantas medicinais

baseiam-se em diversos

mecanismos físico-quími-

cos tais como, difusão,

diluição, fatores cinéticos

de reação, pressão de

vapor, pressão osmótica

etc. Esses conceitos

podem ser trabalhados em

sala de aula, dentro do

ensino da química, através

de pequenos experimentos

comparativos

O papel do professor na produção de medicamentos fitoterápicos

90 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Considerações finais

A comunidade tomou conhecimento de que certos fatores físico-químicos, aqui descritos, podem

prejudicar os processos de extração de plantas medicinais e que tais processos no caso são de

relevante importância, pois todo o esforço de produção é concentrado na preservação dos princí-

pios ativos. Isso proporcionou uma aprendizagem coletiva

significativa e uma certa apreensão do saber científico.

A fitoterapia, que é a atividade principal do CEMPO, é

realizada dentro de um contexto social, histórico e político muito

forte, que emergiu da cultura do povo como respostas às

precárias condições de saúde do bairro. Por constituir-se numa

prática fecunda e extremamente dinâmica, dotada de certas

peculiaridades, a fitoterapia oferece caminhos alternativos à tera-

pêutica tradicional, dotando seus participantes de um certo

“poder”.

Cabe à participação popular, devidamente organizada,

reivindicar esse direito, estendendo assim as suas conquistas,

auxiliada e embasada por um compromisso mais orgânico da

ciência com as causas populares.

É nesse sentido que se torna relevante a participação do educador, que, envolvido com todo o

contexto social, cultural e político próprio da comunidade, parte da prática cotidiana de seus

representantes e procura, em uma abordagem participativa e integrada, construir elementos que

ressaltem a cultura popular adaptando-os à sua prática pedagógica.

Referências bibliográficas

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BRAZ-FILHO, R. Química de produtos naturais: importância, interdisciplinaridade, dificuldades e perspectivas.

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DINIZ, M.F.F.M.; OLIVEIRA, R.A.G.; REIS, P.M.C.B. e XAVIER, L.S. Plantas medicinais como instrumento didático

nas escolas públicas. João Pessoa: UFPB (relatório final de trabalho de iniciação científica realizado dentro

do Programa “Plantas medicinais na extensão universitária”), 1995.

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fitoterápicos: uma abordagem interdisciplinar. Recife: UFRPE (Monografia final para conclusão do curso de

licenciatura plena em química), 1996.

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Para saber mais

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SOUZA, M.P.; MATOS, M.E.O.; MATOS, F.J.A.; MACHADO, M.I.L. e CRAVEIRO, A.A. Constituintes químicos

ativos de plantas medicinais brasileiras. Fortaleza: Ed. UFC, 1991.

Por constituir-se numa

prática fecunda e extre-

mamente dinâmica, dotada

de certas peculiaridades, a

fitoterapia oferece cami-

nhos alternativos à terapêu-

tica tradicional, dotando

seus participantes de um

certo “poder”

HISTÓRIA DA QUÍMICA

acobus Henricus van’t Hoff foi o primeiro cientista

a receber o Prêmio Nobel de Química, há cem

anos, “em reconhecimento aos extraordinários

serviços prestados pela descoberta das leis de dinâmica

química e pressão osmótica em soluções”

. Foi uma

merecida homenagem a um dos químicos mais influentes

de seu tempo.

Van’t Hoff nasceu em Roterdã, em 30 de agosto de

1852. Dos sete filhos do casal Jacobus Henricus van’t

Hoff, médico, e Alida Jacoba Kolff, ele era o terceiro. Desde

os 15 anos, quando entrou na escola secundária, já se

mostrava interessado em ciências, principalmente em

química, realizando, às escondidas, experimentos com

os colegas na escola ou em casa, preferencialmente

aqueles que envolviam substâncias venenosas ou

explosivas. Aos 17 anos, entra na Escola Politécnica de

Delf, concluindo em dois anos o curso de tecnologia de

três anos. Vai então para a Universidade de Leyden

(Holanda), onde estuda principalmente matemática e

física, e, em seguida, para a Universidade de Bonn (Ale-

manha), onde estuda química orgânica com A.F. Kekulé.

Depois, estuda com A. Wurtz, também professor de

química orgânica, em Paris (França). Em 1874, obtém seu

título de doutor na Universidade de Utrech (Holanda), sob

a orientação de E. Mulder, em um tema convencional de

química orgânica. Van’t Hoff ficou algum tempo desem-

pregado, mas, em 1876, tornou-se professor assistente

na Escola de Veterinária de Utrech. Em 1878, ano em que

se casou, é indicado como Professor Titular de Química,

Mineralogia e Geologia da recém criada Universidade de

Amsterdã, onde permaneceu 18 anos. Em 1896, já ocu-

pando uma vaga na prestigiosa Academia de Ciências

da Prússia, vai para a Universidade de Berlim, aí permane-

cendo até 1911, quando veio a falecer vitimado pela

Esta seção contempla a história da Química como parte

da história da ciência, buscando ressaltar como o

conhecimento científico é construído.

Este artigo foi escrito no ano em que se comemoraram

cem anos dos primeiros prêmios Nobel, nas áreas de

física, fisiologia ou medicina, literatura, paz e química (em

1969 foi introduzido o de economia). Esses prêmios fo-

ram instituídos em testamento por Alfred Nobel (1833-

1896), rico industrial, inventor da dinamite. O primeiro a

receber a láurea em química foi Jacobus Henricus van’t

Hoff, cientista holandês nascido em 1852 que, entre outras

coisas, desenvolveu a idéia do átomo de carbono

tetraédrico, a termodinâmica química, a teoria das soluções,

a cinética química e os fundamentos da petrologia. Van’t

Hoff foi um dos mais importantes cientistas de seu tempo,

falecido em 1911.

Prêmio Nobel, Van’t Hoff

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 14, 2001.

Aécio Pereira Chagas

Instituto de Química da Unicamp,

Campinas - SP

100 anos de Nobel - Jacobus Henricus van’t Hoff

92 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

tuberculose, deixando

quatro filhos. Em sua

juventude, foi leitor entu-

siasta das filosofias de

Comte e de Taine e da

poesia de Byron.

A carreira científica de

van’t Hoff pode ser divi-

dida em três períodos: o

primeiro período é dedi-

cado à química orgânica;

o segundo a desenvolver

a termodinâmica química

e a teoria das soluções;

e o terceiro a desenvolver

a petrologia (estudo das

rochas), por meio da

aplicação da físico-quími-

ca. Cada um desses pe-

ríodos coincide aproxi-

madamente com as insti-

tuições às quais esteve

ligado (Utrech, Amsterdã

e Berlim).

Ainda antes de defen-

der sua tese de douto-

rado, van’t Hoff publica

uma monografia (Propos-

ta para o desenvolvimen-

to de fórmulas estruturais

químicas a três dimen-

sões), em holandês, na

qual postula a forma te-

traédrica do átomo de

carbono, sua simetria e

explica, por meio desses

conceitos, uma série de

fatos sobre a atividade

ótica dos compostos or-

gânicos. Logo depois,

publica uma versão em

francês desse texto (van’t

Hoff, 1874) Essa publica-

ção, inicialmente, não

teve maiores repercus-

sões. Somente após

Os prêmios Nobel

Os prêmios Nobel foram insti-

tuídos para laurear, anualmente,

pessoas que se destacam nos se-

guintes campos: economia, física,

literatura, medicina ou fisiologia,

paz e química. Consiste em uma

importância variável, atualmente

em torno de um milhão de dóla-

res, além de diploma e medalha

artisticamente elaborados. São

entregues em cerimônia solene

pelo rei da Suécia, no dia 10 de

dezembro, data do falecimento de

Alfred Nobel. Os laureados, que

podem ser de qualquer país, são

escolhidos pela Academia Real de

Ciências da Suécia (prêmios de física, literatura, medicina ou fisiologia e

química), por uma comissão indicada pelo parlamento norueguês (prêmio

da paz) e pelo Banco da Suécia (prêmio de economia). Organizações

de reconhecido prestígio, ou mesmo laureados com o Prêmio Nobel,

propõem a essas instituições os nomes que serão escolhidos. Os

prêmios foram criados, em testamento, por Alfred Nobel, um rico indus-

trial que, em 1866, inventou a dinamite. Nobel nasceu em 1833 em

Estocolmo (Suécia) e faleceu em San Remo (Itália) em 1896.

O Prêmio Nobel foi o primeiro prêmio internacional estabelecido com

essa finalidade e, pela sua constância e valor, tem sido considerado um

marco, uma referência para, inclusive, balizar o desenvolvimento das

atividades premiadas. Os primeiros prêmios foram concedidos em 1901,

exceto o de economia, que começou em 1969.

Além de sua presença anual nos noticiários de todo o mundo, muito

tem sido falado sobre os prêmios Nobel: laudatórias, questionamentos,

dúvidas etc. Isso, de certo modo, é natural, uma vez que os membros

das comissões escolhem, por voto, os premiados (e não poderia ser de

outra forma). O folclore sobre o tema é muito rico e interessante,

valorizando ainda mais a láurea. Uma das discussões levantadas é com

relação às injustiças cometidas, se é que se pode falar assim, pois

certamente todos os agraciados fizeram jus ao prêmio. O problema são

aqueles que deixaram de ganhar: pessoas altamente influentes e notáveis

em suas áreas, algumas vezes propostas às respectivas comissões, e

que não foram contempladas. Seria isso um erro, uma injustiça? Na

química, podem-se citar alguns nomes notáveis e importantes que não

foram laureados: Dimitri I. Mendeleiev (classificação periódica), Gilbert

N. Lewis (par eletrônico e termodinâmica química) e Christopher K. Ingold

(mecanismos de reações orgânicas).

Alfred Nobel (1833-1896)

van’t Hoff publicar seu livro “La chimie dans l’espace”, em

1875, o mundo científico se deu conta da importância da

teoria. Na mesma época em que van’t Hoff publica sua

monografia, J. A. Le Bel (1874) publica as mesmas idéias,

de uma forma mais abstrata. Ambos haviam sido colegas no

laboratório de Wurtz, mas nunca haviam trocado idéias sobre

o assunto.

Em Amsterdã, van’t Hoff passa a se interessar por

problemas mais gerais, como a afinidade química. Seu livro

“Études de dynamique chimique”, publicado em 1884, inicial-

mente também não causou impacto, mas foi depois consi-

derado uma das mais importantes obras de química de todos

os tempos. Nele são abordados diversos temas, antes

desligados e esparsos, relativos à afinidade e correlacionados

com dados experimentais existentes na literatura. Algumas

grandezas e conceitos, agora familiares aos químicos, são

introduzidas no Études: ordem de reação, constante de veloci-

dade, constante de equilíbrio, as duas setas opostas, natureza

dinâmica do equilíbrio químico, efeito da temperatura e pres-

são no equilíbrio, etc. Ainda em Amsterdã, van’t Hoff publica

seus trabalhos sobre pressão osmótica, construindo seu

modelo de solução, em analogia com os gases ideais, e

desenvolve a termodinâmica química, em continuidade ao

exposto no Études. Van’t Hoff desconhecia os trabalhos que

W. Gibbs havia desenvolvido nos Estados Unidos (1876), haja

visto a diferente orientação desses. Nesse período,

juntamente com F.W. Ostwald (1853-1932; Prêmio Nobel de

Química em 1909) e S.A. Arrhenius (1859-1927; Prêmio Nobel

de Química em 1903), também cria uma nova disciplina: a

físico-química, com novos conceitos, técnicas e problemas.

Esse novo ramo da química se concretizou na revista que

ele e Ostwald fundaram em 1887: Zeitschrift für physikalische

Chemie (Revista de físico-química). Os três e seus estudan-

tes empenharam-se em divulgar a importância e a utilidade

dessa área e criaram laboratórios e outras revistas, por meio

dos quais a nova disciplina cresceu e prosperou.

A importância do trabalho de van’t Hoff nesses dois primeiros

períodos é bastante conhecida, pois ele se encontra nos textos de química que hoje utilizamos; porém, da

terceira fase, fala-se menos. Em Berlim, van’t Hoff propõe e dirige um amplo projeto de estudos envolvendo a

Academia de Ciências da Prússia, a Universidade de Berlim, o Sindicato das Mineradoras e Indústrias do

Potássio (Kali-Syndikat) e outras instituições, contando também com a colaboração de W. Meyerhoffer (que

veio da Universidade de Viena e foi seu orientado em Amsterdã). Esse projeto visava a estudar a formação dos

depósitos salinos de Stassfurt (Saxônia, leste da Alemanha) e envolvia também a organização de um museu

e de uma biblioteca, além de tedioso trabalho de pesquisa. O grande número de dados e informações

obtidos por esse projeto permitiu explicar a origem marinha desses depósitos (por meio de relações de

solubilidade e da regra das fases) e o seu processo de formação, além de ter contribuído para o estabe-

A Fundação Nobel comemora o

centenário do Prêmio Nobel com

uma Exibição do Centenário, a qual

está à mostra na Bolsa de Valores

de Estocolmo, até 31/8/2004. Por

meio da apresentação de laureados

selecionados e marcos da história

de 100 anos do Prêmio Nobel, a Exi-

bição do Centenário examina as se-

guintes questões:

‘O que é criatividade e como se

pode melhor encorajar a atividade

criativa?’

‘O que é mais importante para o

processo criativo: o indivíduo ou o

ambiente?’

Uma versão itinerante da exibi-

ção estará em Tóquio no primeiro

semestre de 2002, em Seul no se-

gundo semestre de 2002, em Hous-

ton, Texas, de fevereiro a maio de

2003 e em outros locais ainda a se-

rem definidos, nos Estados Unidos

e na Europa, em 2003 e 2004.

Para maiores detalhes, vide o

sítio da Fundação Nobel em

www.nobel.se/nobel/nobelmuseum/

exhibition/index.html

100 anos de Nobel - Jacobus Henricus van’t Hoff

94 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Nota

www.nobel.se (sítio da Fundação Nobel, Estocolmo, Suécia).

Referências bibliográficas

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Para saber mais

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lecimento das bases teóricas e experimentais da petrologia, influenciando de forma marcante as

ciências da terra. Permitiu também dar à Alemanha um monopólio científico e industrial do potássio

(utilizado principalmente como fertilizante) praticamente até a Segunda Guerra Mundial. Esse traba-

lho de van’t Hoff, de organizar e dirigir um amplo programa de pesquisa científica, está entre os

primeiros do gênero e marca também uma nova etapa do desenvolvimento da ciência.

Van’t Hoff foi homenageado por um grande número de universidades, academias, sociedades

científicas, etc., além de pessoas de destaque. Vale transcrever aqui um trecho de um artigo do Prof.

Ricardo Ferreira (1978), de Recife:

Recentemente, Walter Mors e Carlos Alberto Filgueiras trouxeram à minha atenção um episódio da

visita de D. Pedro II ao grande químico holandês van’t Hoff, em 1876, que parece ter passado

despercebido pelos historiadores da química. Este, aos 24 anos, era famoso pelos seus trabalhos de

estereoquímica publicados dois anos antes, quando introduzira o conceito de átomo de carbono

assimétrico. Van’t Hoff tinha construído modelos de cartolina para ilustrar suas idéias sobre estrutura

molecular. Ernest Cohen, na sua biografia do químico holandês (Jacobus Henrikus van’t Hoff, sein

Leben und Wirken, Leipzig, 1912), conta que D. Pedro perguntou a van’t Hoff se não seria possível

construir modelos baratos, que poderiam ser vendidos juntos com os livros de química, ou em lojas de

brinquedos, para facilitar o ensino da estrutura das moléculas aos jovens estudantes. D. Pedro seria

assim um precursor no uso de modelos moleculares no ensino das ciências.

Conta-se também que D. Pedro deixou ao químico uma boa soma em dinheiro para seu laboratório.

Sobre van’t Hoff, um de seus biógrafos disse: “Sem nenhum grande alcance como matemático ou experi-

mentador, sem nenhum notável talento como professor, van’t Hoff todavia influenciou e moldou o atual

pensamento, e mesmo muito da prática, da química por décadas”. Que característica notável tinha então o

ilustre químico holandês para ser assim tão influente e importante, se não era um bom matemático,

experimentador ou professor? Imaginação.

Agradecimentos

Agradeço ao Prof. Sebastião F. Fonseca (IQ-Unicamp), pela lembrança do centenário, e ao Prof.

Romeu C. Rocha-Filho (DQ-UFSCar), pelas valiosas críticas e sugestões.

ouis Pasteur nasceu em Dole, na região do Jura,

França, em 27 de dezembro de 1822. Em 1827,

seu pai — antigo soldado do exército de Napoleão

— instalou um curtume em Arbois, às margens do

Cuisance, pequeno rio nos arredores da cidade. É no

Colégio de Arbois que Louis cursa o primário e o

secundário e onde manifesta seu primeiro interesse

científico construindo um relógio solar, em 1839. Nesse

mesmo ano parte de Arbois para estudar no Colégio Real

de Besançon, obtendo aí o bacharelado em Letras em

1840. Continua seus estudos em Paris, ingressando no

Liceu Saint Louis e freqüentando regularmente os cursos

livres da Sorbonne. Em 1842, prepara-se intensamente

para exames de seleção da École Normale Supérieure

de Paris, então conjunta com a École Polytechnique, a

mais renomada instituição de ensino da França. No mes-

mo ano, obtém o bacharelado em ciências matemáticas

em Dijon, e no ano seguinte ingressa na École.

Foi ainda nos cursos da Sorbonne que conheceu Jean

Baptiste Dumas, um dos cientistas mais influentes da época

e notável professor. As cartas de Pasteur nesse período

demonstram o seu entusiasmo pelas aulas de química, e

são um grande exemplo de como um professor ou uma

professora pode influenciar decisivamente o futuro de seus

alunos — e, no caso de Pasteur, da humanidade. Assim,

nada mais natural que, após obter em 1845 o diploma de

licenciatura em ciências — que até hoje, nos países

europeus de língua latina, tem um significado bastante

diverso dos nossos diplomas de licenciatura —, continuas-

se na École a partir de 1846 para obter o título de doutor em

ciência. Mas como no século XIX não existia a figura do

bolsista de pós-graduação, aliás nem mesmo cursos de

pós-graduação, foi contratado como agrégé préparateur, o

responsável por preparar e, eventualmente, ministrar as

aulas de laboratório de química.

João Augusto de Mello Gouveia-

Matos

Instituto de Química da Universidade Fe-

deral do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro -

O presente artigo narra a trajetória do químico Louis

Pasteur, um nome fundamental para o desenvolvimento

da química e de muitas outras disciplinas.

Pasteur, história, germes, microrganismos,

imunologia

Este artigo foi publicado originariamente na revista

Química

Nova na Escola

n. 6, 1997.

Pasteur: ciência para ajudar a vida

96 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Sua tese de doutorado, defendida em 1847, constava de duas partes: uma em química, sobre

a capacidade de saturação do ácido arsenioso, e outra em física, intitulada “Estudo dos fenômenos

relativos à polarização rotatória dos líquidos” — sendo esta última, na verdade, segundo o próprio

Pasteur, um programa de pesquisa para estudar, a partir de uma sugestão de Biot, a causa do

estranho fenômeno dos ácidos tartárico e paratartárico. Os cristais de ambos eram encontrados

nos depósitos que se formavam nos tonéis de fermentação do suco de uva e tinham a mesma

composição química, mas soluções aquosas do primeiro desviavam o plano da luz polarizada,

enquanto as do segundo não. O desenrolar e desfecho do episódio resultou em 1848 na

comunicação histórica à Academia de Ciências de Paris sobre o desdobramento do paratartarato

duplo de sódio e amônio em seus dois enantiômeros, e são conhecidos de qualquer aluno de

segundo grau de nossos dias ao estudar o que ainda é, indevidamente, denominado isomeria

óptica, e não enantiomeria. Será para explicar, entre outras coisas, a dissimetria molecular sugerida

por Pasteur, que van’t Hoff e Le Bel irão propor em 1874 a estrutura tetraédrica do carbono, o que

permitirá classificar esse caso de isomeria, assim como os demais, a partir das características da

estrutura da molécula, e não de seu comportamento frente a um agente externo, como sugere o

nome ‘isomeria óptica’.

Até essa época, porém, a biografia e a produção científica de Pasteur, pequena mas brilhante,

não se diferenciava de outros tantos bons químicos do período. Mas então o que tornou a obra de

Pasteur tão excepcional que o transformou na décima-primeira — e a primeira com formação em

química — das cem pessoas que, segundo Michael Hart, mais influenciaram a humanidade?

(Chassot, Química Nova na Escola, n. 5, maio de 1997.)

Em meados do século XIX havia duas teorias concorrentes para explicar as doenças. A primeira,

proposta desde 1626 pelo médico e filósofo químico J.B. van Helmont (1579-1644), era de que elas

eram causadas pela invasão do organismo por seres estranhos ao mesmo (os arqueus), os quais

utilizavam as forças vitais em seu próprio benefício e produziam resíduos que envenenavam a

vítima. A teoria rival, por sua vez, estabelecia que as doenças eram originadas por um mau fun-

cionamento do organismo, o qual intoxicava a si próprio. Nos casos em que condições externas

intervinham, as causas eram maus fluidos (mal’aire), e não organismos hostis.

A implantação das teorias que levaram às atuais concepções sobre as doenças exigiam portanto

a superação de três obstáculos para entendê-las e preveni-las: que elas resultavam do ataque de

microrganismos; que esses não podiam ser gerados espontaneamente; e que o processo de

vacinação — introduzido por Jenner ainda no século XVIII, no caso da varíola — fosse entendido e

generalizado. Em todas essas etapas, ao fundar a microbiologia e posteriormente a imunologia,

Pasteur exerceu um papel preponderante.

Nos oito anos seguintes à tese de doutorado, Pasteur ocupou-se de pesquisas relacionadas à

dissimetria do ácido tártarico, e isso o levou a ampla utilização do microscópio, instrumento funda-

mental da cristalografia da época, e a debruçar-se sobre o processo responsável pela produção

dessas e outras substâncias assimétricas, como o álcool amílico, por exemplo. Além disso, como

as teorias químicas de então eram totalmente incipientes (ainda não estavam estabelecidos conceitos

como os de molécula, peso molecular, ligações químicas etc.), suas conclusões tinham de se

fundamentar em forte rigor lógico-experimental, o que transformou Pasteur num dos maiores experi-

mentalistas de todos os tempos.

Estudar a fermentação foi um desdobramento natural das investigações de Pasteur, como todas

as demais atividades científicas que se seguiram. Esses estudos foram iniciados em 1855, quando

ele era catedrático de química e deão da recém criada Faculdade de Ciências da Universidade de

Lille. O resultado das pesquisas foi a formulação da teoria dos germes como explicação para os

processos de fermentação. Por essa teoria, a fermentação só ocorreria se houvesse a presença de

germes (no sentido de sementes) no meio, e Pasteur diz textualmente: “pela palavra germe, eu não

estou falando de uma causa vaga e indeterminada em sua natureza, mas de um objeto visível e

tangível que já tem todos os caracteres de uma organização completa e se multiplica em profusão,

desde que as condições sejam favoráveis”. (Étude sur le vin,

1868.) Em suma, um ser vivo. Essa teoria, porém, chocava-se

frontalmente com a da geração espontânea, e veio a ser lançada

no interior de um debate científico que se arrastava desde o

século XVIII.

A teoria da geração espontânea não era uma visão ingênua

de nossos antepassados, mas fundamentada em experimentos

e técnicas de pesquisa tão rigorosos quanto permitiam as

condições e conhecimentos da época em que se iniciaram os

debates. Em 1858, quando Pasteur passou a dedicar-se ao

assunto, a teoria era formulada por Pouchet, naturalista de Rouen e membro correspondente da

Academia de Ciências, em termos da existência de uma força vital, um primus movem no ar, respon-

sável pelo surgimento de novas formas de vida no meio fermentativo. O problema com esse

postulado era que, não sendo possível provar a existência da força, também era impossível provar

a sua não-existência. O próprio Pasteur reconheceu esse argumento em aula proferida na Sociedade

Química de Paris em 1861, observando que seu objetivo ao abordar o assunto era mostrar que

todos os experimentos que sustentavam a teoria apresentavam conclusões falsas, e não negar a

existência da força. Simultaneamente, efetuou uma série de experiências que demonstraram que,

existindo ou não uma força, os responsáveis pelas fermentações eram os microrganismos agregados

à poeira do ar. O debate que se seguiu com Pouchet levou a Academia de Ciências a constituir

uma comissão para estudar o assunto, a qual deu ganho de causa a Pasteur. Foi um dos golpes

mortais na teoria da geração espontânea.

Os produtos agrícolas tinham em 1863 um peso preponderante na economia francesa, e Pas-

teur foi convidado — e financiado — pelo imperador Napoleão III a estudar as doenças do vinho.

Os resultados encontrados, além de lhe permitirem propor uma série de procedimentos para que

diversos microrganismos indesejáveis não ‘florescessem’ no meio, possibilitaram também introduzir

uma técnica para conservação do vinho — utilizada hoje em dia em todos os alimentos

industrializados e que veio a substantivar seu nome, criando um termo universal na biotecnologia e

na vida diária: a pasteurização. Ele descobriu que o aquecimento do vinho por poucos minutos

entre 50 e 55

C, na ausência do ar, permitia sua conservação, e embora há muito se soubesse que

o calor inibia a decomposição microbiológica, o desafio foi encontrar condições que não

comprometessem o sabor do vinho e a reputação da indústria vinícola francesa.

A associação com o setor agropecuário foi o que veio a estabelecer na obra de Pasteur a

relação direta entre doença e microrganismos: em 1865, foi convidado pelo Ministério da Agricultura

a resolver os problemas das doenças das criações de bicho-da-seda em Alés, denominadas pe-

brina e flacheria, ambas transmitidas por contágio entre as larvas. O exame microscópico revelou

a presença de microrganismos parasitas, e Pasteur determinou medidas profiláticas contra ambas

as doenças. Os resultados finais das pesquisas foram publicados em 1870. Todavia, a maior

importância desses trabalhos foi apontar o caminho de suas próximas investigações: as doenças

de animais superiores.

Nesse sentido, efetuou então estudos sobre septicemia, gangrena, alteração da urina, febre

puerperal e outras. Mas será estudando o antrax, doença fatal de gado, e o cólera em aves — no

Pasteur, em contraposição

as teorias então existentes

de geração espontânea,

propôs e demonstrou que

os processos de fermen-

tação eram originados pela

presença de germes

Pasteur: ciência para ajudar a vida

98 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

caso, de galinhas — que Pasteur irá criar a imunologia, permitindo assim, por meio da vacinação,

que a humanidade pudesse erradicar determinados tipos de doenças, como aconteceu com a

varíola, por exemplo.

A primeira comunicação sobre suas pesquisas com o cólera em galinhas foi publicada em

1878, e consistia na apresentação do programa de pesquisa e nos resultados iniciais de isolamento

do microrganismo identificado por outros pesquisadores como associado à doença, devido à sua

ocorrência no sangue de pássaros infectados. Seu objetivo era verificar se caldo de galinha era um

meio de cultura apropriado para crescimento, avaliar se não havia perda de virulência entre as

gerações sucessivas do microrganismo e provar que este era o agente responsável por meio da

injeção dessas culturas em aves sadias — uma linha de conduta para resolver o problema

semelhante, em linhas gerais, à adotada no caso das doenças do bicho-da-seda. Mas em 1879,

quando retornou das férias de verão em Arbois — de julho a setembro, na Europa —, um acaso

levou à descoberta da cultura atenuada, princípio básico da vacinação.

Antes de partir de viagem Pasteur havia preparado algumas culturas que resolveu utilizar quando

retornou. Todavia, nada aconteceu quando essas foram injetadas em aves sadias. Talvez para não

desperdiçar galinhas, utilizou-as num lote para testar novas culturas obtidas de aves infectadas.

Seu espanto foi que aquelas anteriormente injetadas com a ‘cultura velha’ permaneceram vivas,

enquanto as demais morreram. Seus próximos passos foram estabelecer as condições de atenuação

dos microrganismos, tentar explicar o mecanismo dessa atenuação e estender os resultados e

procedimentos para o caso do antrax. Em 5 de maio de 1881, na localidade de Poully-le-Fort,

cercado de toda a publicidade da época, fato aliás de bastante agrado ao longo de toda a carreira

de Pasteur, 24 ovelhas, uma cabra e seis vacas foram inoculadas com uma cepa atenuada de

antrax, e em 31 de maio, juntamente com outros 29 animais não vacinados, com uma cultura

virulenta do mesmo microrganismo. Em 2 de junho, todas as ovelhas desse último lote estavam

mortas e as vacas muito doentes e debilitadas, enquanto nada acontecia aos 31 primeiros animais.

Mas restava, ainda, saber se era possível estender aos seres humanos tal procedimento. O problema

é que a metodologia utilizada para esses estudos não poderia ser aplicada: inocular pessoas para

verificar se um dado microrganismo é o responsável pela doença, ou inoculá-las com uma cepa virulenta

para certificar-se de que a atenuada é eficaz envolve uma ética bastante discutível. A solução do problema

surgiu quando Pasteur estudava a raiva, que ao contrário do antrax

e do cólera de aves, também se manifesta na espécie humana.

Além disso, era muito propagada por animais domésticos, em

especial cães. A grande dificuldade dessa pesquisa foi que, ao

contrário dos casos anteriores, ela é provocada por um vírus, e

vírus não são visíveis em microscópios óticos. Assim, toda a

manipulação do vírus foi realizada a partir do líquido da medula

espinhal de animais raivosos (cães, coelhos) e por inoculações

sucessivas em animais sadios até obter-se o vírus na atenuação

apropriada. Um trabalho longo e exaustivo, mas ao fim do qual,

em meados de 1885, Pasteur tinha em mãos uma vacina de

comprovada eficiência com animais. Mas e quanto aos seres hu-

manos? A oportunidade veio quando Joseph Meister, um garoto

de 12 anos de idade, foi mordido por um cão contaminado. As opções éticas eram da mesma ordem

de grandeza que as possibilidades de sobrevivência, e no dia 6 de julho daquele ano Joseph tornou-se

o primeiro ser humano a ser diretamente salvo graças a Pasteur e ao novo campo do conhecimento por

ele criado, a imunologia.

Joseph Meister, um garoto

de 12 anos de idade, foi

mordido por um cão con-

taminado. No dia 6 de julho

de 1881 ele tornou-se o

primeiro ser humano a ser

diretamente salvo graças a

Pasteur e ao novo campo

do conhecimento por ele

criado, a imunologia

Para saber mais

Edições menos recentes de livros de microbiologia geral costumam conter uma abordagem histórica

introdutória, com a vantagem adicional de podermos continuar a leitura e entendermos ao que Pasteur nos

conduziu. Além disso, são facilmente encontráveis em bibliotecas de cursos de medicina e biologia. Três

bons exemplos são os que se seguem:

STANIER, R.V.; DOUDOROFF, M. e ADELBER, E. O mundo dos micróbios. São Paulo: Edgard Blucher e

EDUSP, 1969. Cap. 1

DAVIS, B.D.; DULBECCO, R.; EISEN, H.N., GINSBERG, H.S. e WOOD JR., W.B. Microbiologia. São Paulo:

Edart-São Paulo Livraria Editora e INL/MEC, 1973.

PELCZAR, M.; REID, R. e CHAN, E.C.S. Microbiologia. São Paulo: Mac Graw-Hill, 1985. Diferentemente dos

anteriores, em cada capítulo é encontrada uma introdução histórica sobre o assunto tratado.

O Instituto Pasteur, construído por meio de subscrição popular que arrecadou dois milhões de

francos, inaugurado em 1888 e criado com a finalidade de ser um centro de estudos e pesquisas,

bem como de fabricação em larga escala de vacinas, foi outra notável contribuição de Pasteur à

humanidade. Não tanto pelas pesquisas que aí passaram a ser realizadas, academicamente

importantes, mas por ter permitido a criação do conceito de campanha de vacinação preventiva e

regular, prática difundida no mundo inteiro desde então. Tal qual aconteceu com a varíola, espera-

se com essa prática permitir a extinção de doenças como a poliomielite, alguns tipos de meningite,

sarampo, rubéola etc.

Pasteur morreu em Villeneuve-l’Etang no dia 28 de setembro de 1895.

Pasteur: ciência para ajudar a vida

100 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

usual ao nos envolvermos com a história da

ciência, e de uma maneira especial com a história

da química, nos centrarmos quase exclusivamente

no mundo ocidental e o fazermos sob ótica eurocêntrica

e alimentada por olhares brancos, masculinos, cristãos...

Pouco sabemos de diferentes áreas do Oriente. Mesmo

nos dias atuais, o que conhecemos, por exemplo, da

educação na China, apenas para ficar no país onde vive

cerca de um quinto dos humanos?

Em A ciência através dos tempos (Moderna, 1994),

quando refiro à revolução galilaica e à copernicana, encimo

o capítulo com um título no mínimo tendencioso: Século

16: nasce a ciência moderna, em uma leitura que desco-

nhece o que se fez no mundo não europeu. Assim, fui

reducionista e simplista. Eu, latino-americano, escrevo

apenas um parágrafo, muito pouco elucidativo, ao referir

às civilizações que existiram nas Américas antes da chegada

dos ‘colonizadores’.

Ao buscar escolher um outro marco zero para as leituras

de uma história da ciência na América Latina, vale con-

siderar: i) o desenvolvimento em épocas pré-colombianas

do que chamamos de arquitetura, engenharia, agronomia,

astronomia, hidrologia, matemática, medicina, com a

existência de atividades científicas relevantes. Isso enseja

possibilidades de outras duas leituras: ii) a influência da

relação da ciência e tecnologia no desenvolvimento de altas

culturas, e iii) a (re)valorização desses conhecimentos e téc-

nicas, não apenas para fazer um resgate histórico, mas uma

tentativa de (re)utilizar conhecimentos (quase) perdidos. Por

exemplo, o resgate da cultura dos homens e das mulheres

de outras gerações é importante quando da reativação de

atividades relacionadas com a agricultura. Assim, se acei-

tarmos que a ciência possa não ter uma concepção única

– como o inculcado pelo ocidente, especialmente por

intermédio do positivismo, que desenvolveu a idéia de que

Attico Chassot

Centro de Ciências Humanas da UNISI-

NOS, São Leopoldo - RS

Neste artigo da seção História da Química, como parte

mais ampla da história da ciência, procuram-se resgatar

omissões na história usual do mundo ocidental. Busca-se

remover filtros que impedem leituras menos reducionistas

e até mais audaciosas, apresentando um pouco de uma

história da ciência de povos andinos, em especial os incas.

ciência não-ocidental, cultura no incaico,

tecnologias pré-colombianas

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 13, 2001.

101

a ciência é única –, é válido buscarmos um outro marco zero, diferente daquele definido hegemo-

nicamente pelo mundo europeu.

Limito-me à primeira das leituras antes referidas, mas insisto que essa seja feita mediada pelas duas

outras, até porque a terceira dimensão ganha outros significados. Essa dimensão pode ser decisiva

para encontrarmos um outro ponto de partida para a nossa história e, assim, não apenas fazermos uma

leitura eurocêntrica da ciência.

Ensaio considerações na primeira das três dimensões com objetivo de levantar pistas para necessárias

ampliações e conjugações com as duas outras dimensões propostas. Mesmo reconhecendo a

importância de culturas que existiram em outras partes da América, onde, por exemplo, datações

registraram a presença de civilizações no México 23.800 anos AP (antes do presente), vou buscar

restringir meus comentários a povos andinos.

Há inferências de que por volta de 12.000 AP caçadores-coletores tenham povoado a região andina

e já praticavam a agricultura em torno de 6.000 AP e, desde 4.000 AP, existiam civilizações avançadas

nos Andes. A cordilheira, com sua diversidade de relevos, clima, solo, vegetação, recursos hídricos,

flora e fauna, cuja exploração havia começado nos remotos tempos pré-agrícolas, se constituiu no

locus de desafios e organização de povos, que têm a culminância nos incas.

Mesmo que tenham desconhecido o uso da roda e de animais de tração – e essas duas ausências

foram decisivas no confronto com os brancos – e de um sistema formal de escrita (contestável adiante

ao referir os quipus), os incas constituiriam uma civilização que alcançou um alto desenvolvimento

cultural, que pode ser creditado às peculiaridades de sua organização social. O Império Inca se estendia

– usando referências atuais – desde o Equador, todo o Peru, porções da Bolívia, até o norte do Chile e

noroeste da Argentina.

Tentativas de evidenciar a existência de atividades científicas relevantes

Arquitetura e engenharia

Nada surpreende tanto nas realizações dos incas, ainda nos dias atuais, quanto à arte de criar

espaços organizados, buscando soluções urbanas, principalmente através de edificações destinadas

a abrigar diferentes tipos de atividades sociais, religiosas e econô-

micas, originando verdadeiras cidades.

Entre as mais impressionantes realizações arquitetônicas estão

amplos templos, palácios, fortalezas, pontes suspensas (com mais

de 100 metros de extensão) e praças públicas. Também como

obras de engenharia merecem destaques aquelas ligadas à

agricultura (canais de irrigação e aquedutos).

Há fortalezas formadas por muralhas de 300 metros de com-

primento, construídas com enormes blocos de pedras, trabalhados

em ângulos com tal precisão que se encaixam uns aos outros,

sem necessidade de qualquer tipo de massa aglutinante ou

cimento. Muitos têm mais de 5 metros de altura (há um com 9

metros e 360 toneladas). Há complexos arquitetônicos que podem

ser obra de cerca de 25 mil homens, durante 3 ou 4 gerações.

Quando se observam hoje construções que os espanhóis assentaram sobre alicerces ou destroços

incas, vê-se uma diferença significativa no acabamento.

Agronomia

A agricultura andina é fundamentada em milênios de observação e um extenso processo de

Nada surpreende tanto nas

realizações dos incas, ainda

nos dias atuais, quanto a

arte de criar espaços

organizados, buscando

soluções urbanas, princi-

palmente através de

edificações destinadas a

abrigar diferentes tipos de

atividades sociais,

religiosas e econômicas

Outro marco zero para uma história da ciência latino-americana

102 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

domesticação de plantas, que no século XVI chegou a um desenvolvimento excepcional. A semeadura,

a colheita e a armazenagem davam lugar a práticas que introduziam novas aprendizagens e implemen-

tavam novas técnicas. Era freqüente que o nicho ecológico, onde se desenvolvia essa agricultura,

apresentasse exigências que obrigavam a introdução de modificações no terreno e nos sistemas de

aproveitamento de águas. Assim eram criadas novas oportunidades de desenvolvimento de conhe-

cimentos. Também nos surpreende o cultivo de mais de 84 variedades de milho, com grãos de diferentes

tamanhos e cores (verde, branco, amarelo e roxo – deste fabricavam a chicha, um fermentado semelhante

à cerveja, muito consumido nos países andinos). Antes da chegada dos conquistadores, eram culti-

vadas variedades de algodão de diferentes cores (branco, bege, ocre, vermelho e violeta), que os

espanhóis, ao vê-las nos tecidos, julgavam serem tingidas. A quinua, cereal de alto valor proteico e

vitamínico, riqueza agrícola inca, hoje volta a ser cultivada na Bolívia.

Entre os diferentes tipos de processos agrícolas, os cultivares em terraços ou andenes são dos

feitos mais notáveis da agricultura andina, que tinha como base o constante equilíbrio com a Pachamama

(a Mãe Natureza). Com a sua aplicação conseguiram transformar terrenos impróprios, por seus desní-

veis e escarpas, em extensões planas. Esse processo garantia também a eliminação da erosão, a

facilitação da irrigação e o aproveitamento em momentos precisos dos excedentes de água por per-

colação. As águas das geleiras eternas dos Andes eram conduzidas em extensos e sofisticados aque-

dutos e transformavam regiões estéreis em vales férteis.

As ferramentas agrícolas incas eram muito simples, pois a não existência da roda e de animais de

tração impossibilitava maior sofisticação tecnológica. Por outro lado, os processos de armazenagem

em silos, com sistemas de aeração e de conservação de alimentos, implicavam técnicas bem elabo-

radas, que incluíam desidratação, maceração e congelamento.

Com o estabelecimento da colonização, rebanhos de milhões de lhamas, de alpacas, de vicunhas

e de guanacos (camelídeos andinos) foram dizimados com o pretexto de a vicunha ser um símbolo de

veneração pagã. Os incas não conheciam o gado bovino (os camelídeos se constituíam na fonte de

carne e leite), nem o eqüino (a ausência de cavalos foi decisiva na perda de embates com os espanhóis,

que os possuíam, apesar de esses animais terem problemas com altitudes).

Medicina: a saúde e as doenças

Entre os incas, a saúde era o resultado da harmonia entre o homem e Deus. A saúde se conseguia

mediante esforços, sacrifícios e a purificação dos pecados, obtida pela confissão vocal dos mesmos. A

doença era considerada como um transtorno que afetava a unidade

corpo-espírito ou o equilíbrio com a natureza ou o grupo social.

O saber médico incaico preocupava-se, fundamentalmente, com

as causas sobrenaturais das enfermidades; mas as causas naturais,

ou melhor, os fatores que eram mais facilmente reconhecíveis

(traumatismos, influência do frio ou do calor, ação das fases da lua,

certas condições pessoais como consumo excessivo de bebidas

alcoólicas, mau comportamento, ira retida) ofereciam elementos para

mostrar como se geravam culpas e, em conseqüência, o desequilíbrio.

Havia, assim, um grupo de doenças sobrenaturais ou da alma, que

se associavam às doenças do corpo.

A principal ação do curandeiro era dar ao paciente o conhecimento de

sua doença, procurar mostrar-lhe as possíveis causas e com isso afastar

o medo que a ignorância da causa da doença produzia. Os curandeiros eram em geral anciãos doutos e

distinguidos pelo respeito da comunidade; eram também os amautas ou os filósofos naquele meio social.

Entre os incas, a saúde

era o resultado da

harmonia entre o

homem e Deus. A

saúde se conseguia

mediante esforços,

sacrifícios e a purifica-

ção dos pecados,

obtida pela confissão

vocal dos mesmos

103

As cirurgias curativas eram em nú-

mero muito significativo e muito diver-

sificadas. Entre essas merecem

destaque as cesarianas e as trepa-

nações cranianas. As primeiras eram

empregadas para prevenir partos

naturais nos quais se diagnosticara

mau posicionamento fetal e, principal-

mente, para auxílio às índias grávidas

com parto difícil. Há notícias de cesá-

reas punitivas e antropofágicas em

algumas regiões, até porque fetos

eram usados em algumas práticas

sacrificais.

Quanto às trepanações crania-

nas, por serem práticas surpreen-

dentes pelas exigências de conhe-

cimentos (a medicina ocidental só

as praticou muito tardiamente), há

ainda muitas discussões. Sabe-se

que eram largamente praticadas e

muitas delas estão certificadas. Os motivos pelos quais realizavam essas audaciosas cirurgias são

objeto de discussões, mas parece que a maioria tinha finalidade curativa, sem que se descarte a possi-

bilidade de práticas rituais e, talvez muitas delas realizadas post-mortem, para aproveitamento do cére-

bro de algum morto ilustre. Uma hipótese não descartada era o uso de trepanação para a cura da

epilepsia

. Os instrumentos cirúrgicos para serrar ossos na cabeça eram de uma liga de ouro, prata e

cobre, que tinha a dureza do aço. Da mesma liga eram as agulhas para costuras cirúrgicas. Havia

instrumentos de corte de obsidiana e de sílex.

Matemática

Os incas conheciam geometria plana para medir os terrenos. Para aqueles irregulares – e precisavam

fazer isso muitas vezes, pois os terrenos eram constantemente repartidos – necessitavam medir ângulos

e o faziam através da medição por graus. Criaram um conhecimento matemático para resolver pro-

blemas práticos, como o registro de censos populacionais, agrícolas e pastoris. Para tanto desenvol-

veram processos engenhosos, que ainda oferecem desafios de interpretação: os quipus.

Os quipus eram, certamente, sistemas de registros numéricos. Assim, descarta-se a hipótese de

que fossem apenas úteis engenhos para se executarem cálculos, mesmo que se conheçam descrições

onde eram construídos de uma maneira semelhante ao ábaco oriental. Os quipus, mesmo que sejam

instrumentos para calcular – e até para isso talvez não fossem práticos, pois os nós eram fixos –, eram

instrumentos de registros de informações.

De um único quipu se tiravam informações sobre o número de machos e de fêmeas formadores de

rebanhos e, ainda, quantos animais haviam nascido e morrido em cada um dos meses de um deter-

minado ano. Um outro uso dos quipus era nos serviços de correios, nos quais chasques levavam

mensagens, por longas distâncias, geralmente relacionadas com decisões governamentais.

Em Cusco, antes da conquista espanhola, havia colégio destinado à aristocracia cusquenha e aos

nobres das províncias, onde os jovens, durante quatro anos, estudavam a língua quíchua, o uso dos

Machu Pichu, localizada próximo a Cuzco, é um exemplo contundente

da arquitetura e engenharia incaica. Conhecida como ‘cidade perdida’,

por ter ficado desaparecida durante três séculos, foi descoberta por

Hiram Bingham, em julho de 1911, e imediatamente explorada por uma

expedição arqueológica da Universidade de Yale (EUA).

Outro marco zero para uma história da ciência latino-americana

104 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

quipus e os fundamentos de seus cálculos e de seus cômputos, além da história e da mitologia incaica.

Astronomia e astrologia

Como as práticas matemáticas, a astronomia representava um dos estágios mais avançados da

atividade intelectual. A observação de algumas informações nos ajudarão a nos despirmos um pouco

de preconceitos em sempre associar os calendários indígenas à astrologia ou ao misticismo. Se com-

pararmos calendários (o usado na Europa quando da conquista e mesmo o atual), podemos verificar o

quanto os pré-colombianos tinham calendários precisos.

Muito provavelmente nos estudos dos fenômenos naturais, principalmente nos astronômicos, os

incas alcançaram um grau tão elevado quanto os caldeus, um dos povos antigos mais adiantados. Não

devemos nos surpreender que os incas, como os demais ameríndios, fossem geocêntricos. Aliás toda

civilização ocidental, quando da descoberta da América era geocêntrica.

Metalurgia, ourivesaria e artesania

O uso de alguns metais na fabricação de jóias e de objetos de culto e a combinação de diferentes metais

para a produção de ligas exigiam conhecimentos de metalurgia, que são atestados pela produção de obras

encontradas em pesquisas arqueológicas. Também possuíam um elevado conhecimento de técnicas de

mineração, pois tinham um complexo sistema de aproveitamento da prata das minas de Potossi.

Hoje se encontram em museus obras que nos obrigam a fazer releituras. Isso se verifica quando nos

encantamos particularmente com peças de ourivesaria – recordando que as jóias de ouro e prata

foram, em sua maior parte, fundidas pelos conquistadores para aumentar os tesouros de cortes euro-

péias. Também as peças em cerâmica, destinadas ao uso doméstico, industrial e comunitário e as

usadas como instrumentos didáticos para transmitir preceitos de saúde e de higiene são admiráveis,

especialmente se nos damos conta que, por não disporem da roda, não tinham torno para a molda-

gem. As obras em tapeçaria tinham finalidades decorativas nos palácios e nos templos e se consti-

tuíam também em suportes para relatos históricos. São obras que, presentes as limitações dos

instrumentais citados, trazem ainda maiores admirações. Nessa mesma direção pode-se referir à vasta

produção de tecidos destinados ao vestuário, pois o clima frio exigia roupagem adequada.

Epílogo

A limitação na extensão do texto faz restrições. É recomendável que se busque, com a ampliação

da dimensão aqui acenada, mediada pelas duas outras citadas, leituras diferentes das usuais. Isso

pode ser um facilitador para entendermos ainda mais a história da ciência.

Notas

O apreço que os nativos tinham e têm pela Pachamama – a Gaia da mitologia grega – evidencia o quanto

já havia entre os ameríndios uma preocupação com a natureza, tendência que aparece no mundo ocidental

só recentemente, traduzida pelos movimentos ecológicos.

Isso não deve nos surpreender, pois, em 1949, o Prêmio Nobel de Medicina foi concedido ao médico

português Abreu Freire Egas Moniz, pelo desenvolvimento da lobotomia (incisão no cérebro) para o tratamento

da esquizofrenia e da paranóia, hoje considerado um método bárbaro.

Para saber mais

ASCHER, M. & ASCHER, R. Code of the quipu. Ann Arbor: The University of Michigan Press, 1981.

CHASSOT, A. Alfabetização científica: questões e desafios para a educação. Ijuí: Editora Unijuí, 2000.

ESTRELLA, E. Las culturas precolombinas (Coleção Historia de la Ciencia y de la Tecnica). Madrid: Alkal,

1992. v. 10.

LEMOINE, M. Bolívia: guerra aos camponeses da coca. Atenção, ano 1, n. 2, p. 44-48, dez 1995/jan 1996.

105

Este artigo comenta duas descobertas muito próximas: os

raios X e a radioatividade, mistérios que fizeram revelações

no ocaso do século passado.

raios X, radioatividade, Becquerel, Röntgen,

ciência no final do século XIX

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 2, 1995.

m “Alquimiando a química” (QNE, n° 1, 1995), referi-

me que poderíamos considerar entre as primeiras

conquistas da física a descoberta de um ances-

tral nosso (talvez ainda mais próximo do macaco do que

o homem) ao verificar que com uma vara poderia alcançar

um fruto mais alto em uma árvore. Vimos que, muito

provavelmente, as primeiras descobertas da química

relacionam-se à conservação de alimentos; à extração,

produção e tratamento de metais; à produção de

pomadas, óleos aromáticos e venenos; a técnicas de mu-

mificação; à produção de esmalte e corantes. O fantástico

domínio do fogo, entre muitas alternativas, ofereceu opor-

tunidades para o fabrico de utensílios de cerâmica, vidro,

porcelana e metal e para a produção de materiais de cons-

trução, como argamassa, tijolos, ladrilhos.

Vamos nos deter, aqui, em tempos menos remotos,

um tempo de magníficas descobertas de que não somos

apenas espectadores. Com nossos alunos, somos parti-

cipantes das transformações que modificam nosso

mundo. É recomendável que nós — professoras e profes-

sores de química — colaboremos para que essas modifi-

cações visem a uma melhoria de vida.

Uma sugestão importante é que mostremos a nossos

alunos o quanto é importante seu papel nos avanços da

ciência nos dias atuais. É recomendável olhar com eles

as modificações que a ciência faz a cada dia em nosso

mundo. Se há dois anos vocês vissem alguém falando

em um telefone celular, provavelmente o olhariam com

desconfiança, e se há cinco anos alguém lhes contasse

que uma mensagem, com desenhos e fotografias, poderia

ser mandada quase instantaneamente por fax para o

Japão, talvez dissessem se tratar de ficção científica. Ou

se alguém, há dez anos, lhes mostrasse um CD e dissesse

que o mesmo continha mais músicas e com melhor quali-

Attico Chassot

Centro de Ciências Humanas da UNISI-

NOS, São Leopoldo - RS

Raios X e radioatividade

106 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

dade de reprodução que um enorme disco de

vinil, isso seria quase incrível, como ainda nos

parece impossível que apenas um CD possa

conter mais informações (e com muito mais

recursos visuais e sonoros) que uma enciclopé-

dia de dezenas de volumes.

Talvez seja importante mostrar que quando

seus alunos nasceram o fato de serem meninas

ou meninos já não era surpresa para aqueles

que os esperavam, mas quando os pais deles

nasceram os avós ficaram sabendo o sexo do

filho ou da filha no dia do nascimento... Quando

e como tudo isso aconteceu? Uma sugestão

importante é que nossos alunos perguntem aos

pais ou avós como era o mundo em que eles

viviam quando tinham a idade deles — por

exemplo, como eram feitos os diagnósticos

médicos quando ainda não eram usados os

raios X. Com isso, poderão entender um pouco

como acontecem essas modificações, tão

constantes a menos de 50 meses do ano 2000.

Sugira a seus alunos que procurem imaginar

como será o mundo do futuro.

Esta véspera de um novo século e de um

novo milênio nos enseja perguntas: Como fo-

ram os tempos que antecederam a última virada de século? Que descobertas ocorreram então?

Vocês sabem, por exemplo, que há cem anos não havia aviões, e que mesmo os automóveis eram

vistos com espanto, pois era inconcebível uma carruagem que andasse com a inacreditável velocidade

de 20 km por hora e ainda por cima sem nenhum cavá-lo a puxá-la? Há um século, praticamente

não havia telefones e a principal forma de comunicação era o correio, tanto dentro das cidades

como entre lugares distantes. Por exemplo: Paris tinha um sistema bastante rápido de correio pneumá-

tico: uma rede de tubos em que as cartas eram impulsionadas por ar comprimido. Então, as ruas

eram iluminadas a gás, pois a eletricidade mal começava a ser usada.

As descobertas dos raios X e da radioatividade foram acontecimentos que marcaram o ocaso

do século passado. Neste texto vamos oferecer alguns subsídios sobre essas duas grandes

descobertas — ocorridas há cem anos, mas ainda significativas para nós —, para que vocês possam

recordar esses dois centenários em suas aulas.

Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) espantou o mundo ao anunciar, no final de 1895, a descoberta

de “um novo tipo de raio” e demonstrar que com esses raios se podia ‘ver’ dentro do corpo humano.

Henri Becquerel acreditou inicialmente serem os raios descobertos por Röntgen os que percebia

nos sais de Urânio que estudava, mas em 9 de março de 1896 anunciava a descoberta de novas

radiações.

Röntgen, na noite de 8 de novembro de 1895, trabalhava com uma válvula com a qual estudava

a condutividade de gases

. A sala estava totalmente às escuras. A certa distância da válvula havia

uma folha de papel, usada como tela, tratada com platinocianeto de bário. Röntgen viu, com es-

panto, a tela brilhar, emitindo luz. A válvula estava coberta por uma cartolina negra, e nenhuma luz

Wilhelm Konrad Röentgen (1845-1923)

107

ou raio catódico poderia ter vindo dela. Surpreso,

fez várias investigações. Virou a tela, expondo o

lado sem o revestimento de platinocianeto de

bário, e essa continuava a brilhar. Colocando

diversos objetos entre a válvula e a tela, viu que

todos pareciam transparentes. Não demorou a

ter a surpresa maior: viu na tela os ossos de sua

mão.

Intrigado com sua descoberta, Röntgen

trabalhava sozinho, fazendo novas investiga-

ções. Sua mulher notou suas inquietações e ele

lhe disse apenas que trabalhava em algo impor-

tante, mas confessava-se incrédulo e precisava

convencer-se de sua descoberta. Registrou em

chapas fotográficas suas observações, e só

então teve certeza do que estava descobrindo.

Anunciou que, com sua descoberta, se poderia

pela primeira vez ver dentro do corpo humano

sem precisar abri-lo. É fácil imaginar a surpresa

de muitos, pois ainda havia quem desaconse-

lhasse certas cirurgias porque o bisturi poderia

cortar a alma.

Em 28 de dezembro de 1895, Röntgen entregou à Sociedade Físico-Médica de Würzburg,

Alemanha, um relatório preliminar de sua descoberta, descrevendo as pesquisas ‘secretas’ que

fizera nas sete semanas anteriores: os objetos tornavam-se transparentes diante dos novos raios,

que por serem desconhecidos chamou de raios X. As chapas fotográficas eram sensíveis aos raios

X; não se podia ver qualquer reflexo ou refração dignos de nota ao se desviá-los com um campo

magnético. Os raios X se originavam na área da ampola de descarga onde os raios catódicos

colidem com a parede de vidro.

Em janeiro de 1896, era enorme a comoção em todo o mundo com a notícia da descoberta dos

raios X. É fácil imaginar o deslumbramento com a novidade, pois esses raios tornavam quase tudo

transparente, e com eles se podiam ver os próprios ossos.

Podiam-se ver os dedos sem os músculos, mas com anéis, ou

uma bala que estivesse alojada no corpo. A medicina debruçou-

se de imediato sobre as possibilidades da descoberta. Podemos

avaliar as repercussões disso num momento em que se

começava a buscar explicações sobre a natureza da matéria.

Em 23 de janeiro, Röntgen fez seu único pronunciamento

público sobre a descoberta e foi aplaudidíssimo. Físicos e

estudiosos ligados à medicina começaram a investigar os novos

raios. No ano de 1896 já havia mais de mil trabalhos publicados

sobre o assunto, mas por pelo menos 16 anos não houve dados

convincentes para se explicar a natureza dos raios X. Por fim,

os trabalhos de Max von Laue e de Friedrich e Knipping esclareceram que os raios misteriosos eram

resultado da colisão de raios catódicos (elétrons) contra os elétrons do cátodo.

Atualmente, são considerados raios X as radiações eletromagnéticas com comprimento de onda

Antoine Henri Becquerel

Em janeiro de 1896 a

comoção da comunidade

científica em torno dos raios

X foi enorme. Agora podiam-

se ver os dedos sem os

músculos. A medicina

debruçou-se de imediato

sobre as possibilidades da

recente descoberta

Raios X e radioatividade

108 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

no intervalo aproximado de 10

-11

a 10

-8

m (0,1 a 100 Å), resultantes da colisão de elétrons produzidos

em um cátodo aquecido (ocorre uma emissão termoiônica) contra elétrons de ânodo metálico. Ao

contrário, portanto, das radiações, originadas nos núcleos atômicos, com as quais se assemelham

em intensidade, os raios X têm origem extra-nuclear.

Em 1901, Röntgen foi laureado com o primeiro Prêmio Nobel de Física. Em 1914, assinou com

outros cientistas alemães um documento de solidariedade a uma Alemanha belicista. Posteriormente,

arrependeu-se muito por essa adesão ao militarismo, sofrendo com o envolvimento de seu país na

Primeira Guerra Mundial. Faleceu em Munique, em 10 de fevereiro de 1923, com 78 anos.

Uma outra descoberta revolucionaria as concepções sobre a natureza da matéria: a radioativi-

dade. Entre os cientistas que se surpreenderam com as descobertas de Röntgen estava o matemá-

tico francês Henri Poincaré. Em 20 de janeiro de 1896, ele mostrava a seus colegas da Academia de

Ciências da França as fotografias que Röntgen lhe enviara. Um deles, Henri Becquerel, perguntou-

lhe de que parte da válvula emergiam os raios, e Poincaré res-

pondeu que esses provavelmente eram emitidos da área da

válvula oposta ao cátodo, a área em que o vidro se tornara

fluorescente. Becquerel imediatamente procurou uma relação

entre raios X e fluorescência, e já no dia seguinte iniciou suas

próprias experiências a respeito.

Membro de uma família de quatro gerações de físicos de

renome, Henri Becquerel tinha interesse pela fosforescência e

pela fluorescência, e a descoberta de Röntgen o levou a fazer

observações para verificar se substâncias fosforescentes ou fluorescentes emitiam raios X. Os pri-

meiros resultados foram negativos.

Eis parte do relatório (SEGRÈ, 1987, p. 29) que ele fez à Academia em 24 de fevereiro de 1896,

após experiências com um sal de urânio:

“Cobri uma chapa fotográfica com duas folhas de papel negro grosso, tão grosso que a

chapa não ficou manchada ao ser exposta ao sol um dia inteiro. Coloquei sobre o papel uma

camada de substância fosforescente e expus tudo ao sol por várias horas. Quando revelei a

chapa fotográfica, percebi a silhueta da substância fosforescente sobre o negativo... A mesma

experiência pode ser feita com uma lâmina de vidro fina colocada entre a substância fosfores-

cente e o papel, o que exclui a possibilidade de uma ação química resultante dos vapores

que poderiam emanar da substância quando aquecida pelos raios solares. Portanto, podemos

concluir dessas experiências que a substância fosforescente em questão emite radiações

que penetram no papel opaco à luz...”

Era como se os raios X fossem emitidos pelo composto de urânio. Quando a Academia voltou a

se reunir, em 2 de março, Becquerel já tinha outros resultados. Como o tempo mudara em Paris e

nos dias 26 e 27 de fevereiro houvesse muito pouco sol, ele colocou as chapas fotográficas em um

gaveta escura, deixando sobre elas o sal de urânio, envolto em papel. Extraída da mesma fonte

antes citada, eis aqui uma parte de seu relatório à Academia:

“Como o sol não voltou a aparecer durante vários dias, revelei as chapas fotográficas a 1º de

março, na expectativa de encontrar imagens muito deficientes. Ocorreu o oposto: as silhuetas

apareceram com grande nitidez. Pensei imediatamente que a ação poderia ocorrer no escuro.”

Esse é um relato em que o acaso e a perspicácia foram decisivos. Becquerel creditou méritos

dessa descoberta a seu pai e a seu avô, que trabalharam com o mesmo assunto. Mas ele, no

momento propício, fez uma descoberta muito importante, que não teve a princípio, no entanto, a

Membro de uma família de

quatro gerações de físicos

de renome, Henri

Becquerel tinha interesse

pela fosforescência e pela

fluorescência

109

Nota

A descoberta do elétron e muitos outros estudos do final do século passado estão relacionados com esse

terceiro tipo de condutor de eletricidade (os outros são os metais e as soluções eletrolíticas). Para estudar

esse tipo de condução elétrica construíam-se tubos de vidro com pressões muito baixas, próximas ao vácuo

(pressão inferior à pressão atmosférica) e depois se estabeleciam diferenças de potenciais entre eletrodos

para verificar a condução de corrente elétrica pelos gases dos tubos, nas diferentes condições de baixas

pressões.

Referência bibliográfica

SEGRÈ, Emilio. Dos raios X aos quarks. Físicos modernos e suas descobertas. Brasília: Editora da UnB, 1987.

Para saber mais

 O livro de Emilio Segrè — Prêmio Nobel de Física em 1959 — acima referido traça um agradável pa-

norama da ciência no final do século XIX, mostrando o quanto, por exemplo, as descobertas dos raios X e

da radioatividade determinaram alterações na física que atingiram de imediato a biologia (e nesta, a genética

em particular), a geologia, a medicina e a química.

 O capítulo 10 de A ciência através dos tempos, de Attico Chassot — resenhado no nº 1 de QNE —, trata

das modificações havidas na ciência por ocasião da última virada de século e complementa o texto acima.

Nesse capítulo, apresenta um pouco da biografia de Pierre e Marie Curie.

 Uma recomendação para quem quiser conhecer uma história marcada pelo amor entre marido e mulher

e pelo amor à ciência é conhecer um pouco mais a biografia de Pierre e Marie Curie. Entre as várias biografias

do casal Curie existe uma escrita por uma das filhas do casal, Eva Curie — a outra, Irene, casou-se com

Frederic Joliot, com quem ganhou o Prêmio Nobel de Química em 1935 —, publicada pela Biblioteca de

Seleções em 1962. Existe também um excelente filme, que tem passado nos canais por assinatura: Ma-

dame Curie (USA, 1944, 117 min).

 Sugira a seus alunos e alunas pesquisar sobre a contribuição do brasileiro Manuel Abreu para a radiolo-

gia e qual a importância da abreugrafia.

 Outra sugestão é procurar conhecer, também, os perigos provocados pelas radiações, tanto as dos raios X

quanto as emitidas por substâncias radioativas. Organize em sala de aula uma discussão sobre os cuidados

que se deve ter com as radiações e particularmente com os raios X. Convide um profissional da área de

radiologia para discutir esses assuntos em classe, mostrando também os cuidados que se deve ter com as

radiações produzidas pelos aparelhos de televisão.

repercussão do trabalho de Röntgen. Já em 9 de março de 1896, Becquerel descobrira que a radiação

emitida pelo urânio não apenas escurecia as chapas fotográficas, mas também ionizava gases,

transformando-os em condutores.

Dois anos depois da descoberta de Becquerel, Pierre e Marie Curie entram em cena nos eventos

que modificaram o panorama da ciência na última virada do século. Primeiro, pesquisaram os ‘raios

de Becquerel’ em outros elementos além do urânio, descobrindo então o polônio e o rádio, modifi-

cando completamente a nova ciência da radioatividade. As descobertas mostraram que, diferente

dos raios X, as radiações descobertas por Becquerel eram de origem nuclear. As descobertas de

Becquerel — evidenciando que alguns átomos eram instáveis e emitiam diferentes partículas e

radiações — exigiram, então, novas propostas de modelos para os átomos, que não mais podiam

ser considerados indivisíveis.

Raios X e radioatividade

110 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

energia constitui um assunto de grande

importância nas sociedades contemporâneas,

sendo um tema de grande interesse veiculado

em todos os meios de comunicação. Define-se energia

como a capacidade que os objetos ou sistemas têm de

realizar trabalho ou “o que se deve fornecer/retirar de um

sistema material para transformá-lo ou deslocá-lo” (Debeir

et al., 1993). Essa segunda definição expressa a grande

abstração que caracteriza esse conceito.

A manifestação da energia, no entanto, pode acontecer

associada a diversos fenômenos concretos, levando-a a

assumir variados significados, como calor, luz, trabalho,

movimento, eletricidade etc. Muitas dessas diferentes

manifestações de energia foram observadas desde tem-

pos remotos, mas esses fenômenos eram considerados

independentemente, uma vez que a relação entre eles

não havia sido formulada.

Entre as inúmeras formas de energia, o calor e a

eletricidade foram certamente de grande importância para

o desenvolvimento técnico-científico ao longo dos tem-

pos. A revolução industrial, responsável por uma maior

aproximação entre a ciência e o sistema produtivo, fun-

damenta-se, inicialmente, na utilização da energia

produzida por máquinas a vapor e, num segundo

momento, na tecnologia que foi desenvolvida a partir do

uso da eletricidade.

A sociedade moderna é muito dependente da energia

elétrica, que tem inúmeras aplicações: iluminação, aque-

cimento, comunicação etc. A transformação no modo de

vida da nossa sociedade foi fruto da tecnologia desenvol-

vida a partir das inúmeras pesquisas que contribuíram

para a compreensão da natureza da eletricidade.

Maria da Conceição Marinho Oki

Instituto de Química da Universidade

Federal da Bahia, Salvador - BA

Este artigo destaca a importância da energia elétrica no

desenvolvimento das sociedades humanas e nas suas

relações. De modo resumido, é apresentada a trajetória

que levou à compreensão da eletricidade e à sua utilização

na descoberta de novos elementos químicos, bem como

a contribuição dos estudos do fenômeno elétrico para

uma maior aproximação entre a química e a física.

energia, eletricidade, descoberta de novos

elementos químicos

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 12, 2000.

111

Primeiras idéias sobre a eletricidade: um fenômeno curioso e pouco importante

A eletrificação de certos materiais pelo atrito, fenômeno que hoje chamamos de eletricidade

estática, foi inicialmente descrito na antigüidade grega. Esse tipo de eletricidade se explica como

um acúmulo de carga elétrica positiva ou negativa em um dado material, em conseqüência de um

desequilíbrio de cargas decorrente de remoção ou acréscimo de elétrons. Esse fenômeno pode ser

observado, por exemplo, quando um pente plástico passado pelo cabelo várias vezes adquire carga

elétrica suficiente para atrair pequenos pedaços de papel ou cortiça.

Atribui-se ao filósofo grego Tales de Mileto (636-546 a.C.) a primeira descrição da atração exercida

pelo âmbar

sobre corpos leves como o papel e a cortiça, após ter sido atritado com a lã. Então, as

explicações para os fenômenos naturais eram baseadas em narrativas míticas ou forças sobrenaturais.

Esse filósofo inicia um novo modo de explicação da natureza, utilizando-se do elemento “água” como

princípio material que dá origem a todas as coisas, e usando a racionalidade para estabelecer

generalizações que visavam a sistematizar muitas mudanças e movimentos observados no mundo.

Inicialmente a eletricidade foi considerada um fenômeno curioso e de pouca importância, embora

algumas investigações significantes tenham sido realizadas (Laidler, 1993). Os estudos de maior

relevo até o século 16 foram realizados pelo físico inglês William Gilbert (1540-1603), que identificou

outros materiais feitos de vidro e de enxofre que se comportavam de modo semelhante ao âmbar

quando atritados. Segundo Gilbert, a eletrização dos corpos resultava da liberação de um “effluvium

material”

em conseqüência do aquecimento provocado pelo atrito. Para descrever suas observações,

ele usou a denominação “elétricos” para os que se comportavam como o âmbar, diferenciando-os

de outros “não-elétricos” como os metais.

O fluido elétrico e as primeiras idéias científicas

Novos estudos sobre a eletricidade aconteceram no século 17, impulsionados pela construção

de aparelhos que ficaram conhecidos como máquinas ou geradores eletrostáticos (Figura 1), conce-

bidas pelo físico alemão Otto von Guericke (1602-1686). Essas máquinas foram utilizadas, em

diferentes modelos, para gerar cargas elétricas na forma de centelhas, permitindo a utilização desse

tipo de eletricidade (estática) em diversos experimentos. As cargas eram produzidas, por exemplo,

Figura 1 – Ilustração de uma máquina eletrostática contida no famoso livro de von Guericke Experimenta Nova,

de 1672.

A eletricidade e a Química

112 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

quando corpos esféricos sólidos de enxofre eram submetidos ao atrito nesses equipamentos (Ros-

morduc, 1988). Nesse período, a atração e geração de cargas elétricas por fricção eram considerados

fenômenos elétricos fundamentais; no entanto, atribuía-se à repulsão entre os corpos uma menor

importância (Kuhn, 1996).

Os séculos 17 e 18 foram de grande produção empírica nas ciências naturais e os estudos nesse

campo intensificaram-se; muitos experimentos foram realizados ao lado de tentativas de elaborações

teóricas. Este período é fortemente influenciado pelo pensamento cartesiano e mecanicista, o que

explica as propostas de generalização de modelos mecânicos para interpretação de fenômenos

físicos. Numerosos conceitos de eletricidade foram formulados tendo como base a filosofia mecânico-

corpuscular. As concepções de “fluidos sutis” foram muito utilizadas e a eletricidade era concebida

como uma espécie de fluido invisível e sem peso, que podia passar de um corpo para outro.

Em 1729, Stephen Gray (1666-1736) descobriu o importante fenômeno da condução elétrica e

distinguiu os corpos condutores de eletricidade e os não-condutores ou isolantes. Ainda nesse século

surgiu a proposta do físico francês Charles François de Cisternay Dufay (1692-1739) de divisão da

eletricidade em dois tipos: resinosa e vítrea, levando em conta a natureza do material atritado. Ele

observou que objetos contendo eletricidade resinosa eram atraídos por outros portadores de eletricidade

vítrea, enquanto corpos que possuíam um mesmo tipo de eletricidade se repeliam quando apro-

ximados.

As pesquisas de Dufay levaram à formulação da teoria dos dois fluidos que considerava como

neutra a matéria formada por iguais quantidades dos fluidos vítreo e resinoso. A eletrização acon-

teceria caso um corpo ganhasse uma quantidade em excesso de um desses fluidos e perdesse a

mesma quantidade do outro, de modo que a quantidade total dos fluidos permanecesse a mesma

(Laidler, 1998).

Discordando dessa teoria, o cientista americano Benjamin Franklin (1706-1790) propôs outra

teoria do fluido único. Um corpo não eletrificado deveria possuir uma quantidade normal de fluido

elétrico. Quando presente em excesso, esse imprimiria uma

carga positiva ao corpo e a sua deficiência implicaria uma

carga negativa.

As teorias que consideravam a eletricidade um fluido

capaz de circular através de condutores estimularam no-

vas investigações sobre a condução elétrica. A idéia de

fluidos imponderáveis foi usada, também, para explicar

outros fenômenos estudados, como o calor, a luz, o magne-

tismo etc.

Fluido galvânico e eletricidade: a busca de

uma identidade

Considerando que a eletricidade tinha uma natureza ma-

terial, alguns investigadores passaram a realizar tentativas

de engarrafar o fluido elétrico (Kuhn, 1996). Em meados

do século 18, começaram a ser usados instrumentos que

armazenavam a eletricidade gerada por atrito, os

capacitores primitivos ou garrafas de Leyden, que consti-

tuíram-se em importantes equipamentos de pesquisa e

tecnologia nesse campo.

As centelhas elétricas passaram a ser usadas para

Benjamin Franklin (1706-1790).

113

produzir reações químicas. Esse recurso foi utilizado, por

exemplo, na síntese da água realizada pelo químico inglês

Henry Cavendish (1731-1810) através da combinação dos

gases hidrogênio e oxigênio após a passagem da centelha

na mistura de reação.

Embora tenham ocorrido alguns avanços empíricos, uma

dificuldade nesse período era a utilização de cargas elétricas

em movimento por um longo tempo, ou seja, a eletricidade

dinâmica ou galvânica. Essa situação começa a se modificar

com estudos pioneiros no campo da eletrofisiologia realizados

pelo médico italiano Luigi Galvani (1737-1798) que pretendia

encontrar relações entre a eletricidade e os organismos vi-

vos.

Em suas pesquisas, ele observou que descargas elétricas

provocavam a contração em músculos de rãs mortas que

estavam sendo estudadas. O contato do animal com metais

diferentes promovia o fechamento de um circuito de natureza

elétrica, ocasionando a contração muscular. Galvani explicou

os fenômenos observados usando um novo tipo de fluido

invisível chamado eletricidade animal, considerando que a eletricidade era gerada nos tecidos do

animal e que os metais atuavam apenas como condutores.

As pesquisas sobre eletricidade animal estimularam novos estudos realizados por Alessandro

Volta (1745-1827), professor da Universidade de Pavia, que discordando da explicação de Galvani,

supôs que a eletricidade poderia ser gerada pela conexão entre os dois diferentes metais colocados

em contato com o animal. Esse pesquisador reconheceu que o animal morto agia meramente como

condutor mas, de modo equivocado, achava que a eletricidade gerada era devido ao contato entre

dois metais diferentes, propondo a “teoria da eletricidade por contato”, que foi aceita por muitos

anos em virtude do prestígio que gozava o seu autor no meio cientifico (Tolentino e Rocha-Filho,

2000).

Tomando como base sua teoria e utilizando-se do

empilhamento de discos de metais diferentes tais como Cu/

Sn ou Zn/Ag, separados por pedaços de papel ou tecido

umedecidos com água salgada, Volta conseguiu produzir

uma corrente elétrica, mesmo desconhecendo o papel que

a água salgada desempenhava no experimento, e esta-

beleceu evidências para a existência da eletricidade metálica

através da construção da “pilha” voltaica. Esse nome

relacionava-se com a palavra ‘empilhamento’, que

caracterizava o modo como eram arrumados os diferentes

metais nesse dispositivo. Tal artefato, primeiro gerador

eletroquímico, era capaz de produzir uma corrente elétrica

contínua cuja intensidade dependia da natureza do metal

usado, além do tamanho e número de chapas metálicas alter-

nadas na pilha (Leicester, 1971). Esse fato possibilitou a

realização de experimentos reprodutíveis e novos estudos

eletroquímicos. Entretanto, somente muito mais tarde com-

Michael Faraday (1791-1867).

Luigi Galvani (1737-1798).

A eletricidade e a Química

114 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

preendeu-se que nesses equipamentos estava ocorrendo uma reação química e que a energia

liberada quando o processo químico acontecia se manifestava na forma de corrente elétrica.

Mesmo tendo neste período sido vitoriosas as idéias de Volta em detrimento das de Galvani, a

existência da eletricidade animal foi posteriormente reconhecida e a sua contribuição marcou a

ciência; nomes como galvanismo, célula galvânica, galvanômetro ou ferro galvanizado são ainda

hoje usados nas publicações sobre esse assunto (Laidler, 1998).

Eletricidade: um novo meio de investigação da matéria

A divulgação dos resultados obtidos por Volta estimulou a realização de novos experimentos

utilizando a “pilha elétrica” e o uso da eletricidade para a decomposição da água nos gases hidrogênio

e oxigênio, o que foi feito pelos amigos Anthony Carlisle (1768-1840) e William Nicholson (1753-

1815), contribuindo para o aperfeiçoamento de um novo método de análise: a eletrólise.

Apesar do grande interesse que despertavam os fenômenos elétricos e das tentativas de

elaborações teóricas surgidas, a natureza da eletricidade não estava esclarecida. Muitos cientistas

interessaram-se por esses fenômenos, entre os quais Humphry Davy (1778-1829), professor da

Instituição Real de Londres, que fundamentava seus estudos na hipótese de que as transformações

químicas e elétricas eram produzidas por uma mesma causa: a força resultante da atração e repulsão

entre cargas elétricas. Nesse período começavam a ser realizados alguns experimentos que

apontavam na direção de uma natureza elétrica da matéria, considerada ainda como uma hipótese.

Utilizando a eletricidade como um novo meio de estudo da matéria, Davy decompôs em 1807 a

potassa e a soda (álcalis cáusticos) fundidas. Esses experimentos levaram à descoberta do potás-

sio e do sódio, metais que não tinham ainda sido isolados, principalmente, devido à alta reatividade

química que os caracteriza. Em 1808, fazendo uso ainda do método eletroquímico, esse cientista

obteve também o magnésio, o cálcio, o estrôncio e o bário (Aaron, 1984).

A partir desse período, essa forma de energia passou a ser usada para cindir espécies químicas

até então difíceis de serem decompostas, iniciando uma grande transformação na química. Na

segunda metade do século 18, grandes modificações teóricas haviam sido introduzidas na química

graças ao importante trabalho de Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), que conseguiu derrubar a

teoria do flogístico e reconhecer o hidrogênio e o oxigênio como elementos químicos formadores da

água.

Muitas tentativas passaram a ser feitas para se justificar a formação de compostos químicos

considerando-se a interação entre cargas positivas e negativas, que nesse período supunha-se

existirem nas substâncias. As forças existentes entre tais cargas seriam as responsáveis pelas

combinações químicas e foram chamadas de forças de afinidade.

Para explicar os fenômenos, o químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) propôs uma

teoria elétrica para as reações químicas de acordo com a qual os átomos formadores de cada

elemento possuíam uma carga elétrica e polaridade definida. Classificou os elementos de acordo

com sua polaridade e ordem crescente de carga. Do seu ponto de vista, a combinação química

consistia na atração dos corpúsculos de cargas opostas e na neutralização da eletricidade com

liberação de calor entre os pólos opostos (Rheinboldt, 1995). Átomos com um mesmo tipo de carga

elétrica não podiam se combinar e, portanto, não seria possível a existência de moléculas diatômicas

homonucleares como H

, O

, N

, Cl

. Essa teoria eletroquímica constituiu a base teórica do sistema

dualístico proposto por Berzelius, e influenciou a produção científica da química no século 19.

As pesquisas realizadas por Berzelius relacionadas ao uso de corrente elétrica para produzir

transformações químicas ajudaram o químico e físico inglês Michael Faraday (1791-1867) a encontrar

relações de proporcionalidade entre a quantidade de matéria decomposta e a quantidade de eletri-

115

cidade utilizada, estimulando estudos quantitativos envolvendo a eletricidade. Faraday introduziu

uma nova nomenclatura para designar os pólos opostos presentes no sistema eletrolítico (anodo e

catodo) e estabeleceu o grau de afinidade química de dois elementos, relacionando-o com a facili-

dade desstes para se dirigirem para os pólos opostos em uma decomposição eletrolítica (Ben-

saude-Vincent e Stengers, 1992). Esses estudos se constituíram de grande importância para o

desenvolvimento da eletroquímica, propagando a idéia de que as reações químicas eram resul-

tantes de fenômenos elétricos.

A investigação da natureza íntima da matéria intensificou-se durante todo o século 19, contribuindo

para a consolidação da teoria atômica e a descoberta das partículas subatômicas que, efetiva-

mente, comprovarão as hipóteses sobre a natureza elétrica da matéria, anteriormente formuladas.

A compreensão do fenômeno elétrico ampliou-se com os estudos da energia em suas diferentes

manifestações e múltiplas possibilidades de conversão. Observou-se uma intensificação nas pes-

quisas geradas pela grande aplicabilidade da energia elétrica a partir do século 19. Novos estudos

teóricos foram estimulados relacionando a luz, a eletricidade e o magnetismo, que foram de grande

importância para o desenvolvimento da física, promovendo uma maior aproximação com a química

no século posterior e o grande avanço da ciência, certamente mais próxima da tecnologia.

Notas

O âmbar é uma substância sólida, resinosa e de origem fóssil. Em grego esse material se chama elektron,

ou electrum, em latim.

Effluvium ou eflúvio significa emanação sutil que exala dos corpos organizados.

Referências bibliográficas

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1992. p. 158.

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UnB, 1993. p. 16.

KUHN, T.S. A estrutura das revoluções científicas, Trad. de B.V. Boeira e N. Boeira. São Paulo: Editora

Perspectiva, 1996. p. 34-35, 88.

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Rio de Janeiro: Jorge Zahar Editor, 1988. p. 88.

TOLENTINO, M. e ROCHA-FILHO, R.C. O bicentenário da invenção da pilha elétrica. Química Nova na Escola,

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Para saber mais

LAIDLER, K.J. To light such a candle. Nova Iorque: Oxford University Press, 1998. p. 117, 119.

RHEINBOLDT, H. História da balança e a vida de J.J. Berzelius. São Paulo: Ed. Nova Stella / Edusp, 1995. p.

103.

Química Nova na Escola, n. 11, 2000. Este número contém diversos artigos relacionados ao tema pilhas

elétricas.

A eletricidade e a Química

116 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

lambiques, retortas e fornos estão sempre

presentes em imagens para caracterizar

alquimistas e químicos em seus laborató-

rios. Isso indica que tais instrumentos, utilizados

no processo de destilação, têm papel destacado

no imaginário relativo tanto à alquimia quanto à

química. Essa idéia não deixa de ter fundamento,

pois a destilação há muito tempo vem sendo uti-

lizada tanto nas artes que envolvem o tratamento

e a transformação de materiais quanto por estu-

diosos que buscavam afirmar ou elaborar idéias

sobre a composição da matéria.

Atualmente, a destilação, processo baseado

nas diferenças entre o pontos de ebulição das

substâncias, é adequadamente explicada pela

idéia de que a matéria é formada por partículas

que se movimentam e interagem. O fracionamento

do petróleo, a obtenção de álcoois e a extração

de essências são apenas alguns exemplos de pro-

cessos em que a destilação é empregada na

indústria. Além disso, a destilação é um dos prin-

cipais métodos de purificação de substâncias

utilizados em laboratório. Assim, a importância des-

se processo tão bem conhecido e claramente inter-

pretado por meio de modelos sobre as partículas

que constituem a matéria justifica sua inclusão em

qualquer curso de química de nível médio.

Entretanto, nem sempre a destilação foi consi-

derada uma operação tão trivial. Desde suas

origens e durante um longo período, a destilação

estaria ligada à preparação de poderosas ‘águas’

e à obtenção da ‘pedra filosofal’, do maravilhoso

‘elixir’ que promoveria a cura de todas as doenças

dos metais e dos homens. Seria também por meio

Maria Helena Roxo Beltran

Pesquisadora em regime de pós-doutora-

mento junto ao CESIMA da Pontifícia

Universidade Católica de São Paulo, São

Paulo - SP

Este artigo dá destaque à destilação, uma técnica muito

antiga e ainda hoje importante nas indústrias e laboratórios

químicos. A destilação também é um tópico muito

presente nos programas de cursos de nível médio, embora

seja raro professoras e professores discutirem a história

desse processo químico. São apresentadas algumas idéias

atuais sobre as origens e o desenvolvimento do processo

de destilação, além de algumas concepções acerca desse

processo elaboradas em diferentes épocas até o século

XVI e aspectos relativos a sua utilização, especialmente

na obtenção de medicamentos.

destilação: prováveis origens, concepções

até o século XVI, utilização do processo

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 4, 1996.

Destilação:

a arte de

“extrair virtudes”

117

Figura 1 – Desenhos presentes no manuscrito Parisi-

nus graecus 2327 (séc. XV), conforme Marcellin

Berthelot em seu Collection des Anciens Alchimistes

Grecs. Paris: G. Steinheil, 1887-88, p. 163.

da destilação que os iniciados extrairiam as ‘quintessências’ de vegetais, minerais e partes de ani-

mais, obtendo-se dessa forma puríssimos e poderosos medicamentos.

Possíveis origens da arte da destilação

Pode-se considerar que a destilação foi um dos desenvolvimentos promovidos pelos alquimistas

alexandrinos nas técnicas de se operar sobre a matéria. Tal consideração baseia-se nos estudos

realizados sobre os textos produzidos na Antigüidade que chegaram até os dias de hoje. Conforme

tais estudos, termos como ambix, lopas ou cucurbita e mesmo desenhos de alambiques estariam

presentes apenas nos escritos dos alquimistas alexandrinos

. De fato, nas principais fontes dos

textos alquímicos alexandrinos que sobreviveram até nossos dias em cópias manuscritas feitas

entre os séculos XI e XV, estão algumas figuras de instrumentos que os químicos de hoje podem

facilmente associar com aparatos destilatórios.

Entretanto, apesar das semelhanças observadas entre essas figuras e os instrumentos atualmente

utilizados, o processo de destilação era realizado naquela época num contexto muito diferente do

atual. A destilação era uma operação alquímica, relacionada portanto a um corpo conceitual origi-

nário de hibridizações entre idéias mágicas, religiosas e filosóficas, associadas aos conhecimentos

envolvidos nas práticas artesanais egípcias.

No laboratório, o alquimista procurava operar sobre a matéria de modo a aperfeiçoá-la, imitando o

que se acreditava ocorrer na natureza. Admitia-se que os metais seriam originados no interior da terra e

se aperfeiçoariam por um processo análogo à gestação. Assim, a transmutação que ocorreria natural-

mente, mas num tempo muito longo, poderia ser acelerada pelas operações alquímicas. Dessa forma,

admitia-se que os conhecimentos alquímicos permitiam ao adepto controlar as forças naturais. Por

isso, esses poderosos conhecimentos eram considerados divinos e sagrados, devendo portanto ser

mantidos em segredo. Além disso, referências a um momento de revelação em que o adepto recebia

esses conhecimentos podem ser notadas em muitos dos textos alquímicos.

Concepções filosóficas sobre a composição e as transformações da matéria também faziam

parte dos fundamentos da alquimia. A possibilidade de transmutar um metal em outro podia ser

justificada com base na idéia aristotélica de que a matéria fosse um ‘substrato amorfo’ impregnado

de qualidades. Assim, adequando-se as qualida-

des do metal de partida, seria possível obter prata

ou ouro. Uma forma de se fazer isso seria através

da eliminação das qualidades do metal comum

para se obter aquele ‘substrato amorfo’, aquela

matéria primordial sobre a qual seriam então im-

pressas as qualidades da prata ou do ouro. Para

realizar as operações necessárias, o alquimista

contava com um grande acervo de conhecimentos

técnicos que tiveram sua origem nas práticas

artesanais egípcias mas aos quais somaram-se

os métodos desenvolvidos pelos próprios alqui-

mistas, nos quais utilizavam poderosas ‘águas’ e

‘espíritos’

O processo de destilação provavelmente foi

concebido nesse contexto. A invenção dessa técnica

e dos instrumentos nela envolvidos é atribuída à

alquimista Maria Judia, que teria vivido no início da

Destilação: a arte de ‘extrair virtudes’

118 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

era cristã

. Entretanto, deve-se ressaltar que o termo destilação seria empregado só muito tempo de-

pois para identificar exclusivamente esse processo específico. Mesmo no início da idade moderna, o

termo destilar abrangia todos os processos em que se observava gotejamento, incluindo, portanto,

fusões e mesmo filtrações

Os aparatos destilatórios atribuídos a Maria Judia seriam naquela época empregados, por

exemplo, na obtenção de ‘águas sulfurosas’. Entre as ‘águas’ — termo durante muito tempo

empregado com referência a líquidos — destacava-se uma ‘Água Divina’, provavelmente uma solução

de polissulfetos que seria empregada no processo de imprimir as propriedades do ouro, tais como

a cor amarelada, ao material em transmutação. Também na separação de ‘espíritos’ a partir de

diferentes materiais, a destilação passaria a ser vista como processo fundamental.

Nota-se que aí já pode ser percebida a origem da idéia da possibilidade de se preparar um

agente capaz de transmutar qualquer metal em ouro, que viria a ser chamado ‘pedra filosofal’,

‘tintura’ ou ‘elixir’ e cuja busca viria a caracterizar a alquimia em todo o seu desenvolvimento.

Desenvolvimentos e empregos da destilação entre os árabes

As idéias e as práticas dos alquimistas alexandrinos seriam incorporadas e transformadas na

formulação da alquimia árabe, para a qual também contribuíram idéias orientais tomadas direta-

mente de suas fontes originais. Florescendo dentro de uma civilização em expansão, a alquimia

árabe não seria uma simples continuação das elaborações alexandrinas. Isso pode ser evidenciado

pela introdução da idéia de ‘elixir’, ausente naquelas fontes. Essa idéia teria suas origens nas

concepções chinesas sobre o equilíbrio da natureza. O elixir seria um medicamento universal, um

poderoso agente capaz de equilibrar as qualidades dos corpos, tornando-os perfeitos. Entretanto,

em textos como os atribuídos a Razes e os pertencentes ao corpus Jabiriano encontram-se referências

a “elixires” específicos que seriam utilizados em diferentes operações. Na busca desses ‘elixires’,

muitas vezes foram obtidos novos materiais, bem como produtos que encontraram utilizações diferentes

das pretendidas, inclusive como remédios. Nos textos árabes também são freqüentemente mencionadas

certas ‘águas agudas’, as quais podem ser hoje relacionadas especialmente a reagentes de caráter

básico. Entre as poderosas ‘águas’ também encontravam-se o vinagre e sucos de frutas destilados

A destilação também era utilizada em

manufaturas, como por exemplo na preparação

de perfumes, arte para a qual os árabes muito

contribuíram. Havia grandes centros onde eram

extraídos os aromas de rosas, violetas, jasmins

e de outros materiais. Para isso, as flores eram

maceradas em água e, em seguida, esse mate-

rial era destilado. Tal processo não era utilizado

na Antigüidade, predominando então o método

de extração de essências pela infusão de flores

em óleos ou gorduras

A aqua vitae e outras ‘águas’

medicinais

Transmitida ao ocidente medieval através das

fronteiras árabes na Península Ibérica, a alquimia

teria novos desenvolvimentos. Os primeiros

textos alquímicos foram traduzidos do árabe

para o latim a partir do século XII e, já no século

Figura 2 – Uma das ilustrações do livro de destilação

de Hieronymus Brunschwig, Das Buch zu Distilieren

die zusamen gethonen ding: Composita genant: durch

die einzigen ding, vn das buch Thesaurus pauperum

genant... Strassburg: B. Grüninger, 1532.

119

seguinte, estudiosos europeus escreviam textos relativos à “Grande Arte”. Pensadores renomados

como Alberto Magno e Roger Bacon dedicaram-se ao estudo da alquimia, embora tivessem visões

divergentes quanto à possibilidade de reproduzir, por meio dela, operações próprias da natureza —

uma discussão que, no mais, já estava presente no mundo árabe

Na alquimia medieval, a destilação também teria papel destacado, estando envolvida

particularmente na obtenção de ‘águas’ medicinais, entre as quais se encontra a aqua vitae. Tal

medicamento, obtido pela destilação do vinho, e que hoje seria considerado uma bebida alcoólica,

já estava em uso quando, ao final do século XIII, se passou a exaltar suas virtudes, especialmente

nas obras atribuídas a Arnaldo de Vilanova, Johannes de Rupescissa e Raimundo Lulio

Nos textos atribuídos a Raimundo Lulio, o produto obtido por sucessivas destilações da aqua

vitae era tido como um remédio tão poderoso que poderia ser considerado como um análogo dos

céus na terra. Esse remédio era chamado quintessência, numa alusão ao quinto elemento aris-

totélico constituinte dos céus. Assim, essa quintessência era

também denominada “o céu dos filósofos”. Nesse ‘céu’ poderiam

ainda ser fixadas ‘estrelas’, ou seja, as ‘virtudes’ que se acreditava

fossem extraídas dos vegetais, minerais e partes de animais

considerados curativos

. Isso era feito destilando-se o material

previamente macerado em aqua vitae. Podiam-se também obter

as quintessências puras dos materiais fazendo com que fossem

inicialmente ‘putrificados’, ou seja, fermentados, e em seguida

destilados.

Essa idéia de que cada material teria uma ‘virtude’ passível

de ser extraída por destilação tem fundamento numa concepção

do universo como rede de relações. A consideração de que, na

criação do mundo, Deus teria deixado marcas em cada coisa

encontrada sobre a terra foi bastante difundida a partir do

Renascimento. Dentro dessa visão, caberia ao estudioso da

natureza saber como conhecer essas marcas e relacioná-las por

meio de analogias. Assim, ao se extrair as quintessências dos

diferentes materiais, procurava-se uma aproximação com as

marcas de origem divina.

Os livros de destilação

A arte da destilação viria a ser amplamente difundida pela

nova arte da imprensa. Em tratados de mineração e metalurgia,

tais como Pirotechnia (1540), escrito por Vanoccio Biringuccio e

De re metallica (1556), de Georgius Agricola, encontram-se descri-

ções de instrumentos e métodos para se obter as “águas de partir”

utilizadas por metalurgistas e ourives. Mas seria especialmente

nos chamados ‘livros de destilação’ — nos quais, além de se

descrever instrumentos e fornos destilatórios, se discorria sobre

as virtudes das plantas, minerais e partes de animais considerados

curativos — que as vantagens da arte da destilação viriam a ser

enaltecidas.

Um dos mais difundidos livros de destilação foi o Liber de arte

distillandi..., escrito por Hieronymus Brunschwig, cirurgião de

Figura 3 – Trecho extraído da tradução

inglesa de 1530 do Liber de arte

distillandi...de Hieronymus Brunschwig,

reproduzido a partir da edição facsimi-

lar citada.

Destilação: a arte de ‘extrair virtudes’

120 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Estrasburgo, e publicado pela primeira vez em 1500. Brunschwig considerava que remédios obtidos

por destilação seriam mais eficientes que as decocções tradicionalmente empregadas. De acordo

com ele, nos medicamentos destilados estaria a parte mais pura do material de partida, já que a

destilação seria

...simplesmente separar o impuro a partir do sutil e o sutil a partir do impuro, cada qual

separadamente do outro, com o propósito de poder tornar o corruptível incorruptível, e de

fazer o material imaterial, e de que o espírito vivo seja feito mais vivaz, pois, pela virtude da

grande bondade e da força que nele é mergulhada e escondida, ele deve penetrar rapidamente,

para concepção de sua saudável operação no corpo do homem

Embora o Liber de arte distillandi... possa ser considerado como um “manual técnico”, a concepção

sobre destilação expressa no trecho citado está relacionada com a idéia da extração das virtudes

do material, de sua pura quintessência. Uma outra evidência da presença de concepções alquímicas

nos livros de destilação é obtida quando se consideram as semelhanças entre a descrição das

virtudes da aqua vitae por descrições das propriedades do ‘elixir’ apresentadas em textos alquímicos.

Assim, por mais ‘técnicos’ que esses livros de destilação possam parecer aos nossos olhos, as

concepções que tinham por traz de si estavam ligadas à idéia alquimíca da extração das virtudes

dos materiais, da separação de ‘espíritos’ a partir de materiais impuros, e das idéias sobre o ‘elixir’.

Algumas reminiscências

A idéia da destilação como processo que permite extrair as ‘virtudes’ dos materiais aparentemente

continua a vigorar ainda hoje, quando se fala, por exemplo, em ‘extrair essências’. Mas essa expressão

pode ser considerada apenas um vestígio, uma remota lembrança que ficou dos ‘espíritos’, ‘virtu-

des’ ou ‘quintessências’ que faziam parte das concepções alquímicas/químicas elaboradas no

passado. Há ainda outros termos de uso corrente que também trazem em si reminiscências de

concepções hoje abandonadas. Um exemplo é a palavra inglesa whisky, derivada de usquebaugh,

que significa literalmente ‘água da vida’, ou seja, aqua vitae.

Entretanto, a destilação, enquanto processo de laboratório, não é só uma reminiscência. De fato,

essa arte, talvez tão antiga quanto a própria alquimia, sobreviveu ao abandono daquela forma an-

cestral de investigação da matéria, estando ainda hoje presente em laboratórios e indústrias químicas.

Porém, a destilação foi incorporada pela química moderna apenas enquanto técnica e passou a ser

interpretada dentro de uma outra concepção de natureza e de ciência.

Notas

O termo ambix designava a parte superior do aparato; a parte inferior era chamada inicialmente lopas, nome

grego dado a um tipo de vasilha; entretanto o termo cucurbita que, em latim, significa abóbora viria a ser

utilizado predominantemente para designar a parte inferior do aparato destilatório; a palavra “alambique” só

tempos depois é que viria a ser usada com referência a todo o conjunto. Uma interessante abordagem sobre

esses termos é dada por F. Sherwood Taylor em seu “The evolution of the still.”, Annals of Science, v. 5, n. 3, p.

185-202, julho de 1945.

Um estudo detalhado sobre a formação da alquimia alexandrina encontra-se em Da Alquimia à Química de

Ana Maria Alfonso-Goldfarb, p. 50-68, que serviu de base para o resumo aqui apresentado.

Supõe-se que o “banho-maria” tenha recebido tal nome por ter sido outra das criações dessa alquimista.

R.J. Forbes, A short history of the art of distillation. Reimpresso, 1ª ed., 1948. Leiden: E.J. Brill, 1970. p. 15.

Sobre a composição e os desenvolvimentos da alquimia árabe ver A.M. Alfonso-Goldfarb, op. cit., p. 77-109.

121

R. J. Forbes, op. cit., p. 48-52.

Sobre a introdução da alquimia no medievo europeu e, especialmente sobre as idéias de Roger Bacon, ver

A.M. Alfonso-Goldfarb, op. cit., p. 113-156

Sobre a receita para obtenção do que hoje chamamos álcool, tida por muitos como a primeira, veja nossa

“Pitada de História da Química”: “Álcool: uma antiga receita guardada em Mappae clavicula” em Boletim da

SBQ, ano XIV, n. 9, p. 2, set. de 1996.

Sobre a idéia de quintessência nos textos lulianos ver F. Sherwood Taylor, “The Idea of the Quitessence”, em

Science, Medicine and History...”, org. por E.A. Underwood. Londres/ N. York, Oxford Univerty Press/ Geoffrey

Cumberlege, 1953, vol. 1, p. 247-265, especialmente p. 254-259.

Hieronymus Brunschwig, Book of Distillation. Edição facsimilar da tradução inglesa de Lawrence Andrew,

Londres, [1530]; organização e introdução de Harold J. Abrahams. Nova York/Londres: Johnson Reprint Corpo-

ration, 1971. p. 9.

Para saber mais

ALFONSO-GOLDFARB, Ana Maria. Da alquimia à química. São Paulo: Nova Stella/ EDUSP, 1987.

BELTRAN, Maria Helena Roxo. Entre o simbolismo e os diagramas da razão: imagens de magia e de ciência.

Tese de Doutorado. São Paulo: PUC-SP, 1996.

Várias edições do Liber de arte distillandi... de Heironymus Brunschwig, publicadas durante o século XVI, podem

ser consultadas no Setor Multimídia de Documentação do Centro Simão Mathias de Estudos em História e

Ciência (CESIMA/PUC - SP). Nesse Setor, criado com apoio da FAPESP, estas edições e muitos outros textos

originais microfilmados estão em fase de digitalização. A sede do CESIMA fica no campus Marquês de Paranaguá

da PUC-SP e visitas via Internet podem ser feitas acessando www.pucsp.br/cesima.

Destilação: a arte de ‘extrair virtudes’

122 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

CONCEITOS CIENTÍFICOS EM DESTAQUE

A seção ‘Conceitos científicos em destaque’ tem por

objetivo abordar, de maneira crítica e/ou inovadora,

conceitos científicos de interesse dos professores de

Química.

Neste artigo, são discutidos os chamados obstáculos

verbais à compreensão dos conceitos científicos e o

processo de mediação didática da ciência, especialmente

no que se refere ao tratamento conferido aos conceitos

de eletronegatividade e potencial padrão de redução.

obstáculos verbais, mediação didática,

eletronegatividade, potencial padrão de

redução

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 4, 1996.

Potencial de redução

e Eletronegatividade

obstáculo verbal

m nossas aulas de Química, trabalhamos com

diferentes conceitos que nem sempre são objetos

de uma devida análise. Tendemos a abordá-los

como equivalentes a definições, capazes, no máximo, de

permitir a instrumentalização dos estudantes para

resolução de exercícios esquemáticos. Nesse processo,

o conceito científico é retirado de seu contexto original e

traduzido para o contexto escolar de forma empobrecida

ou mesmo equivocada. Por outro lado, diferentes

conceitos que se inter-relacionam são tratados de forma

desconexa, como se nada tivessem em comum.

Muitos desses problemas originam-se das inúmeras

diferenças entre o contexto da produção científica e o

contexto escolar. O contexto de produção científica é um

contexto em que o erro possui uma função positiva. Nesse

caso, o erro não é um acidente lamentável, uma imperícia

a ser evitada ou uma anomalia a ser extirpada. Ao

contrário, a construção do conhecimento científico é um

processo de produção de verdades provisórias, verdades

essas que são elaboradas a partir da superação dos

primeiros erros. Assim sendo, o erro possui um caráter

construtivo na ciência: precisamos errar para, a partir da

retificação de nossos erros, construir as verdades

científicas. Dessa forma, a própria questão da verdade

se modifica. Não devemos nos referir à verdade como

algo que se alcança em definitivo. Podemos falar

dasdas

das

verdades, múltiplas, históricas, proposições que só adqui-

rem sentido a partir de uma polêmica capaz de retificar

os primeiros erros. Assim, quando nos referimos a uma

verdade como científica, devemos ter em mente seu

caráter provisório: a permanência, a resistência à mudança

e à retificação não são atributos científicos.

O contexto escolar, ao contrário, trabalha com

conceitos científicos como produtos de outras instâncias

Alice Ribeiro Casimiro Lopes

Escola Técnica Federal de Química e

Universidade do Estado do Rio de Janeiro,

Rio de Janeiro - RJ

123

(centros de pesquisa) e como se fossem verdades definitivas. Ou seja, o contexto escolar tende a

deslocar os elementos do conhecimento científico das questões que ele permite resolver e dos

conceitos com os quais constitui uma rede relacional. O saber ensinado acaba por aparecer como

um saber sem produtor, sem origem, sem lugar, transcendente ao tempo.

Um dos aspectos que reforçam esse processo é a

necessidade de tradução da linguagem formal da ciência em

linguagem não-formal, no ensino médio. A linguagem

matemática, constitutiva da maioria dos conceitos científicos,

tem de ser traduzida em linguagem não-formal, um discurso ao

qual a multiplicidade de sentidos, o caráter ideológico e histórico

são elementos intrínsecos.

Contudo, não devemos, obrigatoriamente, considerar o

contexto escolar apenas como um campo de reprodução do

conhecimento científico sujeito a equívocos, cabendo ao dis-

curso científico a produção do conhecimento. O processo de

mediação didática efetuado na escola é capaz de promover a

(re)construção dos conceitos científicos, de forma a facilitar o processo de ensino-aprendizagem,

sem a veiculação de equívocos conceituais. Isso será possível desde que estejamos atentos à

gênese dos conceitos e à necessidade de superação dos obstáculos

epistemológicos, obstácu-

los ao desenvolvimento e ao entendimento do conhecimento científico, inerentes ao próprio

conhecimento.

Um dos aspectos centrais que precisamos considerar em nossos processos de mediação didática

é a superação dos obstáculos verbais, obstáculos associados à linguagem.

A partir de Bachelard (1972), podemos concluir que a ciência promove permanentes revoluções

nos significados dos termos científicos. Uma nova teoria científica muitas vezes utiliza os mesmos

termos já empregados por teorias distintas, porém com outros significados. Assim, em uma análise

da linguagem científica, podemos constatar as rupturas existentes entre diferentes teorias, não apenas

na sucessividade, mas também na simultaneidade temporal. Portanto, a desatenção ou descaso

para com o novo sentido de um termo nos limites de uma nova teoria constitui por si só um obstáculo

à compreensão do conhecimento científico: um obstáculo verbal.

Nos limites deste artigo, analisaremos um exemplo de obstáculo verbal freqüente no ensino de

Química: o tratamento conferido aos termos eletronegatividade e potencial padrão de redução. A

partir desse exemplo, discutiremos o processo de mediação didática associado a esses conceitos.

Eletronegatividade e potencial padrão de redução: atração por elétrons?

Quando ensinamos as propriedades periódicas dos elementos para nossos alunos e nossas

alunas do ensino médio, tendemos a definir eletronegatividade como a capacidade que um átomo

possui de atrair elétrons para perto de si, em comparação a outro átomo (Fonseca, 1992: 78) ou

ainda como a tendência que os átomos possuem de receber elétrons no seu nível mais externo, na

formação de uma ligação com outros átomos (Politi, 1992:75). De uma maneira geral, seguimos os

livros didáticos e não distinguimos em que circunstâncias são obtidos os valores de eletronega-

tividade, não analisamos que se trata de uma grandeza associada à tendência de um átomo atrair

elétrons para si numa ligação covalente, ainda que posteriormente utilizemos a eletronegatividade

na análise da polaridade das ligações químicas.

Por sua vez, no trabalho com a Eletroquímica, abordamos o conceito de potencial padrão de

redução e, se não formos cuidadosos, mais uma vez limitaremos sua definição à atração por elétrons:

O processo de mediação

didática efetuado na escola

é capaz de promover a

(re)construção dos concei-

tos científicos, de forma a

facilitar o processo de

ensino-aprendizagem, sem

a veiculação de equívocos

conceituais

Potencial de redução e eletronegatividade: obstáculo verbal

124 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

cobre tem maior potencial padrão de redução porque tem maior atração por elétrons. Em alguns

casos, a desconsideração da diferença conceitual entre eletronegatividade e potencial padrão de

redução é diretamente explicitada: ao longo da história do ensino de química, autores de livros

didáticos vêm afirmando que a fila das tensões eletrolíticas (potenciais padrão de redução) representa

a ordem crescente de eletronegatividade ou que a eletronegatividade se associa ao poder oxidante

ou redutor, ou à reatividade, característica indicada pelo potencial padrão de redução (como exemplo

citamos, Carvalho, 1978; Feltre & Yoshinaga, 1977; Politi, 1992).

Fica evidente, portanto, que há uma certa confusão entre esses dois conceitos - potencial padrão

de redução e eletronegatividade. Para gerar ainda maiores dúvidas, muitos se apegam às

comparações entre os valores dessas grandezas para alguns elementos como comprovantes da

relação direta entre eletronegatividade e potencial padrão de redução. Constatam que o cobre

possui eletronegatividade igual a 1,90 e o zinco possui eletronegatividade igual a 1,65, com po-

tenciais padrão de redução, respectivamente, iguais a 0,340 V e -0,763 V, e julgam que comprovam

a afirmação de que quanto maior a eletronegatividade, maior o potencial padrão de redução. Não

atentam para o fato de que o lítio tem eletronegatividade igual

a 0,98 e potencial padrão de redução igual a -3,040 V,

enquanto o sódio tem eletronegatividade igual a 0,93 e po-

tencial padrão de redução igual a -2,713 V. Ou que cobre

e prata têm eletronegatividades muito próximas (1,90 e 1,93,

respectivamente) e potenciais padrão de redução muito dis-

tintos (0,340 V e 0,799 V, respectivamente)

Problemas como esse são exemplos de como o processo

de mediação didática, ao retirar os conceitos científicos do

contexto histórico de sua produção e limitá-los a definições

restritas, gera obstáculos à compreensão desses mesmos

conceitos. No presente exemplo, promove-se a confusão entre os dois conceitos, gerando os obs-

táculos verbais. Por outro lado, se analisarmos detidamente as diferenças entre esses conceitos,

podemos compreender por que esses equívocos perduram e encontrar meios para superá-los.

Diferenciação dos conceitos de eletronegatividade e potencial padrão de

redução

Os conceitos de eletronegatividade e potencial padrão de redução possuem uma história com

pontos de contato passíveis de provocar confusões, quando não se está atento às rupturas ocorridas

na linguagem científica. Berzelius, ao desenvolver a teoria eletroquímica de ligação (também conhe-

cida como teoria dualística), também organizou os corpos simples em ordem decrescente de eletro-

negatividade, sendo essa série definida em função da maneira como os elementos se ligam nos

compostos (Rheinboldt, 1988). Apesar de a série de Berzelius ser bastante análoga à série eletro-

química atual, o conceito de eletropositividade/eletronegatividade de Berzelius era muito diferente

dos atuais conceitos de potencial padrão de redução ou de eletronegatividade. Isso porque esta era

definida em função da polaridade predominante da carga elétrica associada aos diferentes elemen-

tos, polaridade essa determinada por meio de eletrólise (em função do eletrodo, positivo ou nega-

tivo, no qual o elemento era liberado). Nesse sentido, estaria mais próxima de nossos atuais concei-

tos de carga e dipolo. Assim, Berzelius, ao afirmar que o oxigênio era o elemento mais eletrone-

gativo ou que o potássio era o elemento mais eletropositivo, visualizava seus átomos como carregados

com as maiores polaridades negativa ou positiva, respectivamente.

O sentido hoje conferido ao termo eletronegatividade é totalmente diverso: representa a tendência

O processo de mediação

didática, ao retirar os

conceitos científicos do

contexto histórico de sua

produção e limitá-los a

definições restritas, gera

obstáculos à compreensão

desses mesmos conceitos

125

que um átomo tem de atrair elétrons para si numa ligação química covalente numa molécula isolada.

São muitas as formas de cálculo da eletronegatividade dos elementos, mas se considerarmos como

exemplo a mais comum delas, a eletronegatividade de Pauling, podemos compreender claramente

essa diferenciação de conceitos. Pauling propôs sua escala de eletronegatividade levando em conta

que a energia de ligação de uma molécula gasosa binária A-B é igual à soma da média aritmética das

energias de ligação (D) das moléculas gasosas A-A e B-B com o quadrado da diferença entre as

eletronegatividades dos átomos A e B (x

e x

, respectivamente), isto é:

(A-B)

= [D

(A-A)

+ D

(B-B)

]+ k (x

- x

)

sendo que, quando as energias de ligação são expressas em kJ mol

-1

, a constante k é igual a

96,5 kJ mol

-1

Com essa fórmula, é possível calcular diferenças de eletronegatividade; a seguir, fixando um

valor arbitrário para uma delas (por exemplo, 2,1 para o hidrogênio), é possível obter os valores das

outras. O valor de k foi escolhido por Pauling de modo que o valor da diferença de eletronegatividades

correspondesse, aproximadamente, ao valor numérico do momento dipolar da molécula quando

expresso em debyes (1 D = 3,3356 x 10

-30

C m).

Como as energias de ligação se referem a moléculas no estado gasoso, a eletronegatividade

também se refere a moléculas isoladas.

O potencial padrão de redução, ao contrário da eletronegatividade, é uma propriedade de um

sistema macroscópico, no equilíbrio. Para um par redox metálico, tem-se:

(aq) + ne

M(s) E

Os valores de potencial padrão de redução refletem somente as propriedades redox das espécies

envolvidas, nada tendo a ver com a eletronegatividade. Assim,

quanto mais positivo o valor de E

, mais forte é o agente oxi-

dante (espécie que se reduz); complementarmente, quanto mais

negativo for o valor de E

, mais forte será o agente redutor

(espécie que se oxida). Por isso afirmamos que, numa tabela

de potenciais padrão de redução, o poder oxidante dos rea-

gentes aumenta à medida que E

se torne mais positivo.

Por sua vez, ao contrário do afirmado na maioria dos livros

didáticos de Química, os valores de potenciais padrão de

redução não são obtidos por uma medida experimental direta.

Eles são obtidos indiretamente, por extrapolação, a partir de

um gráfico adequado, montado com base em valores de

potenciais de eletrodo obtidos para soluções diluídas da espécie

(aq), por exemplo. Em alguns casos, como por exemplo, para o par Na

(aq)/Na(s), a obtenção

do valor de E

acarreta complicações adicionais, já que um eletrodo de sódio não é estável em

contato com a água.

Por conseguinte, o conceito de potencial padrão de redução não tem nenhuma relação direta

com o conceito de eletronegatividade. A gênese desses conceitos é desprezada freqüentemente

em nossas aulas e nos livros didáticos. Conseqüentemente, evidencia-se o obstáculo verbal pelo

não entendimento da alteração do significado científico do termo eletronegatividade no decorrer da

história da ciência, ocasionando sua equiparação ao potencial padrão de redução.

Conclusões

É importante constatarmos que a problemática conceitual aqui abordada não é meramente uma

Ao contrário do afirmado

na maioria dos livros

didáticos de Química, os

valores de potenciais

padrão de redução não são

obtidos por uma medida

experimental direta, mas

indiretamente por

extrapolação, a partir de

um gráfico adequado

Potencial de redução e eletronegatividade: obstáculo verbal

126 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Notas

Os dados de eletronegatividade (escala de Pauling) foram obtidos da Classificação Periódica dos Elementos

publicada pela SBQ (1995) e os de potencial padrão de redução, do livro de Emsley (1995).

Referências Bibliográficas

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Elsa de Laguzzi e Norma Castrillón. El materialismo racional. Buenos Aires: Paidos, 1976.

CARVALHO, Geraldo Camargo de. Química moderna. São Paulo: Nobel, 1978. v. 2.

EMSLEY, John. The elements. 2ª ed. Oxford: Clarendon Press, 1995.

FELTRE, Ricardo & YOSHINAGA, Setsuo. Química: segundo grau. São Paulo: Moderna, 1977. v. 1.

FONSECA, Martha Reis M. da. Química Geral. São Paulo: FTD, 1992.

PARENTE, Letícia T. de S. Eletronegatividade. Fortaleza: Imprensa Universitária do Ceará, 1969.

POLITI, Elie. Química: curso completo.São Paulo: Moderna, 1992.

RHEINBOLDT, Heinrich. História da balança. A vida de J.J. Berzelius. São Paulo: Nova Stela / EDUSP, 1988.

Para saber mais

COMPTON, Richard G. & SANDERS, Giles H. W. Electrode potentials. Oxford: Oxford University Press, 1996.

LOPES, Alice R. C. Livros didáticos: obstáculos ao aprendizado da ciência química I - obstáculos animistas

e realistas. Química Nova, São Paulo, v. 15, n. 3, p. 254-261, 1992.

______. Livros didáticos: obstáculos verbalistas e substancialistas ao aprendizado da ciência química.

Revista Brasileira de Estudos Pedagógicos, Brasília, v. 74, n. 177, p. 309-334, maio/ago., 1993.

______. Conhecimento escolar: quando as ciências se transformam em disciplinas. Tese de Doutorado.

Faculdade de Educação, UFRJ, 1996.

MACHADO, Andréa Horta & MOURA, André Luís. Concepções sobre o papel da linguagem no processo de

elaboração conceitual em Química. Química Nova na Escola, São Paulo, n. 2, p. 27-30, nov., 1995.

MORTIMER, Eduardo & MACHADO, Andréa Horta. As linguagens na sala de aula de Química/Ciências. VIII

ENEQ - Caderno de Resumos e Anais. Campo Grande, julho de 1996, p. 28-37.

questão de equívoco conceitual, gerado pelo desconhecimento químico. Existe, sim, um

desconhecimento da gênese histórica dos conceitos, ou ainda,

apesar de essa gênese ser conhecida, uma despreocupação com

relação aos erros que podem ser induzidos no estudante pelo

fato de não ser explicitado o processo de construção dos

conceitos.

Uma das formas de superar esses problemas está na

preocupação com a análise mais ampla do conceito, seu processo

histórico de produção. Por outro lado, devemos estar atentos à

forma como os valores de uma grandeza são obtidos. Precisamos

conferir maior atenção à precisão dos conceitos, inclusive

atentando para as mudanças de significado que os termos sofrem

ao longo da história das ciências. Assim, poderemos contribuir

para que o processo de mediação didática produzido no contexto

escolar procure evitar a construção de equívocos e obstáculos à compreensão do conhecimento científico.

Agradecimento

Agradeço as sugestões do prof. Romeu C. Rocha-Filho para a elaboração deste artigo.

Existe, sim, um desconhe-

cimento da gênese histórica

dos conceitos, ou (...) uma

despreocupação com

relação aos erros que

certamente serão induzidos

no estudante pelo fato de

não ser explicitado o

processo de construção

dos conceitos

127

descoberta do elétron abriu imensas

possibilidades para a química. E provocou, de

imediato, especulações sobre a estrutura do

átomo, problema que levaria algumas décadas para ser

resolvido. Um modelo adequado para a estrutura atômica

resultou na possibilidade de se tratar a estrutura molecu-

lar como imagem de um objeto real. As fórmulas, que

antes representavam simplesmente a proporção com que

os elementos se combinavam para formar a substância,

passaram a ser objeto de investigação por métodos

espectroscópicos. A elucidação de estruturas moleculares

passou a ser uma rotina na investigação química. O que

significa, porém, dizer que uma substância tem esta ou

aquela estrutura molecular?

Dizemos que a fórmula da água é H

O. Às vezes,

quando a representamos dessa maneira — simplesmente

por duas letras e um número —, temos a sensação de

nos apropriarmos da própria essência da água.

A água, como solvente universal, viabiliza a vida no

planeta. É a única substância que, nas condições físico-

químicas da Terra, apresenta-se nos três estados da

matéria. O gelo tem a notável propriedade de ser um sólido

menos denso que seu correspondente líquido: a maioria

dos sólidos afunda em seus líquidos. O gelo flutua na

água, e isso é fundamental para a vida no planeta, pois

nas regiões frias os mares congelam apenas na superfí-

cie, preservando seu caldeirão de vida.

A água é evidentemente muito mais que um simples

solvente universal. Quando matamos nossa sede ou nos

banhamos nas águas límpidas de um riacho, “ela

representa a soma dos olhos de toda a humanidade,

porque no seu circular contínuo pelo ambiente já viveu a

experiência de todas as lágrimas, desceu por todas as

gargantas, visitou geleiras, montanhas, rios e oceanos e

Eduardo Fleury Mortimer

Faculdade de Educação da Universidade

Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte -

Neste artigo discute-se o significado de se atribuir fórmulas

às substâncias - tomando como exemplo a água -,

procurando apontar as possibilidades e limites dos

modelos de estrutura molecular.

fórmulas químicas, água, ligações químicas

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 3, 1996.

o Significado

das Fórmulas

QUÍMICAS

O = água - O significado das fórmulas químicas

128 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

vem transitando pelos nossos corpos desde a aurora do planeta”

Mesmo do ponto de vista científico, vale a pena discutir qual o significado de atribuirmos uma

fórmula simples a uma substância tão maravilhosa como a água. Quando Lavoisier anunciou à

Academia de Ciências de Paris, em 1783, que a água era composta por hidrogênio e oxigênio,

estava propondo uma maneira de definir um elemento químico completamente diferente da visão

aristotélica: um elemento poderia ser definido experimentalmente como qualquer substância que

não pudesse ser decomposta por métodos químicos. Quando John Dalton propôs a teoria atômica

em 1803, sugeriu a interpretação de que cada elemento fosse constituído por uma única espécie de

átomos. Em uma reação química, os átomos de diferentes elementos poderiam combinar-se para

formar moléculas (chamadas por Dalton de ‘átomos compostos’), que seriam a menor unidade da

substância composta. Para Dalton, um átomo de hidrogênio combinava-se com um átomo de oxigênio

para formar a molécula de água - que teria a fórmula HO. Gay-Lussac, seguindo os trabalhos de

Cavandish e Priestley, verificou que na formação da água dois volumes de hidrogênio combinam-se

com um volume de oxigênio. Logo após a publicação desses resultados por Gay-Lussac, em 1808,

Berzelius sugeriu a fórmula H

O para a água. A idéia de fórmula química surgiu, portanto, como uma

forma de expressar as quantidades das substâncias elementares que se combinam.

A partir da segunda metade do século XIX, os químicos começaram a usar as fórmulas como

uma representação espacial da molécula, que poderia explicar várias propriedades das substâncias.

As fórmulas químicas passavam a representar não só as quantidades combinadas mas também a

realidade molecular, permitindo antever como os átomos que

constituíam a molécula estavam distribuídos no espaço e de

que forma se ligavam uns aos outros. É interessante observar

que, durante a segunda metade do século XIX, o esforço criativo

de químicos como Kekulé, Le Bell, Van’t Hoff etc. permitiu que

se passasse a ‘enxergar’ a realidade molecular, a despeito de

não haver nenhuma evidência direta de que essa realidade

realmente existisse. A imaginação criativa desses cientistas

permitia que deduzissem essas fórmulas a partir do estudo das

propriedades das substâncias. Pode ser mais que uma feliz

coincidência, por exemplo, o fato de Kekulé ter sido arquiteto:

assim como os arquitetos constroem seus edifícios na imagi-

nação e no papel antes que esses tomem forma na realidade, os químicos de então foram capazes

de prever estruturas químicas que só se tornaram observáveis muitos anos mais tarde.

A teoria quântica, aplicada à química a partir da década de 30 de nosso século, introduz um significado

mais preciso à idéia de valência que fora usada para explicar o poder de combinação dos elementos. O

átomo é representado como sendo constituído por duas regiões de cargas diferentes. O núcleo, situado

numa região infinitamente pequena no centro do átomo, tem carga positiva, pois é constituído por

prótons (de carga positiva) e nêutrons (de carga neutra). Ao redor desse núcleo situam-se os elétrons

(de carga negativa), numa região cerca de 100 000 vezes maior que o núcleo, denominada eletrosfera.

A ligação química passa a representar um interação de natureza eletromagnética que ocorre entre os

núcleos (carregados positivamente) e as eletrosferas (carregadas negativamente) de átomos vizinhos.

O ‘tracinho’ com que ligamos os átomos de hidrogênio e oxigênio na fórmula da água representa na

verdade uma região do espaço ocupada por elétrons que estão sendo atraídos pelos dois núcleos

vizinhos (o do oxigênio e o do hidrogênio). Ele não tem a realidade física de um elo material, apenas

representa uma interação ou força elétrica que tem uma direção preferencial. Uma outra forma de

representar essa ligação seria uma nuvem eletrônica. Compare as duas representações na Fig. 1. O

Durante a segunda metade

do século XIX, o esforço

criativo de químicos

permitiu que se passasse a

‘enxergar’ a realidade

molecular a despeito de não

haver nenhuma evidência

direta de que essa realidade

realmente existisse

129

fato de a primeira representação ser mais usual está ligado a sua sim-

plicidade. No entanto, do ponto de vista de uma maior aproximação da

natureza da ligação química, a segunda representação é mais

conveniente.

Uma das propriedades fundamentais da água é o fato de ela ser

um solvente muito melhor que a maioria dos líquidos comuns. Essa

propriedade está relacionada à polaridade da molécula de água, expli-

cável pela existência de um ângulo de 104,5° entre as ligações O-H.

Como os átomos de oxigênio atraem os elétrons da ligação mais

intensamente, aparece uma carga parcial positiva nos átomos de

hidrogênio e uma carga parcial negativa no átomo de oxigênio. Se a

molécula de água fosse linear - com um ângulo de 180° entre as ligações

O-H, a polaridade de uma ligação anularia a da outra, e a molécula

seria apolar. É o que acontece, por exemplo, no gás carbônico, CO

Sendo polares, as moléculas de água podem hidratar íons e outras

moléculas polares. No processo de solvatação, representado na Fig. 2,

íons positivos e negativos ficam envoltos por moléculas de água,

orientadas de maneira diferente em cada caso. Enquanto para os íons

positivos é a região negativa da molécula de água (próxima do átomo

de oxigênio) que envolve os íons, para os íons negativos é a região positiva (próxima dos átomos de

hidrogênio) que desempenha esse papel.

A forte polaridade da molécula de água faz com que apareça um tipo de ligação especial entre

as moléculas de água chamada ligação de hidrogênio, formada quando os átomos de oxigênio de

uma molécula atraem os átomos de hidrogênio da molécula vizinha. Na Fig. 1b, os orbitais vazados

comportam dois pares de elétrons não-ligantes do átomo de oxigênio, que podem formar as ligações

com o hidrogênio, que está parcialmente positivo. Cada molécula de água pode, dessa forma,

acomodar um número máximo de quatro ligações de hidrogênio: duas através dos orbitais do oxi-

gênio e duas através dos átomos de hidrogênio que vão acomodar duas outras moléculas de água.

A Fig. 3 mostra como esse arranjo ocorre no gelo.

A existência desse tipo de ligação explica várias propriedades importantes da água. O fato de a

água ser líquida à temperatura ambiente é um deles. Moléculas maiores que a água — como CO

e NH

(amônia) - são gasosas. A forte atração

existente entre as moléculas de água, através

das ligações de hidrogênio, explica essa

propriedade incomum. Por outro lado, a

notável propriedade de o gelo ser menos

denso que a água líquida está relacionada

ao fato de cada molécula de água formar o

número máximo de quatro ligações de hidro-

gênio com suas vizinhas no estado sólido.

No estado líquido, cada molécula pode

formar, em média, 3,4 ligações de hidrogênio

com suas vizinhas. Esse número fracionário

se explica pelo fato de que, em conseqüência

do constante deslocamento das moléculas

no estado líquido, ligações de hidrogênio são,

Figura 1 – Representações para a

molécula de água. a: representação

mais usual; b: representação usando

orbitais.

Figura 2 – Modelo para a solvatação dos íons de um sólido iônico.

O = água - O significado das fórmulas químicas

130 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

constante e rapidamente, quebradas e formadas. Embora em qualquer instante a maioria das molé-

culas na água líquida esteja formando ligações de hidrogênio, a vida média de cada uma dessas

ligações é da ordem de 10

-9

s. Isso explica por que a água líquida é fluida. Se as ligações de hidrogênio

persistissem por um tempo maior, a água tenderia a se tornar viscosa, como acontece com a glicerina,

que também forma ligações de hidrogênio entre suas moléculas.

Quando a água passa para o estado sólido, cada molécula de água passará a acomodar um número

máximo de quatro ligações de hidrogênio. Como as moléculas no estado sólido geralmente não se deslocam

— apenas vibram em torno de suas posições no retículo cristalino — essas ligações de hidrogênio são

duráveis. Para acomodar esse grande número de ligações, o arranjo cristalino do gelo é bastante ‘aberto’,

pois as moléculas acomodam-se em arranjos hexagonais, restando grandes espaços vazios no interior desses

hexágonos (Fig. 3). Isso faz com que o arranjo ocupe um volume maior, o

que explica a menor densidade do gelo. Quando o gelo se funde, esses

vazios desaparecem e as moléculas de água podem ficar mais próximas

umas das outras, o que faz com que o volume ocupado por elas dimi-

nua, aumentando a densidade.

É problemático, portanto, pensar na existência de moléculas individuais

na água sólida e na água líquida. Essas moléculas estão constantemente

se ligando a outras, formando grupos de moléculas. Portanto, a fórmula

O parece ser realmente apropriada somente para a água no estado

gasoso, a baixas pressões e altas temperaturas. A água gasosa, sendo

constituída por moléculas individuais, não é visível e não deve ser

confundida com o vapor que vemos saindo de uma chaleira fervente. O

‘vapor’ visível é água líquida que se condensou em pequenas gotículas

que permanecem em suspensão no ar. As gotículas têm dimensões

visíveis, o que não ocorre com as moléculas, que são invisíveis.

Mesmo a idéia de que a água gasosa seja formada por moléculas

individuais não pode deixar de considerar que essas moléculas são dinâ-

micas e podem trocar átomos entre si. A idéia da existência de moléculas individuais no estado gasoso tem de

ser compatibilizada com a observação experimental de que, ao se misturar, na fase gasosa, 50% de água

comum (H

O) e 50% de água pesada (D

O, onde D representa deutério, um isótopo mais pesado do hidrogênio),

obtêm-se, depois de certo tempo, uma grande quantidade de moléculas de água com a fórmula HDO. As

moléculas de água interagem dinamicamente no estado gasoso.

Todas essas considerações nos levam a concluir que a fórmula química da água — H

O — é um

importante instrumento para explicar várias de suas propriedades, inclusive as mais notáveis e inco-

muns. No entanto, a fórmula nada mais é que uma representação da substância. Como tal devemos

usá-la, apropriando-nos das informações que ela pode nos fornecer mas tomando o cuidado de

não a confundir com a realidade mesma da substância água, muito mais complexa e profunda do

que aquilo que duas letras do alfabeto e um número permitem antever.

Nota

Alfeu Trancoso, em “Reflexões no Cipó”, Estado de Minas, 18 de novembro de 1994.

Para Saber Mais

BELTRAN, Nelson Orlando. Por que a água se dilata ao ser congelada? Revista de Ensino de Ciências nº 17,

março de 1987, São Paulo, p. 58-59.

Figura 3 – Arranjo cristalino das

moléculas de água no gelo.

131

meio material ao nosso redor, com suas formas,

propriedades e valores, reflete a enorme

variedade de maneiras como os átomos se ligam

para formar compostos. Por isso, as ligações químicas

representam um assunto de fundamental importância, e

seu conhecimento é essencial para um melhor entendi-

mento das transformações que ocorrem em nosso mun-

do. Algumas substâncias, como as que compõem os ali-

mentos e combustíveis, fornecem energia mediante a

quebra e a formação de ligações químicas; outras intera-

gem dando origem a novos compostos ou facilitam a dis-

solução de resíduos em um meio fluido (solventes, deter-

gentes). Desse modo, a dinâmica das ligações químicas

acaba regendo a nossa vida.

A explicação do meio material pode ser feita utilizando-

se modelos propostos para as ligações químicas, e está

longe de ser uma questão fechada, em termos científicos

ou pedagógicos. Um exemplo disso é o artigo escrito por

Ogilvie (1990) sobre ligações químicas, no qual o autor

expressa com convicção: There are no such things as or-

bitals! (“Orbitais não existem!”). A resposta a essa provo-

cação foi dada magistralmente por Pauling (1992), em

artigo que resgata o uso da mecânica quântica para tratar

das ligações químicas.

Modelos de ligações

A escolha do modelo no ensino de ligações químicas

deve ser compatível com o modelo atômico adotado, con-

forme destacado por Chassot (1996), e ao mesmo tempo,

adequar-se aos objetivos de ensino-aprendizagem, for-

necendo a base necessária para o desenvolvimento cog-

nitivo do aluno. O uso de orbitais na descrição de

estruturas, ligações e propriedades é generalizado nos

cursos de química no ensino superior; contudo, a transpo-

Este artigo procura ressaltar que os modelos de ligação

química não são absolutos; ao contrário, são construções

de uma outra ordem de realidade — a realidade do

mundo infinitamente pequeno — que só podemos

compreender com o uso de teorias que se modificam

com o desenvolvimento da ciência. A partir das teorias

analisadas, podemos refletir sobre qual modelo de ligação

devemos ensinar a nossos alunos no nível médio, de modo

que seja compatível com o modelo atômico adotado e

com as explicações que pretendemos desenvolver a partir

desses modelos.

ligação química, Lewis, Linnett, Mulliken,

modelo de bandas

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 6, 1997.

Henrique E. Toma

Instituto de Química da Universidade de

São Paulo, São Paulo - SP

Ligação Química:

Abordagem

Clássica

Quântica

Ligação química: abordagem clássica ou quântica?

132 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

sição para o ensino médio ainda requer cuidados. De fato, o aluno passará a ter necessidade de

modelos quânticos (orbitais) quando a descrição dos compostos e materiais se basear na distribuição

espacial dos átomos e elétrons e na dinâmica das transformações. Essa necessidade deverá se

expandir com a crescente popularização dos programas computacionais de modelagem (simu-

lação) molecular e realidade virtual em todos os níveis do ensino.

As teorias atuais sobre ligação química foram em grande parte inspiradas na idéia da união por

meio de pares de elétrons, proposta por G.N. Lewis em 1916, logo após o lançamento da teoria de

Bohr. A ligação ficaria representada por meio de dois pontos, que seriam os elétrons, colocados

entre os símbolos dos elementos, ou por um traço, simbolizando a união. Na concepção de Lewis,

os dois elétrons da ligação são atraídos eletrostaticamente pelos dois núcleos atômicos, sendo

compartilhados por eles. Associada a esse modelo de ligação está a teoria do octeto. Segundo

Lewis, os elétrons ficariam dispostos ao redor do núcleo de modo a minimizar a repulsão entre eles

mesmos. O número máximo de elétrons de valência seria oito, com exceção dos elementos do

primeiro período (H, He). O octeto de Lewis, embora seja normalmente representado por oito pon-

tos ao longo de um círculo ou por quatro pares de pontos ao redor do símbolo do elemento, na

realidade expressa a disposição espacial de um cubo, pois é a geometria que conduz à menor

repulsão entre os elétrons. Com a movimentação dos elétrons, a disposição cúbica acaba por tornar-

se uma distribuição esférica ao redor do núcleo.

Na idéia de compartilhamento eletrônico, está inerente a questão da afinidade dos átomos por

elétrons (afinidade eletrônica, potencial de ionização), bem como a questão da igualdade ou

desigualdade com que esses são atraídos pelos núcleos. A afinidade associa-se ao conceito de

valência como maneira de expressar a capacidade de combinação dos átomos. Para tratar das

desigualdades atômicas, Pauling introduziu o conceito de eletronegatividade (em termos de ener-

gias de ligação), que foi reeditado sob várias formas - por exemplo, por Mulliken, em termos de

potenciais de ionização e afinidade eletrônica, e por Allred-Rochow, em termos da força de atração

do núcleo pelo elétron da ligação.

A ligação química apresenta três características importantes: polaridade, distância e energia.

Essas características podem ser avaliadas experimentalmente, e fazem parte do banco de dados

do químico. A eletronegatividade permite racionalizar a assimetria das cargas na ligação, explicando

o aparecimento de dipolos elétricos, e conduz naturalmente ao problema da separação de cargas,

que leva à formação de íons. Ao mesmo tempo, é útil na previsão de distâncias e energias de

ligação.

J.W. Linnett ampliou o modelo de Lewis de forma a assimilar o Princípio de Pauli. Conseqüente-

mente, conforme descrito por Luder (1967), o par eletrônico deve ser representado por dois elétrons

de spins opostos, e o octeto passa a ser constituído por dois quartetos de elétrons, diferenciados

pelos spins. Enquanto no modelo de Lewis os elétrons são representados da mesma forma (‘o’, por

exemplo), no modelo de Linnett os diferentes spins são representados por símbolos distintos (por

exemplo ‘o’, ‘x’). Mantendo a distribuição cúbica, os elétrons de mesmo spin ficam dispostos se-

133

gundo os vértices de um tetraedro, aumentando ao máximo a distância entre si de modo a minimizar

a repulsão. O resultado conduz a dois tetraedros geminados, formando um cubo. Dois elétrons de

spins opostos ficam unidos pela aresta do cubo separados, portanto, por uma distância menor que

a observada entre dois elétrons de mesmo spin. O uso dos quartetos duplos preserva a simplicidade

do octeto e permite a colocação dos spins, possibilitando tratar de propriedades magnéticas e de

ordens de ligação fracionárias, ao contrário do que acontece com o modelo de Lewis.

Um exemplo interessante onde se faz necessário o uso de quartetos duplos é o da molécula de

NO. Com um total de 11 elétrons de valência, seria necessário compartilhar cinco elétrons entre os

dois átomos. Por isso, não é possível construir uma estrutura de Lewis com octetos completos.

Entretanto, na teoria dos quartetos duplos, basta compartilhar três elétrons de mesmo spin (‘o’) e

dois de spins contrários (‘x’). Na realidade, é a única opção. Com isso, a montagem da estrutura de

Linnett poderia ser feita como explicado no quadro abaixo.

A representação espacial da distribuição eletrônica requer um pouco de imaginação, lembrando

sempre que cada quarteto de elétrons está disposto em forma de tetraedro. Como pode ser visto, a

molécula apresenta uma ordem de ligação fracionária igual a 2,5, existindo no balanço global um

elétron desemparelhado, compatível com o caráter paramagnético observado experimentalmente.

Abordagem quântica da ligação química

O modelo de Lewis é bastante útil na descrição qualitativa das ligações químicas. Porém, quando

se quer discutir questões energéticas, geometrias ou aspectos de natureza espectroscópica, torna-

se necessário lançar mão de teorias quânticas que enfocam a ligação química em termos da combi-

nação de orbitais. Esse tipo de abordagem exige o ensino do modelo quântico para o átomo, e

considera que quando dois átomos se ligam, o compartilhamento eletrônico se dá pela combinação

dos orbitais que estão interagindo. Os dois orbitais atômicos são representados pelas funções de

onda Ψ

e Ψ

. O resultado dessa combinação é a formação de novos orbitais estendidos sobre os

dois átomos, denominados orbitais moleculares. Essas idéias constituem a base da Teoria dos

Orbitais Moleculares, proposta por R.S. Mulliken, em 1932.

De modo geral, um orbital molecular de uma molécula AB - isto é, Ψ

- pode ser descrito por

uma combinação linear (soma ou diferença) dos orbitais atômicos localizados em A e em B, respec-

tivamente (Ψ

= c

± c

). A combinação dos dois orbitais pode ocorrer em proporções variáveis,

expressas pelos coeficientes c

e c

. Quando os orbitais são equivalentes, como é o caso dos

orbitais 1s na molécula de H

, esses coeficientes são iguais, isto é, c

= c

. Esses coeficientes

diferem cada vez mais à medida que aumenta a diferença de energia entre os orbitais. Quando c

>> c

, a participação do Ψ

é dominante e o orbital molecular Ψ

se assemelha a Ψ

e vice-versa.

Isso equivale a dizer que os elétrons não são compartilhados eqüitativamente, podendo ficar a

maior parte do tempo em A ou em B, dependendo dos valores relativos de c

e c

. Isso está relacionado

com a diferença de eletronegatividade entre os elementos.

Na mecânica quântica, as energias são calculadas por meio da equação de Schrödinger, cuja

representação genérica é do tipo HΨ

= EΨ

, sendo H, conhecido como operador hamiltoniano,

uma expressão matemática dos termos energéticos da molécula, englobando por exemplo a energia

cinética dos elétrons, a atração dos núcleos pelos elétrons de ligação, a repulsão entre os elétrons

e a repulsão internuclear.

A solução da equação de Schrödinger sempre conduz a dois valores de energia, E

e E

, asso-

ciados às combinações, por soma ou diferença, dos orbitais atômicos. A solução E

, de menor

energia, provém da combinação dos orbitais atômicos com o mesmo sinal, formando um orbital

molecular denominado ligante que leva à estabilização da molécula. A solução E

provém da

Ligação química: abordagem clássica ou quântica?

134 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

combinação dos orbitais atômicos com sinais opostos, produzindo um orbital molecular de maior

energia denominado antiligante. Uma ilustração desses orbitais pode ser vista na Figura 1.

O diagrama de energia dos orbitais moleculares mostra que a formação da ligação química está

relacionada à estabilização proporcionada pelo preenchimento do orbital ligante. Quando colocamos

elétrons nos orbitais antiligantes, diminuímos essa estabilização. A combinação por soma leva a um

reforço na densidade eletrônica entre os núcleos, de modo que os elétrons possam promover uma

aproximação dos mesmos, resultando em uma ligação. Por outro lado, a combinação por diferença

desloca a densidade eletrônica da região internuclear para as extremidades opostas, deixando os

núcleos atômicos expostos a uma interação fortemente repulsiva. A ocupação desse orbital por

elétrons favorece a quebra da ligação (dissociação).

A teoria dos orbitais moleculares permite expressar a ordem da ligação em termos da metade da

diferença entre o número de elétrons ligantes e o de antiligantes. Assim, na molécula de H

, como só

existem dois elétrons em orbital ligante, a ordem da ligação será 1, isto é, equivalente a uma ligação

simples. No caso de uma molécula hipotética de He

, teríamos dois elétrons ligantes e dois antili-

gantes, e a ordem de ligação seria nula. De fato, o hélio é um gás nobre e não forma moléculas

estáveis. Contudo, a teoria prevê a existência da molécula-íon He

com ordem de ligação 1/2. A

força da ligação depende da energia de interação entre dois orbitais, também chamada de energia

de ressonância. Quando os orbitais estão muito distantes, apresentam simetrias que não permitem

um recobrimento efetivo ou têm energias muito diferentes, sua interação é diminuída.

A descrição dos orbitais moleculares como ligantes ou antiligantes pode oferecer dificuldades

para o aluno principiante. Nesse ponto deve-se lembrar que os orbitais antiligantes contribuem para

a composição dos vários estados de energia da molécula, os quais podem ser monitorados por

meio de técnicas espectroscópicas. Portanto, não se trata de ficção científica. Uma das conseqüên-

cias mais óbvias da existência dos orbitais moleculares é o aparecimento da cor nos compostos.

O modelo de bandas

A teoria de bandas admite vários formalismos; um deles extende a teoria dos orbitais molecu-

lares para um número grande ou infinito de átomos. Assim como a combinação de dois orbitais

atômicos conduz a dois orbitais moleculares, a combinação de n orbitais atômicos dará origem a n

orbitais moleculares, porém com forte superposição, formando uma banda de orbitais (Fig. 2).

A situação mais simples no diagrama é a do átomo isolado (n = 1) ou de moléculas pequenas

(n = 2, 3, ...), para os quais todos

os níveis são discretos. A situa-

ção intermediária, com bandas

de valência separadas umas das

outras, é típica dos elementos

não metálicos encadeados. Nes-

ses elementos, o último nível com

elétrons está completo e encon-

tra-se separado do nível vazio

mais próximo por uma diferença

significativa de energia (ΔE),

como pode ser visto na Figura 2.

A condução eletrônica exige a

promoção dos elétrons da banda

cheia para a banda vazia (banda

Figura 1 – Representação de um diagrama simplificado de orbitais

moleculares.

135

de condução), mediante, por exemplo, energia térmica ou de luz. Em princípio, um elemento não

metálico pode tornar-se condutor à custa de uma energia de promoção igual à diferença de energia

entre os níveis ocupado e vazio. Quando essa energia não é muito grande, os sistemas são consi-

derados semicondutores.

No estado metálico ocorre forte superposição entre a banda cheia e a banda vazia superior, de

modo que a passagem do elétron para a banda de condução exige uma quantidade insignificante

de energia (ΔE ≈ 0). Também é possível que a última banda eletrônica esteja apenas parcialmente

preenchida, apresentando vacância para condução, sem necessidade da interpenetração energética

com o nível vazio superior. Nesse caso, também se observa um caráter metálico.

Nos sistemas metálicos, os elétrons se distribuem dentro da banda como se fossem um fluido

dentro de um copo. O limite de separação entre a parte ocupada e a vazia equivaleria à superfície

do líquido, isto é, forma um nível de ocupação bem-definido. Esse nível é denominado limite de

Fermi. Nos semicondutores, um aumento de temperatura favorece a condução, contribuindo para a

promoção dos elétrons para a banda vazia. Nos metais, o aumento de temperatura tem efeito

contrário, dificultando a condução eletrônica pelo aumento da resistência ao percurso dos elétrons,

devido à vibração térmica da rede.

Os elementos dos grupos 13 (Al, Ga, In) e 15 (P, As, Sb), quando combinados, formam materiais

semicondutores de grande aplicação prática, principalmente em dispositivos eletro-ópticos, isto é,

que convertem energia elétrica em energia luminosa ou vice-versa. O arseneto de gálio, GaAs, por

exemplo, tem um ΔE de 138 kJ/mol e, quando conduz corrente, os elétrons da banda de condução

podem decair para a banda de valência com emissão de luz - no caso, com comprimento de onda

de 870 nm (infravermelho próximo). Esse é o princípio do funcionamento do dispositivo conhecido

Figura 2 – Extensão dos orbitais moleculares mostrando a multiplicação dos níveis com o aumento do número

de átomos, até formar bandas de orbitais moleculares.

Ligação química: abordagem clássica ou quântica?

136 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

como LED (light-emitting diode) e de lasers semicondutores.

Manipulando ligações químicas na Era da Informática

O desenvolvimento vertiginoso da computação vem tornando acessíveis inúmeros programas

de modelagem molecular baseados em mecânica molecular (clássica) ou em mecânica quântica.

Esse tipo de recurso já está sendo usado nos cursos de graduação em química, e com certeza

chegará ao ensino médio. Na mecânica molecular, trabalha-se com forças de campo; os movimentos

atômicos são descritos por constantes de força (como as de oscilador harmônico) de estiramento e

torção. Além disso, incluem-se barreiras conformacionais, interações eletrostáticas, pontes de

hidrogênio e forças de dispersão como a de van der Waals. As equações usadas são relativamente

simples, e o cálculo de uma estrutura molecular pode ser feito com o auxílio de parâmetros

experimentais como as já conhecidas constantes de força. A energia total é dada pela soma de

todas as energias (ligação, torção, conformacional, eletrostática, van der Waals e pontes de

hidrogênio), que por sua vez depende de distâncias, ângulos e cargas. Essas variáveis podem ser

alteradas gradualmente até se chegar ao mínimo de energia, situação que define a geometria mais

estável da molécula.

Os cálculos de mecânica molecular podem ser conduzidos em níveis altamente sofisticados,

sendo de interesse, principalmente, na previsão da estrutura e atividade de fármacos e na construção

de sistemas com capacidade de reconhecimento molecular. Sob o ponto de vista didático, a

modelagem molecular permitirá que o aluno explore em detalhes a estrutura tridimensional das

moléculas, reconhecendo aspectos conformacionais e estéricos.

A outra opção faz uso da mecânica quântica. Estruturas moleculares podem ser simuladas a

partir da solução da equação de Schrödinger, utilizando programas de computador que têm evoluído

continuamente. Existem vários programas executáveis em microcomputadores pessoais que po-

dem ser usados por estudantes de cursos introdutórios de química. Atualmente, os métodos de

mecânica molecular seriam os mais adequados para alunos de ensino médio.

Ligação química: a visão atual

A visão sobre a ligação química não pode se restringir ao compartilhamento de um par de elétrons

entre dois átomos, ou à idéia de um par de elétrons ocupando um orbital molecular formado pela

combinação de dois orbitais atômicos. A idéia de orbitais deslocalizados, como no caso do benzeno

e do grafite, deve ser explorada, para explicar a equivalência das distâncias C-C do primeiro e as

propriedades condutoras do segundo. Esse modelo poderá ser facilmente ampliado para explicar

a existência de polímeros condutores (poliacetileno, polianilinas e polipirróis), fios moleculares

e materiais supercondutores.

A estrutura de biomoléculas como o DNA permite mostrar a importância das ligações de hidrogênio

e a complementaridade das bases nucleicas. Outra oportunidade interessante para discutir as

interações de hidrogênio é fornecida pela piezoeletricidade em cristais de diidrogenofosfato de po-

tássio, KH

, onde os dipolos elétricos oscilam ao longo das ligações P-O-H...O-P pelo simples

deslocamento do átomo de hidrogênio que atua como ponte. A partir do conhecimento das interações

intermoleculares, o aluno poderá entender o significado do reconhecimento molecular, bem como

discutir a questão da inteligência molecular.

Com a exploração sistemática dos vários tipos de ligações, o aluno terá maior contato com os

aspectos espaciais (tridimensionais) da química, passará a perceber a existência dos elementos de

simetria nas moléculas e materiais, e talvez venha a ter uma nova visão estética do mundo em que

vive.

137

Referências bibliográficas

OGILVIE, J.F. The nature of the chemical bond - 1990, Journal of the Chemical Education, v. 67, n.4, p. 281-

289, 1990.

PAULING, L. The nature of the chemical bond - 1992, Journal of the Chemical Education, v. 69, n. 7, p. 519-

521, 1992.

CHASSOT, A. Sobre prováveis modelos de átomos, Quimica Nova na Escola, n. 3, p. 1, 1996.

LUDER, W. F., The electron-repulsion theory of the chemical bond. New York: Reinhold Publishing Corp.,

1967.

Para saber mais

Para obter um questionamento à idéia da molécula como objeto real e uma abordagem crítica das concep-

ções clássicas de ligação química, ver:

MORTIMER, E. Para além das fronteiras da química: relações entre filosofia, psicologia e ensino de química.

Química Nova, v. 20, n. 2, p. 200-207, 1997.

MORTIMER, E. O significado das fórmulas químicas. Química Nova na Escola, n. 3, p. 19-21, 1996

Ligação química: abordagem clássica ou quântica?

138 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

o conceito fundamental da química

Estrutura Molecular

1880: Estrutura molecular

ciência química, ao menos nos cem últimos anos,

desenvolveu-se em torno de um grande e funda-

mental conceito unificador: a estrutura molecular.

O químico vem, nesse mesmo período, identificando quí-

mica com estrutura molecular. O químico é como que um

profissional das moléculas, e quando ‘pensa’ nelas ele

tem como objeto um arranjo tridimensional muito bem defi-

nido dos átomos que constituem cada molécula em par-

ticular no espaço. Exemplo: o arranjo planar e angular de

dois hidrogênios e um oxigênio na água e o arranjo tetraé-

drico dos quatro hidrogênios em torno do carbono no

metano etc.

Não é difícil entendermos o porquê desse caráter fun-

damental do conceito de estrutura molecular para o quí-

mico. Tomemos inicialmente os átomos. Eles são em um

número um pouco superior a cem (ver a tabela periódica).

Apenas pouco mais de cem. E o número de moléculas

conhecidas hoje? Cerca de dez milhões. Não seria pos-

sível uma mesma ciência, um mesmo tratamento cientí-

fico desses dez milhões de unidades sem um conceito

ou modelo unificador de suas estruturas e propriedades

físicas. Esse conceito reside justamente em descrever

cada molécula como um arranjo tridimensional específico

a partir de cerca de apenas cem tipos de ‘blocos básicos’:

os átomos.

Evidentemente os químicos precisavam, antes de tudo,

entender bem a estrutura e as propriedades de cada um

desses cerca de cem tipos de tijolos atômicos. Depois,

precisaram responder a uma questão fundamental - e é

dela que trata o presente texto - sobre cada arquitetura

molecular: por que uma dada molécula (como a da água)

tem exatamente uma geometria específica e não qualquer

outro arranjo espacial de seus átomos constituintes? A

José Glauco Ribeiro Tostes

Universidade Estadual do Norte

Fluminense, Campos - RJ

Como o próprio título enfatiza, este artigo apresenta uma

abordagem sobre um conceito central em nossas aulas de

química: a estrutura molecular. São apresentados os limites

da mecânica clássica para a interpretação do conceito de

estrutura molecular, o desenvolvimento desse conceito

pela mecânica quântica e as controvérsias quanto à

utilização desse modelo de modo puramente quântico.

estrutura molecular, mecânica quântica,

interação molecular

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 7, 1998.

139

partir dessa resposta, os químicos concluíram que nesse arranjo ou geometria privilegiada de cada

molécula, os átomos constituintes permanecem praticamente sem deformações em relação a sua

estrutura original quando ainda não ligados. Apesar de todos os avanços da química teórica, é

exatamente isso que permite ao químico, essencialmente, manter o modelo tradicional da estrutura

molecular como arranjo tridimensional dos átomos constituintes. É importante acrescentar que essa

mesma geometria privilegiada permanece praticamente inalterável mesmo quando, em fase

condensada (fases líquida ou sólida), as moléculas se aproximam e interagem entre si de modo

mais apreciável. Ou seja, o mesmo modelo de estrutura molecular é válido nos três estados da

matéria. Essa notável ‘resistência’ da estrutura molecular quando em fase condensada não será

abordada no presente texto.

Mecânicas

As respostas às questões acima envolvem o que podemos denominar ‘teoria padrão’ dos 300

últimos anos da história das ciências naturais: a descrição dos fenômenos em termos de modelos

mecânicos, a começar pela mecânica clássica ou newtoniana.

Como acontece com todas as mecânicas, a mecânica clássica começa com uma equação funda-

mental e geral: a ‘equação do movimento’, cuja forma mais ade-

quada é E = T + V (energia total do sistema, que vamos admitir

constante, é igual à soma das energias cinética e potencial das

partículas do sistema). Para um dado sistema de n partículas

que interagem entre si sob um dado potencial (por exemplo:

potencial gravitacional, potencial eletrostático de Coulomb etc.),

podemos prever no tempo todas as outras configurações

subseqüentes, se fornecermos uma configuração ou arranjo

espacial dessas partículas com as velocidades iniciais de cada

uma delas. Essa é a solução da equação do movimento: a

descrição espaço-temporal das partículas do sistema.

Infelizmente, essa mecânica mostrou-se incapaz de res-

ponder sequer à questão central acima formulada por volta de

1880: por que uma molécula tem uma dada geometria privilegiada e não qualquer outra? Do ponto

de vista de uma descrição mecânica em termos de energia, isso equivale a perguntar sobre a estabi-

lidade molecular: por que há uma geometria molecular particularmente estável, ou seja, com uma

energia total notavelmente baixa em relação a todos os outros arranjos espaciais possíveis? Foi

preciso uma nova mecânica - somente disponível em 1926 - para responder a essas e a outras

questões acerca das propriedades físicas do mundo atômico-molecular. É a mecânica quântica.

Essa nova mecânica também parte de uma equação fundamental do ‘movimento’ que tem

semelhança ao menos formal com a equação-mãe da mecânica newtoniana: EΨ = TΨ + VΨ. É a

equação de Schrödinger. A solução que objetivamos ao resolver essa equação agora consiste em

obter a ‘função de onda’ Ψ do sistema (por exemplo, um átomo ou uma molécula). Essa função não

mais fornece a evolução espaço-temporal das partículas do sistema, e aliás nem tem relação direta,

ela mesma, com nenhum dado experimental. No entanto, é o principal instrumento para calcularmos

(e daí testarmos em laboratório) valores de qualquer variável fisicamente significativa desse mesmo

sistema. Por isso, Ψ é também denominada ‘descrição completa do sistema’.

1930: Estrutura molecular e mecânica quântica

Por volta de 1927, essa nova mecânica começou a ser aplicada com sucesso para descrever as

Como acontece com todas

as mecânicas, a mecânica

clássica começa com uma

equação fundamental e

geral: a ‘equação do movi-

mento’: E = T + V. Também

a mecânica quântica tem a

sua equação fundamental

do ‘movimento’:

EΨ = TΨ + VΨ

Estrutura molecular: o conceito fundamental da química

140 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

estruturas de átomos e moléculas. No caso de átomos, tem-se a estrutura de camadas eletrônicas,

com cada elétron aproximadamente descrito por uma função de onda própria, ou seja, um ‘orbital

atômico’. A função completa Ψ para o sistema de n elétrons é então obtida (em termos bastante

simplificados) pelo produto dos n orbitais atômicos. Temos então as famosas ‘configurações

eletrônicas’ de cada átomo na tabela periódica (átomo de hidrogênio, 1s; átomo de hélio, 1s

; átomo

de lítio, 1s

2s etc., onde 1s, 2s etc. são funções que descrevem espacialmente os orbitais, que

diferem entre si em tamanho e forma).

Já no caso de moléculas, a solução da equação de Schrödinger correspondente era tão complexa

e demorada que foi necessária uma aproximação na própria equação para que resultados exeqüíveis

pudessem ser alcançados. Essa aproximação, conhecida

como aproximação de Born-Oppenheimer, de 1927, baseou-

se na enorme disparidade mássica entre elétrons e núcleos:

estes últimos possuem massas no mínimo duas mil vezes

maiores que a de cada elétron (essa disparidade vale para o

hidrogênio; já para o lítio, por exemplo, a relação entre a

massa dos elétrons e do núcleo é ainda maior: 1:14 000).

Com isso, pode-se desdobrar o problema em duas partes,

um correspondendo ao movimento eletrônico, outro ao

movimento nuclear:

1. Primeiro, descreve-se o movimento quântico das

‘velozes’ partículas eletrônicas em torno dos núcleos

relativamente bem mais ‘pesados’ e quase ‘imóveis’, tratados nesse caso como partículas clássicas

(isto é, podendo ser bem localizados e imobilizados ao mesmo tempo). Para cada arranjo nuclear R

fixado (R é a distância internuclear em uma molécula diatômica, tomada aqui como referência),

temos um padrão de probabilidade eletrônica. Esse padrão é convenientemente reinterpretado pelo

químico no seu cotidiano como uma nuvem eletrostática de carga (‘nuvem eletrônica’).

2. Depois, descreve-se o movimento quântico dos núcleos no próprio campo (médio) de energia

potencial fornecido pela ‘nuvem eletrônica’. Tomando-se uma molécula diatômica, essa função de

energia potencial nuclear U depende da distância internuclear R, isto é, U = U(R). Esse campo de

potencial eletrônico tem uma forma matemática tal que ele apresenta um mínimo agudo de energia

(ou ‘fundo de poço’) em torno de uma dada geometria nuclear: a geometria ou configuração de

equilíbrio, que é justamente a geometria privilegiada exibida pela molécula na natureza. Numa

molécula diatômica, essa geometria de equilíbrio é dada pela distância internuclear R

equil

entre os

dois núcleos da molécula, que é mensurável experimentalmente. Pois bem, o campo U(R) permite a

separação (aproximada) adicional do movimento dos núcleos em dois submovimentos: a) movimento

rígido de rotação de todos os núcleos na geometria de equilíbrio R

equil

– e b) movimento sincronizado

(‘coletivo’) de pequenas vibrações (ou de pequenas amplitudes) de todos os núcleos em torno de

suas respectivas posições na geometria de equilíbrio R

equil

. Finalmente, concluímos que a forma da

‘nuvem eletrônica’ privilegiada será aquela associada à distância de equilíbrio R

equil

A partir das considerações energéticas que acabamos de tecer, temos que a energia total da

molécula separa-se aproximadamente em três fragmentos, cada um correspondendo a um dos

movimentos internos da molécula conforme descritos anteriormente: a) o pedaço com quase 100

por cento da energia, a energia eletrônica E

, calculada na geometria rígida R

equil

do fundo do poço

de potencial ; b) a energia (quantizada) de vibração nuclear E

vib

(cerca de 100 vezes menor que E

)

e c) a energia (quantizada) do movimento rotacional nuclear E

rot

(cerca de 100 vezes menor que E

vib

Isto é, a energia total da molécula é E

total

≅ E

+ E

vib

+ E

rot

. Essa é a fórmula fundamental de toda a

No caso de moléculas, a

solução da correspondente

equação de Schrödinger era

tão complexa e demorada

que foi necessária uma

aproximação na própria

equação para que

resultados exeqüíveis

pudessem ser alcançados

141

abordagem quantomecânica da chamada ‘espectroscopia molecular’, que estuda a estrutura e

propriedades moleculares por meio da interação entre radiação eletromagnética e moléculas.

Como foi apresentado, os núcleos ‘enxergam’ o movimento eletrônico médio como nós

enxergamos as pás de um ventilador em movimento. Assim, podemos introduzir e utilizar aqui o

conceito de ‘nuvem’ ou densidade eletrônica de um modo mais fisicamente significativo. Essa densi-

dade é obtida resolvendo-se a equação de Schrödinger para o movimento eletrônico no campo dos

‘núcleos fixos’ (item a acima). Para cada valor fornecido de R obtemos uma densidade diferente. No

entanto, como o movimento vibracional nuclear praticamente se restringe a pequeníssimos desvios

em torno de suas respectivas posições de equilíbrio em R

equil

, a densidade eletrônica fisicamente

significativa é aquela obtida para essa mesma distância. Como a ordem de grandeza de R

equil

moléculas diatômicas é de um angstrom (10

-8

cm), o desenho final da estrutura molecular (com dois

núcleos idênticos), em termos de sua descrição quântica, é o de uma nuvem eletrônica na forma de

um elipsóide de revolução de dimensões da ordem do angstrom, envolvendo os dois núcleos fixos

localizados nos dois focos do elipsóide e separados pela distância ou geometria de equilíbrio R

equil

(Fig. 1).

É esse portanto o modelo fundamental de estrutura molecular tal como descrito pela mecânica

quântica. Ele prevê corretamente a geometria de equilíbrio experimental, bem como a forma e a

estrutura experimental da nuvem eletrônica.

1980: Moléculas têm estrutura?

Assim, recuperamos através da mecânica quântica o conceito fundamental da química. Mas

teremos recuperado o modelo de estrutura molecular de modo puramente quântico, sem nenhum

artifício estranho a tal mecânica? Essa interrogação foi levantada pelo físico-químico inglês Woolley

no final da década de 70. Woolley argumenta que, ao contrário do que se pensa atualmente, a

resposta é ‘não’. Dentro do tratamento matemático acima mencionado de separação de movimentos

eletrônico e nuclear (aproximação de Born-Oppenheimer - BO), o próprio conceito físico de estrutura

molecular é introduzido sutilmente (mas conscientemente, por Born e Oppenheimer). Assim, o

conceito fundamental da química não surgiria ao final de um tratamento quântico pretensamente

restrito apenas a golpes de uma técnica matemática aproximativa. O conceito básico de toda a

química, tal como a conhecemos, só foi recuperado ao final do tratamento quântico de Born-

Oppenheimer porque ele simplesmente foi introduzido ad hoc - como um conceito geométrico de

núcleos fixos da mecânica clássica - no início daquele próprio tratamento matemático. Isso evidencia

a enorme ‘resistência’ do conceito químico - ainda clássico, não quântico - de estrutura molecular

dentro da nova mecânica. Em outras palavras, continua Woolley, se resolvermos a equação molecu-

lar completa de Schrödinger - sem separação alguma

em seus movimentos internos -, a previsão é de que

a tradicional estrutura molecular da Fig. 1 estaria

totalmente ausente da função de onda molecular

exata. Mas se a estrutura molecular é uma propriedade

que vem sendo medida em laboratório (difração de

raios X etc.), como explicar de modo também

puramente quântico tal resultado experimental?

Para responder a essa pergunta, Woolley dá, ao

mesmo tempo, uma explicação para o sucesso da

aproximação semiclássica de BO quanto as suas

previsões estruturais, experimentalmente confirmadas.

Figura 1 – Densidade eletrônica típica de

molécula diatômica homonuclear.

Estrutura molecular: o conceito fundamental da química

142 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Para Woolley, a criatividade desses dois pioneiros da mecânica quântica foi terem construído um

modelo não rigorosamente quântico de molécula isolada capaz de simular certas propriedades que

em termos rigorosamente quânticos resultariam de interações entre um número imenso de moléculas,

vale dizer, propriedades de meio ou de muitos corpos (many

body). Assim, por exemplo, o metano (CH

) não ‘teria’ uma

estrutura tetraédrica como normalmente nos é ensinado; tal

estrutura tetraédrica somente emergiria mediante uma

concentração ou aglomeração suficientemente grande de

moléculas de metano, aglomeração essa que já seria alcançável

em fase gasosa, desde que a pressão não seja excessivamente

baixa. Com isso, responde-se também à pergunta final do último

parágrafo: em termos rigorosamente quânticos, o conceito de

estrutura molecular não emergiria, ainda segundo Woolley, como

uma propriedade intrínseca das moléculas individuais - ao

contrário do que pensa a quase totalidade da comunidade

química -, mas sim como resultante de interações intermolecu-

lares ou de interações entre moléculas e campos externos, o que seria extremamente difícil de se

calcular ab initio ainda hoje.

Woolley aponta enfim para o futuro: com o avanço de técnicas de medidas moleculares estaríamos

chegando a trabalhar no limite da molécula isolada, isto é, a trabalhar com estados quânticos

moleculares estáveis no tempo (estados estacionários) e em fase gasosa em condições de extrema

rarefação que praticamente eliminem interações intermoleculares. Nesse limite, se acompanhássemos

Woolley, teríamos atingido uma espécie de limite molecular de uma mecânica sem química, ou

melhor, sem estrutura molecular.

Uma série de trabalhos no início dos anos 80 mostrou que tal posição tão radical de Woolley na

verdade não se sustentava. Pelo menos em moléculas diatômicas - no limite da ‘molécula isolada’ -

podemos recuperar de modo rigorosamente quântico o conceito fundamental tradicional de estrutura

como aparece na Fig. 1. Em sistemas poliatômicos, porém, ao menos parte das reservas de Woolley

devem ser levadas em conta, uma discussão que vai além dos objetivos do presente trabalho.

Para saber mais

Para introdução elementar ao conceito de estrutura molecular veja:

RUSSELL, J.B. Química Geral, 2. Ed. São Paulo: Makron Books, 1994. Principalmente capítulos 8 e 19.

Para considerações gerais relativamente simplificadas sobre o conceito de estrutura molecular e, em par-

ticular, sobre a questão levantada por Woolley, leia:

WEININGER, S. The molecular structure conundrun: can classical chemistry be reduced to quantum che-

mistry, J. Chemical Education, v. 61, p. 939, 1984.

Para uma análise quanto-mecânica profunda do conceito de estrutura molecular (tendo em vista a análise

crítica das posições de Woolley), leia:

CLAVERIE, P., DINER, S. The concept of molecular structure in quantum theory: Interpretation problems,

Israel J. Chem., v. 19, p. 54, 1980.

Para a recuperação rigorosamente quântica do conceito de estrutura molecular em moléculas diatômicas,

leia: TOSTES, J.G.R. Molecular shape effects and quantum theory. Theor. Chim. Acta (Ber.), v. 59, p. 229,

1981.

A descrição de qual modelo ensinar é feita pelo professor Chassot no artigo: CHASSOT, A.I. Sobre prováveis

modelos de átomos, Química Nova na Escola, n. 3 maio, 1996, p. 3.

O conceito de estrutura

molecular não emergiria

como uma propriedade

intrínseca das moléculas

individuais - ao contrário

do que pensa a quase

totalidade da comunidade

química -, mas sim como

resultante de interações

intermoleculares

143

endo ficado em sono profundo durante décadas,

um homem acorda e percorre, espantado, o novo

mundo que o cerca: as pessoas movem-se em

máquinas que ele nunca vira antes. As casas são outras,

de materiais que ele também desconhecia. Intrigado,

encontra caixas de onde saem imagens e sons. As pes-

soas vestem-se de modo estranho. Assustado, refugia-

se em um prédio onde, ao entrar em uma sala, depara

com jovens sonolentos, fingindo prestar atenção em uma

pessoa mais velha que lhes fala sobre algo que só a ela

parece interessar. Uma suave sensação de alívio o

envolve, aquela sensação de quem, numa terra estranha,

encontra algo que conhece de longa data.

Essa parábola sobre o conservadorismo da escola nos

remete, num primeiro momento, à questão da forma. Mas

não é só na forma que a escola é conservadora, mas

também — e talvez até mais — no conteúdo. Muda o

mundo, avança o conhecimento, e o que se define como

básico para ensinar continua o mesmo. Quando alguma

inovação se impõe, o método da adição é aplicado, ou

seja, juntam-se tópicos e mais tópicos relativos a assuntos

mais ou menos recentes, ‘modernizando-se’ o livro texto.

Defendem-se alguns, dizendo que a ciência, sendo algo

muito complexo para ser ensinado, necessita de facilita-

ções, muitas vezes apenas “‘inocentemente” mnemôni-

cas. O resultado de tais facilitações tem sido a criação de

um mundo à parte, que só existe na sala de aula e na

cabeça do professor, cabendo aos alunos serem desco-

dificadores desse jogo muito mais subjetivo do que

objetivo. No que concerne ao ensino de química no nível

médio, isso tem sido especialmente verdadeiro. Na cria-

ção desse mundo próprio, subjetivo, que praticamente

só existe na sala de aula, o livro didático tem um papel

fundamental. Naquele ambiente, ele dá legitimação ao

Reinaldo Calixto de Campos

Pontifícia Universidade Católica do Rio de

Janeiro, Rio de Janeiro - RJ

Reinaldo Carvalho Silva

Escola Técnica Federal de Santa Catarina,

Florianópolis - SC

Neste artigo, os autores focalizam o conceito de funções

inorgânicas. Os autores analisam o conteúdo dos capítulos

que abordam o conceito de funções da química inorgânica

em 12 livros de química destinados ao nível médio. A

partir da escolha de um dos livros como representante

do grupo, o artigo apresenta uma crítica baseada na falta

de coerência interna desses capítulos, sob a ótica da visão

atual dos conceitos ácido-base, e na impropriedade

didática de saturar os iniciantes de classificações e

nomenclaturas.

funções inorgânicas, conceitos ácido-base,

livros didáticos

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 9, 1999.

Funções da química inorgânica

...funcionam?

Funções da Química Inorgânica... funcionam?

144 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

que (e como) se ensina: é sabido o juízo de valor que se faz da palavra escrita. E, além de legitimar

tal prática, ele contribui para sua expansão e perpetuação através dos tempos. Nesse mundo mágico-

subjetivo, que se baseia na autoridade e não na experimentação e na reflexão (não diferente de

qualquer ritual místico), certos tópicos são especialmente representativos e sua análise crítica pode

auxiliar os docentes, para que venham a mudar o foco de suas aulas, saindo do ritual para os

princípios. Dentre tais tópicos destacam-se, sem dúvida, as chamadas ‘funções da química inor-

gânica’.

A quase totalidade dos livros de química mais amplamente comercializados, dedicados ao ensino

médio, e com eles provavelmente a maior parte dos professores atuantes nesse nível, consideram

muito importante o estudo das assim chamadas funções da química inorgânica, assunto que ocupa,

por exemplo, dezenas de páginas dos livros didáticos acima citados. Paralelamente, a química tem

se revelado assunto de aprendizagem muito difícil entre os alunos, levando-nos a especular que

talvez haja uma relação de causa e efeito entre a citada valorização e o inelutável insucesso, uma

vez que esse assunto fantasmagórico, como se pretende demonstrar, não passa de um indigesto

coquetel de conceitos descosidos e contraditórios. Analisando os livros mais adotados, percebe-se

que, numa aparente preocupação de não-omissão, os autores ali ensacam todos os conceitos,

novos ou velhos, obsoletos ou não, sem qualquer compromisso com a tessitura de uma conexão

harmoniosa. O resultado é um conjunto de regras desarticuladas que, não fazendo sentido global,

levam os ‘bem-sucedidos’ para longe da verdadeira química. Quanto aos ‘malsucedidos’, cabe

perguntar se não estariam nessa situação exatamente por rejeitarem aquilo que para eles não tem

sentido. O esforço de reelaboração dos fatos mediante novas categorias teóricas, típico do progres-

so científico moderno, parece não encontrar paralelo na pedagogia química praticada por esses

textos. O que se percebe é um amontoado de conceitos cuja finalidade esgota-se em si mesma, no

dia da avaliação dos conteúdos, sem contribuição significativa para a compreensão do mundo

físico que se descortina diante do adolescente.

Analisemos o livro de Ricardo Feltre (tomado arbitrariamente como exemplo, mas que apresenta

a mesma visão e estrututura de outros livros didáticos citados na bibliografia) e analisemos o aludido

capítulo, que começa com a definição: “Função química é um conjunto de substâncias com proprie-

dades químicas semelhantes”. “As funções que iremos estudar são: ácidos, bases, sais e óxidos.”

Já isso constitui um mau começo, pelo menos por dois motivos: primeiro, porque essa forma de

exposição pressupõe que tais categorias sejam excludentes, o que não é verdade. Há sais que são

ácidos, há óxidos que são bases, há óxidos que são sais ou mesmo ácidos que são bases. Isso

ocorre porque o comportamento das espécies químicas é sempre relativo (à outra espécie com que

a interação é estabelecida) ou porque o próprio conceito inclui mais de uma das citadas categorias.

Se sal é uma espécie de elevado caráter iônico e óxido um composto binário de oxigênio, é claro

que há óxidos que são sais e vice-versa. Por exemplo, CaO, usando critérios encontrados no próprio

livro, tem caráter iônico de 79%. Logo, CaO é um sal. Mas CaO é também um composto binário de

oxigênio. Logo, CaO é um óxido.

Em segundo lugar, instaura-se uma desgastante confusão, porque misturam-se critérios

comportamentais, os únicos aceitáveis partindo do conceito estabelecido de função, com critérios

constitucionais que são, por isso mesmo, completamente descabidos dentro da idéia apresentada

para função. De fato, logo adiante Feltre define que “sais são compostos iônicos que possuem pelo

menos um cátion diferente do H

e um ânion diferente do OH

–

” e “óxidos são compostos binários do

oxigênio”. Como esses critérios são puramente constitucionais, a conclusão inevitável é: sais e

óxidos não são funções. Contraditoriamente, isso é reconhecido pelo próprio autor: “...os sais,

logicamente, não terão propriedades funcionais...” e “...é fácil concluir que não é possível atribuir

145

propriedades funcionais a todas essas famílias de óxidos”. Realmente, é forçoso considerar que a

maior prova de sanidade mental que um aluno pode fornecer diante de tais confusões é a revolta e

a nota baixa. Esqueçamos, pois, os sais e os óxidos e vamos nos concentrar nos ácidos e bases.

Em primeiro lugar, é preciso considerar que, devido à noção

de relatividade no comportamento das espécies químicas, a

rigor ácidos e bases, concebidos como “conjunto de substân-

cias com propriedades químicas semelhantes”, não existem. O

que há é um modo de se comportar quimicamente: comporta-

mento ácido e comportamento básico. Assim, diante do sódio

metálico, a amônia comporta-se como ácido, formando íon

amideto. Porém, diante da água, a amônia comporta-se como

base, formando íon amônio. Apenas aquelas espécies que apresentam esses comportamentos em

grau muito acentuado se aproximariam do conceito estabelecido para função.

Em segundo lugar, gostaríamos de mostrar aqui que os conceitos ácido-base de Arrhenius,

Bronsted, Usanovich e Lewis, diferentes em abrangência e significado, guardam entre si certa

articulação. Portanto, não se pode escolher um desses, esperando assim descrever de modo racional

todas as reações químicas e em qualquer solvente, nem deixar de chamar a atenção para os pontos

em que os conceitos se tocam. Faremos isso partindo do conceito de Arrhenius, tal como apresentado

por Ricardo Feltre:

“Ácidos são compostos que, em solução aquosa, ionizam-se, produzindo como íon positivo

apenas o H

.”

Modifiquemos, apenas ligeiramente, esse conceito, a fim de alcançar máxima generalização.

Ionização, no caso, é um processo químico com a água, que origina íons. O próprio Feltre discute a

idéia de ionização: “...a água irá quebrar as moléculas de HCl...” Por outro lado, precisamos considerar

que, em água, não há prótons H

livres. Uma vez gerados, esses minúsculos íons coordenam-se a

um dos orbitais saturados da água, gerando íons hidroxônio, H

. Introduzindo esses pequenos

retoques à definição apresentada e eliminando o termo ‘composto’ (não há por que restringir o

conceito de Arrhenius aos compostos), chegamos ao conceito de Arrhenius com outras palavras.

“Ácidos são espécies que, ao reagirem com a água, produzem como íon positivo apenas

. (1)

Aqui vale a pena fazer uma pequena pausa de enaltecimento ao trabalho de Arrhenius. Ao contrário

de muitas das concepções de então — “ácidos têm sabor azedo”; “ácidos têm oxigênio”; “ácidos

têm hidrogênio” (de novo os aspectos constitucionais assumindo o lugar dos comportamentais) —

, ele definiu ácido, em 1887, considerando sua interação com algo. Ácido é aquele que, diante da

água, comporta-se da maneira descrita. Modernamente, esse mesmo ponto de vista é generalizado

por alguns autores como conceito ácido-base relativo ao solvente. Segundo esse critério, ácido é

aquela espécie que, adicionada ao solvente, provoca aumento na concentração de seu ácido

conjugado e base é aquela espécie que, adicionada ao solvente, provoca aumento na concen-

tração de sua base conjugada. Como a maior parte das reações químicas se passa em solução,

esse conceito é muito importante para os solventes protofílicos ou protogênicos, ativos do ponto de

vista ácido-base (água, amônia, dióxido de enxofre, acetato de hidrogênio etc.).

Vamos partir do enunciado moderno do conceito de Arrhenius (1, acima) e relacioná-lo com os

conceitos de Bronsted, Lewis e Usanovich. Para tanto é preciso considerar, como exemplo, as

seguintes reações, que ocorrem com diferentes graus de espontaneidade:

...a rigor ácidos e bases,

concebidos como “conjunto

de substâncias com

propriedades químicas

semelhantes”, não existem

Funções da Química Inorgânica... funcionam?

146 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

a) dissolução em água do cloreto de hidrogênio gasoso:

HCl(g) + H

O(l) → H

(aq) + Cl

–

(aq)

b) dissolução em água de cloreto de amônio sólido:

Cl(s)

+ H

O(l)

→ H

(aq) + NH

(aq) + Cl

–

(aq)

c) hidrólise dos sais de alumínio, usada no tratamento de água bruta:

(SO

)

(s) + 12H

O(l) → 2Al(OH)

(s) + 6H

(aq) + 3SO

2–

(aq)

d) reação da chuva com gases da queima do enxofre, gerando chuva ácida:

(g) + 2H

O(l)

→ H

(aq) + HSO

–

(aq)

e) geração de oxigênio, ao qual se atribui o enfraquecimento das roupas deixadas em contato

prolongado com soluções de cloro:

(g)

+ 3H

O(l)

→ ½O

(g) + 2H

(aq) + 2Cl

–

(aq)

Examinando essas reações, vemos claramente que todas são “reações com a água que produzem

como íon positivo apenas hidroxônio”. Portanto, são ácidos de Arrhenius: o cloreto de hidrogênio; o

cloreto de amônio; o sulfato de alumínio; o dióxido de enxofre e o cloro. Agora consideremos os

seguintes conceitos de ácido:

Bronsted: doadores de prótons.

Lewis: receptores de pares de elétrons para formar uma ligação coordenada.

Usanovich: receptores de elétrons (oxidante).

Reexaminando agora as equações de ‘a’ a ‘e’, chegaremos a interessantes intercruzamentos

conceituais. Assim, o cloreto de hidrogênio em ‘a’ é ácido de Bronsted. Além disto, o próprio íon H

embora sem existência estável, é ácido de Lewis. O sulfato de alumínio em ‘c’ é ácido de Lewis e o

cloro em ‘e’ é ácido de Usanovich.

Dessa maneira, fica evidente que os ácidos de Arrhenius não estão restritos às espécies

protonadas, tal como Feltre apresenta, e que é perfeitamente possível discutir os conceitos ácido-

base de modo articulado, evitando que o aluno venha a julgar que na química se cria uma regra para

cada reação estudada. Não estamos aqui argumentando que seja interessante apresentar aos

iniciantes todos os conceitos simultaneamente, mas que, à medida que forem sendo apresentados,

sejam articulados entre si de modo a favorecer o estabelecimento de uma firme teia conceitual.

De modo análogo aos ácidos, poderíamos estabelecer a seguinte teia conceitual para as bases:

Arrhenius: reage com água produzindo OH

–

Bronsted: receptor de prótons.

Lewis: doador de pares de elétrons para estabelecimento de ligação coordenada.

Usanovich: doador de elétrons (redutor).

Sistema referenciado ao solvente: aumenta a concentração da base conjugada do solvente.

Considerando, agora, algumas reações com água, ocorrendo em diferentes graus de extensão,

mas de qualquer modo possíveis, teremos as bases de Arrhenius.

f) dissolução da amônia:

(g) + H

O(l) → NH

(aq) + OH

–

(aq)

g) reação do óxido de sódio com água:

O(s) + H

O(l) → 2Na

(aq) + 2OH

–

(aq)

147

h) dissolução do cianeto de potássio:

KCN(s) + H

O(l) → HCN(aq) + K

(aq) + OH

–

(aq)

i) a vigorosa reação do sódio em água:

Na(s) + H

O(l) → ½H

(g) + Na

(aq) + OH

–

(aq)

São, portanto, bases de Arrhenius: a amônia, o óxido de sódio, o cianeto de potássio e o sódio.

São também bases de Bronsted: a amônia, o óxido de sódio, o cianeto de potássio. São também

bases de Lewis: a amônia, o íon O

do óxido de sódio e o íon CN

do cianeto de potássio. É também

base de Usanovich, o sódio metálico. Novamente, vemos que não é possível restringir as bases aos

hidróxidos iônicos, e que há uma intensa interpenetração dos conceitos de base.

Como interagem ácidos e bases? Passemos a considerar uma das regras mais famosas nos

textos que tratam das funções da química inorgânica.

ácido + base → sal + água

Tomemos alguns dos ácidos e bases apresentados acima e vejamos se há concordância com

essa regra. Antes de tudo, é preciso considerar dois casos: se a reação ocorre em meio aquoso ou

anidro (os autores não levam em conta essa distinção vital). Inicialmente, consideremos o meio

anidro.

Façamos reagir cloreto de hidrogênio com óxido de sódio. O íon óxido aceita o próton, formando

água.

2HCl(g) + Na

O(s) → H

O(g) + 2NaCl(s)

Seguindo, portanto, a regra apresentada. Vejamos outros casos, como por exemplo a explosiva

reação do sódio com o cloro

2Na(s) + Cl

(g) → 2NaCl(s)

Há formação de sal mas não há água, contrariando a regra. Consideremos, agora, a reação

entre dois sólidos iônicos, um do grupo dos ácidos, o cloreto de amônio, e o outro do grupo das

bases, o cianeto de potássio. Pelo menos em algum grau, o cianeto aceita o próton do íon amônio.

KCN(s) + NH

Cl(s) → HCN(g) + NH

(g) + KCl(s)

Portanto, nesse caso tivemos ácido + base → ácido + base + sal, contrariando a regra.

Consideremos mais um caso: façamos reagir (sempre em meio anidro) a amônia líquida com sulfato

de alumínio sólido. Pelo menos em algum grau, o íon Al

é complexado pela amônia.

(SO

)

(s) +12NH

(l) → [Al(NH

)

]

(SO

)

(s)

Novamente um sal, mas nada de água.

Agora vamos considerar o meio aquoso. Ora, nesse meio, o ácido já reagiu com o solvente e

originou íons hidroxônio e a base da outra solução também não existe mais, tendo sido substituída

por quantidade equivalente de íons hidroxila, de tal modo que, ao serem misturadas as duas soluções,

a reação que se passa é entre o ácido e a base conjugada do solvente:

(aq) + OH

–

(aq) → H

O(l) + H

O(l)

E, além do próprio solvente, nada mais é produto da reação! Mesmo para o caso de ácidos e

bases fracos, que se poderiam admitir presentes em solução, a reação deve ser considerada com a

intermediação do solvente através de deslocamentos na posição do equilíbrio.

Diante de tantas exceções, é inescapável considerar que a regra deve estar errada. Ela só funciona

para os ácidos protonados reagindo com óxidos ou hidróxidos iônicos em meio anidro. Em meio

aquoso ela não funciona. O que os autores deveriam esclarecer é que se desejarmos uma solução

Funções da Química Inorgânica... funcionam?

148 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

aquosa de cloreto de sódio podemos, realmente, juntar uma solução aquosa de cloreto de hidro-

gênio com quantidade equivalente de uma solução aquosa de hidróxido de sódio. Exatamente

aquilo que não reage resta em solução: íons cloreto e íons sódio. A evaporação do solvente levaria

a um sólido branco de elevado caráter iônico, o pai de todos os temperos.

Em total incoerência com a regra ácido + base → sal + água, os autores apresentam e discutem

o conceito de íon espectador (aquele que, estando presente na solução, não participa dela!). Como

pode o leitor iniciante compreender conceitos que, em lugar de formarem uma teia por complemen-

tos e reforços, se agridem a cada página? O próprio Feltre, finalmente, reconheceu o absurdo da

regra ácido + base → sal + água, pois na última edição de seu livro não há mais qualquer alusão a

ela. Infelizmente, muitos outros autores ainda insistem nesse equívoco, assim como Feltre insiste na

caduca categoria de funções.

Cremos já estar claro que o tópico funções da química

inorgânica, tal como aparece nos livros textos destinados ao

ensino médio, não é apenas confuso, mas totalmente inútil.

Todavia, gostaríamos de enfeixar nossos argumentos em favor

de um ensino alternativo.

1º) As idéias são contraditórias. Não é possível o convívio

pacífico da regra ácido + base → sal + água com o conceito

de íon espectador. Também não é aceitável que o SO

em água

venha a gerar H

, quando já se disse que o H

é ácido

forte e que, portanto, converte-se integralmente em íons sulfato e hidroxônio.

2º) Os princípios estabelecidos têm abrangência mínima. Quase tudo o que é dito parece ser

válido apenas para os ácidos minerais protonados e hidróxidos iônicos. Estamos convencidos de

que Feltre (e outros) erraria menos se dissesse: “os ácidos são o clorídrico, o sulfúrico e o nítrico; e

as bases são os hidróxidos de sódio, de potássio e de cálcio”. O próprio conceito de Arrhenius é

discutido com um ‘engessamento’ que, modernamente, não se justifica.

3º) Há muitas afirmações sem nenhuma conexão com os fatos que fazem parte do cotidiano do

aluno. O texto chama bicarbonato de sódio de sal ácido, quando todos o usam para combater a

acidez estomacal. Um aluno do meio rural não compreenderia por que Feltre chama o carbonato de

cálcio de sal neutro, pois ele sabe que o calcário combate a acidez dos solos! Dessa maneira, o

estudo torna-se apenas um jogo de regras que, arbitrárias e alienadas do universo do estudante,

não contribuem para que ele possa, ultrapassando o senso comum, alcançar uma visão racional do

mundo físico.

4º) Não se busca atender à economia de conceitos, nem à interconexão conceitual. Há uma série

de conceitos que, seja por sua obsolescência, seja pelo inoportuno de sua apresentação para os

iniciantes, poderiam ser lucrativamente deixados de lado. Sal ácido, básico ou neutro, assim como

óxido ácido ou básico e ainda anfoterismo estão no primeiro caso e eflorescência, higroscopicidade

e superóxidos, no segundo. A teia conceitual de Arrhenius poderia ser a única apresentada e discutida

numa primeira abordagem. Em vez disso, os conceitos de Bronsted e Lewis são atirados e

prontamente deixados de lado, sem qualquer uso na sistematização das reações e sem conexão

com o de Arrhenius, desenvolvendo no aprendiz a nociva conclusão de que a química é um

amontoado de noções desarticuladas.

5º) O solvente ora é considerado, ora ignorado. As discussões baseiam-se na teia conceitual de

Arrhenius, portanto em um sistema referenciado ao solvente; no entanto, ao lançar a regra ácido +

base → sal + água, não se mostra que ela só tem alguma validade para o meio anidro.

6º) Enfatizam-se de modo completamente exagerado os nomes, fórmulas e classificações.

Cremos já estar claro que o

tópico funções da química

inorgânica, tal como

aparece nos livros textos

destinados ao ensino

médio, não é apenas confu-

so, mas totalmente inútil

149

Livros analisados

CARVALHO, G.C. Química moderna. São Paulo: Editora Scipione, 1997.

FELTRE, R. e YOSHINAGA, S. Química geral. São Paulo, v. 1.

FELTRE, R. Química geral. São Paulo: Editora Moderna, 1982, v. 1.

FELTRE, R. Química segundo grau. São Paulo: Editora Moderna, 1977.

FELTRE, R. Química. 4. ed. São Paulo: Editora Moderna, 1994, v. 1.

FONSECA, M.R.M. Química Geral. São Paulo: Editora FTD, 1992.

NABUCO, J.R.P. e BARROS, R.V. Química geral e inorgânica. Rio de Janeiro: Editora Ao Livro Técnico, 1978.

NHEMI, V. Química. 4. ed. São Paulo: Editora Ática, 1995, v. 1.

NOVAIS, V. Química geral e inorgânica. São Paulo: Editora Atual, 1993, v. 1.

POLITI, E. Química curso completo. 2. ed. São Paulo: Editora Moderna, 1992.

SARDELLA, A. Curso de química geral. 22. ed. São Paulo: Editora Ática, 1997, V. 1.

FREITAS, R.G. e COSTA, C.A.C. Química geral e inorgânica. Rio de Janeiro: Editora Ao Livro Técnico, 1971, v. 1.

Para saber mais

Há textos especialmente valiosos para o desenvolvimento de idéias claras sobre os conceitos ácido-base.

Os dois últimos textos citados abaixo estão, infelizmente, esgotados, mas podem estar acessíveis em

bibliotecas:

HUHEEY, J.E. Inorganic chemistry. Principles of structure and reactivity. 2. ed. Nova Iorque: Harper & Row

Publishers, 1978. cap. 7 e 8.

SISLER, H.H. Química dos solventes não-aquosos. São Paulo: Editora Polígono, 1969.

VANDERWERF, A.C. Ácidos, bases e a química da ligação covalente. São Paulo: Editora Polígono, 1970.

Para conhecer dois textos de química para o nível médio que enfocam princípios em lugar de rituais, sem

fazer nenhuma alusão às ’funções’, sugerimos a leitura de:

AMBROGI, A.; VERSOLATO, E.F. e LISBÔA, J.C.F. Unidades modulares de química. São Paulo: Editora Ham-

burg, 1987.

CHEM STUDY. Química, uma ciência experimental. São Paulo: Editora Edart, 1963.

No artigo abaixo, os autores, comentando a regra do octeto, citam a dualidade ritual–princípio:

MORTIMER, E.F.; MOL, G. e DUARTE, L.P. Regra do octeto e teoria da ligação química no ensino médio:

dogma ou ciência? Química Nova v. 17, n. 3, p. 243-252, 1994.

Sugerimos ainda a leitura dos seguintes artigos:

FERREIRA, V. Aprendendo sobre o conceito ácido e base. Química Nova na Escola, n. 4, p. 35-36.

LOPES, A.R.C. Reações químicas. Química Nova na Escola, n. 2, p. 7-9.

OLIVEIRA, R.J. de. O mito da substância. Química Nova na Escola, n. 1, p. 8-11.

Classificam-se os ácidos pelo conteúdo de oxigênio, pela quantidade de hidrogênio, pela volatili-

dade etc. etc. Existe uma verdadeira barreira de ortofosfato dipotássico monossódico e dihidroxi-

cloreto de alumínio, além de monohidrogeno ortofosfato de sódio, impedindo que o aluno possa

enxergar os genuínos princípios da química.

Conclusão

Cremos ter deixado convincentemente claro que esse capítulo (“Funções da química inorgânica”),

dirigido justamente aos iniciantes, contribui como poucos para que os estudantes venham considerar

a química matéria enfadonha, incompreensível e cujo estudo requer exaustivos exercícios de

memorização. E, se assim perceberam, possam os professores, com ganho, dispensar as funções

da química inorgânica e concentrar seus esforços naqueles princípios que hão de permanecer com

seus alunos, quando eles houverem esquecido que o H

é um ácido “triprótico, oxigenado, fixo

e moderadamente forte”.

Funções da Química Inorgânica... funcionam?

150 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

m artigo recente (Bizzo e Kawasaki, 1999)

defendemos a idéia de que não existem profes-

sores de ciências hoje em nossas escolas, mas

que, dentre os de sólida formação, há biólogos, geólogos,

físicos, químicos e médicos que ensinam ciências. Na

forma de uma paráfrase de Alberto Caeiro, procuramos

chamar a atenção para a discussão atual sobre a

formação de professores, remetendo-nos a uma reflexão

sobre a especificidade dos professores de ciências. A

escolha desse tema insere-se nesse contexto, apresen-

tando parte dos resultados obtidos em uma pesquisa

feita com estudantes, sobre as suas concepções de nutri-

ção vegetal. O debate entre Joseph Priestley e Lavoisier

revela a natureza da investigação de mais de 200 anos

atrás, em uma época em que as academias de ciências

reuniam experimentadores que se moviam em largo

espectro do conhecimento. Hoje, as academias reúnem

cientistas altamente especializados, que guardam muito

pouca semelhança com seus colegas de dois séculos

atrás, envolvidos com a geração de conhecimento básico,

alvo dos cursos de ciências de hoje em dia, pelo menos

em seus fundamentos.

Além disso, cabe apontar a especialização das pró-

prias disciplinas escolares, que fazem com que muitas

vezes os estudantes se perguntem se o átomo da química

é o mesmo átomo da física. É nesse sentido que o tema

“fotossíntese” demonstra ser especialmente apropriado

para abordar fundamentos científicos na escola básica.

Exigindo conhecimentos de diferentes áreas, permite uma

exploração criativa que integre diferentes conhecimentos,

de diferentes disciplinas.

Clarice Sumi Kawasaki

Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras

de Ribeirão Preto da Universidade de São

Paulo, Ribeirão Preto - SP

Nelio Marco Vincenzo Bizzo

Faculdade de Educação da Universidade

de São Paulo, São Paulo - SP

Que temas eleger para o ensino de ciências? Essa tem

sido uma preocupação para o professor de ciências que,

a despeito de sua formação inicial, precisa ensinar (e

dominar), ao mesmo tempo, biologia, química e física.

Propõe-se aqui um desafio para o professor de ciências:

que ele eleja o tema da “fotossíntese” para o exercício

do ensino. A fotossíntese, em conjunto com outros

processos fisiológicos, cumpre uma importante função vi-

tal nos vegetais: a nutrição autotrófica. Esta requer o

conhecimento integrado de diferentes áreas do

conhecimento científico, como fisiologia, bioquímica,

ecologia, além das áreas da física e química, dadas as

diversas conversões de energia envolvidas nos processos

respiratórios e fotossintéticos.

fotossíntese, concepções dos estudantes,

ensino de ciências

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 12, 2000.

um Tema para o Ensino de Ci

um Tema para o Ensino de Ciê

ncias?

151

O que os estudantes pensam sobre nutrição vegetal?

O presente artigo analisa e discute os resultados de uma pesquisa (Kawasaki, 1998) que inves-

tigou a compreensão dos estudantes, de 5

à 8

séries do ensino fundamental, sobre o tópico da

nutrição vegetal. Essa foi conduzida em três escolas do ensino fundamental do Município de Ribeirão

Preto (SP), duas delas pertencendo à rede estadual pública de SP e a outra à rede particular.

Dezessete estudantes dessas escolas, escolhidos aleatoriamente, foram entrevistados com uma

média de 200 perguntas por aluno. As entrevistas foram norteadas por um roteiro semi-estruturado,

buscando responder basicamente às

seguintes questões: “Em que medida os estudantes compre-

endem que plantas realizam nutrição autotrófica?” e “Em que medida os estudantes compreendem

a nutrição vegetal, enquanto um tópico complexo e integrado, no qual aspectos fisiológicos,

bioquímicos, ecológicos e de conversões de energia estão envolvidos?”. A análise do conteúdo foi

o método de tratamento e análise dos dados obtidos nas entrevistas (Bardin, 1991). O planejamento

dessa investigação e a análise dos dados foram feitas dentro de uma abordagem qualitativa de

pesquisa (Bogdan e Biklen, 1992; Kude, 1997; Lüdke e Andre, 1986).

A presente pesquisa constatou a existência de concepções de nutrição vegetal em estudantes que

pouco se aproximam do modelo admitido pela ciência atual, apesar de estes estudantes terem estudado

formalmente esse tema em sua escolaridade anterior. Eles não

compreendem que plantas realizam nutrição autotrófica e possuem

idéias genéricas de aspectos isolados de seus processos, que não

permitem uma compreensão do funcionamento desta função vital

em plantas. Verificou-se ainda que esses erros não estão circuns-

critos ao contexto escolar, mas encontram-se difusos na sociedade

e que a escola, em vez de recolocá-los, os veicula, como também

os estimula e os perpetua.

Vários equívocos podem ser encontrados nesse contexto.

Um deles, bastante freqüente, refere-se à idéia de que devemos

preservar as matas, pois essas garantem e suprem a maioria

do oxigênio que respiramos. Outra, bastante relacionada à an-

terior, é a crença generalizada de que plantas são importantes

agentes despoluidores, já que nos livrariam de toda espécie de poluição. Tais abordagens não

permitem compreender a discussão atual sobre o possível aumento de biomassa em grandes áreas

verdes, como a Floresta Amazônica, e que sua preservação é importante por razões ligadas à

manutenção da biodiversidade e das condições climáticas. Por meio de equívocos como esses

prejudica-se a atuação social dos cidadãos escolarizados, que não podem compreender as razões

mais profundas da importância da preservação de matas e florestas.

Qual tem sido o papel da escola nesse cenário? Apesar de todo conhecimento anterior que o estu-

dante traz para a escola, tal fato é desconsiderado no processo de ensino de ciências. Via de regra, o

tema da “fotossíntese” é introduzido, a partir da clássica definição “fotossíntese é o processo pelo qual

plantas produzem seu alimento”, que vem totalmente “descolada” daquilo que o aluno já sabe do

assunto. Esse enunciado aparentemente simples não faz sentido para o estudante, que não consegue

ter uma compreensão global e coesa de “como as plantas se alimentam e qual o papel da alimentação

em seu crescimento e desenvolvimento”. Para essa questão, ele tem suas próprias explicações.

As concepções de nutrição dos estudantes

Algumas afirmações correntes dos

estudantes foram destacadas, em uma tentativa de síntese

de suas principais concepções sobre o tema.

Equívocos freqüentes

referem-se à idéia de que

devemos preservar as

matas, pois essas garantem

e suprem a maioria do

oxigênio que respiramos.

Outro, é a crença

generalizada de que plantas

são importantes agentes

despoluidores

Fotossíntese: um tema para o ensino de ciências?

152 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

“Fotossíntese é o processo pelo qual plantas produzem seu alimento; a folha é o local onde a

planta produz esse alimento”

Essa é a definição que introduz o aluno ao termo científico “fotossíntese” no ensino de ciências,

embora, anteriormente, em séries iniciais, o aluno já tenha sido apresentado ao tema da nutrição em

vegetais. A abordagem tradicional do tema no ensino fundamental reserva para as séries iniciais

tópicos denominados “nutrição das plantas” ou “como as plantas se alimentam”, cuja ênfase recai

no papel nutricional das raízes. Nas séries posteriores, normalmente esse tema é abordado através

de tópicos isolados, como fotossíntese, respiração, desenvolvimento e crescimento nas plantas,

cuja ênfase passa a ser o papel das folhas na fotossíntese e na respiração celular. Paralelamente,

introduz-se a versão bioquímica da fotossíntese e da respiração. Somente no ensino médio há uma

ênfase nos aspectos fisiológicos e bioquímicos desses processos, que passam a se realizar no

interior das células. Esses tópicos são tratados isoladamente no ensino de ciências.

Nessa definição de fotossíntese, as folhas verdes são consideradas as “fábricas” da planta, pois

são os locais onde se produz o alimento, ou seja, se realiza a fotossíntese. Há aqui uma ênfase

exagerada no papel das folhas na realização da fotossíntese. Essa decorre da abordagem presente

no ensino de ciências, que parte de uma visão compartimentada do funcionamento dos vegetais.

Há um modelo de uma planta-padrão, na qual cada estrutura cumpre uma determinada função.

Em suma, trata-se de uma definição eminentemente escolar, cujo enunciado o aluno memoriza,

mas não compreende, pois não consegue relacioná-lo a outros conhecimentos que lhe permitiriam

ter uma visão global dos processos envolvidos na nutrição vegetal.

“Plantas alimentam-se através das raízes, absorvendo substâncias do solo”

Muito antes de ser apresentado à definição escolar de “fotossíntese”, o aluno traz para dentro da

escola idéias a respeito de “nutrição”, “alimento”, “energia” e “respiração”, mesmo que essas este-

jam restritas a seus significados cotidianos. Outras pesquisas

realizadas em diferentes contextos

culturais confirmam essa tendência. Parte-se também da premissa de que “plantas são seres vivos

e por isso se alimentam”. Tal afirmação foi feita por todos os entrevistados, sem exceção.

Todavia, diferentemente do conceito científico de que plantas realizam nutrição autotrófica, o

modelo que prevalece nos estudantes é o de que plantas obtêm seu alimento pronto diretamente

do ambiente.

Nesse modelo, os vegetais absorvem os nutrientes do solo, através de suas raízes (Kawasaki e

Bizzo, 1999). Há uma ênfase no papel nutricional das raízes e na idéia do solo como o principal

“meio nutritivo” para as plantas, que lhes forneceria toda sorte de nutrientes, esquecendo-se que

existem plantas que não vivem no solo, mas mesmo assim sobrevivem. Não há entre eles um modelo

claro de crescimento e desenvolvimento em plantas, acreditando em sua maioria que os vegetais

crescem porque “pegam” seu alimento do ambiente.

Apesar dos vários equívocos presentes, esse é o modelo que para o aluno é coeso e coerente,

pois garante-lhe uma explicação do funcionamento geral de “como as plantas se alimentam”. Como

a escola não oferece esse tipo de explicação, os estudantes remetem-se a modelos baseados em

analogias referentes a fenômenos mais próximos de sua experiência, mas nem sempre apropria-

dos: o modelo heterotrófico de nutrição.

A comparação da forma de obtenção de energia pelos vegetais com a nutrição animal, bastante

freqüente no discurso dos estudantes, demonstra o quão arraigado esse modelo heterotrófico de

nutrição encontra-se neles, trazendo conseqüências diretas para a elaboração de concepções

alternativas sobre fotossíntese e respiração. A pesquisa revelou que tais comparações também podem

ser encontradas em textos didáticos e no discurso dos professores.

153

O professor de ciências pode partir desse modelo presente nos alunos e tentar superá-lo. Não

no sentido de abandoná-lo, pois, apesar de não representar o modelo autotrófico de nutrição vege-

tal, não há como negar a íntima relação entre raízes e solo, que não garante a realização da fotossín-

tese, mas proporciona os nutrientes minerais essenciais à síntese de um grande número de molé-

culas indispensáveis aos seus processos metabólicos, dentre eles, a própria fotossíntese. A nutrição

mineral deve ser vista, juntamente com a fotossíntese, como parte da função mais geral de nutrição

vegetal.

“Água e sais minerais, presentes no solo, são nutrientes das plantas”

Essas são as principais substâncias encontradas no solo e que são referidas como “nutrientes”

ou “alimentos” dos vegetais. Na linguagem comum, alimento e nutriente são sinônimos e é difícil

esperar que os alunos iniciem seus estudos no ensino fundamental sem terem sido influenciados

pela analogia de nutrientes da dieta animal e vegetal. A caracterização do adubo como importante

fator de crescimento vegetal tem expressiva presença na crença popular que o toma por “alimento”

da planta. Textos didáticos diferem largamente na definição de alimentos e estudantes possuem um

conceito de alimento que é variável e dependente do contexto (Barker, 1995).

É importante que tanto o professor quanto o aluno compreendam a distinção entre o alimento

construtor e o alimento energético, como aportes necessários à nutrição vegetal. Uma forma seria

diferenciar a terminologia, com finalidades didáticas, chamando de “alimento da planta” apenas o

alimento energético, seja ele material (açúcar) ou na forma de

luz. Assim, alimento das plantas deveria ser um termo restrito

às substâncias com potencial energético, o que não seria o

caso de sais minerais, por exemplo. Os nutrientes do solo são

essenciais ao desenvolvimento dos vegetais, da mesma forma

que os sais minerais o são para os animais. No entanto, animais

e plantas não sobrevivem “alimentando-se” de sais, já que eles

constituem um complemento alimentar, não no sentido de serem

dispensáveis, o que evidentemente não é o caso, mas no sentido

de que eles estão normalmente incorporados à dieta por meio

do consumo de outros alimentos. As necessidades energéticas de plantas e animais têm de ser

supridas por outro tipo de nutrientes que não os minerais, mas orgânicos, como no caso de açúcares,

lipídeos e mesmo de proteínas e aminoácidos. Ao contrário dos animais, as plantas podem produzir

internamente tais açúcares, o que expõe a singularidade da natureza autotrófica.

“Na fotossíntese há absorção de gás carbônico e produção de oxigênio”

Quando os alunos são questionados a respeito do funcionamento da fotossíntese, esses situam-

no, basicamente, nas trocas gasosas que a planta realiza com o meio: “na fotossíntese, as plantas

absorvem o gás carbônico e liberam o oxigênio, renovando o ar atmosférico”. Essa afirmação vem

explicar a idéia bastante arraigada na sociedade que atribui à vegetação o importante papel na

renovação ou na purificação do ar atmosférico.

“Fotossíntese é o oposto da respiração”

Atrelado ao modelo anterior de fotossíntese, surge um modelo de respiração, que se opõe ao

processo anterior, já que absorve oxigênio e libera gás carbônico. Essa freqüente oposição entre

fotossíntese e respiração tem conduzido à idéia de que os animais respiram e plantas não, uma vez

que elas realizam fotossíntese e os animais não, quando na verdade ambos respiram – de dia e à

noite – mas apenas as plantas realizam fotossíntese, que depende da luz do dia.

É importante que tanto o

professor quanto o aluno

compreendam a distinção

entre o alimento construtor

e o alimento energético,

como aportes necessários

à nutrição vegetal

Fotossíntese: um tema para o ensino de ciências?

154 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

O processo conhecido como respiração apresenta múltiplos significados. A respiração celular,

que ocorre no interior das células, é, de fato, a base das trocas gasosas entre o meio interno e

externo com a finalidade de transformar a energia química dos alimentos, tanto em autótrofos como

em heterótrofos. O envolvimento de um grande volume de gases nesse processo implicou o estabe-

lecimento de órgãos e sistemas diferenciados, que se incumbem de otimizar as trocas gasosas

entre o organismo e o meio. “Ventilação pulmonar” e “inspiração e expiração” freqüentemente são

designados por “respiração”, dificultando a aprendizagem dos diferentes fenômenos associados

em diferentes escalas de grandeza, existindo diversas interpretações para os mesmos fenômenos

estudados.

“Fotossíntese é: gás carbônico + água + energia

→

glicose + oxigênio”

Por meio

de tópicos como “reações químicas nos organismos vivos ou nos ecossistemas”, textos

didáticos de ciências apresentam a versão bioquímica da fotossíntese e da respiração.

A fotossíntese e a respiração são apresentadas na forma de equações químicas, que podem ser

expressas de uma forma semelhante àquelas da matemática:

6CO

+ 6H

O + energia (luz) → C

+ 6O

Não se chama a atenção para o fato de que tal representação pode conduzir o aluno a pensar

(equivocadamente) que parte do oxigênio sai do gás carbônico, quando se sabe que todo o oxigê-

nio produzido vem da água e em processos bem distintos, pois para produzir 6O

são necessárias

12H

O. Além disso, nesta versão reforça-se a oposição entre esses dois processos, que estequio-

metricamente são inversos, mas biologicamente são complementares. Tais reações químicas, que

se realizam no interior das células, necessitam de uma energia de ativação, captada do Sol, através

da clorofila e outros compostos fotorreceptores.

Nessa abordagem, surge a necessidade de incorporar novos conhecimentos, que expliquem

como ocorrem essas transformações químicas e qual o papel da energia nesses processos, que

nem sempre o professor de ciências consegue responder.

Na ausência dessas explicações, mais uma vez, os estudantes remetem-se a outros modelos,

nem sempre apropriados. Há uma visão entre eles de que na fotossíntese há uma “mistura” de gás

carbônico, água, clorofila e Sol, que, magicamente, transformam-se em glicose e oxigênio. Nesse

modelo, há uma compreensão de que algumas substâncias aparecem ou desaparecem, sem que

se compreenda que os átomos que fazem parte das substâncias iniciais, e isso pode ser o caso de

substâncias gasosas, podem apenas se combinar de maneira diferente. De fato, as substâncias

moleculares envolvidas nas transformações químicas devem ser ressaltadas. Há, ainda nesse modelo,

uma concepção vitalista de energia, específica para os processos biológicos, que diferentemente

da energia envolvida nos processos físicos, realiza essa “mágica” transformação. “Por que existe

uma concepção de energia própria para os processos físicos e outra própria para os processos

biológicos?” Talvez essa questão possa se configurar em um interessante tema para o professor de

ciências, já que ele terá a oportunidade de desenvolver conceitos de química e física para a com-

preensão de processos biológicos.

Um breve histórico das idéias de nutrição vegetal

Na história das idéias científicas, três momentos representaram mudanças significativas nas

teorias de nutrição vegetal.

O primeiro momento foi a passagem de uma botânica, predominantemente morfológica,

anatômica e exaustivamente descritiva das estruturas externas dos vegetais, para outra em que se

buscava compreender a função de cada órgão para o organismo, para em seguida compreender

155

como cada um de seus aspectos, fenômenos ou partes contribui para essa função (Martins, 1990).

Esse é o pensamento que traduz a concepção teleológica da natureza orgânica presente na

metodologia fisiológica de Aristóteles. Os estudos teleológicos e comparados de Aristóteles

representaram um verdadeiro avanço na época, pois trouxeram as primeiras preocupações sobre o

funcionamento dos vegetais: “tudo que cresce deve necessariamente se alimentar”

Aristóteles acreditava que a chave para a compreensão de plantas estava para ser encontrada

no estudo de animais, afirmando que “a planta é comparável

a um animal da cabeça para baixo” (Barker, 1995). Para ele,

as funções da nutrição vegetal deveriam se realizar

passivamente na planta, sendo que o solo ofereceria às

plantas os princípios nutritivos já preparados e a obra do

crescimento poderia ser comparada a uma espécie de

cristalização, sem transformação química. Acreditava que os

sucos nutritivos sofriam na terra as transformações análogas

àquelas que sofreriam no estômago dos animais. Esse

modelo, denominado “terra-raízes” por Barker (1995),

predominou por muito tempo, pois, ainda no século 17, Jethro

Tull igualava intestinos a

raízes e comparava a ação de

absorção de vasos lenhosos no interior e exterior das res-

pectivas estruturas. É interessante observar que o modelo predominante entre os estudantes

entrevistados é aquele que situa a nutrição na interação “solo-planta”, bastante semelhante ao modelo

“terra-raízes” aqui referido.

Segundo Martins (1990), diferentemente do que ocorreu na física e na astronomia, o Renascimento

não produziu uma revolução biológica, pois apesar dos avanços, esses foram e devem ser vistos

como o aperfeiçoamento e não como uma derrubada da biologia aristotélica. Assim, o pensamento

aristotélico fez escola e perdurou durante séculos, até o surgimento dos fisiologistas experimentalistas,

na segunda metade do século 17.

Esse período representou para Sachs (1892) o momento de virada entre aquilo que chamou de

“observação teleológica da natureza” para uma “observação dos fatos certos”, que por meio da

experimentação foi possível conduzir aos conhecimentos científicos. Surge aqui a geração de fisiolo-

gistas experimentalistas que introduz uma mudança de paradigma nas idéias de nutrição vegetal,

introduzindo o modelo “ar-folhas” (Barker, 1995). Malpighi (em 1671), Hales (em 1727) e Mariotte

(em 1679) são os precursores da visão moderna de nutrição vegetal, buscando as explicações nas

relações da planta com a atmosfera. No século 18, Priestley (em 1774) é um dos maiores represen-

tantes dessa geração, sendo o autor da idéia (mais tarde, derrubada) de que a vegetação tem um

importante papel na purificação do ar e da água.

Contudo, para os fisiologistas do final do século 17 e início do século 18, havia uma interação entre

plantas e atmosfera, cuja natureza permanecia obscura. Havia ainda pouca coisa esclarecida a respeito

da transformação no interior das plantas de substâncias retiradas do meio externo e do papel do calor

e da luz como agentes da nutrição e do desenvolvimento de plantas. Era necessário saber que sob a

ação combinada da luz solar, captada pela clorofila, as matérias tiradas do solo e os princípios nutritivos

gasosos contidos na atmosfera transformam-se em substâncias vegetais. Da mesma forma era neces-

sário conhecer a relação existente entre a nutrição, o desenvolvimento e o deslocamento das matérias,

assim como a ação da luz sobre a vegetação e a maior parte das funções das raízes. De fato, essas

eram questões difíceis para uma época em que a química ainda não havia se desenvolvido e os expe-

rimentos ocorriam ainda no contexto da teoria do flogístico

(Sachs, 1892).

Para Aristóteles, as funções

da nutrição vegetal deve-

riam se realizar passiva-

mente na planta, sendo que

o solo ofereceria às plantas

os princípios nutritivos já

preparados e a obra do

crescimento poderia ser

comparada a uma espécie

de cristalização

Fotossíntese: um tema para o ensino de ciências?

156 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Foi a partir dos princípios fundamentais da Química Nova de Lavoisier (em 1789) que os

fisiologistas da época puderam estabelecer uma nova teoria da nutrição vegetal. A partir dos experi-

mentos de Priestley (em 1774), que demonstravam que as partes vegetais exalam uma certa

quantidade de oxigênio, Lavoisier constatou (em 1776) que o gás carbônico é composto de car-

bono e oxigênio. As descobertas e os fatos que deram nascimento a essas novas doutrinas

determinaram a queda completa da teoria do flogístico (Sachs, 1892).

Foram os estudos relacionados de fisiologia vegetal e a teoria de evolução de Darwin, no século

19, que fizeram entrever o momento em que a ciência poderia se desenvolver independentemente

da teleologia. A fisiologia teve que remontar às leis naturais que

regem as funções dos órgãos vegetais e a anatomia passou a

representar um papel preponderante, em que os botânicos se

familiarizaram com a estrutura interna das plantas e puderam

melhor determinar as relações entre as estruturas microscópicas

dos órgãos e as funções reveladas pela experimentação.

Se, na história da ciência, a introdução de novos conheci-

mentos representou um avanço nas idéias e mudança nos

paradigmas, no ensino de ciências o mesmo não ocorreu. A

pesquisa constatou que o aluno jamais conseguiu abandonar

a idéia de que plantas alimentam-se de substâncias nutritivas

obtidas no solo, mesmo que tenha “na ponta da língua” uma definição correta de fotossíntese. Cabe

ao professor de ciências buscar a superação desses equívocos e impasses presentes no ensino

desse importante tema.

Implicações para o ensino da fotossíntese

A partir de concepções dos estudantes em relação a esses aspectos elementares, torna-se

possível traçar um programa de estudos em que eles possam colocar à prova seus modelos e

idéias. Os modelos dos estudantes devem ser desafiados a esclarecer três aspectos fundamentais:

a) de onde provém a energia utilizada por animais e vegetais?; b) de onde provém o material

necessário para a síntese de substâncias orgânicas diversificadas em animais e vegetais? e c) qual

o local onde a energia presente nos alimentos é liberada com o auxílio do oxigênio, em animais e

vegetais?

É evidente que não se espera a superação de todos os modelos e idéias errôneas em

espaço curto de tempo, mesmo porque o contato com fontes de informações errôneas persis-

tirá ao longo do processo de ensino e aprendizagem. Até mesmo do ponto de vista teórico tem

sido questionada a idéia de que a aprendizagem conceitual possa ter caráter vicariante (Morti-

mer, 1995), onde novos conceitos devam necessariamente substituir modelos anteriores, que

deveriam desaparecer sem deixar vestígios. É possível conceber um processo de aprendizagem

que possa estruturar modelos corretos sobre nutrição vegetal, ainda que persistam antigas

crenças e suposições.

Mais do que a correção conceitual que se espera nos estudantes, deve-se prestar atenção às relações

funcionais entre as estruturas envolvidas na nutrição vegetal, a partir de uma abordagem integrada do

organismo e desse com o ecossistema, envolvendo as transformações de matéria e energia que ocorrem

nos processos biológicos. É importante também interrelacionar aspectos macro e microscópicos em um

mesmo organismo, desde o nível celular até as trocas gasosas com o meio ambiente. Significa dizer

que, no ensino de ciências, a fotossíntese não deve ser abordada como um tópico isolado, mas no

contexto dos processos que realizam a nutrição autotrófica.

Foram os estudos relaciona-

dos de fisiologia vegetal e a

teoria de evolução de

Darwin, no século 19, que

fizeram entrever o momento

em que a ciência poderia se

desenvolver independente-

mente da teleologia

157

O tratamento conceitual deverá ser acompanhado de atenção à terminologia, procurando evitar

a sobreposição de significados cotidiano e científico. As dificuldades semânticas relativas a inter-

pretações variadas dos termos “nutrição”, “alimento” e “energia”, que são bastante freqüentes,

mesmo entre especialistas, devem ser explicitadas e contextualizadas no processo de ensino e

aprendizagem.

Com essas diretrizes espera-se poder modificar a compreensão do aluno e professores a

respeito deste importante componente do currículo das ciências: a fotossíntese. Certamente,

nessta difícil tarefa, estarão juntos professores de ciências, quer sejam formados em biologia,

química ou física.

Notas

1. Esta pesquisa resultou em uma tese de doutorado (Kawasaki, 1998).

2. Uma ampla revisão de trabalhos sobre pesquisas que investigam a compreensão dos estudantes sobre

os processos envolvidos na nutrição vegetal foi feita antes do planejamento e realização das entrevistas

com estudantes.

3. Existem muitas edições e traduções das obras de Aristóteles. A afirmação do texto faz parte de uma obra

intitulada “De partibus animalium”, referida por Sachs (1892).

4. A teoria do flogístico explicava que no processo de combustão o objeto queimado perdia uma substância

chamada “flogístico” para o ar atmosférico, mesmo observando-se que após a combustão havia aumento e

não perda de massa. Essa substância tornava o ar impróprio à respiração e à realização da combustão.

Lavoisier demonstrou que o aumento da massa que ocorria na combustão era proveniente da combinação

de uma substância com o ar respirável, que mais tarde foi chamada de oxigênio. Concluiu que a respiração,

inclusive a humana, era simplesmente um processo de combustão semelhante ao da queima de uma vela

(São Paulo, Secretaria de Estado da Educação/CENP, 1994).

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BIZZO, N.M.V. e KAWASAKI, C.S. Este artigo não contém colesterol: pelo fim das imposturas intelectuais no

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Allyn and Bacon, 1992.

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KUDE, V.M.M. Como se faz um projeto de pesquisa qualitativa em psicologia. Psico, v. 28, n. 1, p. 9-34, 1997.

LÜDKE, M. e ANDRE, M.E.D.A. de. Pesquisa em educação: abordagens qualitativas. São Paulo: E.P.U.,

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MARTINS, R.A. A teoria aristotélica da respiração. Cad. Hist. Filos. da Ciência, série 2, v. 2, n. 2, p. 165-212,

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MORTIMER, E.F. Conceptual change or conceptual profile change? Science & Education, v. 4, 267-285,

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SACHS, J.V. Histoire de la botanique – du XVI

siècle a 1860. Trad. Henry de Varigny. Paris: C. Reinwald & Cie.,

1892.

SÃO PAULO. SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO/CENP. Fotossíntese: uma abordagem histórica. TV

Escola: ensino a distância. São Paulo, SE/CENP, 1994.

Fotossíntese: um tema para o ensino de ciências?

158 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

PESQUISA NO ENSINO DE QUÍMICA

Por que pesquisar o ensino?

rincipalmente devido a cursos de licenciatura pouco

eficientes para a formação de professores, é comum

encontrarmos em inúmeros colegas uma visão muito

simplista da atividade docente. Isso porque concebem que para

ensinar basta saber um pouco do conteúdo específico e utilizar

algumas técnicas pedagógicas, já que a função do ensino é

transmitir conhecimentos que deverão ser retidos pelos alunos.

Esse ensino, usualmente denominado ‘tradicional’

“é caracterizado pelo verbalismo do mestre e pela

memorização do aluno (...) Os alunos são instruídos

e ensinados pelo professor. Evidencia-se preocu-

pação com a forma acabada: as tarefas de apren-

dizagem quase sempre são padronizadas, o que im-

plica poder recolher-se à rotina para se conseguir a

fixação de conhecimentos/conteúdos/informações.”

(Mizukami, 1986, p. 14)

Muito embora encontremos atualmente formas diferen-

ciadas de ensino tradicional, configuradas em função do estilo

cognitivo do professor, não parece haver dúvidas de que a

prática pedagógica de cada professor manifesta suas

concepções de ensino, de aprendizagem e de conhecimento,

como também suas crenças, seus sentimentos, seus

compromissos políticos e sociais. Uma prática de ensino

encaminhada quase exclusivamente para a retenção, por parte

do aluno, de enormes quantidades de informações passivas,

com o propósito de que essas sejam memorizadas, evocadas

e devolvidas nos mesmos termos em que foram apresentadas

– na hora dos exames, através de provas, testes, exercícios

mecânicos repetitivos – expressa muito bem uma concepção

de ensino-aprendizagem correspondente ao modelo de

transmissão-recepção (tradicional). Há, numa prática assim

proposta, poucos indícios de que o ensino possa visar à

compreensão do aluno e, certamente, ao usar o termo

A seção “Pesquisa no ensino de Química” relata

investigações relacionadas a problemas no ensino de

química, explicitando os fundamentos teóricos e

procedimentos metodológicos adotados na pesquisa e

analisando seus resultados.

Este artigo procura justificar a importância da seção,

apresentando algumas das principais tendências de

pesquisas em educação química.

pesquisa, ensino de química

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 1, 1995.

Roseli Pacheco Schnetzler e

Rosália Maria Ribeiro Aragão

Faculdade de Educação da Unicamp,

Campinas - SP

PESQUISAS

Para o Ensino de Química

Importância, Sentido e Contribuições de

159

‘compreensão’, o professor superpõe essa idéia à de ‘memorização’ e à de ‘proposição verdadeira’, posto

que ambas parecem de fato compatíveis com o verbalismo (as formas verbatim), a forma acabada, as

tarefas padronizadas, a rotina, as formas mecânicas para fixação de conhecimentos/conteúdos/informa-

ções e até de procedimentos. O termo ‘compreensão’, no entanto, utilizado para expressar objetivos

educacionais, jamais pode ser usado como referência ao produto de aprendizagem, mas sim a uma quali-

dade que se manifesta em qualquer processo de aprendizagem que possa ser válido em termos educativos.

O que constitui compreensão não se pode padronizar, nem se pode definir cabalmente de forma operacional

em termos tais que possam ser mensurados (Aragão, 1993).

Evidentemente, professores que se pautam em tal modelo dificilmente perceberão a necessidade de

pesquisar sobre o ensino que desenvolvem, já que a pouca aprendizagem de seus alunos usualmente é por

aqueles atribuída à falta de base e de interesse dos discentes e à falta de condições de trabalho na escola

(não há laboratórios, os salários são aviltantes). Como para tais professores só há problemas de aprendizagem,

não de ensino (!), não vêem razão ou necessidade para a pesquisa nesse campo.

Essa maneira simplista, retrógrada e, até mesmo, autoritária de conceber o processo de ensino certamente

não deixa transparecer a complexidade que caracteriza todo ato de ensinar. Para enfocarmos tal complexidade,

mesmo que resumidamente, torna-se importante destacarmos que a função do ensino não está centrada na

transmissão de conhecimentos prontos e verdadeiros para alunos considerados ‘tábulas rasas’, isto é, mentes

vazias a serem preenchidas com informações. Na realidade, pelo simples fato de estarem no mundo e de

procurarem dar sentido às inúmeras situações com as quais se defrontam em suas vidas, os alunos já

chegam a nossas aulas de química com idéias preconcebidas sobre vários fenômenos e conceitos quími-

cos, idéias em geral distintas daquelas que lhes serão ensinadas. Para os alunos, suas concepções prévias

ou alternativas fazem sentido, e por esse motivo são muitas vezes tão resistentes à mudança que com-

prometem a aprendizagem das idéias ensinadas, além de determinarem o entendimento e desenvolvimento

das atividades apresentadas em aula.

Nessa perspectiva, a aprendizagem já não é mais entendida como uma simples recepção ou internali-

zação de alguma informação recebida de fora, isto é, dita pelo professor, mas passa a ser encarada como

reorganização, desenvolvimento ou evolução das concepções dos alunos. Em outros termos, a aprendiza-

gem passa a ser concebida como mudança ou evolução conceitual. Conseqüentemente, o ensino, longe de

ser centrado na simples transmissão de informações pelo professor, passa a ser conceituado como um

processo que visa à promoção de tal evolução ou mudança nos alunos (Schnetzler, 1992).

Além disso, é importante, para entendermos a complexidade do ato de ensinar, considerarmos o objeto

de estudo e de investigação dessa área: a educação química – à qual todos nós, professores de química,

pertencemos.

A educação química é compreendida como uma área da química, embora se distinga das demais áreas

dessa ciência (química orgânica, físico-química etc.) não só pelo seu objeto de estudo e de investigação

mas também pelo pouco tempo de sua constituição como área. Diferentemente das demais, a educação

química é muito jovem, não tendo mais de 30 anos em termos internacionais e sendo ainda adolescente em

termos brasileiros, já que entre nós as primeiras pesquisas datam de 1978.

Frente ao pouco tempo de tradição como área de investigação, é natural que a educação química, tanto

em termos internacionais como nacionais, não mereça ainda, por parte da comunidade química como um

todo, a mesma credibilidade das outras áreas. O seu maior reconhecimento depende, fundamentalmente,

da divulgação da sua capacidade de resolver problemas que não podem ser resolvidos pelas outras áreas

da química, já que o domínio do conhecimento químico é uma condição necessária, mas não suficiente para

se ter um bom processo de ensino-aprendizagem (Bunce e col, 1992).

Ao se concentrar basicamente nas relações que se estabelecem entre os três elementos constitutivos de

tal processo – alunos, professor e conhecimento químico – e levando em conta as inúmeras variáveis que

determinam o contexto social e político do processo educativo, a área de educação química, diferentemente

das demais áreas da química, não possui teorias próprias que dêem conta de explicar e prever a comple-

Importância, sentido e contribuições de pesquisas para o ensino de Química

160 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

xidade do ato de ensinar e de aprender um conhecimento específico, também fruto de uma construção

humana, histórica e social.

Pelo fato de nosso objeto fundamental de estudo e investigação concentrar-se no processo de ensino-

aprendizagem do conhecimento químico – diferentemente das outras áreas da química, que basicamente

preocupam-se com interações entre átomos e moléculas, com a dinâmica e os mecanismos de transformações

químicas –, nós, da área de educação química, nos envolvemos com interações entre pessoas (alunos e

professores) e com a dinâmica do conhecimento nas aulas de química. Por isso, precisamos recorrer às

contribuições teóricas da filosofia, da psicologia, da sociologia, da antropologia etc., e nelas encontrar suporte

para buscarmos também delineamentos metodológicos para a realização de nossas pesquisas.

Se, portanto, o objetivo central da educação química é melhorar o ensino e a aprendizagem de química,

as pesquisas nessa área versam, em sua maioria, sobre desenvolvimento curricular e de novos materiais de

ensino e técnicas instrucionais, com avaliação de seus impactos; sobre a identificação de como os alunos

entendem e atribuem significados às idéias químicas; sobre a proposição e a avaliação de modelos para a

formação continuada de professores e, ainda, sobre a proposição de mecanismos para uma divulgação

mais ampla da química e de sua importância social junto ao grande público. Buscam, sobretudo, identificar

variáveis que afetam o ensino e a aprendizagem e propõem e avaliam modelos para o aperfeiçoamento do

processo em sala de aula.

Apesar de ter apenas 30 anos, o rápido desenvolvimento da área e o interesse crescente de químicos em

pesquisar sobre o ensino e a aprendizagem de química podem ser evidenciados pela publicação, usual-

mente mensal, de cerca de pelo menos 30 novos periódicos internacionais especializados em pesquisas

sobre educação em ciências, das quais inúmeras versam sobre educação química.

No nosso caso, pesquisas sobre educação química têm sido usualmente publicadas na seção de edu-

cação da revista Química Nova da Sociedade Brasileira de Química (SBQ). No entanto, é nos anais das

reuniões anuais da referida sociedade e das sete edições do Encontro Nacional de Ensino de Química

(ENEQ) já ocorridas, que podemos encontrar um número mais expressivo de comunicações de pesquisa.

Por fim, um outro dado que evidencia o crescente desenvolvimento da educação química em nosso país

diz respeito à realização sistemática de vários encontros regionais sobre ensino de química. Nesse particu-

lar, temos a realização anual dos EDEQs (Encontro de Debates sobre Ensino de Química), desde 1980, e

dos ECODEQCs (Encontro Centro-Oeste de Debates sobre Ensino de Química e Ciências), a partir de 1989;

dos ENNEQs (Encontro Norte-Nordeste de Ensino de Química) a partir de 1990, e dos ESEQs (Encontro

Sudeste de Ensino de Química) desde 1992, que ocorrem, à semelhança dos ENEQs (Encontro Nacional de

Ensino de Química), bianualmente, sendo que esse último começou a fazer história em 1982.

Com esse rápido desenvolvimento da área de educação química em termos internacionais e também

nacionais, é de se esperar que as pesquisas tenham gerado avanços significativos no conhecimento e

inúmeras contribuições potenciais para a melhoria do trabalho docente em química.

Principais tendências das pesquisas em educação química e suas

contribuições para a melhoria do trabalho docente em química

Em termos históricos, o crescente interesse em pesquisas sobre educação em ciências – e, dentro

dessa grande área, sobre educação química – foi o resultado direto do movimento de reforma curricular que

ocorreu, principalmente nos Estados Unidos e Inglaterra, com o desenvolvimento dos projetos CBA (Sistemas

Químicos), e CHEMS (Química: uma ciência experimental) e do Nuffield de Química, na década de 60.

Em oposição aos cursos tradicionais de química até então existentes, que se caracterizavam por serem

muito extensos, descritivos, enfatizando o acúmulo de informações e o uso de demonstrações experimentais

que visavam a confirmar o já ensinado na teoria (Pode, 1967), os projetos acima referidos procuravam

enfatizar: i) a natureza e a estrutura da química e os processos de investigação científica; ii) a diferença entre

observação e interpretação, entre resultados e esquemas conceituais; iii) a profundidade, e não a extensão

do conteúdo; iv) o uso do laboratório para introduzir, explorar e sugerir problemas; v) o emprego de investi-

161

gações como base para o desenvolvimento do curso, e vi) discussões em sala de aula (Klopfer, 1971).

Segundo Kempa (1976), esse movimento deu origem a muitas áreas de investigação, como por exemplo

a estrutura de conteúdo das várias disciplinas científicas, os objetivos da educação em ciências, a efetividade

de diferentes abordagens instrucionais, os vários meios disponíveis para a comunicação de conceitos cientí-

ficos e os efeitos dos novos currículos sobre a aprendizagem e atitude dos alunos com relação à ciência.

Outro aspecto positivo de tal movimento foi gerar a constituição de várias equipes de investigação,

embora as pesquisas na época fossem fortemente apoiadas em contribuições da psicologia comporta-

mental, em uma visão epistemológica empirista de ciência, e fossem desenvolvidas segundo modelos de

investigação que privilegiavam uma abordagem quantitativa e estatística de resultados advindos de compa-

rações entre grupos (controle e experimental).

Nesses primórdios das pesquisas na área, podemos entender que tais ênfases visassem, erroneamente,

a conferir uma maior ‘cientificidade’ aos resultados, à semelhança das pesquisas nas áreas científicas. No

entanto, os resultados pouco promissores da avaliação dos referidos projetos em termos da aprendizagem

dos alunos e as críticas de mitificarem o método científico, de fazerem dos alunos pequenos cientistas e de

enfatizarem o indutivismo e a aprendizagem por descoberta, levaram a comunidade de educadores em

ciências, no final dos anos 70, a repensar as abordagens e os objetivos das investigações na área.

Contribuições do movimento de reforma curricular

• A idéia de currículo em espiral, que implica a seleção de conceitos fundamentais e em sua organização

através de grandes temas centrais, promovendo um maior inter-relacionamento entre as informações químicas,

em oposição à ‘colcha de retalhos’ que até então caracterizava o conteúdo de livros e de cursos secundários

de química.

• A ênfase no ensino experimental, em oposição à tradição das aulas expositivas.

• A não-dicotomia entre teoria e prática, em oposição à tradicional separação entre disciplinas teóricas e

experimentais.

• As discussões em sala de aula, em oposição à tradicional hegemonia do discurso do professor.

Os aspectos positivos dessas contribuições são ainda verificáveis em projetos de ensino de química

concebidos na década de 80, inclusive em nosso país, como por exemplo o Proquim, da FE-UNICAMP; o

GEPEQ, do IQ-USP; o Aprendendo Química, do COLTEC-UFMG, e o Construindo Conceitos Químicos, da

UNIJUÍ.

As principais críticas feitas aos projetos naquela época se constituem também como contribuições para

o avanço do conhecimento na área:

• a ênfase na aprendizagem por descoberta, através da qual o aluno constrói conceitos e princípios

científicos a partir da observação e coleta de dados experimentais, sendo que para tal construção o aluno

parte ‘do zero’. Em outras palavras, o aluno era visto como ‘tábula rasa’;

•a mitificação do método científico como um método todo poderoso que leva à descoberta das verdades

científicas a partir de observações objetivas e neutras. Tal método, decomposto em suas várias etapas de i)

observação cuidadosa e coleta sistemática de dados experimentais; ii) busca de regularidades; iii) elabo-

ração de generalizações, e iv) comunicação de ‘verdades’ era usualmente apresentado nas primeiras páginas

dos livros ou era descrito, pelo professor, nas primeiras aulas de química.

Face a tais críticas e, principalmente, aos resultados pouco promissores da avaliação dos projetos

curriculares, os educadores em ciências, que anteriormente imaginavam saber a melhor forma de ensinar,

são levados, ao final dos anos 70, a buscar os porquês e os ‘como’ do processo de ensino-aprendizagem.

Nesse sentido passam, principalmente, a desenvolver investigações sobre como os alunos aprendem con-

ceitos científicos.

Esses novos rumos das investigações sobre a educação em ciências implicaram que essas passassem

a ser desenvolvidas segundo metodologias qualitativas de pesquisa com ênfase em estudo de casos,

nas quais observações em sala de aula, realização de entrevistas, elaboração de textos e desenhos por

Importância, sentido e contribuições de pesquisas para o ensino de Química

162 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

parte dos alunos passaram a ser os instrumentos mais freqüentemente utilizados para coleta de dados.

Além disso, os pesquisadores passaram a se fundamentar em contribuições da psicologia cognitivista e

a adotar posições epistemológicas mais racionalistas e contemporâneas de ciência que pressupõem a

existência de estruturas teóricas prévias que orientam a observação científica. Assim, essa já não é mais

considerada objetiva nem neutra, mas preparada e orientada por teorias e/ou modelos que, por serem

construções humanas com propósitos explicativos e previsivos, são provisórias (Santos, 1991 e Cleminson,

1990).

Assim, de uma tradição centrada na transmissão de conhecimentos científicos prontos e verdadeiros

para alunos considerados ‘tábulas rasas’, o processo de ensino-aprendizagem de ciências e química, no

caso, passa a ser concebido, a partir dos anos 80, sob orientações construtivistas, cuja tônica passa a residir

na construção e reconstrução ativa do conhecimento por parte do sujeito humano.

Baseadas nessa ‘revolução’ de concepções, centenas de pesquisas têm sido realizadas nestes últimos

15 anos em domínios conceituais específicos, constituindo o que é denominado na literatura ‘movimento

das concepções alternativas’ (MCA). A amplitude de tal movimento pode ser evidenciada, por exemplo, no

levantamento bibliográfico realizado por Pfundt e Duit em 1991, que registra até então cerca de duas mil

pesquisas.

Dentre as 153 concernentes a temas e conceitos químicos, tem-se o predomínio de investigações envol-

vendo transformação química, equilíbrio químico, estrutura da matéria e soluções.

Os resultados dessas e de outras pesquisas mais recentes é que nos revelam, por exemplo, que os

alunos compreendem as transformações químicas como uma justaposição de substâncias e não como

interação entre suas partículas constituintes; que entre os reagentes há sempre um que é o principal, sendo

este usualmente sólido ou ácido; que, no equilíbrio, as concentrações dos reagentes e produtos precisam

ser iguais; que uma barra de metal dilata porque seus átomos dilatam, já que os alunos tendem a associar

propriedades macroscópicas a entidades microscópicas.

O conhecimento de tais resultados e de outros relativos a outros conceitos químicos já pesquisados na

literatura torna-se importante para nós, professores de química, porque baseando-nos nesse conhecimento

podemos melhor organizar nosso ensino, tanto ao planejar estratégias e atividades de ensino que pro-

movam a evolução das concepções ‘errôneas’ dos alunos em direção às idéias quimicamente aceitas como

ao evitar que nosso ensino gere ou reforce a construção de concepções errôneas em nossos alunos.

Contribuições do movimento das concepções alternativas para a melhoria do

trabalho do docente em sala de aula

• O aluno não é tábula rasa; é possuidor e construtor de idéias.

• O ensino e a aprendizagem não são sinônimos de transmissão e recepção de informações: a

aprendizagem implica evolução conceitual, e o ensino, sua promoção.

• As concepções prévias dos alunos são resistentes à mudança e os fazem entender, diferentemente

do professor, as atividades e os propósitos do processo de ensino. O processo de ensino-aprendizagem

envolve explicitação, negociação e construção de significados. A linguagem não é congelada nem rígida.

• O mais importante é promover a evolução conceitual dos alunos, levando em conta suas concepções

prévias acerca de conceitos fundamentais da química, e não o cumprimento integral do programa.

• O aluno não constrói conhecimentos sozinho; o professor é o mediador de tal construção.

• O professor precisa ser também um ouvinte e saber respeitar e valorizar as idéias de seus alunos.

As aulas, então, precisam ser lugares de promoção de debates, discussões, especulações, não de trans-

missões de certezas.

• A função do professor é também a de lançar desafios para seus alunos, e propiciar a evolução de

suas idéias, as quais passam a ser o centro do processo de avaliação do aluno.

• O processo de ensino não se configura em termos de uma apresentação seqüencial e linear de

conceitos, mas exige com freqüência que os conceitos já abordados sejam retrabalhados sob novas

163

formas, para que sejam ampliados e consolidados pelos alunos, evitando dessa forma que esses retornem

a suas concepções prévias.

• O professor precisa saber identificar as concepções prévias de seus alunos sobre o fenômeno ou

conceito em estudo. Em função dessas concepções, precisa planejar, desenvolver e avaliar atividades e

procedimentos de ensino que venham a promover evolução conceitual nos alunos em direção às idéias

cientificamente aceitas. Enfim, deve atuar como professor-pesquisador.

Tais contribuições, no entanto, ainda têm sido pouco incorporadas pelos professores em seu trabalho

docente (Schnetzler, 1994).

Por isso, nas palavras de Smith e Anderson (1984):

“(...) entre os resultados de aprendizagem importantes que a formação de professores deveria

buscar, podemos citar os seguintes: i) um enfoque de aprendizagem baseado na evolução

conceitual; ii) conhecimento de estratégias que sejam úteis para a consecução de evolução

conceitual; iii) conhecimento das concepções alternativas mais freqüentes de alunos para vários

temas ou conceitos científicos importantes, bem como de estratégias específicas para alterá-las;

iv) habilidade para selecionar e adaptar materiais curriculares baseados em concepções

alternativas mais comuns mantidas pelos estudantes e para reconhecê-las a partir de suas respos-

tas, e vi) a visão de que a teoria é algo que se constrói para explicar as observações, em vez de

algo que se deriva objetiva e diretamente delas.” (p. 697) [tradução nossa]

Não é nada gratificante constatar que dentre o grande número de pesquisas que constituem o movi-

mento das concepções alternativas, muitas delas evidenciam que concepções ‘errôneas’ de alunos sobre

inúmeros conceitos científicos importantes foram detectadas mesmo após eles terem freqüentado e sido

aprovados em cursos de ciências. Se por um lado tais pesquisas comprovam a resistência à mudança

das concepções prévias dos alunos, por outro apontam que a persistência das mesmas se deve ao fato

da maioria dos professores de ciências ainda não as levarem em conta, pois concebem seus alunos

como tábulas rasas e utilizam procedimentos de avaliação que solicitam a ‘resposta certa’, impedindo

que os alunos manifestem como realmente entendem os conceitos (Driver e Erickson, 1983; Osborne e

Wittrock, 1983; Gilbert e Watts, 1983; Hashweh, 1986).

O grande acúmulo de resultados relativos às concepções alternativas de alunos sobre inúmeros

conceitos científicos importantes e o propósito dos pesquisadores de aprofundar investigações sobre os

porquês e os ‘como’ do processo de ensino-aprendizagem de ciências com vistas à sua melhoria, promo-

veram a intensificação da realização de pesquisas, principalmente sobre três grandes linhas de investigação

que, por sua vez, mantêm estreitas e importantes inter-relações: i) estratégias e modelos de ensino para

a promoção de evolução conceitual nos alunos; ii) o papel da linguagem na construção dos conceitos

científicos, e iii) o pensamento e a formação (continuada) de professores.

A principal justificativa para a realização de pesquisas na primeira linha (i) provém da resistência

à mudança das concepções prévias dos alunos.

Sempre que um aluno adquire uma nova informação ou habilidade sobre um determinado conceito,

esse muda ou se transforma; tal mudança parece ser fácil de ser promovida, pois tudo que o professor

aparentemente teria de fazer seria propiciar a obtenção de informações e o desenvolvimento de habi-

lidades por parte do aluno. Assim seria se o aluno fosse uma tábula rasa a ser preenchida com

conhecimentos. Acontece que, felizmente, a mente dos alunos já está repleta de idéias por eles cons-

truídas ao longo de suas vidas. Por isso, o termo mudança ou evolução conceitual, conforme utilizado

pelos pesquisadores da área, pressupõe, por parte do aluno, a consciência de sua concepção alter-

nativa, a reconsideração de seu valor e precisão frente a uma nova concepção que lhe seja ensinada

pelo professor, e a decisão de reestruturá-la, reformulá-la ou até substituí-la.

A principal justificativa para a segunda grande linha de investigações, isto é, a que estuda e pesquisa o

Importância, sentido e contribuições de pesquisas para o ensino de Química

164 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

papel da linguagem na construção de conceitos científicos, assenta-se no fato de que a linguagem é o

espaço onde construímos e expressamos nossas idéias, no qual interagimos com os outros e com o mundo.

É no âmbito da linguagem que ensinamos química, ainda mais frente à enorme quantidade de conceitos

altamente abstratos que não podem ser ‘experienciados’ pelos alunos, como os átomos, moléculas, elétrons,

íons, ligações químicas, dentre outros. É no espaço de utilização da linguagem que os alunos aprendem,

nas suas tentativas de atribuir significados a palavras estranhas que sempre usamos em nossas aulas e,

também, a palavras que são usadas na linguagem cotidiana mas que no entanto denotam conceitos quími-

cos cujos significados são muito diferentes daqueles empregados no dia-a-dia. Exemplos disso são as

palavras solução, propriedade, equilíbrio, partícula – sendo que esta última, para nós professores, é sempre

sinônimo de um constituinte invisível das substâncias, mas para os alunos significa ‘alguma coisa pequena’

mas concreta, como um grãozinho de areia ou de açúcar.

Assim, torna-se fundamental que o professor explicite os significados das palavras que utiliza em suas

mensagens, bem como abra espaços freqüentes em suas aulas para que seus alunos expressem seus

significados a fim de atingirem a negociação e o consenso. Isso demanda que as aulas se tornem lugares de

debate e discussões.

Finalmente, em termos da terceira grande linha de investigação, relativa ao pensamento do professor

e a sua formação continuada, três justificativas muito fortes a sustentam.

A primeira delas é que a melhoria efetiva do processo de ensino-aprendizagem só acontece através

da ação do professor, o que demanda, de sua parte, um contínuo processo de aprimoramento profis-

sional e de reflexão crítica sobre sua prática.

A segunda justificativa pauta-se na necessidade de se superar o distanciamento entre o

desenvolvimento de pesquisas no ensino de química e a utilização das mesmas para a melhoria

desse ensino em sala de aula. Nesse sentido, há uma convicção crescente de que a pesquisa

educacional precisa ser feita com a participação do professor, pois não é mais possível separar a

atividade de professor da atividade de pesquisador, se pretendemos alcançar uma melhor quali-

dade de ensino. Em outras palavras, precisamos atuar como professores-pesquisadores, o que

implica que tal binômio constitua o objetivo fundamental de cursos de licenciatura e de programas

de formação continuada de professores.

Nas palavras de Maldaner (1994),

“O professor-pesquisador que se pretende seja construído é aquele capaz de refletir a sua

prática de forma crítica, que vê a sua realidade de sala de aula carregada de teorias e inten-

ções de achar saídas para os problemas que aparecem no dia-a-dia. É o professor-pesqui-

sador que procura saber o pensamento do aluno e o coloca em discussão para possibilitar a

construção de um conhecimento mais consistente, mais defensável, mais útil para a tomada

de decisões. É o professor-pesquisador que vê a avaliação como parte do processo e ponto

de partida para novas atividades e novas tomadas de rumo em seu programa de trabalho. É

claro que um professor assim atua sob um referencial teórico claro sobre o que é ensino, o

que é aprendizagem, como se dá o conhecimento humano, qual o verdadeiro objeto de

trabalho de sua matéria. Tomar consciência do referencial que se tem é uma tarefa de cada

professor-pesquisador. A melhor maneira de fazê-lo é a reflexão sobre a própria prática, ou

sobre as transformações causadas em nossas salas de aula a partir de nossas atividades. Se

essa reflexão for conduzida em grupos de estudo e de pesquisa de professores, cujo objeto

é a própria atividade profissional, os resultados serão mais profundos e os avanços mais

consistentes.” (p. 7)

Finalmente, a terceira razão que apontamos para justificar a importância dessa linha de investigação

é que, no geral, os professores têm uma visão muito simplista da atividade docente, razão essa com a

qual iniciamos este artigo. Ao reiterá-la nestas considerações finais, pretendemos realçar a importância

da seção de pesquisa no ensino nesta revista dirigida ao professor de química.

165

Este artigo foi extraído dos textos das conferências proferidas pelas autoras respectivamente na edições VI

e VII do Encontro Nacional de Ensino de Química, ocorridas em 1992 e 1994.

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Para saber mais

Participe dos encontros regionais e nacionais de ensino de química promovidos pela Divisão de Ensino da

Sociedade Brasileira de Química.

Importância, sentido e contribuições de pesquisas para o ensino de Química

166 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Este artigo apresenta resultados de pesquisa realizada

junto a educadores químicos brasileiros sobre as

significações do ensino de química para formar o cidadão,

sugerindo procedimentos curriculares que viabilizem o

desenvolvimento dos alunos para o exercício consciente

da cidadania.

ensino médio de química, cidadania,

educação química

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 4, 1996.

O que Significa Ensino de Química para Formar o Cidadão?

educação para a cidadania é função primordial

da educação básica nacional, conforme dispõe

a Constituição Brasileira e a legislação de ensino.

Além disso, tal função tem sido defendida pelos educa-

dores para o ensino médio, o qual inclui o ensino de quí-

mica.

Mas o que significa ensinar química para o cidadão?

Será que o cidadão precisa de conhecimentos em quími-

ca? Será que o ensino de química que temos ministrado

em nossas escolas tem preparado nossos jovens para o

exercício consciente da cidadania? Será que ensinar

química para o cidadão é o mesmo que preparar alunos

para o vestibular?

Considerando que tais questões têm sido objeto de

discussão nos Encontros de Ensino de Química, resol-

vemos desenvolver a presente pesquisa, visando a levan-

tar características do ensino de química para formar o

cidadão, enfocando reflexões sobre as questões acima.

Para isso foram realizadas entrevistas com educadores

químicos brasileiros

, já que os mesmos constituem hoje

uma comunidade científica consolidada, que vem defen-

dendo a formação da cidadania como objetivo básico do

ensino médio de química.

Metodologia da pesquisa

O trabalho foi desenvolvido mediante a análise do

conteúdo de entrevistas semi-estruturadas realizadas com

os referidos educadores, visando a investigar como enten-

dem e configuram propostas relativas ao ensino de quími-

ca para formar o cidadão.

A análise de conteúdo é um processo analítico que se

aplica a discursos. É constituída por um conjunto de téc-

nicas múltiplas que visam a interpretar o conteúdo das

informações obtidas.

Adotando-se critérios objetivos, foram selecionados 12

Wildson Luiz P. dos Santos

Departamento de Química da Universidade

de Brasília, Brasília - DF

Roseli Pacheco Schnetzler

Faculdade de Educação da Unicamp,

Campinas - SP

167

educadores químicos. A análise do currículo dos mesmos evidencia que a clientela delimitada foi

constituída por pessoas com formação acadêmica tanto em química, como em educação, com

efetiva atuação na área de educação química e com larga experiência no magistério, no ensino

superior, no ensino médio e em cursos de formação de professores.

A análise de conteúdo das entrevistas envolveu três etapas: a pré-análise, a codificação das

informações e o tratamento e interpretação dos resultados.

A codificação consistiu na transformação sistemática dos dados brutos em unidades que

expressaram seu conteúdo, o que implicou o recorte da ‘fala’ dos entrevistados em unidades de

registro (UR). A unidade de registro é a unidade de significação da entrevista, que corresponde à

proposição ou proposições ou, ainda, a fragmentos de proposições do entrevistado que contêm

um núcleo de sentido que tem significação para a análise.

Ainda na fase de codificação, processou-se a classificação temática, que consistiu em agrupar as

unidades de registro em temas. Os temas classificados relacionam-se com os elementos curriculares e

com aspectos de interesse específico, como as características do ensino de química atual.

Agrupadas todas as URs em seus respectivos temas, passou-se à etapa de categorização. Para

isso, as URs foram classificadas em categorias, as quais representam uma idéia comum de várias

URs dos 12 entrevistados.

Para cada categoria, calculou-se a porcentagem de entrevistados que expressaram proposições

a seu respeito. Ao final, foram montadas tabelas para cada tema, contendo as suas categorias com

as respectivas porcentagens (Tabelas 1 a 6). Logo após, foi feita análise e interpretação do con-

teúdo dessas tabelas.

Análise e interpretação dos dados

Pela análise do conteúdo das entrevistas, ficou evidente que, na opinião dos entrevistados, é

essencial que sejam adotadas, no Brasil, propostas de ensino de química com objetivo de formação

da cidadania.

Os educadores justificaram a necessidade do ensino de química para formar o cidadão

apresentando argumentos relativos às influências da química na sociedade. Tais influências passam

a exigir do cidadão comum um mínimo de conhecimento químico para poder participar da sociedade

tecnológica atual.

A seguir são apresentadas as principais conclusões extraídas de alguns temas categorizados na

Nº Categorias %

1 Desenvolver a capacidade de participar, de tomar decisões 92

criticamente

2 Compreender os processos químicos relacionados com a vida 83

cotidiana

3 Avaliar as implicações sociais decorrentes das aplicações 75

tecnológicas da química

4 Formar o cidadão em geral, não o especialista 75

5 Compreender a natureza do processo de construção do 75

conhecimento científico

6 Compreender a realidade social em que está inserido,

para que possa transformá-la 58

Tabela 1 – Objetivos do ensino de química para formar o cidadão.

Função social: o que significa ensino de Química para formar o cidadão?

168 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

análise de conteúdo que apontam características do ensino de química para formar o cidadão e que

o diferenciam do atual ensino de química.

Objetivos

Dos objetivos propostos pelos educadores químicos (Tabela 1), sobressai o referente ao desen-

volvimento da capacidade de participar e tomar decisões criticamente, o qual caracteriza o objetivo

central do ensino para formar o cidadão. Entende-se o termo ‘criticamente’, empregado pelos

entrevistados, como sendo a capacidade de tomar decisões fundamentadas em informações e

ponderadas as diversas conseqüências decorrentes de tal posicionamento.

Nesse sentido, os educadores evidenciaram que há necessidade de o aluno adquirir conhecimento

mínimo de química para poder participar com maior fundamentação na sociedade atual. Assim, o

objetivo básico do ensino de química para formar o cidadão compreende a abordagem de informa-

ções químicas fundamentais que permitam ao aluno participar ativamente na sociedade, tomando

decisões com consciência de suas conseqüências. Isso implica que o conhecimento químico aparece

não como um fim em si mesmo, mas com objetivo maior de desenvolver as habilidades básicas que

caracterizam o cidadão: participação e julgamento.

Sendo assim, na concepção dos educadores entrevistados, o conhecimento químico passa a

ter papel importante e, ao mesmo tempo, diferente do que tem sido caracterizado pelo ensino atual.

Conforme se pode verificar na Tabela 1, a função do ensino de Química deve ser a de desenvolver a

capacidade de tomada de decisão, o que segundo os entrevistados implica a necessidade de

vinculação entre o conteúdo trabalhado e o contexto social em que o aluno está inserido.

Em termos gerais, as informações químicas para o cidadão, mencionadas pelos entrevistados,

são aquelas relacionadas com o manuseio e utilização de substâncias; o consumo de produtos

industrializados; a segurança do trabalhador; os efeitos da química no meio ambiente; a interpretação

de informações químicas veiculadas pelos meios de comunicação; a avaliação de programas de

ciência e tecnologia, e a compreensão do papel da química e da ciência na sociedade.

Um outro objetivo importante destacado pelos educadores é apresentar ao aluno uma concepção

de ciência como processo em construção. Tal concepção enfatiza, também, o papel social da ciência,

o qual é melhor compreendido quando se leva em conta seu caráter histórico.

Conteúdo programático

Na categorização das unidades de registro sobre o conteúdo programático foram elaboradas

três tabelas. Na primeira, (Tabela 2) são apresentados os elementos curriculares e considerações

gerais sobre o conteúdo programático. Nas demais (Tabelas 3 e 4), são enumerados os temas

químicos sociais e os tópicos químicos fundamentais. A seguir, comentamos as principais

considerações que podem ser extraídas dessas tabelas.

a) Conteúdo mínimo

A maioria dos educadores entrevistados (83%) considera que os conteúdos programáticos devem

conter um núcleo comum mínimo de tópicos químicos fundamentais (Tabela 2). Tal constatação

demonstra a necessidade de os cidadãos dominarem um mínimo de informações químicas.

Por outro lado, a maioria dos entrevistados considera que a adoção de conceitos básicos em

todos os programas não pressupõe sua padronização, como acontece atualmente. Na opinião dos

mesmos, os professores devem ter liberdade no processo de planejamento do ensino. Assim, os

cursos de química para o cidadão podem ser estruturados de diferentes maneiras, desde que

englobem o mínimo de conceitos químicos fundamentais e que atendam aos objetivos gerais

propostos para aquele ensino. Tal idéia é expressa nas palavras de um dos entrevistados:

169

Tabela 3 – Temas químicos sociais.

Nº Categorias %

1 Química ambiental 83

2 Metais, metalurgia e galvanoplastia 58

3 Química dos materiais sintéticos 50

4 Recursos energéticos 50

5 Alimentos e aditivos químicos 42

6 Minerais 42

7 Energia nuclear 42

8 Medicamentos 33

9 Química na agricultura 33

10 Bioquímica 25

11 Água 25

12 Processos industriais 25

13 Petróleo, petroquímica 25

14 Drogas 17

15 Sabões e detergentes 17

16 Plásticos 17

17 Tintas 8

18 Geoquímica 8

19 Vestuário 8

20 Materiais importados pelo Brasil 8

21 Química da arte 8

22 Recursos naturais 8

Nº Categorias %

1 Temas químicos sociais 100

2 Linguagem química simplificada 92

3 Cálculos químicos sem tratamento algébrico excessivo 92

4 Concepção de ciência como atividade humana em construção 92

e aspectos históricos que caracterizem tal concepção

5 Experimentos químicos simples 92

6 O conteúdo programático deve conter um núcleo conceitual 83

mínimo de tópicos químicos fundamentais

7 Aspectos microscópicos do conteúdo químico, por meio de 83

modelos simples

8 Aspectos macroscópicos do conteúdo químico 75

9 Concepção do que é química e de seu papel social 67

10 Os conteúdos programáticos não devem ser padronizados 58

11 Os temas químicos sociais devem ser preferencialmente 58

de caráter regional

Tabela 2 – Considerações gerais sobre o conteúdo programático.

Não se deve impor a ninguém o que se

vai trabalhar. (...) Cada grupo deve ter a

liberdade de decidir sobre o que deve ser

ensinado.

Essas considerações demonstram, também,

o importante papel atribuído ao professor, dentro

de uma proposta de ensino para a cidadania.

Nesse sentido, ele precisa dominar o conteúdo

químico para saber selecionar os conceitos mais

relevantes para seus alunos, ao mesmo tempo

que deve ter uma visão crítica sobre as implica-

ções sociais da química, para poder contextua-

lizar os conceitos selecionados.

Isso é evidenciado pela categoria 1 da Tabela

2, onde, na opinião de todos os educadores, o

conteúdo programático deverá estar inserido em

temas químicos sociais. Tais temas, comentados

a seguir, referem-se a assuntos relacionados ao

conhecimento químico que afetam diretamente

a sociedade, como por exemplo os recursos

energéticos e a poluição ambiental (Tabela 3).

b) Temas químicos sociais

Os temas químicos sociais desempenham

papel fundamental no ensino de química para

formar o cidadão, pois propiciam a contextuali-

Função social: o que significa ensino de Química para formar o cidadão?

170 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

zação do conteúdo químico com o cotidiano do aluno, condição essa enfatizada pelos educadores

como sendo essencial para o ensino em estudo. Além disso, os temas químicos permitem o desenvol-

vimento das habilidades básicas relativas à cidadania, como a participação e a capacidade de tomada

de decisão, pois trazem para a sala de aula discussões de aspectos sociais relevantes, que exigem dos

alunos posicionamento crítico quanto a sua solução.

A inclusão no conteúdo programático desses temas químicos sociais atende também aos objetivos

discutidos no item anterior, de os alunos compreenderem os processos químicos do cotidiano, de

avaliarem as implicações sociais das aplicações da química e de compreenderem a realidade so-

cial em que estão inseridos. Tais temas podem abordar, ainda, outro objetivo levantado, referente à

concepção do papel social da química.

Todavia, para que os temas sejam abordados dentro dos objetivos mencionados acima, os

mesmos devem receber um tratamento adequado. Nesse sentido, é importante destacar a

preocupação central apresentada por vários entrevistados com referência à necessidade de não ser

feita uma abordagem aleatória desses temas. Segundo eles, é importante que a discussão dos

temas seja feita através da fundamentação em torno dos conceitos químicos e que haja organi-

zação conceitual em seu estudo, de forma a respeitar os pré-requisitos.

Alguns entrevistados destacaram que a abordagem dos temas químicos sociais não pode se

dar no sentido apenas da curiosidade, da informação jornalística, da discussão ideológica, da mera

citação descontextualizada da aplicação tecnológica de determinados princípios ou, ainda, da simples

compreensão dos conceitos químicos relativos ao tema, sem uma discussão crítica de suas impli-

cações sociais.

Tais preocupações evidenciam que, no ensino para o cidadão, a abordagem dos temas tem de ser

fundada na integração entre conceitos químicos e na discussão dos aspectos sociais.

A importância da contextualização dos temas químicos sociais é evidenciada, ainda, pelo fato de a

maioria dos entrevistados preferir a seleção de temas regionais, vinculados diretamente ao aluno, à

adoção de temas gerais. Essa preferência pode ser deduzida também da análise da Tabela 3, a qual

evidencia uma pequena concordância entre os educadores quanto à listagem de temas sugeridos.

Tabela 4 – Tópicos químicos fundamentais.

Nº Categorias %

1 Propriedades das substâncias e dos materiais 100

2 Constituição da matéria 92

3 Transformações químicas 92

4 Aspectos cinéticos das transformações químicas 75

5 Aspectos energéticos das transformações químicas 75

6 Química do carbono 75

7 Aspectos quantitativos das transformações químicas 67

8 Aspecto dinâmico das transformações químicas 58

9 Soluções 50

10 Ligações químicas 50

11 Funções químicas inorgânicas 42

12 Energia nuclear e radioatividade 33

13 Classificação periódica dos elementos químicos 25

14 Estudo dos gases 8

171

Levando em conta tais considerações, pode-se concluir que os temas químicos sociais não têm

um fim em si mesmo, mas sim uma função de contextualizar o conhecimento químico.

c) Linguagem química

Um outro elemento curricular indicado refere-se à linguagem química (Tabela 2). Sobre essa deve-

se considerar que, apesar de os educadores ressaltarem a importância de seu estudo, enfatizaram que

isso não poderá ser feito de forma exagerada nem através da memorização de diversos nomes de

substâncias que na sua maioria não têm relevância social. Nesse sentido, foi destacado pelos entrevis-

tados que a linguagem química deve ser vista de maneira simplificada, mas de modo a permitir ao

aluno compreender sua importância para o conhecimento químico, bem como seus princípios gerais, a

fim de que ele possa interpretar o significado correspondente da simbologia química tão freqüentemen-

te empregada nos meios de comunicação.

Os entrevistados consideraram importante também o conteúdo programático do ensino para o

cidadão envolver cálculos químicos, pois esses são fundamentais para a compreensão da

fenomenologia química, bem como para a solução de problemas práticos do cotidiano (Tabela 2).

Todavia, destacou-se também que tais cálculos, assim como a linguagem química, não devem ser

explorados de maneira exaustiva, nem pela utilização de algoritmos sem significado para o aluno.

Foi enfatizada, ainda, a importância desse estudo ser precedido por uma compreensão qualitativa

dos fenômenos a eles relacionados.

d) Papel social da ciência

Os educadores enfatizaram a importância de os alunos adquirirem uma concepção de ciência como

atividade humana em construção, o que pode ser feito, segundo os entrevistados, por meio de estudos

de aspectos históricos do conhecimento químico (Tabela 2).

Dentro dessa concepção construtivista de ciência, cinco dos entrevistados enfatizaram a

importância de se incluir no conteúdo a compreensão do significado dos modelos científicos. Além

disso, foi enfatizada a importância do aluno compreender o conceito de química e seu papel social,

o que implica sua caracterização como ciência investigativa e a necessidade de compreender os

aspectos relativos à filosofia da ciência, para adquirir concepção ampla do conceito de química e de

seu papel social.

e) Experimentação

Outro elemento curricular importante enumerado pelos entrevistados foi a experimentação (vide

Tabela 2). Essa atividade curricular contribui para a caracterização do método investigativo da ciência

em questão.

Por outro lado, os entrevistados apontaram que não é necessária a utilização de laboratórios

sofisticados, nem uma ênfase exagerada em sua utilização. A importância da inclusão da

experimentação está na caracterização de seu papel investigativo e de sua função pedagógica em

auxiliar o aluno na compreensão dos fenômenos químicos.

Ficou evidenciado, também, que o papel da experimentação não deve ser a ‘formação de cientistas’,

tal como foi concebido pelos projetos inovadores de ensino de ciências da década de 60.

f) Abordagem do conteúdo e a articulação entre os níveis macroscópico e microscópico

do conhecimento químico

Os educadores consideraram que o conteúdo deve englobar aspectos tanto do nível macroscópico

(fenomenológico) quanto do microscópico (teórico-conceitual; atômico-molecular)

. Além disso,

enfatizaram que o nível microscópico deve ser abordado pelo estudo de modelos simplificados, acessíveis

aos alunos, e pela compreensão anterior de aspectos macroscópicos sobre propriedades dos ma-

Função social: o que significa ensino de Química para formar o cidadão?

172 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

teriais e suas transformações. Além disso, foi destacada a necessidade de haver articulação entre esses

dois níveis, de forma que o aluno consiga compreender a estreita relação entre eles.

Essa caracterização constitui-se em mais uma diferença do ensino atual, uma vez que nesse a

abordagem dos níveis em questão é feita de maneira inversa ao proposto pelos educadores. Para o

estudo das substâncias, por exemplo, foi enfatizada a importância dessas serem inicialmente

abordadas macroscopicamente, pela caracterização de suas propriedades físicas, para posterior-

mente se chegar ao estudo de seus atributos microscópicos. Além disso, foi destacado que no

estudo de sua constituição não deve ser adotado o modelo atômico orbital, devido a sua

complexidade.

Já a organização do conteúdo, na maioria dos livros didáticos de química usualmente utilizados

pelos professores, inverte tal processo, pois não há articulação entre os níveis macroscópico e

microscópico, feita por meio de problematizações. Nesse sentido, em geral, o conteúdo começa a

partir do estudo do átomo, sem uma abordagem prévia dos aspectos macroscópicos das substâncias.

Essas, por sua vez, mesmo quando tratadas no início dos livros, enfatizam muito mais sua natureza

elementar, que serve como critério de classificação para as substâncias simples e compostas, do que

sua caracterização pelas propriedades físicas. Além disso, o modelo atômico orbital é por demais

enfatizado na maioria daqueles livros didáticos.

g) Extensão do conteúdo

Pode-se concluir, da análise dos elementos curriculares que compõem o conteúdo programático,

que sua seleção tem como critério básico o atendimento ao objetivo de embasar o indivíduo sobre

os assuntos fundamentais para sua vida enquanto cidadão. Isso significa que o conteúdo químico

deve ser abordado de modo a ter significação social para o aluno.

Nesse sentido, um dos entrevistados afirmou:

Conceitos e conteúdos não devem ter um fim em si mesmos, mas sim serem trabalhados a

partir de idéias gerais que lhes dêem um contexto.

Essa caracterização pode ser depreendida também pela consideração de sete entrevistados de

que o ensino para o cidadão não deve ser essencialmente ‘conteudista’, no sentido de que não deve

haver a preocupação de estudar todos os tópicos de química nem de aprofundá-los excessivamente.

Nesse sentido, os educadores consideraram ser mais fundamental o aluno compreender adequadamente

os conceitos químicos que são básicos para o cidadão do que ter um estudo amplo de vários conceitos

sem sua devida compreensão. Isso se constitui em outra diferença com relação ao ensino atual, uma

vez que nesse a listagem de conteúdos envolve um elevado número de tópicos químicos.

Compreender tais diferenças é fundamental para que não haja deturpação dos objetivos centrais

que norteiam o ensino de química para a cidadania e para que se compreenda o significado dos

conteúdos abordados nesse ensino. Com tal concepção é que se discute o item a seguir sobre os

tópicos químicos fundamentais propostos pelos educadores.

h) Tópicos químicos fundamentais

As especificações dos entrevistados sobre o conteúdo químico essencial para o cidadão foram

apresentadas, na maioria das vezes, na forma de tópicos químicos, e pelo detalhamento de conceitos

específicos.

Nesse sentido, deve-se destacar que a listagem de tópicos sugerida não implica a inclusão, nos

tópicos correlatos dos atuais livros didáticos dirigidos ao ensino médio de química, do conteúdo

programático de todos os conceitos usualmente adotados. Isso porque, conforme já enfatizado, há

diferenças significativas nos critérios de seleção de tais conceitos entre o ensino para o cidadão e o

173

ensino atual.

A diferença de concepções quanto ao conteúdo programático citada acima pode ser evidenciada

pelas citações a seguir, de vários entrevistados.

Ao se definir o ensino de química para formar o cidadão como uma proposta de ensino no

nosso país, isto implicará fazer-se uma revisão muito grande de conteúdo.

Os programas atuais estão ‘ultracarregados’, porque o cidadão vive muito bem sem

necessitar de uma série de conhecimentos.

Existem muitos conceitos no conteúdo programático de química que devem ser descartados,

pois são obsoletos, são inúteis, como, por exemplo, os conceitos de isótono e isóbaro.

Com base nessas citações e analisando a Tabela 4, verifica-se que os tópicos químicos mais

fundamentais para o cidadão giram em torno do estudo das substâncias, de suas propriedades,

constituição e transformações químicas. Isso demonstra que o essencial para o cidadão é adquirir

uma visão básica sobre o que vem a ser química e compreender os principais aspectos gerais

relativos ao seu objeto básico de estudo — os materiais e suas transformações — o que também

pode ser depreendido das citações a seguir.

“Os conceitos fundamentais da química são encontrados nas muitas definições de química. A

química é a ciência que estuda as transformações, procurando interpretá-las, entendê-las e

predizê-las. Então, acho que nós temos que ensinar que a química estuda transformações.”

Eu acho que é fundamental a concepção de transformação química. Nesse sentido, é im-

portante entender a transformação de maneira mais abrangente, de forma a relacioná-la com

outros conceitos e princípios, pois essa transformação envolve energia, ocorre em um determinado

tempo em uma determinada proporção. Então, da própria noção de transformação se deve

estudar algumas coisas vinculadas que são importantes, assim como as noções quantitativas,

os aspectos qualitativos, as propriedades das substâncias...

Dessa última citação, depreende-se outro aspecto básico diferenciador do ensino atual, a estrutura

organizacional do conteúdo programático. Pois, enquanto os conteúdos usuais dos atuais livros

didáticos abordam os tópicos químicos de maneira isolada, sem vínculo com os assuntos anterio-

res e baseada na divisão clássica em química geral, físico-química e química orgânica, no conteúdo

sugerido pelos educadores há a proposição de se estudar conceitos básicos sempre vinculados ao

conceito central ‘transformação química’.

Todas essas considerações evidenciam que o ensino de química para formar o cidadão pauta-

se numa estrutura curricular bastante diferente da atual estrutura dos cursos de química de nível

médio.

Atividades de ensino-aprendizagem

Ao serem questionados a respeito das atividades de ensino adequadas à formação da cidadania,

os entrevistados em geral se detiveram mais em explicitar princípios metodológicos que em especificar

sugestões de atividades.

Apesar da baixa freqüência das categorias relacionadas a esse tema, pode-se constatar que as

atividades sugeridas são caracterizadas pela participação ativa dos alunos, que estimulam o

desenvolvimento da participação crítica e da capacidade de tomada de decisão (Tabela 5). As atividades

Função social: o que significa ensino de Química para formar o cidadão?

174 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

sugeridas são: debates, desempenho de

papéis, simulações, solução de problemas,

visitas, projetos, pesquisa bibliográfica e

projeção de filmes.

Para os educadores, as atividades precis-

am ser desenvolvidas de forma a garantir uma

participação ativa do aluno. Essa constatação

é evidenciada na categoria de maior porcen-

tagem, que expressa a concepção da maioria

dos entrevistados quanto à necessidade da

participação e ao seu papel no processo de

construção de conhecimento pelo aluno. Isso

nos leva a concluir que, na concepção dos

educadores, as atividades mais recomenda-

das são aquelas que propiciem uma partici-

pação efetiva do aluno e que desencadeiem

seu processo de construção de conhecimento.

Finalmente, pode-se levantar como possível hipótese, para explicar os baixos índices apresentados

no presente tema, o fato de que na concepção dos educadores o aspecto fundamental para o

ensino está mais em seu processo de organização e de abordagem do conteúdo, por meio de

princípios metodológicos adequados, que na utilização de técnicas de ensino. Isso porque, como já

comentado, os entrevistados enfatizaram muito mais os princípios do que as atividades. Tal consta-

tação caracteriza, então, uma visão de ensino não tecnicista, por parte dos educadores entrevistados.

O ensino de química atual e a formação da cidadania

As informações encontradas nesse tema vêm reafirmar várias conclusões já discutidas nos te-

mas anteriores, pois as críticas destacadas referem-se a pontos contrários aos apontados como

caracterizadores do ensino de química para formar o cidadão.

A tese geral apresentada pelos educadores é a de que o ensino de química atual não tem atendido

às necessidades de um curso voltado à formação da cidadania (Tabela 6). Isso implica reformulação

e adoção de várias medidas que venham a mudar tal situação. Implica, ainda, desenvolvimento de

estudos sobre propostas curriculares que abranjam desde a adoção de conteúdos mais relevantes

até sugestões de estratégias de ensino e de avaliação que se adaptem aos objetivos relacionados

com a cidadania.

Tabela 5 – Sugestões de atividades de ensino-apren-

dizagem.

Nº Categorias %

1 Debates em sala de aula 75

2 Desempenho de papéis, simulações 25

3 Leitura, análise e discussão de textos 25

4 Solução de problemas 25

5 Visitas a indústrias 17

6 Método investigativo 17

7 Utilização de computador 17

8 Método da redescoberta 8

9 Método de projetos 8

10 Pesquisa bibliográfica 8

11 Projeção de filmes e vídeos 8

Tabela 6 – Considerações a respeito do ensino atual de química e a formação da cidadania.

Nº Categorias %

1 O ensino atual não tem atendido ao objetivo de formação da cidadania 92

2 O tratamento dos conteúdos programáticos não tem sido adequado para propiciar 92

aprendizagem significativa

3 O conteúdo programático do ensino atual não está adequado para a formação da cidadania 83

4 Os professores não têm assumido uma postura comprometida com a formação da cidadania 50

5 O processo de avaliação atual não está adequado 25

6 Os alunos atualmente têm uma postura passiva e dogmática 25

175

Este artigo foi extraído de

SANTOS, Wildson L. P. dos. O ensino de química para formar o cidadão: principais características e condi-

ções para a sua implantação na escola secundária brasileira. Dissertação de mestrado, Campinas: Faculdade

de Educação da Unicamp, 1992.

Notas

Neste artigo, a expressão “educador químico” refere-se a profissional que possui formação acadêmica em

Química e desenvolve projetos e/ou pesquisas em ensino de Química.

O nível macroscópico caracteriza-se pela visualização concreta ou pelo manuseio de materiais ou substâncias

e de suas transformações, bem como pela descrição, análise ou determinação de suas propriedades,

enquanto o nível microscópico caracteriza-se por uma natureza atômico-molecular, isto é, envolvendo expli-

cações baseadas em conceitos abstratos como átomo, molécula, íon etc., para racionalizar, entender e

prever o comportamento das substâncias e de suas transformações.

Para saber mais

BUFFA, Ester; ARROYO, Miguel e NOSELLA, Paolo. Educação e cidadania: Quem educa o cidadão? São

Paulo: Cortez & Autores Associados, 1987. 94 p.

CANIVEZ, Patrice. Educar o cidadão? Trad. Estela dos S. Abreu, Cláudio Santoro. Campinas, SP: Papirus,

1991. 241 p.

CHASSOT, Attico Inácio. Catalisando transformações na educação. Ijuí: Editora Unijuí, 1993. 174 p.

COVRE, Maria de Lourdes Manzini. O que é cidadania. São Paulo: Editora Brasiliense, 1991. 78 p.

FERREIRA, Nilda Teves. Cidadania: uma questão para a educação. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 1993. 264 p.

Finalmente, pode-se destacar que as críticas ao ensino atual de química abrangem desde a

postura passiva dos alunos na sala de aula, a qual pode ser explicada pela maneira como eles têm

sido considerados na escola, até os métodos de avaliação. Os educadores enfatizaram que o ensino

de química atual não atende nem aos objetivos da formação da cidadania nem a outro objetivo

educacional; ou seja, sua desestruturação é tal que a maioria dos entrevistados afirmou que ele não

serve para nada.

Conclusões

A análise aqui apresentada evidencia a necessidade urgente de se buscar um redirecionamento

para a função do ensino de química atual e um levantamento de subsídios para sua transformação.

Conclui-se, assim, que a implantação do ensino de química para formar o cidadão implica

a busca de um novo paradigma educacional que venha reformular a atual organização desse

ensino. E, nesse sentido, não basta apenas incluir alguns temas sociais ou dinâmicas de simu-

lação ou debates em sala de aula. É preciso ter claro que ensinar para a cidadania significa

adotar uma nova maneira de encarar a educação, pois o novo paradigma vem alterar significa-

tivamente o ensino atual, propondo novos conteúdos, metodologias, organização do processo

de ensino-aprendizagem e métodos de avaliação.

Para que isso ocorra, torna-se imprescindível o comprometimento dos professores no sentido

de recuperar a verdadeira função da educação, buscando, por meio de uma nova postura frente

ao aluno, contribuir de fato para a construção de uma sociedade democrática, cujos membros

sejam cidadãos conscientes e comprometidos com a própria transformação dessa sociedade.

Função social: o que significa ensino de Química para formar o cidadão?

176 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

esde a última década, assiste-se a um movimento

de reformas nos currículos de ciências pela

incorporação de aspectos relacionados com a

natureza da ciência e da construção do conhecimento

científico. Constata-se a necessidade de articular, em

bases mais sólidas, o ensino das ciências com perspec-

tivas epistemológicas contemporâneas, de sentido racio-

nalista/construtivista, que alguns autores denominam

‘nova’ filosofia da ciência (Abimbola,1983; Cleminson,

1990).

Pretende-se, assim, possibilitar a construção, por parte

dos alunos, de concepções de ciência e da construção

do conhecimento científico mais adequadas a uma visão

atual da ciência e dos cientistas, e dotar a aprendizagem

científica de valores educativos, éticos e humanísticos que

permitam ir além da simples aprendizagem de fatos, leis

e teorias científicas.

O manual escolar (ME) de química, sendo um

instrumento didático habitual e majoritariamente utilizado

por professores e alunos, exerce uma influência marcante

no processo de ensino-aprendizagem, sendo portanto

relevante para as concepções de ciência e de cientistas

construídas pelos alunos. Assim, num estudo quase

normativo sobre as características do ensino da física e

química em Portugal (Cachapuz et al.,1989), 92,5 por cento

dos 521 professores inquiridos indicaram os manuais

como uma das fontes de informação mais importantes, e

77 por cento desses professores utilizam com freqüência,

ou quase sempre, o livro didático de física e química

selecionado pela escola na preparação das suas aulas.

É freqüente os manuais de ciências apresentarem uma

ciência descontextualizada, separada da sociedade e da

vida cotidiana; conceberem o método científico como um

conjunto de regras fixas para encontrar a ‘verdade’,

começando a abordagem dos temas invariavelmente pela

observação dos fenômenos, e apresentarem uma imagem

estereotipada do cientista como gênio isolado que

descobre teorias, omitindo-se o papel da comunidade

Carlos Campos

Escola Secundária de Rio Tinto, Gandomar

- Portugal

Antonio Cachapuz

Universidade de Aveiro, Aveiro - Portugal

Imagens de Ciência

em Manuais de Química Portugueses

Este artigo conta com a significativa contribuição de dois

educadores químicos portugueses que identificam imagens

ou concepções sobre a natureza da ciência e da

construção do conhecimento científico veiculadas por

manuais escolares (livros didáticos) portugueses dirigidos

ao ensino secundário de Química. Além disso, os autores

analisam a adequação de tais concepções com relação a

perspectivas epistemológicas de natureza racionalista/

construtivista e discutem suas implicações na elaboração

de materiais didáticos e na formação de professores.

Livros didáticos de química, livros didáticos

portugueses, concepções de ciência,

perspectiva empirista, perspectiva

racionalista

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 6, 1997.

177

científica na construção e validação dessas teorias (Porrúa & Perez-Froiz, 1994). Essas concepções

de ciência e da construção do conhecimento científico veiculadas pelos manuais, que seguem

dominantemente uma orientação empirista e acumulativa e não marcada por aspectos qualitativos

de tipo histórico, tecnológico, sociológico e humanístico, têm sido referidas e/ou corroboradas por

estudos de diversos autores (Garrison & Bentley,1990; Gallager,1991; Stinner, 1992; Solbes & Vilches,

1992; Eltinge & Roberts, 1993; Soong & Yager, 1993; Meichtry, 1993). Com o processo de imple-

mentação da nova reforma curricular em Portugal, a análise de concepções de ciência veiculadas

por manuais de ciências assume uma relevância maior.

A utilização dos livros didáticos de ciências como corpo de análise tem sido feita já há muito

tempo, estando os objetivos de investigação relacionados com as preocupações, em cada época,

da comunidade dos educadores em ciência. Em essência, tais preocupações têm sido no âmbito

pedagógico. Contudo, os estudos sobre MEs relacionados com a natureza da ciência e da construção

do conhecimento científico foram realizados fundamentalmente na última década, dada a recente

importância atribuída pela comunidade educativa às concepções de alunos e professores sobre a

natureza da ciência e da construção do conhecimento científico no processo de ensino-aprendizagem

das ciências.

Não se trata de analisar, no presente estudo, as concepções epistemológicas dos autores de

manuais de química. No entanto, sendo muitos desses autores professores do ensino secundário, e

dada a existência de estudos que apontam para concepções de professores sobre a natureza da

ciência e da construção do conhecimento científico de cunho empirista/indutivista (Cawthorn & Rowell,

1978; Hodson, 1985; Cachapuz & Praia, 1992; Praia & Cachapuz, 1994a, 1994b), partiu-se da hipótese

de trabalho de que os manuais escolares de química veiculam, em essência, imagens sobre a

natureza da ciência e da construção do conhecimento científico não consonantes com concepções

racionalistas/construtivistas, sendo fortemente marcados por perspectivas empiristas/indutivistas.

Objetivos do estudo

Pressupõe-se que os MEs, na interpretação própria que fazem dos objetivos e orientações

metodológicas dos programas, veiculam concepções sobre a natureza da ciência e da construção

do conhecimento científico e que é possível identificar tais concepções, pelo menos de um modo

substancial, pela análise do conteúdo dos mesmos.

De acordo com esse quadro de argumentos, foram definitivos os seguintes objetivos para este

estudo:

i) identificar imagens sobre a natureza da ciência e da construção do conhecimento científico,

veiculadas por manuais de química do ensino secundário, em particular no tratamento do tema

ácido-base;

ii) analisar a consonância de tais imagens com uma visão moderna da natureza da ciência e da

construção do conhecimento científico, de sentido racionalista/construtivista.

A escolha do tema ácido-base levou em conta a sua centralidade no currículo dos alunos (vertente

pedagógica) e a viabilidade da exploração, por parte dos manuais, de questões relativas à história

da ciência, às relações ciência/tecnologia/sociedade e à metodologia científica, três importantes

dimensões de estudo (vertente epistemológica).

Procedimentos metodológicos

Dada a preocupação em compreender a natureza epistemológica das imagens veiculadas pelos

manuais, optou-se por um método de análise qualitativo: a análise de conteúdo. Duas técnicas de

análise de conteúdo têm tido larga aplicação em ciências sociais e educação. A primeira, usada

Imagens de ciência em manuais de Química portugueses

178 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

neste estudo, envolve a aplicação subjetiva de um esquema de classificação por parte do investigador

ao fenômeno em estudo, e pode ser qualitativa ou quantitativa. A segunda utiliza computadores na

atribuição de códigos numéricos às palavras retiradas de textos e às relações entre elas, sendo uma

técnica quantitativa (Eltinge & Roberts, 1993). Em ambas, fidelidade e validade são uma preocupação

central. A primeira técnica referida levanta problemas de concordância entre codificadores, dada a

subjetividade na aplicação das categorias, e a segunda levanta o problema da obtenção de resul-

tados inválidos, já que o computador retira as palavras e as frases dos contextos que lhes dão

significado. O critério usado neste estudo para a escolha de manuais de química do ensino secundário

português levou em conta a sua aceitação pelas escolas, selecionando-se os quatro mais escolhidos,

em âmbito nacional, no ano letivo de 1994/95. Para cada um dos manuais analisou-se a natureza

epistemológica das imagens de ciência presentes no capítulo relativo ao tópico “reações de ácido-

base”, não só a partir de mensagens explícitas (conteúdo manifesto), mas também inferindo a natureza

dessas imagens pelo modo como eram apresentadas aos alunos as leis e teorias de ácido-base e,

ainda, o tipo de atividades que eram propostas (conteúdo latente).

Dimensões e categorias de conteúdo

As dimensões e categorias de conteúdo utilizadas na análise foram definidas a priori, a partir de

um quadro teórico consonante com os princípios orientadores da ‘nova’ filosofia da ciência, com

clara relevância educacional. Esse procedimento é adequado quando “a interação entre o quadro

teórico de partida do analista, os problemas concretos que pretende estudar e o seu plano de

hipóteses permitem a formulação de um sistema de categorias (...) definidas a priori” (Vala, 1986).

Na definição das categorias de conteúdo, levou-se também em conta as características concretas

do tema e materiais a analisar, ou seja, a viabilidade da presença de tais categorias em manuais

escolares de química.

Relacionadas com a visão do mundo da ciência, da sua metodologia e da natureza da sua

atividade, bem como do importante movimento, em âmbito internacional, de inclusão nos currículos

de ciências da história da ciência e de uma abordagem CTS dos conteúdos científicos, foram esco-

lhidas três dimensões de análise: metodologia da ciência (MC), relações ciência/tecnologia/socie-

dade (CTS) e história da ciência (HC).

Para cada dimensão de análise foram definidas diversas categorias tentativamente exclusivas,

embora surjam eventuais intersecções entre elas, pois todas se referem a algum aspecto da natureza

da ciência e da construção do conhecimento científico, aspectos esses que se interligam uns com

os outros.

Instrumento de análise

Cada categoria foi operacionalizada segundo duas perspectivas dominantes, uma de sentido

empirista/positivista (A) e outra de sentido racionalista/construtivista (B) (Tabelas 1, 2 e 3). Essa

classificação teve por objetivo enquadrar a análise em duas tendências dominantes, sendo tal

classificação meramente convencional para efeitos de análise e não pretende reduzir o espectro

epistemológico a essas duas posições extremas, entre as quais certamente existem situações

intermediárias.

Na operacionalização das categorias, levou-se em conta dois aspectos importantes relacionados

à estrutura dos manuais: um deles é a maneira como os manuais apresentam aos alunos os diferentes

conteúdos; o outro tem a ver com o tipo e forma de estruturar as atividades propostas aos alunos.

Fidelidade e validade

O problema da validade da análise diz respeito a todas as etapas de uma análise de conteúdo.

179

Tabela 1 – Categorias da dimensão metodologia da ciência (MC).

MC 1

Método

Científico

MC 2

Relação

Teoria

/Observação

MC 3

Papel do

Trabalho

Experimental

* O ME evidencia pluralismo metodológico

na apresentação das leis e teorias científicas.

* Propõe-se aos alunos atividades diversi-

ficadas, desde o planejamento e execução

de experiências, para questionar suas idéias

ou as sugeridas pelo manual, à coleta de

materiais, organização de informação,

pesquisa bibliográfica ou interpretação de

textos científicos.

* Apresentam-se os pressupostos, as teorias

e os modelos levados em conta na elabora-

ção de hipóteses, clarificando-se, assim, os

critérios segundo os quais se realizarão as

observações.

* Propõem-se atividades que permitem aos

alunos elaborar hipóteses com base nos

conhecimentos disponíveis, e a selecionar

aspectos observados que as apóiem ou

refutem.

* As experiências são precedidas da formu-

lação de problemas e são propostas para

lhes dar resposta ou para os clarificar.

* O ME esclarece as hipóteses de trabalho

quando da realização das experiências,

incentivando os alunos a selecionarem as

observações que as corroboram ou não.

* Faz-se uma avaliação crítica dos resultados

das experiências e/ou incentiva-se os alunos

a fazê-lo.

Categoria Perspectiva

(empirista/positivista) (racionalista/construtivista)

* No ME, as leis e teorias científicas são apre-

sentadas utilizando-se um mesmo procedi-

mento, como, por exemplo, observação-

hipótese-experiência-resultado-conclusões.

Pode-se mesmo chegar-se ao extremo de

apresentar essa seqüência de passos como

sendo o método científico, em que as leis e

teorias são estabelecidas por indução.

* As atividades propostas aos alunos são

esquematizadas segundo aquele conjunto

de “passos”.

* Parte-se da observação atenta e completa

dos fenômenos para estabelecer as leis e

teorias científicas. Estas surgem como ge-

neralizações de enunciados observacionais.

* O papel das hipóteses é pouco levado em

conta ou simplesmente ignorado, na relação

entre teoria e observação.

* As experiências aparecem no ME com uma

lógica confirmatória, ou seja, no sentido de

confirmar determinadas afirmações, sendo

o aluno orientado para as conclusões pre-

tendidas, através da seleção dos aspectos

que deve observar.

* Freqüentemente, a experiência é feita sem

que se esclareça o porquê da sua realização.

* Nas atividades propostas aos alunos é

enfatizada a coleta e organização dos

‘dados’ da experiência e a descoberta de

regularidades.

A validade interna (metodológica) do estudo decorre da articulação lógica do sistema de categorias

utilizado com os princípios orientadores da ‘nova’ filosofia da ciência (quadro teórico), condição

primeira para a validade do instrumento de análise. Essa, por sua vez, foi feita por dois investigadores

com experiência em estudos ligados à epistemologia da ciência, que analisaram de maneira

independente uma primeira versão do instrumento. Do debate, em separado, e com cada um dos

investigadores, resultou a versão final das Tabelas 1, 2 e 3. Considerada em sentido lato, a validade

do estudo é função da fidelidade dos resultados. Neste estudo entendeu-se a fidelidade como

traduzindo a concordância de outros investigadores com os resultados obtidos (fidelidade

Imagens de ciência em manuais de Química portugueses

180 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Tabela 2 – Categorias da dimensão relações ciência/tecnologia/sociedade (CTS).

* Na abordagem dos temas, apresenta-se o

conhecimento científico como um conjunto

de fatos, leis e teorias que valem por si

mesmos.

* Tem-se pouco em conta a utilidade da

ciência/tecnologia no dia-a-dia dos alunos,

não se recorrendo a contextos que lhes são

familiares no estabelecimento dos conceitos

científicos.

* O ME apresenta a ciência /tecnologia como

fator absoluto de progresso e com capacidade

quase ilimitada para resolver os problemas que

se impõem hoje à Humanidade.

* Ignoram-se ou não se realçam as implicações

sociais da ciência/tecnologia, assim como a influ-

ência da sociedade no desenvolvimento das

mesmas.

* A tecnologia aparece desarticulada em

relação à ciência. Apresentam-se aplicações

tecnológicas de alguns aspectos da ciência,

mas quase sempre em paralelo ao desenvol-

vimento dos temas, ou no final dos capítulos.

CTS 1

Contextos na

Apresentação

dos Temas

CTS 2

Ciência

/Tecnologia e

Progresso

Social

CTS 3

Relação

entre

Ciência

e Tecnologia

* No ME, os temas são desenvolvidos num

contexto com relevância social e tecnológica,

mostrando-se as implicações da ciência/

tecnologia sobre o homem/ambiente/patrimô-

nio e a sociedade em geral.

* Procura-se implicar os alunos em problemas

sociais, tecnológicos e éticos da atualidade,

incentivando-os a expressar suas opiniões,

cientificamente fundamentadas, sobre eles.

* O ME apresenta a ciência/tecnologia como

uma atividade em progresso, mas enfatiza

suas limitações, erros e dúvidas, carac-

terísticas de qualquer atividade humana,

podendo apresentar exemplos de insuces-

sos e/ou de problemas ainda não resolvidos

pela comunidade científica.

* Enfatiza-se a interligação entre ciência e tecno-

logia. Essas surgem como um empreendimento

que influencia e é influenciado pela sociedade.

* Parte-se, eventualmente, de problemas

tecnológicos para introduzir conceitos, leis e

teorias científicas.

Categoria Perspectiva

(empirista/positivista) (racionalista/construtivista)

Tabela 3 – Categorias da dimensão história da ciência (HC).

HC 1

Evolução

Histórica

HC 2

Papel dos

Cientistas e da

Comunidade

Científica

* No ME, a história da ciência ou não existe

ou é apresentada com caráter meramente

factual— por exemplo, em “boxes” à parte

do texto principal, onde se transcrevem datas

relativas a cientistas e descobertas, ou

episódios históricos desligados dos concei-

tos e teorias que estão sendo abordados.

* O ME apresenta o trabalho científico como obra

de cientistas isolados, intelectualmente geniais,

ignorando-se, em cada época histórica, o papel

das comunidades científicas e o intercâmbio en-

tre as equipes de investigadores.

* O ME aproveita períodos de controvérsia

científica (por exemplo, química do oxigênio,

teoria atômica, modelos de átomo ou outros),

para mostrar a evolução dos conceitos e

teorias, as dúvidas, os erros e as limitações

na construção do conhecimento científico.

* Apresenta-se o cientista inserido numa

comunidade científica, à qual cabe, em última

análise, a decisão final sobre o seu trabalho.

Enfatiza-se o intercâmbio e, por vezes, a

competitividade entre equipes de investi-

gação no avanço da ciência.

Categoria Perspectiva

(empirista/positivista) (racionalista/construtivista)

181

DIMENSÃO DE ANÁLISE: METODOLOGIA DA CIÊNCIA (MC)

CAPÍTULO: ÁCIDO-BASE - MANUAL M3.

Categoria Resultados da análise

MC 1

Método

Científico

A análise deste capítulo do manual não parece indicar que é seguido sempre o mesmo conjunto

de ‘passos’ para introduzir conceitos e teorias de ácido-base.

Se o papel do solvente, nas características ácidas de uma solução, é apresentado através da

observação do comportamento do HCl(g) em água e no tolueno, já a teoria de Bronsted-Lowry

(pares conjugados) é apresentada como uma nova interpretação da reação do HCl(g) com a

água. No entanto, o manual não explica o porquê do abandono da teoria de Arrhenius e a

necessidade de adotar a teoria dos pares conjugados. Sendo essa teoria utilizada ao longo de

todo o capítulo, poderá parecer aos alunos como a única e “verdadeira”.

Há algumas atividades, para os alunos, diferentes dos clássicos “exercícios”. Porém, não se

inclui o planejamento de experiências por parte dos alunos, a coleta de materiais, organização

de informação ou pesquisa bibliográfica.

As experiências propostas seguem sempre uma lógica confirmatória, em que os alunos confirmam

leis e teorias expostas no livro-texto.

Pode-se concluir que esse manual, nesse capítulo, evidencia pouco pluralismo metodológico.

DIMENSÃO DE ANÁLISE: METODOLOGIA DA CIÊNCIA (MC)

CAPÍTULO: ÁCIDO-BASE - MANUAL: M1

MC 2

Relação

Teoria/

Observação

O livro de trabalhos práticos enfatiza a coleta e organização de “dados” da experiência e a

“descoberta” de regularidades. Porém, as leis são apresentadas previamente aos alunos, quer

no livro texto, quer na “Introdução” dos trabalhos práticos. O papel das hipóteses, na relação

entre teoria e observação, está completamente ausente quer no livro de trabalhos práticos quer

no livro-texto.

Não são propostas quaisquer atividades que permitam aos alunos elaborar hipóteses, com base

nos seus conhecimentos disponíveis. As observações surgem sem que o manual esclareça os

critérios utilizados para tal. A relação teoria/observação parece ser:

Leis/teorias ——> Observação ——> Confirmação das leis/teorias

(lógica confirmatória aliada a concepções empiristas/indutivistas

Categoria Resultados da análise

DIMENSÃO DE ANÁLISE: RELAÇÕES C/T/S (CTS)

CAPÍTULO: ÁCIDO-BASE - MANUAL: M4

CTS 1

Contextos

Apresentação

dos Temas

A abordagem do tema ácido-base é feita, nesse manual, de uma forma predominantemente

acadêmica/disciplinar, em que as leis e teorias valem por si. Aparece, unicamente, no final do

capítulo (p.160), um “box” de leitura sobre as chuvas ácidas, estando à parte do texto principal.

O tema das chuvas ácidas poderia ter sido integrado ao texto principal, como próprio objeto de

estudo, partindo-se dele para introduzir conceitos, leis e/ou teorias.Pode-se concluir que a

contextualização do tema ácido-base está praticamente ausente. Não há atividades para os

alunos que impliquem problemas sociais e tecnológicos, o que poderia ser facilmente feito através

da análise das conclusões de várias conferências, que têm tido lugar por todo o mundo, sobre

questões ambientais e, concretamente, sobre as chuvas ácidas (por exemplo, a Conferência do

Rio e os problemas políticos e sociais que nela foram levantados). Assim, pode-se afirmar que a

influência da sociedade no desenvolvimento da ciência/tecnologia está ausente.

Categoria Resultados da análise

Imagens de ciência em manuais de Química portugueses

182 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

intercodificadores) e do mesmo investigador em momentos diferentes (fidelidade intracodificador),

(Robson, 1993). Em relação à primeira, dois juízes analisaram, de modo independente, os resultados

da aplicação do instrumento de análise a cada um dos manuais, tendo-se verificado concordância

em termos globais entre as suas conclusões e as dos autores do estudo. No sentido de avaliar a

concordância de critérios utilizados em função do tempo, reanalisou-se um dos manuais, quatro

meses depois da primeira versão estar concluída. Constatou-se que as diferenças entre os resultados,

naqueles dois momentos, eram pontuais, não acarretando modificação no resultado global a que

se chegou.

Resultados da análise

Dada a extensão dos resultados da aplicação do instrumento de análise para cada manual e

para cada categoria de conteúdo, apresenta-se a seguir, a título ilustrativo, extratos da argumentação

utilizada em relação a algumas categorias.

Discussão dos resultados

Quanto às mensagens explícitas dos manuais, relacionadas com a natureza da ciência e da

construção do conhecimento científico, em um deles (M3) são freqüentes mensagens compatíveis

com uma perspectiva racionalista/construtivista, sendo no entanto questionável a maneira como as

traduz em propostas didáticas no capítulo ácido-base. Excetuando-se um ou outro texto para análise

crítica e alguma atividade para os alunos diferente dos tradicionais exercícios acadêmicos, esse

manual não se diferencia dos demais em questões essenciais, tais como a problematização, a

contextualização dos conceitos ou a abordagem de um período histórico de controvérsia em torno

das teorias de ácido-base. O manual M1 aborda, explicitamente, o conhecimento científico como

partindo da observação/experiência e apresenta as leis e teorias científicas como resultantes da

‘descoberta’ de regularidades nas observações efetuadas. Esse manual explicita uma perspectiva

claramente empirista/indutivista da ciência e da construção do conhecimento científico, embora no

capítulo sobre ácido-base o esquema indutivista apareça ‘falseado’, sendo as leis e teorias apre-

sentadas previamente aos alunos, no livro texto, inserindo-se as observações/experiências, que são

propostas aos alunos numa lógica confirmatória. Os manuais M2 e M4 praticamente não explicitam

mensagens com relevância epistemológica.

Pode-se concluir que os manuais analisados, quando expressam concepções sobre a natureza

da ciência e da construção do conhecimento científico, sejam de raiz empirista/indutivista ou

racionalista/construtivista, não as traduzindo em propostas didáticas coerentes com concepções

DIMENSÃO DE ANÁLISE: HISTÓRIA DA CIÊNCIA (HC)

CAPÍTULO:ÁCIDO-BASE - MANUAL: M 2

HC1

Evolução

Histórica

A utilização da história da ciência é feita com caráter meramente factual, ao longo do texto e em

dois “boxes” no início do capítulo, com biografias resumidas de Arrhenius e de Bronsted.É apre-

sentada a teoria de dissociação eletrolítica de Arrhenius, num “box” à parte do texto principal,

mas não se explicam as limitações da teoria de Arrhenius, que dão significado ao surgimento de

outras teorias como a de Bronsted-Lowry. Essa teoria pode aparecer, apara os alunos, como a

“verdadeira”.Pode-se concluir que o manual, nesse capítulo, não utiliza a HC para mostrar a

evolução dos conceitos de ácido-base. Não aproveita qualquer período de controvérsia científica

para mostrar como as teorias ácido-base foram construídas, e em que ambiente histórico e

cultural se inseriam.

Categoria Resultados da análise

183

que defendem.

A análise do capítulo ácido-base dos quatro manuais, em relação às três dimensões de análise

consideradas, parece corroborar a hipótese de trabalho de que se partiu neste estudo.

No que diz respeito à dimensão ‘metodologia da ciência’, todos os manuais apresentam, de

uma forma mais ou menos acentuada, uma lógica confirmatória na apresentação das atividades

experimentais, isto é, pretendem que os alunos obtenham ‘dados’ a partir de uma dada experiência

para confirmar uma lei ou teoria científica. As experiências não são precedidas, na sua maioria, de

nenhuma problematização, sendo a avaliação dos resultados feita em função do que se espera

confirmar. Os manuais analisados praticamente não apresentam aos alunos atividades que fomen-

tem o pluralismo metodológico e o desenvolvimento de diferentes competências do trabalho científico,

como o planejamento de experiências partindo de hipóteses a serem elaboradas pelos alunos ou

sugeridas pelo manual, a coleta de materiais, a organização de informação e a pesquisa bibliográ-

fica. Apenas o manual M3 apresenta no capítulo sobre ácido-base a leitura e interpretação de textos

científicos e propõe atividades para os alunos que não se limitam à realização de exercícios

acadêmicos e/ou resolução de problemas numéricos fechados.

No que diz respeito às relações C/T/S, a perspectiva dominante nos manuais analisados é

acadêmica/disciplinar, com a apresentação de eventuais aplicações tecnológicas de alguns aspectos

da ciência. Não é enfatizada a contextualização social e tecnológica dos diferentes conteúdos, e

nunca se parte de problemas sociais e tecnológicos para introduzir conceitos, leis e teorias de

ácido-base.

No que diz respeito à dimensão ‘história da ciência’, os manuais analisados, embora utilizem a

história da ciência no capítulo sobre ácido-base, fazem-no de maneira exclusivamente factual e

quase sempre à margem do texto principal. Nenhum dos manuais utiliza um período de controvérsia

científica (por exemplo, a teoria oxigínia de ácido de Lavoisier ou a teoria da dissociação eletrolítica

de Arrhenius) para ilustrar como foram construídas e validadas as teorias ácido-base. Excetuando o

manual M3, não se exemplifica o papel da comunidade científica na construção e validação das

teorias ácido-base.

Implicações para a formação de professores

A reflexão sobre concepções de ciência veiculadas por manuais de química poderá apoiar

estratégias para uma formação epistemológica adequada de professores de física e química, no

sentido da compreensão das grandes metas que são propostas, nos dias de hoje, à educação em

ciências, e conduzir a uma modificação das suas práticas pedagógicas, tornando-as mais

consonantes com perspectivas racionalistas/construtivistas. A questão é pertinente, já que este estudo

aponta para concepções veiculadas pelos manuais analisados que, em essência, contribuem pouco

para essa formação e, mais importante ainda, para a construção de imagens adequadas sobre a

natureza da ciência e da construção do conhecimento científico por parte dos alunos.

Os manuais analisados não facilitam a consecução de alguns objetivos gerais dos novos

programas de ensino de física e química, em Portugal, como os que dizem respeito ao uso da

história da ciência, ao tratamento das relações C/T/S ou à implementação junto aos alunos de

processos do trabalho científico.

O fato de terem sido analisados apenas quatro manuais de química do ensino secundário constitui

uma das limitações deste estudo. No entanto, a metodologia usada na análise pode inspirar estudos

futuros de caráter mais exaustivo, eventualmente estudos comparativos com manuais escolares de

química brasileiros, do mesmo ou diferente nível de ensino.

Uma das implicações do presente estudo é a necessidade de planejar cursos de formação para

Imagens de ciência em manuais de Química portugueses

184 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Nota

“Princípio oxigyne” mostra a idéia de Lavoisier, em 1789, de que o oxigênio era a substância formadora de

todos os ácidos. Isso está na etimologia da palavra: oxi= ácido e gyne = gerador, que passa a ser o nome

do gás, em substituição ao ar-desflogisticado, proposto anteriormente por Priestley.

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professores em que se trabalhem aspectos epistemológicos. Esses cursos deverão ser centrados

em contextos específicos da prática pedagógica como, por exemplo, no ensino do tema ácido-

base. Não são pois cursos de epistemologia geral, mas antes espaços de formação em que se

ajudarão os professores a reconhecer as suas próprias concepções epistemológicas, mobilizadas

na exploração de um dado tema da química.

Uma segunda implicação deste estudo é sugerir alternativas na elaboração de materiais didáticos,

a serem usados por alunos e professores, que facilitem a construção de concepções mais adequadas

sobre a natureza da ciência e da construção do conhecimento científico. De fato, uma das dificuldades

na implementação de estratégias na sala de aula que explorem períodos históricos de controvérsia

científica, que sensibilizem os alunos para a natureza dinâmica da ciência, para as suas relações

complexas com a sociedade e a tecnologia e mostre o papel da comunidade científica na construção

e validação das teorias científicas, reside não só na ausência de formação epistemológica dos

professores mas também na inexistência de materiais didáticos, em particular publicações em língua

portuguesa, acerca daqueles períodos de controvérsia. Nesse sentido, os autores elaboraram um

guia com o objetivo de auxiliar os professores de química, onde são fornecidos dados históricos e

bibliográficos de alguns períodos de controvérsia em torno dos conceitos e teorias de ácido-base, a

saber, sobre Robert Boyle e o uso dos indicadores (século XVII), o ‘princípio oxigínio’

de ácido de

Lavoisier, a controvérsia de Davy com a escola química francesa em torno desse princípio (primeira

metade do século XIX), a teoria de dissociação eletrolítica de Arrhenius e a oposição da comunidade

dos químicos da época a essa teoria, e a construção das diferentes teorias de ácido-base ao longo

do século XX. Esse guia pretende ser uma contribuição para que os professores possam fazer uma

seleção de textos históricos, concretamente em relação ao tópico ácido-base, de modo que a sua

exploração com os alunos lhes facilite a compreensão do caráter provisório das teorias científicas

atualmente aceitas, das características da atividade científica e das relações da ciência com outras

áreas do saber. A sua exploração no âmbito de uma experiência de formação contínua de professores,

por nós já efetuada, será foco de discussão de um próximo trabalho.

185

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Imagens de ciência em manuais de Química portugueses

186 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Construindo

Conhecimento Científico

na Sala de Aula

O presente artigo enfoca a importante temática da

construção de conhecimento científico em sala de aula e

a relação entre as idéias científicas e idéias informais dos

estudantes. A publicação deste artigo também significa

uma homenagem da comunidade de educadores químicos

brasileiros à grande pesquisadora em ensino de ciências

que foi Rosalind Driver, falecida em outubro de 1997.

processo de aprendizagem, idéias científicas,

idéias informais, pedagogia

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 9, 1999.

compromisso central de uma posição

construtivista - de que o conhecimento não é

diretamente transmitido mas construído ativa-

mente pelo aprendiz - é compartilhado por diferentes

tradições de pesquisa no ensino das ciências. Uma dessas

tradições concentra-se na construção individual de

significados e nas várias teorias informais que as pessoas

desenvolvem sobre os fenômenos naturais (Carey, 1985;

Carmichael et al., 1990; Pfundt e Duit, 1985), como resultado

das interações individuais dos aprendizes com os eventos

físicos de sua vida diária (Piaget, 1970). A aprendizagem

em sala de aula, a partir dessa perspectiva, é vista como

algo que requer atividades práticas bem elaboradas que

desafiem as concepções prévias do aprendiz, encorajan-

do-o a reorganizar suas teorias pessoais. Uma outra tradi-

ção descreve o processo de construção de conhecimento

como conseqüência da aculturação do aprendiz nos

discursos científicos (por exemplo, Edwards e Mercer, 1987;

Lemke, 1990). Outros, ainda, vêem o processo como um

aprendizado das práticas científicas (Rogoff e Lave, 1984).

O nosso próprio trabalho tem se concentrado no estudo de

como os alunos recorrem a seu conhecimento informal e

como esse interage com as formas científicas de conheci-

mento introduzidas na sala de aula (por exemplo, Johnston

e Driver, 1990; Scott, 1993; Scott et al., 1994). Existe uma

variedade de descrições dos processos de construção do

conhecimento. Parece ser necessário esclarecer essas pers-

pectivas distintas e suas inter-relações.

Uma outra questão que precisa ser esclarecida entre

os educadores em ciências é a relação que vem sedo

proposta entre a visão construtivista da aprendizagem e

suas implicações pedagógicas. De fato, Millar (1989) afir-

ma que perspectivas particulares sobre a aprendizagem

não resultam necessariamente em práticas pedagógicas

Rosalind Driver, Hilary Asoko,

John Leach e Philip Scott

Faculdade de Educação da Universidade

de Leeds, Leeds - Reino Unido

Eduardo Mortimer*

Faculdade de Educação da Universidade

Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte -

187

específicas. Além disso, as tentativas de articular as abordagens ‘construtivistas’ à didática das

ciências (Driver e Oldham, 1986; Fensham et al., 1994; Osborne e Freyberg, 1985) têm sido cri-

ticadas com base no pressuposto de que tais práticas pedagógicas estão fundamentadas em uma

visão empirista da natureza da ciência (Matthews, 1992; Osborne, 1993), argumento que será

posteriormente analisado neste texto.

Neste artigo, vamos apresentar nossa visão de como os vários fatores da experiência pessoal,

da linguagem e da socialização inter-relacionam-se no processo de aprendizagem das ciências em

sala de aula e discutir as relações problemáticas entre conhecimento científico, aprendizagem das

ciências e pedagogia.

A natureza do conhecimento científico

Qualquer relato sobre ensino e aprendizagem das ciências precisa levar em consideração a natureza

do conhecimento a ser ensinado. Embora trabalhos recentes sobre a natureza da ciência enfatizem que

as práticas científicas não podem ser caracterizadas de modo unitário simplista, ou seja, que não existe

uma única ‘natureza da ciência’ (Millar et al., 1993), existem alguns compromissos centrais ligados às

práticas científicas e ao conhecimento que têm implicações para o ensino da ciência. Defendemos que,

na educação em ciências, é importante considerar que o conhecimento científico é, ao mesmo tempo,

simbólico por natureza e socialmente negociado. Os objetos da ciência não são os fenômenos da

natureza, mas construções desenvolvidas pela comunidade científica para interpretar a natureza. Hanson

(1958) fornece uma ilustração eloqüente sobre a diferença entre os conceitos da ciência e os fenômenos

do mundo, em seu relato sobre os esforços intelectuais de Galileu para explicar o movimento de queda

livre. Durante vários anos Galileu realizou medidas de objetos em queda, representando a aceleração

em termos das mudanças na velocidade do objeto em uma dada distância, uma formulação que levou

a relações complexas e deselegantes. Uma vez que ele começou a pensar em termos de mudança de

velocidade em um dado intervalo de tempo, a aceleração constante de objetos em queda se tornou

evidente. A noção de aceleração não emergiu de forma não problemática das observações, mas lhes

foi imposta. O conhecimento científico em muitos domínios, seja nas explicações do comportamento

de circuitos elétricos, no fluxo de energia através de ecossistemas ou na rapidez das reações químicas,

consiste de entidades definidas formalmente e de relações que se supõe existirem entre elas. O fato é

que, mesmo em domínios relativamente simples da ciência, os conceitos usados para descrever e

modelar o domínio não são revelados de maneira óbvia pela leitura do ‘livro da natureza’. Ao contrário,

esses conceitos são construções que foram inventadas e impostas sobre os fenômenos para interpretá-

los e explicá-los, muitas vezes como resultado de grandes esforços intelectuais.

Uma vez que esse conhecimento tenha sido construído e acordado dentro da comunidade

científica, torna-se parte da forma não problemática de ver as coisas, aceita dentro dessa comuni-

dade. Como resultado, o mundo simbólico da ciência é hoje povoado por entidades como átomos,

elétrons, íons, campos e fluxos, genes e cromossomos; ele é organizado por idéias como a da

evolução e inclui procedimentos de medida e experimentos. Essas entidades ontológicas e conceitos

organizadores, assim como a epistemologia e as práticas das ciências a eles relacionadas, dificilmente

serão descobertas por indivíduos através de suas próprias observações do mundo natural. O

conhecimento científico, como conhecimento público, é construído e comunicado através da cultura

e das instituições sociais da ciência.

Existem estudos, na área de história e sociologia das ciências, que vêem o conhecimento que

emerge da atividade dentro da comunidade científica como relativista e resultante exclusivamente

de processos sociais (Collins, 1985; Latour e Woolgar, 1979). Além disso, essa posição relativista

argumenta que não há como saber se esse conhecimento é um reflexo ‘verdadeiro’ do mundo, e

Construindo conhecimento científico na sala de aula

188 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

que a noção de ‘progresso’ científico é, portanto, problemática. Esse aparente ‘irracionalismo’ e

relativismo das ciências é, no momento, motivo de controvérsia nos estudos sobre as ciências e na

educação em ciências. Mas uma perspectiva do conhecimento científico como socialmente construído

não implica logicamente uma posição relativista. Ao propor uma ontologia realista, Harré (1986)

sugere que o conhecimento científico é limitado pela própria estrutura do mundo tal como ele é, e

que o progresso científico tem base empírica, mesmo que seja socialmente construído e validado

(uma posição que consideramos convincente).

Quer se adote ou não uma perspectiva relativista, a visão do conhecimento científico como

socialmente construído e validado tem implicações importantes para a educação em ciências. Isso

significa que a aprendizagem das ciências envolve ser iniciado nas formas científicas de se conhecer.

As entidades e idéias científicas, que são construídas, validadas e comunicadas através das

instituições culturais da ciência, dificilmente serão descobertas pelos indivíduos por meio de sua

própria investigação empírica; aprender ciências, portanto, envolve ser iniciado nas idéias e práticas

da comunidade científica e tornar essas idéias e práticas significativas no nível individual. O papel

do professor de ciências, mais do que organizar o processo pelo qual os indivíduos geram significados

sobre o mundo natural, é o de atuar como mediador entre o conhecimento científico e os aprendizes,

ajudando-os a conferir sentido pessoal à maneira como as asserções do conhecimento são geradas

e validadas. Portanto, essa perspectiva pedagógica difere fundamentalmente da perspectiva empirista.

Aprendizagem das ciências como atividade individual

Embora Piaget não tenha se referido a si mesmo como ‘construtivista’ a não ser tardiamente em

sua vida (Piaget, 1970), a perspectiva de que o conhecimento é construído pelo sujeito cognoscente

é central em sua posição. Como reflete sua afirmação “l’intelligence organise le monde en s’organi-

Quando o eu estava preparando esta

tradução, fui comunicado do falecimento da

profa. Rosalind Driver, principal articuladora

deste artigo. Ros foi

uma da mais proemi-

nentes figuras da edu-

cação em ciências

neste século. Seu tra-

balho com Jack Easley,

publicado em 1978 no

Studies in Science Edu-

cation, sob o título de

“Pupils and para-

digms: a review of lit-

erature related to con-

cept development in adolescent science stu-

dents”, é considerado um marco na criação

do programa de pesquisa sobre concepções

alternativas dos estudantes, que dominou a

cena na educação em ciências na década de

80. Dinâmica e inquieta, Ros esteve sempre

à frente do movimento

construtivista no ensi-

no de ciências e soube perceber como nin-

guém a crise que foi se instalando nesse pro-

grama de pesquisa a partir do fim da década

de 80. Este artigo representa uma tentativa

de refletir sobre essa crise e sugerir novos

rumos ao movimento.

Todos que tiveram a honra e o privilégio de

conviver e trabalhar com a excelente figura

humana que foi Ros Driver podem avaliar a dor

que sua morte significou para seus amigos e

colaboradores. Para seus leitores e admi-

radores nos quatro cantos do mundo, fica a

sensação de uma perda irreparável para a

educação em ciências. Espero que a pu-

blicação deste artigo em português provoque

nos leitores e leitoras a mesmas inquietações,

questionamentos e buscas de novos rumos que

marcaram a vida de Rosalind Driver.

Rosalind Driver

189

sant elle-même” (“a inteligência organiza o mundo organizando a si mesma” – 1937, p. 311), a

preocupação central de Piaget foi com o processo pelo qual os seres humanos constroem seu

conhecimento do mundo. Em termos amplos, Piaget postulou a existência de esquemas cognitivos

que são formados e se desenvolvem por meio da coordenação e da internalização das ações de

um indivíduo sobre os objetos do mundo. Esses esquemas se desenvolvem como resultado de um

processo de adaptação a experiências mais complexas (através do processo que Piaget denominou

equilibração). Novos esquemas, portanto, passam a existir pela modificação dos antigos. Assim, o

desenvolvimento intelectual é visto como uma adaptação progressiva dos esquemas cognitivos

individuais ao ambiente físico. Piaget reconheceu que a interação social poderia ter um papel na

promoção do desenvolvimento cognitivo, por exemplo ao tornar disponíveis para a criança pontos

de vistas diferentes por meio da discussão. Para que aconteça o desenvolvimento, no entanto, é

essencial que haja equilibração em nível individual.

Embora mais tarde em sua vida Piaget tenha tratado da relação entre os esquemas individuais

de conhecimento e a história das ciências (Piaget e Garcia, 1989), e na verdade sua questão básica

fosse essencialmente epistemológica, o enfoque central de grande parte de seu programa de pes-

quisa foi o modo como os indivíduos conferem significado ao mundo físico por meio do

desenvolvimento de estruturas e operações lógicas independentes de conteúdo. De forma contras-

tante, o programa de pesquisa sobre o raciocínio científico das crianças que emergiu nos últimos 20

anos tem como foco os esquemas de conhecimento em domínios específicos no contexto da apren-

dizagem das ciências pelas crianças. As concepções das crianças sobre os fenômenos físicos já

foram documentadas em uma ampla variedade de domínios da ciência (Carmichael et al., 1990;

Driver et al. 1985; Pfundt e Duit, 1985; West e Pines, 1985). Embora esse campo de pesquisa tenha

como foco o conhecimento específico por domínio e não os esquemas gerais de raciocínio, ele

possui muito em comum com a perspectiva piagetiana, podendo conduzir a perspectivas

pedagógicas semelhantes. Ambas vêem o significado como sendo construído pelos indivíduos e

afirmam que o significado depende dos esquemas de conhecimento existentes no indivíduo. A

aprendizagem acontece quando esses esquemas são modificados pelo processo de reequilibração.

Esse processo requer uma atividade mental interna e tem como resultado a modificação de um

esquema anterior de conhecimento. A aprendizagem é vista, portanto, como algo que envolve um

processo de mudança conceitual. As abordagens do ensino de ciências baseadas nessa perspectiva

concentram-se em fornecer às crianças experiências físicas que induzam ao conflito cognitivo e,

assim, encorajam os aprendizes a desenvolver novos esquemas de conhecimento que são mais

bem adaptados à experiência. As atividades práticas apoiadas por discussões em grupo formam a

essência dessas práticas pedagógicas (vide, por exemplo, Nussbaum e Novick, 1982; Rowell e

Dawson, 1984). A partir dessa perspectiva individual, as salas de aula são lugares onde as pessoas

estão ativamente engajadas umas com as outras, na tentativa de compreender e interpretar

fenômenos por si mesmas, e onde a interação social em grupos é vista como algo que fornece o

estímulo de perspectivas diferentes sobre as quais os indivíduos possam refletir. O papel do profes-

sor é fornecer as experiências físicas e encorajar a reflexão. As concepções das crianças são

consideradas e questionadas de maneira respeitosa. Na passagem a seguir, Duckworth descreve

claramente os tipos de intervenções que são úteis:

O que você quer dizer? Como você fez isso? Por que você diz isso? Como é que isso se

encaixa no que acabamos de dizer? Poderia me dar um exemplo? Como você chegou a isso?

Em cada caso, essas perguntas são primeiramente uma maneira de o interlocutor tentar

compreender o que o outro está entendendo. Entretanto, em cada caso elas vão, também,

engajar os pensamentos do outro e levá-los um passo adiante. (1987, p. 96-97.)

Construindo conhecimento científico na sala de aula

190 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Assim, as atividades e intervenções do professor são descritas como promovendo o pensamento e

a reflexão por parte dos alunos, solicitando argumentos e evidências em apoio às afirmações. Há, em

nosso ponto de vista, uma omissão significativa por parte dessa perspectiva sobre a construção de

conhecimento. O desenvolvimento das estruturas cognitivas dos aprendizes é visto como resultado da

interação dessas estruturas com aspectos de uma realidade física externa, sendo o processo de

significação estimulado pela interação entre pares. No entanto, as interações dos aprendizes com as

realidades simbólicas, com as ferramentas culturais da ciência, não são substancialmente consideradas.

Além disso, ao ver a aprendizagem como algo que envolve a substituição de antigos esquemas

de conhecimento por novos, essa perspectiva ignora a possibilidade de os indivíduos terem esquemas

conceituais plurais, cada um apropriado a contextos sociais específicos. (Os cientistas, afinal, en-

tendem perfeitamente o que significam frases como “Feche a porta para o frio não entrar”). No lugar

de reequilibrações sucessivas, argumenta-se que a aprendizagem pode ser mais bem caracterizada

por construções paralelas relacionadas a contextos específicos (Solomon, 1983). A noção de ‘perfil

epistemológico’ de Bachelard (1940/1968) pode ser útil aqui. Em vez de construir uma única e

poderosa idéia, os indivíduos podem apresentar maneiras diferentes de pensar, ou seja, um perfil

conceitual dentro de domínios específicos. Por exemplo, uma visão contínua da matéria é normalmente

adequada para lidar com as propriedades e o comportamento das substâncias sólidas na vida

cotidiana. Perspectivas diferentes podem, entretanto, ser utilizadas. Uma visão quântica da matéria

é epistemológica e ontologicamente diferente de uma visão atomista, e ambas são diferentes de um

modelo contínuo. Essas três perspectivas podem formar o perfil conceitual de um indivíduo para os

sólidos, e cada uma pode ser apropriada a um contexto diferente. Assim, um químico que trabalha

em uma reação de síntese pode achar mais útil considerar os átomos partículas materiais do que

um conjunto de singularidades matemáticas em campos de força (Mortimer, 1993).

Aprendizagem das ciências como construção social do conhecimento

Enquanto a perspectiva individual sobre a construção do conhecimento privilegia as experiências

físicas e seu papel na aprendizagem das ciências, uma perspectiva socioconstrutivista reconhece

que a aprendizagem envolve a introdução em um mundo simbólico. Isso está bem explicitado na

introdução de Bruner ao trabalho de Vygotsky:

O projeto Vygotskyano é descobrir o modo como os membros aspirantes de uma cultura

aprendem de seus tutores, os vicários de sua cultura, a entender o mundo. Este mundo é um

mundo simbólico no sentido de que ele consiste de sistemas de crenças conceitualmente

organizados, delimitados por regras sobre as coisas que existem, sobre como atingir os

objetivos e sobre o que deve ser valorizado. Não existe nenhuma maneira, nenhuma mesmo,

através da qual o ser humano poderia ter domínio desse mundo sem a ajuda e a assistência

de outras pessoas, pois, na verdade, esse mundo são os outros (Bruner, 1985, p. 32).

A partir dessa perspectiva, o conhecimento e o entendimento, inclusive o entendimento científico,

são construídos quando os indivíduos se engajam socialmente em conversações e atividades sobre

problemas e tarefas comuns. Conferir significado é, portanto, um processo dialógico que envolve

pessoas em conversação e a aprendizagem é vista como o processo pelo qual os indivíduos são

introduzidos em uma cultura por seus membros mais experientes. À medida que isso acontece, eles

‘apropriam-se’ das ferramentas culturais por meio de seu envolvimento nas atividades dessa cultura.

Um membro mais experiente de uma cultura pode ajudar um membro menos experiente estruturan-

do as tarefas, tornando possível que ele as desempenhe e internalize o processo, ou seja, conver-

tendo-as em ferramentas para controle consciente.

191

Existe aqui uma questão importante para a educação em ciências. Se a construção do

conhecimento for vista apenas como processo individual, isso é semelhante ao que tem sido tradicio-

nalmente identificado como aprendizagem por descoberta. Se, no entanto, os aprendizes tiverem

de ter acesso aos sistemas de conhecimento da ciência, o processo de construção do conhe-

cimento tem de ultrapassar a investigação empírica pessoal. Quem aprende precisa ter acesso não

apenas às experiências físicas, mas também aos conceitos e modelos da ciência convencional. O

desafio está em ajudar os aprendizes a se apropriarem desses modelos, a reconhecerem seus

domínios de aplicabilidade e, dentro desses domínios, a serem capazes de usá-los. Se ensinar é

levar os estudantes às idéias convencionais da ciência, então a intervenção do professor é essencial,

tanto para fornecer evidências experimentais apropriadas como para disponibilizar para os alunos

as ferramentas e convenções culturais da comunidade científica. O desafio é como alcançar com

êxito esse processo de enculturação na rotina da sala de aula comum. Além disso, os desafios são

especialmente importantes quando a perspectiva científica que o professor está apresentando é

conflitante com os esquemas de conhecimento prévio dos alunos.

Idéias científicas informais e conhecimento de senso comum

Os jovens possuem vários esquemas de conhecimento utilizados para interpretar os fenômenos

com que se deparam no seu dia-a-dia. Esses esquemas são fortemente apoiados pela experiência

pessoal e pela socialização em uma visão de senso comum. Pesquisas feitas em todo o mundo já

demonstraram que as idéias científicas informais das crianças não são totalmente idiossincráticas.

Dentro de domínios específicos das ciências existem maneiras informais de modelar e interpretar os

fenômenos que são encontrados entre crianças de diferentes países, línguas e sistemas educacio-

nais. Uma das áreas mais exaustivamente estudadas é o raciocínio informal sobre mecânica. Aqui

existe uma concepção comum de que é necessário uma força constante para manter um objeto em

movimento constante (Clement, 1982; Gunstone e Watts, 1985; Viennot, 1979). Essa noção difere

da física newtoniana, que associa força à mudança na condição de movimento, ou seja, à aceleração.

Entretanto, não é difícil entender que experiências como empurrar objetos pesados ou pedalar uma

bicicleta possam ser vistas como coerentes com a noção de que “movimento constante implica

força constante”. Em outro domínio, aquele do raciocínio sobre as substâncias materiais, as crianças

não vêem problema em considerar a matéria algo que aparece e desaparece. Quando um tronco de

madeira queima até ser reduzido a um amontoado de cinzas, as crianças afirmam que a matéria “se

foi com o fogo

” (Andersson, 1991). As crianças mais velhas podem reconhecer que existem produtos

gasosos originários do fogo. No entanto, eles não são vistos como substâncias, mas como algo

que tem propriedades etéreas (Meheut et al., 1985). “Os gases, afinal, não podem ter massa ou

peso; se não, por que não caem?” De fato, para muitas crianças a idéia de que o ar ou um gás

possa ter peso é totalmente implausível. Muitos chegam a postular que eles têm peso negativo,

porque tendem a fazer as coisas subirem (Brook et al., 1989; Stavy, 1988). Um raciocínio semelhante

é utilizado sobre o papel dos gases nos processos biológicos, como a fotossíntese, a respiração e

a degradação (Leach et al., no prelo).

Esses são apenas alguns exemplos dos tipos de idéias informais que prevalecem no raciocínio

de jovens e adultos. Em domínios como os aqui referidos, sustentamos que existem coisas em

comum nas maneiras informais de raciocinar, em parte porque os membros de uma cultura

compartilham formas de falar e de se referir a fenômenos específicos. Além disso, as maneiras

como os indivíduos experimentam os fenômenos naturais são limitadas pela própria realidade.

No que tange às experiências do dia-a-dia das pessoas, as idéias informais são, na maioria das

vezes, perfeitamente adequadas para interpretar e orientar as ações. As fogueiras de fato queimam

Construindo conhecimento científico na sala de aula

192 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

até virar um monte de cinzas – uma maneira muito usada para livrar-se do lixo indesejado. Se você

deseja que um piano continue a ser mover, você precisa de fato de empurrá-lo com um esforço

constante. Não é de admirar que as idéias que são usadas e cuja utilidade é comprovada sejam

então representadas na linguagem do dia-a-dia. Expressões do tipo “leve como o ar” ou “o fogo

consumiu tudo” refletem e apóiam idéias informais subjacentes. Argumentamos, portanto, que as

idéias informais não são apenas visões pessoais do mundo, mas refletem uma visão comum,

representada por uma linguagem compartilhada. Essa visão compartilhada constitui o ‘senso comum’,

uma forma socialmente construída de descrever e explicar o mundo.

Durante a infância, as idéias das crianças se desenvolvem como resultado da experiência e da

socialização, transformando-se em visões ‘do senso comum’. Para crianças muito pequenas (entre

4 e 6 anos), o ar existe apenas como vento ou brisa – os pequeninos não conceituam o ar como

substância material. A noção do ar como ‘coisa’ normalmente torna-se parte dos modelos de mundo

das crianças entre 7 e 8 anos. Essa coisa é então conceitualizada como algo que ocupa espaço,

mas que não tem peso, ou que tem um peso negativo ou a propriedade de se elevar (‘upness’ –

Brook et al., 1989). Esse exemplo ilustra uma questão muito mais geral: as entidades – o ar como

coisa, por exemplo – que são tidas como reais pelas crianças podem ser bastante diferentes para

crianças em faixas etárias diferentes. Em outras palavras, as estruturas ontológicas cotidianas da

criança desenvolvem-se com a experiência e com a utilização da linguagem dentro de uma cultura.

Essa mudança corresponde ao que outros autores descrevem como uma reestruturação radical

das concepções específicas por domínio das crianças (vide Carey, 1985; Vosniadou e Brewer, 1992).

As formas ‘de senso comum’ de explicar os fenômenos, conforme exposto aqui, representam o

conhecimento do mundo descrito dentro da cultura do dia-a-dia. Elas diferem do conhecimento da

comunidade científica de várias maneiras. Obviamente, o senso comum e a ciência diferem nas

entidades ontológicas que contêm. As entidades tidas como reais dentro do discurso do dia-a-dia

diferem das entidades da comunidade científica. Em segundo lugar, o raciocínio de senso comum,

embora possa apresentar certa complexidade, também tende a ser tácito ou a não ter regras explícitas.

O raciocínio científico, por outro lado, é caracterizado pela formulação explícita de teorias que podem

ser comunicadas e inspecionadas à luz da evidência. Em ciências, esse processo envolve vários

cientistas comunicando-se uns com os outros. Embora o conhecimento tácito tenha, inquestiona-

velmente, o seu lugar na ciência, a necessidade de ser explícito na formulação de uma teoria é

central para o empreendimento científico. Em terceiro lugar, o raciocínio do dia-a-dia é caracterizado

pelo pragmatismo. As idéias são julgadas por sua utilidade para fins específicos ou em situações

específicas e, como tal, orientam as ações das pessoas. A busca científica, por outro lado, tem o

objetivo adicional de construir um quadro geral e coerente do mundo. O compromisso científico,

portanto, não é satisfeito por modelos situacionalmente específicos, mas por modelos que tenham

maior generalidade e escopo.

Aprendizagem das ciências envolvendo processos individuais e sociais

Vamos considerar agora o que vemos como as implicações das distinções entre senso comum

e raciocínio científico para a aprendizagem das ciências. Já argumentamos que aprender ciências

não é uma questão de simplesmente ampliar o conhecimento dos jovens sobre os fenômenos –

uma prática talvez mais apropriadamente denominada estudo da natureza – nem de desenvolver e

organizar o raciocínio do senso comum dos jovens. Aprender ciências requer mais do que desafiar

as idéias anteriores dos alunos mediante eventos discrepantes. Aprender ciências envolve a

introdução das crianças e adolescentes a uma forma diferente de pensar sobre o mundo natural e

de explicá-lo; é tornar-se socializado, em maior ou menor grau, nas práticas da comunidade científica,

193

com seus objetivos específicos, suas maneiras de ver o mundo e suas formas de dar suporte às

assertivas do conhecimento. Antes que isso possa acontecer, no entanto, os indivíduos precisam

engajar-se em um processo pessoal de construção e de atribuição de significados. Caracterizado

dessa maneira, aprender ciências envolve tanto processos pessoais como sociais. No plano social,

o processo envolve ser introduzido aos conceitos, símbolos e convenções da comunidade científica.

Entrar nessa comunidade de discurso não é algo que os alunos descobrem por conta própria,

assim como nunca aprenderiam por conta própria a falar esperanto.

Tornar-se socializado nas práticas discursivas da comunidade científica não significa, no entanto,

abandonar o raciocínio do senso comum. Os seres humanos participam de múltiplas comunidades

de discurso paralelas, cada uma com práticas e objetivos específicos. Atualmente existe bastante

interesse por parte da comunidade de educação em ciências no processo de mudança conceitual.

Aprender ciências está sendo caracterizado por alguns como a promoção de uma mudança

conceitual das idéias informais dos alunos para as idéias da comunidade científica (Hewson, 1981;

Posner et al., 1982; West e Pines, 1985). O problema que vemos nessa caracterização é que não

deveríamos esperar que os estudantes necessariamente abandonassem suas idéias do senso

comum, como resultado do ensino de ciências. Como já argumentamos anteriormente, os estudantes

podem continuar a usar essas idéias para se comunicar dentro dos contextos sociais apropriados

(Solomon, 1983).

Alguns pesquisadores caracterizam a aprendizagem das ciências como o reflexo de padrões de

mudança semelhantes que ocorreram na própria ciência, por meio da reestruturação progressiva

das teorias implícitas dos alunos (Carey, 1985; Chinn e Brewer, 1993; McCloskey, 1983; Vosniadou e

Brewer, 1987). Embora reconheçamos que a aprendizagem das ciências envolve algum tipo de

reestruturação de idéias, argumentamos que a visão da aprendizagem como mudança de teoria

coloca uma ênfase exagerada na semelhança entre as idéias informais dos alunos e as teorias

científicas. É a natureza implícita e situada dessas idéias informais que as distingue das teorias

científicas. Além disso, aprender ciências na escola significa mais do que mudar de um conjunto de

teorias para outro; significa, em primeiro lugar, estar articulado de modo consciente sobre o que

constitui as teorias.

Uma perspectiva social da aprendizagem em salas de aula reconhece que uma maneira importante

de introduzir os iniciantes em uma comunidade de conhecimento é através do discurso no contexto

de tarefas relevantes. As salas de aula de ciências estão sendo reconhecidas, atualmente, como

comunidades caracterizadas por práticas discursivas distintas (Lemke, 1990). Ao serem engajados

nessas práticas, os estudantes são socializados em uma comunidade específica do conhecimento,

um processo descrito como aprendizado cultural (Rogoff e Lave, 1984; Seely Brown et al., 1989). As

práticas discursivas nas salas de ciências diferem substancialmente das práticas de argumentação

e pesquisa científica que ocorrem dentro das várias comunidades de cientistas profissionais; isso

não surpreende, se considerarmos as diferenças entre as escolas e os vários contextos institucionais

das ciências em termos de objetivos e relações de poder. Essa disjunção já foi reconhecida, e

alguns pesquisadores em ensino de ciências estão experimentando maneiras de organizar as salas

de aula de modo a refletir formas específicas de investigação colaborativa que possam ajudar os

estudantes a dominar gradualmente algumas das normas e práticas características das comunidades

científicas (Eichinger et al., 1991; Roseberry et al., 1992).

A aprendizagem na sala de aula de ciências

Nesta seção, vamos identificar algumas das práticas discursivas que apóiam a construção

conjunta do conhecimento científico por professores e alunos e que também refletem aspectos da

Construindo conhecimento científico na sala de aula

194 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

argumentação científica. Apresentamos episódios curtos de ensino e aprendizagem nas salas de

aula de ciências, baseando-nos nas perspectivas pessoais e sociais sobre a aprendizagem, a fim

de interpretar o que acontece em cada caso. Os exemplos foram retirados de estudos que estamos

conduzindo em colaboração com professores, em salas de aula de ciências na Inglaterra, nas quais

foi chamada a atenção, explicitamente, para as diferenças entre o raciocínio informal dos alunos

sobre um tópico específico e a visão científica (Scott et al., 1992).

Os episódios não têm como finalidade apresentar casos exemplares de ensino e aprendizagem.

Na verdade, eles foram escolhidos para ilustrar as maneiras como os alunos desenvolvem significados

pessoais dentro do contexto social da sala de aula, como é feita a apropriação dos significados

científicos e como as diferenças ontológicas e epistemológicas entre as visões informal e científica

podem criar obstáculos para a compreensão individual.

Raios de luz: negociando “novas ferramentas conceituais” - novas entidades ontológicas

Uma classe de alunos entre 8 e 9 anos de idade participou de uma série de aulas introdutórias

sobre a luz (vide Asoko, 1993). As crianças nessa idade tendem a considerar a luz como fonte ou

efeito (Guesne, 1985), mas têm menos possibilidade de conceituar a luz como algo que existe no

espaço e que se desloca a partir de uma fonte. O professor, Michael, estava interessado em ajudar

a turma a desenvolver a idéia de que a luz viaja pelo espaço e que se desloca em linha reta. Uma vez

estabelecida a concordância de que a luz viaja em linha reta, ele planejou apresentar a representação

convencional dos ‘raios’ de luz.

A princípio, o professor Michael convidou a classe a pensar sobre a luz da sala de aula, e todas

as crianças concordaram que se tratava da luz do sol. A seguir ele explorou com elas essa noção

um pouco mais, perguntando de onde vem a luz do sol.

Aluno 1: Do sol.

Michael: Quer dizer que a luz que está entrando naquela janela veio do sol? (várias respostas

simultâneas)

Aluno 2: Vem do calor, porque é tão quente que faz uma luz brilhante.

Michael: Então como é que ela chega aqui? Se é a luz do sol, como é que pode estar aqui

também? Martyn?

Aluno 3: Porque o sol está brilhando sobre nós.

Michael: Mas ele está a 93 milhões de milhas daqui – então como é que a luz do Sol pode

estar aqui nesta mesa?

Aluno 4: É por causa da camada de ozônio? (Seguiu-se uma curta interação entre eles, em

que vários alunos deram suas idéias sobre o buraco na camada de ozônio que permitia que mais

luz do sol passasse, e então Michael recolocou sua pergunta).

Michael: Mas como é que a luz do sol chega até aqui?

Aluno 5: Ela viaja até aqui.

Michael: Coulton disse, e essas são suas palavras exatas, que “ela viaja até aqui”. Em outras

palavras, a luz se move do Sol até aqui...

Aluno 5: Sim.

Michael: 93 milhões de milhas. Está certo?

Alunos: Sim (coro de muitas vozes)

Nessa interação, Michael indicou que a idéia do sol brilhando sobre nós poderia ser mais bem

elaborada e, com as contribuições da turma, focalizou a idéia da luz como algo que viaja de sua

fonte, percorrendo o espaço. Sua interação com a classe, à medida que a idéia foi sendo explorada,

195

fornece uma indicação de que essa é uma idéia geralmente aceita como plausível, um aspecto

importante na construção conjunta do conhecimento em sala de aula.

A idéia de que a luz viaja foi desenvolvida um pouco mais através de uma atividade prática feita

em grupos. Cada grupo de três a quatro crianças recebeu um jogo de equipamentos contendo uma

lâmpada de 12 V, colocada em uma posição central sob uma caixa de cartolina octogonal de aproxima-

damente 35 cm de diâmetro, colocada sobre uma grande folha de papel. Foi cortada uma fresta de

12 cm de altura por 0,5 cm de largura em cada uma das oito faces. Foi então pedido às crianças

para pensar sobre o que veriam quando a luz fosse acesa e para desenhar, na folha de papel, o que

esperavam ver. Quase todas as crianças desenharam linhas num ângulo de 90 graus em relação às

faces, a partir da fresta, para indicar o caminho da luz. As linhas variavam em comprimento, de 2 a

3 cm até aproximadamente 30 cm. Quando todas as crianças haviam feito pelo menos uma previsão,

todas as lâmpadas foram acesas simultaneamente na sala escura. O efeito espetacular causou

certa empolgação e não pouca surpresa, quando as crianças perceberam que, em vez de percorrer

apenas uma distância curta, os raios de luz continuaram por toda a folha, podendo ser vistos, num

plano vertical, quando chegavam a uma superfície como a parede ou os corpos das crianças.

Michael reuniu a turma para discutir suas observações. Ele desenhou, no quadro, o plano da

caixa octogonal. Traçando uma linha para representar a trajetória da luz, ele comentou que todos

haviam feito previsões sobre a posição da linha que estavam de acordo com o que eles tinham

visto, mas acrescentou que várias pessoas na sala acharam que a luz iria parar.

Michael: Está certo?

Aluno 1: Não, ela continua.

Michael: Ela continua. Quanto mais ela continuaria?

Aluno 2: Até o final. Ela continua toda a vida.

Aluno 3: Continua toda a vida, isto...

Aluno 4: Ela não pode parar. Você não pode parar a luz sem desligá-la.

Nessa seqüência, a noção de que a luz “continua toda a vida” novamente é interpretada como

um discurso compartilhado. Michael então convidou as crianças a desenhar mais linhas sobre o seu

desenho a fim de mostrar para onde vai a luz. Depois que elas terminaram, Michael começou a usar

as palavras raio de luz para descrever a trajetória da luz.

Nesse conjunto de seqüências, Michael estava introduzindo às crianças, por meio do discurso, a

maneira científica de ver as coisas, tornando essa visão plausível no contexto de uma experiência

memorável. Tendo se convencido de que as crianças tinham uma representação mental para “o

caminho pelo qual a luz viaja”, ele introduziu a convenção ou representação simbólica do raio de

luz, uma ferramenta cultural que seria utilizada em aulas subseqüentes. Ao longo de toda a seqüência,

foi surgindo uma estória coerente, uma estória que Michael verificava, através de feedbacks, ser

comum a toda a turma. Esse processo de desenvolver um significado compartilhado entre profes-

sor e alunos é central àquilo que Edwards e Mercer (1987) chamam de conhecimento comum na

sala de aula. Esse conhecimento comum ou discurso compartilhado passou a se referir a uma nova

estrutura ontológica sobre a luz, uma estrutura na qual a luz viaja, e viaja em linha reta (representada

simbolicamente por ‘raios de luz’) por longas distâncias.

A pressão do ar: estruturando (scaffolding) “uma nova maneira de explicar” - conflito entre o

senso comum e a perspectiva científica

O processo pelo qual os alunos desenvolvem novas maneiras de explicar podem envolver

interações dialógicas entre professor e alunos ou entre pequenos grupos de alunos. Nessas

Construindo conhecimento científico na sala de aula

196 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

interações, o adulto (ou um colega mais competente) fornece aquilo que Bruner (1986) chamou de

‘andaime’ (scaffolding) para a aprendizagem dos alunos enquanto eles constroem novos significados

para si mesmos.

Numa seqüência instrucional sobre a pressão do ar entre alunos de 11 e 12 anos (Scott, 1993), o

professor desenvolveu, por meio de demonstrações e conversa com a classe, uma nova maneira de

explicar vários fenômenos simples (como, por exemplo, por que uma garrafa plástica murcha quando o

ar é retirado de dentro dela). Essa nova maneira de explicar baseava-se nas diferenças entre a pressão

do ar dentro e fora da garrafa. Foi pedido à turma para trabalhar em grupos a fim de usar essa idéia de

diferença de pressão para explicar outros fenômenos - por exemplo, como borrachas de sucção, a

exemplo dos desentupidores de pia, grudam em superfícies lisas ou como um líquido pode ser sugado

para uma pipeta.

Nas passagens que se seguem, vemos exemplos de um adulto experiente tentando ‘andaimear’

(to scaffold) o raciocínio dos estudantes em termos do modelo de diferença de pressão. Vemos

também as maneiras como as teorias informais dos alunos, como por exemplo a idéia de que “o

vácuo suga”, influenciam na formação de sentido pelos indivíduos.

Christa e Adele completaram uma atividade com as borrachas de sucção e ficaram surpresas

com a força que precisaram fazer para retirá-las de uma superfície lisa. Elas então discutiram sua

explicação para o fato:

Christa: É uma superfície lisa e não existe ar na borracha, então há menos ar dentro do que

fora, por isso ela gruda.

Adulto: Então, o que é que empurra... o que é que faz grudar?

Christa: O ar.

Adele: A sucção.

Adulto: O que é sucção?

Adele: É algo que puxa... algo que puxa para baixo...

Adulto: Uns minutinhos atrás, você disse que tinha a ver com o ar empurrando aqui fora.

Adele: Sim.

Adulto: Então você também disse que tinha a ver com sucção. Trata-se da mesma explicação,

ou são explicações diferentes?

Adele: São quase... (Adele não tem certeza e interrompe sua fala).

O adulto então lembrou as duas meninas da demonstração anterior do colapso da garrafa plástica,

que elas explicaram em termos de diferença na pressão do ar dentro e fora. As meninas então

voltaram a pensar no caso das borrachas de sucção.

Adulto: Agora, onde é que estão a parte de dentro e de fora?

Adele: Bem... esta é a parte de dentro (indica a parte de baixo da borracha de sucção)

Adulto:Sim... certo.

Adele:É, e esta é a parte de fora.

Adulto: Ok. – Você pode usar a mesma explicação usada para a garrafa, para poder explicar

o que acontece aqui? (O adulto volta a se referir à garrafa plástica que murchou).

Adele: Tem alguma coisa a ver com gravidade?

Adulto: Por que você está dizendo isto?

Adele: Puxando para baixo.

Após uma conversa adicional, Adele e o adulto concordaram que a gravidade pode estar agindo

mesmo quando não existe ar, e que são, portanto, coisas diferentes. Eles continuaram a pensar nas

197

borrachas de sucção:

Adele: Está agarrado no fundo... ele [o ar] sai todo pelas laterais.

Adulto: Tudo bem, mas e o ar do lado de fora?

Christa: O ar de fora está empurrando para baixo.

Adele: Então fica difícil puxar para cima.

Nesse trecho, o adulto estruturou o curso do raciocínio, primeiro lembrando às meninas da explicação

que a turma construiu para o fenômeno ocorrido com a garrafa plástica e, a seguir, ajudando-as a fazer

a ligação com o caso da borracha de sucção ao levá-las a pensar no ar dentro e fora da borracha.

Logo em seguida, Adele levantou uma outra questão:

Adele: Como é que quando você prende a borracha, e então você puxa para um canto da mesa e ela

solta?

Adulto: Ah, esta é uma ótima pergunta. Vocês querem analisar isto um minutinho?

Adele: É que...

Christa: Não, deixa eu mostrar o que acontece. É o ar, ele consegue entrar de volta, não

consegue?

Adele: É, ele volta para dentro, então o ar empurra para cima, não é?

As duas: É.

Aqui, o adulto retirou o apoio ou scaffolding, tornando-se apenas um espectador interessado, e

as próprias garotas usaram com confiança a explicação baseada na diferença de pressão. No

entanto, uma pergunta final de Christa sugere que ainda pode haver problemas:

Adulto: Agora... (pausa longa) vocês têm alguma pergunta a respeito?

Christa: Por que... por que o ar empurra para baixo... quando o ar sai pelas laterais? Por que o

ar empurra para baixo?

A pergunta de Christa sugere que, embora ela tivesse tido êxito (com o apoio do adulto) em

construir a explicação com base na diferença de pressão para esse caso, a situação ainda não é

plausível para ela (“Por que o ar empurra para baixo?”). Na verdade, é bastante improvável que

qualquer experiência ou explicação anterior sobre o ar estático pudesse apoiar a idéia de que ele

exerce tanta pressão. A nova maneira de explicar desafia as idéias dos alunos sobre aquilo que o ar

pode e não pode fazer; desafia suas ontologias pessoais sobre o ar.

Os exemplos aqui apresentados chamam a atenção para o ponto fundamental de que

domínios diferentes da ciência envolvem tipos diferentes de aprendizagem. No primeiro exemplo,

os jovens alunos pareciam ter pouca dificuldade em compreender e acreditar que a luz viaja e

persiste, a menos que seja bloqueada. Eles adotaram o discurso científico e usaram as idéias

de forma produtiva. A situação no segundo exemplo parece ser bastante diferente. O profes-

sor havia envolvido as alunos nas atividades e no discurso a fim de apoiá-las na construção da

visão científica, e mesmo assim vemos as alunas passando por dificuldades para tornar aqueles

modelos da ciência significativos e apropriá-los à realidade de cada uma. Sugerimos que es-

sas diferenças nas reações dos alunos podem, em parte, ser explicadas ao se considerar as

demandas ontológicas e epistemológicas de aprendizagem nos domínios distintos da ciência

que estão sendo estudados. No entanto, o que é comum em ambos os casos é o processo

pelo qual o professor, familiarizado com o modo de ver científico, torna acessíveis aos alunos

as ferramentas culturais da ciência, apoiando a (re)construção de suas idéias por meio do

discurso sobre eventos físicos comuns.

Construindo conhecimento científico na sala de aula

198 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Resumo e comentários finais

A visão de que o conhecimento científico é socialmente construído, validado e comunicado é central

neste artigo. Apresentamos uma perspectiva de aprendizagem das ciências como processo de

enculturação e não de descoberta, argumentando que o estudo empírico do mundo natural não resul-

tará em conhecimento científico porque o conhecimento científico é, por natureza, discursivo. Mostramos

que os alunos de ciências possuem representações cotidianas sobre os fenômenos que a ciência

explica. Essas representações são construídas, comunicadas e validadas dentro da cultura do dia-a-

dia. Elas se desenvolvem à medida que os indivíduos convivem dentro de uma cultura. Mostramos que

existem diferenças epistemológicas e ontológicas entre o raciocínio cotidiano e o raciocínio científico.

Embora a aprendizagem das ciências envolva interações sociais, no sentido de que as ferramentas

culturais da ciência precisam ser apresentadas aos alunos, defendemos a posição de que os indivíduos

precisam entender de forma pessoal as maneiras de ver o mundo que lhes foram apresentadas. Se as

representações cotidianas de certos fenômenos naturais forem muito diferentes das representações

científicas, a aprendizagem acaba sendo difícil. Já argumentamos que a relação entre as visões de

aprendizagem e a pedagogia é problemática e que não existem regras simples para a prática pedagógica

que emergem de uma visão construtivista da aprendizagem. Existem, no entanto, aspectos importan-

tes do processo de mediação que podem ser identificados. Para que os alunos adotem formas científicas

de conhecer, é essencial que haja intervenção e negociação com uma autoridade, normalmente o

professor. Nesse aspecto, o ponto crítico é a natureza do processo dialógico. O papel do professor,

como autoridade, possui dois componentes importantes. O primeiro deles é introduzir novas idéias ou

ferramentas culturais onde for necessário e fornecer apoio e orientação aos estudantes a fim de que

eles próprios possam dar sentido a essas idéias. O outro é ouvir e diagnosticar as maneiras como as

atividades instrucionais estão sendo interpretadas, a fim de subsidiar as próximas ações. O ensino visto

nessa perspectiva é, portanto, também um processo de aprendizagem para o professor. Aprender

ciências na sala de aula requer que as crianças entrem numa nova comunidade de discurso, numa

nova cultura; o professor é o guia, quase sempre pressionado, dessa excursão, que faz a mediação

entre o mundo cotidiano das crianças e o mundo da ciência.

O que foi apresentado aqui difere fundamentalmente do programa educacional positivista, cuja

ênfase reside na racionalidade técnica e na apresentação não-problemática do conhecimento a ser

adquirido. Participando das atividades discursivas das aulas de ciências, os alunos vão sendo socia-

lizados nas formas de conhecimento e nas práticas da ciência escolar. Isso representa uma grande

demanda para os educadores: O desafio está em criar, entre os alunos, uma perspectiva crítica sobre a

cultura científica. A fim de desenvolver tal perspectiva, os alunos precisarão estar conscientes dos

objetivos variados do conhecimento científico, de suas limitações e das bases sobre as quais se assentam

suas asserções. Um desafio crucial para o cotidiano da sala de aula é, portanto, transformar esses

aspectos epistemológicos no foco explícito do discurso e, assim, socializar os alunos na perspectiva

crítica da ciência como forma de conhecimento.

Agradecimentos

Os autores agradecem os comentários feitos por Robin Millar a uma versão anterior deste trabalho,

bem como as valiosas sugestões feitas por revisores anônimos.

Nota do tradutor

1. No original, “is burnt away”. É difícil encontrar uma expressão semelhante em português.

*Este artigo foi originalmente publicado em Educational Research, v. 23, n. 7, p. 5-12, 1994. Sua tradução, feita por Eduardo F. Mortimer, foi

autorizada pela American Educational Research Association.

199

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201

Algumas considerações sobre modelos e

modelos de ensino

significado mais comum da palavra ‘modelo’

relaciona-se com manequins ou miniaturas, isto

é, uma representação concreta de alguma coisa.

Talvez por isso muitas pessoas pensem em modelos como

cópias da realidade. Todavia, em ciência devemos consi-

derar modelos não só como representações de objetos,

mas também de eventos, processos ou idéias (Gilbert and

Boulter, 1995). Devemos considerar ainda que eles não

existem apenas para descrever tais entidades, mas que

também provêem a base para o desenvolvimento de expli-

cações. Um outro aspecto relevante é que modelos são

criados a partir de idéias na mente de uma pessoa. Sendo

assim, independente da forma de expressão de um deter-

minado modelo, podemos considerar que ele existe,

inicialmente, como um modelo mental.

A elaboração de um modelo mental é uma atividade

conduzida por indivíduos, sozinhos ou em grupo. O resul-

tado de tal atividade pode ser expresso através de ações,

fala, escrita ou outra forma simbólica. Então, aquilo que

conhecemos de um modelo mental é o que chamamos

de modelo expresso (Gilbert and Boulter, 1995). Um mo-

delo mental pode ser expresso através de desenhos, ana-

logias, diagramas, gráficos, esquemas ou outra forma de

linguagem que seja mais conveniente. Às vezes, o mo-

delo expresso diverge do modelo mental que o originou

devido à dificuldade em expressar um raciocínio, ou mes-

mo à escolha de uma linguagem inadequada. É importan-

te que professores saibam reconhecer essas divergências,

pois elas representam uma limitação em relação ao aces-

so aos modelos mentais e aos processos de desenvolvi-

mento desses modelos. Em relação ao ensino de química,

tal aspecto adquire uma importância maior em função do

Vânia S.O. Milagres

Escola Estadual Henrique Diniz,

Belo Horizonte - MG

Rosária S. Justi

Departamento de Química da Universidade

Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte -

Modelos de ensino são desenvolvidos freqüentemente

com o objetivo de auxiliar os alunos na compreensão de

idéias aceitas cientificamente. Considerando o papel que

os mesmos podem desempenhar na aprendizagem de

aspectos abstratos de química, torna-se importante que

professores reflitam sobre como elaborá-los e/ou sobre

como analisar aqueles já existentes. Neste artigo são

analisados modelos de ensino sobre ‘equilíbrio químico’

apresentados por livros didáticos destinados ao ensino

médio.

modelos de ensino, equilíbrio químico, livros

didáticos

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 13, 2001.

Modelos de ensino de equilíbrio químico

202 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

nível de abstração envolvido tanto nas entidades que são modeladas quanto nos processos de

entendimento de tais modelos. É importante considerar também a possibilidade de divergência

entre modelos expressos pelos autores de livros didáticos e o modo como os alunos os entendem.

Os modelos expressos que são aceitos socialmente após testes pelos cientistas profissionais

são chamados modelos consensuais (Gilbert and Boulter,1995).

Na tentativa de facilitar o aprendizado de ciências são desenvolvidos modelos de ensino (Gilbert

and Boulter, 1995). O desenvolvimento desses modelos tem o propósito de ajudar os alunos a

entenderem modelos consensuais. A elaboração de um modelo de ensino é um processo complexo,

pois ele deve preservar a estrutura do modelo consensual e lidar com o conhecimento prévio dos

alunos a fim de que eles construam sua própria compreensão. Sendo assim, um modelo de ensino

representa uma maneira diferente de apresentar um modelo consensual e não simplesmente uma

simplificação do mesmo (Justi, 1997). Tais modelos são normalmente apresentados em forma de

objetos concretos, desenhos, analogias e simulações diversas.

Aspectos metodológicos da pesquisa realizada

Considerando a importância de modelos de ensino e o fato de a maioria dos professores utilizar

livros didáticos no ensino de química, pretendeu-se, nesta pesquisa, analisar a presença de modelos

de ensino em livros didáticos de química destinados ao ensino médio. O tema escolhido foi ‘equilíbrio

químico’, em função de as explicações cientificamente aceitas para vários aspectos envolvidos em

equilíbrios químicos fundamentarem-se em modelos abstratos e dinâmicos que poderiam dar margem

à elaboração de vários modelos de ensino interessantes. Considerando que o principal objetivo de

modelos de ensino é ajudar os alunos a entenderem algum aspecto do conteúdo, os critérios de análise

foram definidos visando a fundamentar conclusões sobre em que medida os modelos de ensino

apresentados nos livros didáticos cumprem realmente tal função.

A escolha dos livros para a realização desta pesquisa baseou-se no fato de serem livros muito

utilizados nas escolas e também disponíveis para a análise. Em função desta pesquisa ter fundamentado

a elaboração de uma monografia de licenciatura desenvolvida durante um período letivo (Milagres,

1999), decidiu-se analisar apenas três dos livros mais freqüentemente utilizados nas escolas de ensino

médio de Belo Horizonte:

• Química moderna 2, de Geraldo Camargo de Carvalho (Editora Scipione, 1995).

• Química, de João Usberco e Edgard Salvador (Editora Saraiva, 1996).

• Química, na abordagem do cotidiano, de Francisco Miragaia Peruzzo e Eduardo Leite do Canto

(Editora Moderna, 1998).

Ao longo deste artigo, com o propósito de facilitar a leitura, estes livros serão chamados de livros A,

B e C, respectivamente.

A primeira etapa desta pesquisa consistiu na identificação dos modelos de ensino presentes nos

livros e de sua função no capítulo. Em um segundo momento foi realizada a análise dos modelos

considerando alguns aspectos particulares de cada um deles. Esses aspectos se relacionaram com

seu tipo (gráficos, desenhos, analogias e esquemas) e com a possível contribuição de cada um deles

para uma melhor compreensão do tema pelos alunos.

Comentários sobre os modelos de ensino encontrados nos livros

Visão geral

A leitura dos capítulos referentes a ‘equilíbrio químico’ nos livros resultou na identificação de 22

modelos de ensino no livro A, 16 no livro B e 21 no livro C. Nas tabelas a seguir estão indicados os tipos

de cada um desses modelos de ensino, assim como sua função em cada um dos livros. Em relação ao

203

tipo dos modelos de ensino, as classificações ‘macro’, ‘micro’ e ‘representacional’ referem-se ao nível

do sistema que está sendo representado. Em relação à função, é apresentada uma descrição geral.

Em relação ao tipo, o Tabela 1 mostra que a maioria (73%) dos modelos de ensino presentes nos

livros didáticos corresponde a desenhos de sistemas macroscópicos, sem ou com o acréscimo de

descrições dos mesmos no nível representacional. Em termos percentuais, seguem-se esquemas (10%),

gráficos e desenhos de aspectos microscópicos (7% cada) e analogias (2%). Considerando que as

explicações relativas à existência do estado de equilíbrio e aos processos de tal estado ser atingido e

deslocado situam-se no nível microscópico, pode-se afirmar que poucos modelos de ensino têm como

tema algum aspecto essencial para a compreensão de idéias relativas ao conceito de equilíbrio quími-

co. Tal afirmativa é corroborada pela análise da Tabela 2, onde se observa que apenas 3 dos 59 (5%)

modelos de ensino têm como objetivo explicar algum aspecto relacionado com a existência ou desloca-

mento do estado de equilíbrio. Todos os outros visam a ilustrar algum aspecto, sendo, em muitos

casos, apenas exemplos de sistemas em equilíbrio (29%) ou aspectos que não contribuem diretamente

para a compreensão de tais sistemas (22%).

Analogias

Surpreendentemente, foi encontrada apenas uma analogia entre os modelos de ensino identificados nos

livros analisados. Ela é apresentada na forma ilustrativa na capa do capítulo de equilíbrio do livro B. Um

aspecto importante é que ela pode trazer grandes problemas para a compreensão do conceito de equilíbrio

químico, uma vez que representa um equilíbrio de forças, aspecto que não pode ser transposto para um

equilíbrio químico. Além disso, os autores não apresentam nenhum comentário em relação a tal ilustração, o

que colabora para que os alunos pensem em equilíbrio de forças no contexto de equilíbrios químicos.

Desenhos

Em relação aos desenhos, é interessante analisá-los a partir das informações das Tabelas 1 e 2 e de

aspectos inerentes à sua natureza. Antes disto, porém, um comentário merece ser feito em relação a

todos eles: apesar de os desenhos terem sido encontrados envolvendo todos os níveis - macro, micro

e representacional (às vezes de forma associada), em nenhum deles a questão da dinamicidade dos

sistemas químicos foi destacada. Isso, com certeza, contribui para a dificuldade dos alunos em

Tabela 1 – Freqüência dos modelos de ensino em relação ao seu tipo.

Tipo de modelo de ensino Livro A Livro B Livro C Total

Analogia - 1 - 1

Desenho macro 9 5 9 23

Desenho micro 1 - - 1

Desenho macro e micro 2 1 - 3

Desenho macro e representacional 5 3 9 17

Desenho micro e representacional 1 2 - 3

Esquema macro 1 - - 1

Esquema representacional - 2 1 3

Esquema macro e representacional 1 - - 1

Esquema micro e representacional 1 1 - 2

Gráfico e desenho macro - 1 1 2

Gráfico e esquema 1 - 1 2

Modelos de ensino de equilíbrio químico

204 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

entenderem como ocorrem as reações e como o estado de equilíbrio é atingido.

Apenas 3 dos 59 modelos de ensino identificados relacionavam-se com explicações. Dentre esses,

um era constituído de desenho, mas associado ao nível representacional. Como o que está representado

no referido desenho são modelos moleculares do tipo “bola”, a associação do mesmo com o nível

representacional é plenamente justificável no sentido de explicar o conteúdo envolvido (pares conjugados

ácido-base).

Todos os demais desenhos têm como objetivo ilustrar algum aspecto. Entretanto, independentemente

do aspecto ilustrado, alguns deles foram inseridos no meio do texto, o que, de certa forma, pode

prender mais a atenção do aluno, enquanto outros foram inseridos na lateral das páginas, podendo,

com facilidade, passar despercebidos pelos alunos.

Os aspectos ilustrados com maior freqüência pelos desenhos foram exemplos de sistemas em

equilíbrio e aspectos não relacionados ao conceito de ‘equilíbrio químico’ (27% cada).

Em relação aos desenhos de exemplos, alguns foram considerados interessantes por associarem,

por exemplo, visões macro e representacional do mesmo sistema. Por outro lado, outros foram con-

siderados desnecessários. Por exemplo, o livro C mostra o “galinho do tempo” em duas cores dife-

rentes. A não necessidade do desenho é justificada por ele representar um exemplo muito simples -

podendo ser facilmente lembrado pelos alunos - e pelo fato de a diferença de cores ter sido citada no

texto que antecede o desenho.

Foram classificados como aspectos não relacionados ao conceito de equilíbrio químico: a formação

de soluções ou de misturas de soluções, situações experimentais como condições para medida de

grau de ionização da água, recolhimento de gás em recipiente contendo água ou diferença de brilho de

lâmpada em função do grau de dissociação de ácidos cujas soluções foram usadas no circuito, além

de diferentes estruturas da água em diferentes estados físicos. Alguns deles evidenciavam aspectos de

procedimentos experimentais descritos no texto - o que poderia justificar sua presença. Entretanto,

algumas vezes tal procedimento se resumia à adição de colheres de substâncias diferentes em recipientes

contendo água - aspecto muito simples para justificar a presença de um modelo de ensino.

Surpreendentemente, aspectos relacionados com a existência do estado de equilíbrio ou com o

processo de tal estado ser atingido - centrais para a compreensão do conceito - foram ilustrados em

Tabela 2 – Freqüência dos modelos de ensino em relação à sua função.

N° Descrição da função Livro A Livro B Livro C Total

1 Explicar aspectos relacionados com existência

ou deslocamento do estado de equilíbrio 1 1 1 3

2 Ilustrar aspectos relacionados com a existência

do estado de equilíbrio ou o processo de o

mesmo ser atingido 6 3 5 14

3 Ilustrar exemplos de sistemas em equilíbrio 7 7 3 17

4 Ilustrar aspectos relacionados com o

deslocamento do estado de equilíbrio 3 1 6 10

5 Ilustrar aspectos não relacionados ao conceito

de equilíbrio 5 3 5 13

6 Ilustrar direções de deslocamento de equilíbrio

por diferentes fatores - - 1 1

7 Ilustrar aspecto contrário ao conceito de

equilíbrio - 1 - 1

205

apenas 23% dos desenhos. Também entre eles existem bons e maus modelos de ensino. Como exem-

plos de bons modelos de ensino desse grupo, podemos citar aqueles que mostram a variação de

cores em um sistema até que esse atinja o equilíbrio (encontrados nos livros A e C). Entendemos que

eles são modelos importantes e fornecem uma contribuição muito grande para entender como o estado

de equilíbrio é atingido porque há a ajuda das cores mostrando o andamento da reação. Considerando

que o sistema representado em ambos não é facilmente reproduzido na maioria das escolas, a presen-

ça dos mesmos é importante.

Dentre os desenhos desse grupo que não são tão bons como modelos de ensino podemos citar,

por exemplo, aquele no qual se ilustra o sistema circulatório humano enfatizando-se a existência de

sangue de duas “cores” (encontrado no livro B). Primeiramente, é possível que o aluno entenda que

o sangue possui diferentes cores, o que não é verdade. Em segundo lugar, existe no desenho uma

divisão linear de cores, dando a entender que há um “lugar específico” onde a modificação acontece.

Percebe-se que a intenção do autor ao inserir esse desenho pode ter sido boa, uma vez que os

equilíbrios envolvidos na circulação sangüínea são muito importantes e, como tal, merecem ser

entendidos pelos alunos (vide artigo sobre tampões, neste número). Entretanto, a forma como o

desenho foi apresentado e comentado parece não favorecer a compreensão de aspectos relevantes.

Finalmente, os outros 21% dos desenhos têm a função de ilustrar aspectos relacionados com o

deslocamento do estado de equilíbrio - tema também importante dentro do conteúdo em questão. Em

muitos deles, tal deslocamento foi representado através de relacionamento do nível macroscópico com

os níveis micro ou representacional. Em alguns deles tal relacionamento foi essencial para que a questão

do deslocamento do equilíbrio fosse enfatizada, como, por exemplo, quando se associaram fórmulas

de substâncias a sistemas homogêneos (recipientes contendo um líqüido azul) que, de outra forma,

não seriam diferenciados. Por outro lado, representações envolvendo simultaneamente os níveis macro

e micro tendem a trazer dificuldades para os alunos na questão

da própria constituição da matéria. Para entender melhor esse

ponto, considere-se os desenhos apresentados nos livros A

e B (reproduzidos nas Figuras 1 e 2 ).

Em ambos os desenhos a representação das partículas

envolvidas nos sistemas aparece “flutuando” em um meio

colorido. Os alunos podem atribuir dois significados dife-

rentes a tal meio: a representação macroscópica do siste-

ma ou os espaços entre as partículas. Nos dois casos a

compreensão do próprio sistema estará comprometida: no

primeiro em função, dentre outros fatores, da despropor-

ção de tamanho entre as partículas e o sistema total e, no

segundo, pela dúvida gerada sobre a constituição dos espa-

ços entre as partículas. Qualquer que seja o caso, o com-

prometimento do entendimento de questões tão básicas

da química não justifica a apresentação de desenhos nos

quais os dois níveis são representados simultaneamente.

Como destacado em comentários anteriores, algumas

vezes as cores utilizadas nos desenhos podem confundir o

aluno. A impressão inicial que se tem é que o desenho

colorido chama a atenção e aumenta a capacidade de

entendimento do sistema em questão. Entretanto, apenas

em alguns casos isso é verdade. A partir da análise de todos

Figura 1 – Modelo de ensino encontrado

na p. 221 do livro A.

Modelos de ensino de equilíbrio químico

206 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

os desenhos coloridos apresentados nos livros analisados, concluiu-se que em 32% deles as cores

podem contribuir para um melhor entendimento por parte dos alunos; em 55% as cores tendem a

confundir os alunos e nos 13% restantes elas parecem não influenciar o modo como os alunos

entendem o conteúdo envolvido.

Nos modelos em que as cores contribuem para o entendimento do conteúdo, elas são ferramentas

importantes nesse processo. Nos livros A e C foram encontrados desenhos que ilustram bem esse

caso. Eles mostram como a mudança de coloração de um sistema permite acompanhar a ocorrência

de uma reação e definir o instante em que o estado de equilíbrio é atingido. Tal aspecto não seria

convenientemente representado em um desenho sem cores.

Outros desenhos em que o uso de cores se mostra importante são as representações de modelos

moleculares do tipo bolas. Neles as cores são usadas na diferenciação dos átomos. Tal aspecto poderia

ser representado a partir de outro recurso, mas tudo indica que as cores o fazem mais evidente para os

alunos.

Existem também desenhos em que o uso de uma única cor pode confundir os alunos. Isso é o que

acontece quando, por exemplo, os livros B e C apresentam, respectivamente, cinco e sete desenhos de

recipientes contendo um líqüido azul. O problema é que em cada um deles a cor azul representa uma

solução diferente. Esse tipo de desenho não pode ser considerado útil para que os alunos entendam o

conteúdo, uma vez que eles são induzidos a pensar que todas as soluções têm a mesma cor.

Outro modelo (encontrado no livro B) que também chama a atenção pelas cores é aquele em que

um mesmo recipiente contém as duas cores que um indicador adquire nas situações ionizado e não

ionizado. Isso pode causar problemas, pois os alunos poderiam pensar que veriam essas cores nitida-

mente como apresentado no desenho, o que sabemos não acontecer.

Gráficos

Inicialmente é necessário esclarecer que muitos modelos científicos consensuais são expressos

com a utilização de gráficos. Nesta pesquisa, os gráficos considerados como modelos de ensino foram

aqueles que, além da representação dos aspectos cientificamente aceitos, apresentam também outros

elementos (como cores e, principalmente, presença de desenhos ou esquemas associados) que têm

como objetivo nitidamente contribuir para uma maior compreensão dos alunos.

No tópico ‘equilíbrio químico’, gráficos são utilizados para se representar (i) a variação das

concentrações dos reagentes e produtos em função do tempo, e (ii) as velocidades de reação em

função do tempo. A introdução de tais gráficos no ensino pretende favorecer o entendimento de que (i)

Figura 2 – Modelo de ensino encontrado na p. 390 do livro B.

207

Figura 3 – Modelo de ensino encontrado na p. 292 do livro C.

as velocidades das reações direta e inversa se igualam quando o sistema atinge o equilíbrio, e (ii) as

concentrações de reagentes e produtos permanecem constantes a partir do instante em que o equilíbrio

é atingido.

Em alguns gráficos foram usadas cores diferentes para especificar curvas relativas a reagentes e

produtos. Nesses casos, acompanhando cada uma das curvas de diferentes cores, os alunos podem

perceber que as concentrações dos reagentes diminuem enquanto as concentrações dos produtos

aumentam e que, após um certo tempo, ambas se tornam constantes.

Um dos gráficos encontrados no livro C mostra a variação da concentração de um sistema antes de

o equilíbrio ser atingido e depois de uma perturbação no mesmo. Os elementos adicionados a tal

gráfico (informações sobre adição ou retirada de compostos e sobre o que acontece no sistema em

intervalos de tempo distintos) ajudam na compreensão de como o sistema chega novamente ao equilíbrio

após uma perturbação do mesmo.

Dentre os modelos de ensino que envolvem gráficos, dois (reproduzidos nas Figuras 3 e 4) nos

pareceram interessantes. Em ambos os casos estão associados desenhos evidenciando as diferentes

cores do sistema N

= 2NO

em instantes distintos do processo de o equilíbrio ser atingido. Assim, o

aluno pode “ver” a ocorrência da reação ao mesmo tempo que, através do gráfico, acompanha o

processo de o estado de equilíbrio ser atingido. No modelo do livro B encontra-se associado apenas

um desenho a cada gráfico, quando o sistema já atingiu o equilíbrio. Apesar disso fornecer uma visão

incompleta do processo, considerou-se que ele também favorece a interpretação dos gráficos. Do

nosso ponto de vista, associações de desenhos com gráficos são importantes e deveriam ser utilizadas

por todos os autores com o propósito de evitar que as idéias se formem isoladamente na cabeça dos

alunos. É preciso que esses aprendam a interpretar gráficos e a associação dos desenhos pode contribuir

bastante para isso.

Esquemas

Em geral, a função básica dos esquemas é ajudar os alunos a compreenderem de uma forma

mais simplificada algum conteúdo. Nesta pesquisa, os esquemas que aparecem nos livros foram

Modelos de ensino de equilíbrio químico

208 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

analisados com o propósito de verificar se explicam algum aspecto do conteúdo ou só ajudam na

memorização desses aspectos.

Na primeira perspectiva, como exemplo, pode-se destacar dois esquemas encontrados no livro B,

nos quais quantidades de ácidos fracos e fortes, assim como dos íons gerados na dissociação dos

mesmos, são representadas por retângulos de alturas diferentes. Acreditou-se que a visualização de

tais quantidades realmente favorece a compreensão dos processos representados pelos desenhos.

Por outro lado, o livro C apresenta um exemplo típico de esquema que visa à memorização de

deslocamentos de equilíbrio. Nele são representadas apenas setas para a direita ou para a esquerda

de acordo com a forma como o sistema reage a uma alteração do estado de equilíbrio. Esse tipo de

esquema não contribui para o entendimento, mas sim para que os alunos decorem aquilo que está

escrito nas setas. Por isso, não se considerou que tais esquemas sejam adequados como modelos

de ensino em livros destinados ao ensino médio - nível em que os conceitos químicos são formados.

Conclusões

A análise dos livros permitiu perceber que algumas vezes os modelos de ensino são usados de

maneira inadequada pelos autores de livros didáticos. Por exemplo, a maioria dos desenhos somente

descreve ou ilustra algum sistema, não fundamentando nenhuma discussão de idéias. Além disso,

alguns desenhos estão colocados na lateral das páginas, o que pode não chamar a atenção dos

alunos. Aspectos como esses parecem indicar que o próprio autor não vê utilidade no modelo de

ensino que acrescenta ao seu texto.

Outro aspecto que merece ser destacado é a ausência de modelos de ensino que lidam com a

dinâmica do estado de equilíbrio. Em momento algum, nenhum dos três livros apresentou a idéia de

equilíbrio dinâmico. Nesse ponto, analogias poderiam ser bastante úteis. Como exemplo, pode-se citar

uma analogia que, inclusive, é apresentada em outros livros: a de uma pessoa correndo em uma

esteira. Nessa situação, o aluno pode perceber o significado de uma situação dinâmica (uma pessoa

correndo) resultando em algo estático (a não modificação da posição dessa pessoa). Todavia, deve-

Figura 4 – Modelo de ensino encontrado na p. 370 do livro B.

209

mos ressaltar que na utilização desta, ou de qualquer analogia, é imprescindível que o professor discuta

com os alunos quais aspectos podem ser transpostos da analogia para uma situação de equilíbrio

químico e quais são as limitações da analogia, isto é, quais aspectos da situação análoga não se

aplicam aos sistemas químicos. No caso do exemplo citado, dentre outros aspectos, seria importante

que o professor enfatizasse o fato de que a velocidade da pessoa e da esteira só se igualam quando a

pessoa atinge a velocidade da esteira, quer dizer, o fato de tal velocidade ser determinada previamente

por um dos componentes do sistema (no caso, a esteira) - o que não acontece em sistemas químicos

em equilíbrio.

O uso do modelo molecular de bolas também é um aspecto que deve ser enfatizado. Modelos

moleculares desse tipo podem ser ótimos modelos de ensino, pois permitem que os alunos “vejam” os

átomos. Todavia, a utilização dos mesmos nos livros se dá através de representações bidimensionais

dos mesmos, que nem sempre são facilmente “visualizadas” tridimensionalmente pelos alunos. Essa

é, sem dúvida, uma limitação de materiais escritos, mas tal dificuldade dos alunos poderia ser minimizada

caso os autores de livros didáticos chamassem atenção para esse aspecto e os desenhos fossem

apresentados de forma interligada com explicações sobre o constante movimento envolvido nas reações.

Como os livros não trazem esses esclarecimentos, cabe ao professor ressaltar a questão da dinami-

cidade, a fim de que os alunos possam aprender ‘equilíbrio químico’ de modo mais abrangente e

adequado.

A questão das cores nos modelos também torna-se polêmica, visto que, muitas vezes, elas podem

confundir o aluno. De fato, nos três livros analisados, o número de modelos nos quais as cores confundem

o aluno é bem maior que o número de modelos nos quais as mesmas contribuem para o entendimento

do conteúdo. Mais uma vez, cabe ao professor identificar as possíveis causas de confusão, discuti-las

com os alunos e, talvez, elaborar outros modelos de ensino mais compatíveis com a realidade deles.

A partir da análise realizada nesta pesquisa e das conclusões decorrentes da mesma, é relevante

finalizar esse relato destacando a importância de o professor, ao trabalhar com qualquer material

instrucional, ou ao elaborar seus próprios modelos de ensino, considerar o potencial que modelos de

ensino têm para, simultaneamente, relevar idéias prévias dos alunos e contribuir para a aprendizagem

de conceitos químicos de forma mais coerente com os modelos consensuais. Além disso, é importante

que não sejam cometidos deslizes na elaboração e utilização de modelos de ensino que possam

resultar no não cumprimento de sua função.

Referências bibliográficas

GILBERT, J.K. e BOULTER, C.J. Stretching models too far. Artigo apresentado na Reunião Anual da Associa-

ção Americana de Pesquisa Educacional (“American Educational Research Association”). São Francisco

(EUA), 22-26 abril, 1995.

JUSTI, R. Models in the teaching of chemical kinetics. Tese de doutorado não publicada. Reading (Inglaterra):

Universidade de Reading, 1997.

MILAGRES, V.S.O. Modelos de ensino de equilíbrio químico encontrados em livros para o ensino médio.

Monografia de licenciatura. Belo Horizonte: Departamento de Química da UFMG, 1999.

Para saber mais

MONTEIRO, I.G. e JUSTI, R.S. Analogias em livros didáticos de química brasileiros destinados ao ensino

médio. Investigações em Ensino de Ciências, v. 5, n. 2, 2000 (http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/revista.htm

- consulta em 1/4/2001).

PEREIRA, M.P.B.A. Dificuldades de aprendizagem. II - Uso de analogias e modelos. Química Nova, v. 12, n.

2, p. 182-187, 1989.

Modelos de ensino de equilíbrio químico

210 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

or que falar sobre a linguagem se a aula é de

química? Mol, átomo, soluções, equilíbrio,

partículas, energia de ativação... são palavras que

constituem nosso cotidiano de professoras e professores

de química, palavras que utilizamos em nossas aulas,

conceitos que pretendemos ‘ensinar’ a nossos alunos.

Sobre esse ‘ensinar’ conceitos químicos na sala de

aula, muito se tem pesquisado. A importância, o sentido

e as contribuições da pesquisa para o ensino de química

foram muito bem apontados por Schnetzler e Aragão em

QNE, 1995, nº 1, no entanto muitas questões ainda per-

manecem em aberto. Já se compreende que o processo

de elaboração de conceitos na sala de aula é extrema-

mente complexo e envolve uma série de fatores difíceis

de se ter sob controle. É exatamente essa complexidade

que faz com que nossa atenção esteja sempre voltada

para contribuições de outras áreas do conhecimento,

como a psicologia, a filosofia e a sociologia, que possam

nos auxiliar a compreender melhor como os conceitos

químicos são elaborados pelos alunos nesse processo,

fundamentalmente social, de se apropriar do conhecimen-

to já disponível no contexto escolar.

A partir da década de 90 é possível se perceber um

movimento de pesquisadores na área de ensino de ciências

no sentido de incorporar em suas análises e em seus

programas de pesquisa pressupostos que parecem ofe-

recer uma nova perspectiva para o estudo da elaboração

de conceitos científicos no âmbito da sala de aula (Glasson,

1993; O’ Loughlin, 1992; Hennessy, 1993; Romanelli, 1992;

Mortimer, 1993). Esses trabalhos vêm sendo realizados a

partir dos pressupostos teórico-metodológicos da pers-

pectiva sócio-histórica. Os conceitos e princípios teóricos

dessa abordagem do desenvolvimento humano encontram-

se principalmente nos trabalhos de Lev Semionovich

Andréa Horta Machado

Colégio Técnico da Universidade Federal

de Minas Gerais, Belo Horizonte - MG

André Luis Alves Moura

Departamento de Química da Universidade

Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte -

Este artigo relata uma investigação realizada com

professores sobre o papel da linguagem na elaboração

de conceitos em química.

linguagem, elaboração conceitual, ensino-

aprendizagem

Este artigo foi publicado originalmente na revista

Química

Nova na Escola

n. 2, 1995.

211

Vygotsky (1987, 1988) e seus colaboradores (Luria, 1987, 1994; Leontiev, 1978; Vygotsky, Luria e Leontiev,

1989) e nos desdobramentos de sua obra em função de sua divulgação no Ocidente (Wertsch, 1985,

1991; Wertsch e Smolka, 1993; Hickman, 1987; Moll, 1990; Bronckart, 1985; Smolka e Góes, 1993).

Uma das contribuições fundamentais dessa perspectiva relaciona-se com a concepção do

processo de conhecimento como produção simbólica e material que se estabelece na dinâmica

das interações entre as pessoas. Nesse sentido, o foco das atenções na sala de aula não estaria no

professor, nos alunos ou no conteúdo, mas sim no movimento das interações que ocorrem ao longo

do processo. Nesse movimento interativo, a atividade cognitiva dos sujeitos vai sendo constituída

através do outro e através da linguagem.

Vygotsky dedicou-se a estudar as relações entre a linguagem e o pensamento, oferecendo

contribuições importantes relacionadas ao papel da linguagem na elaboração conceitual. Segundo

Fontana (1993), “Nesta perspectiva a elaboração conceitual é considerada como um modo cultural-

mente desenvolvido de os indivíduos refletirem cognitivamente suas experiências, resultante de um

processo de análise (abstração) e de síntese (generalização) dos dados sensoriais que é mediado pela

palavra e nela materializado”. Dessa forma, a palavra assume um papel fundamental e central, confi-

gurando-se como mediadora da compreensão dos conceitos por parte dos sujeitos e principal agente

de abstração e generalização. É nesse sentido que a linguagem assume um papel constitutivo na

elaboração conceitual, e não apenas o papel comunicativo ou de instrumento. É exatamente essa

forma de conceber a linguagem, proposta por Vygotsky, que nos interessa nesta investigação.

Muitos trabalhos de pesquisa realizados apontam para a estreita relação entre o que o professor

pensa e como ele atua no processo ensino-aprendizagem. Se é possível se conceber que a linguagem

é de fundamental importância na elaboração conceitual, que seu papel não é meramente o de

comunicar idéias, e se pretendemos incorporar essas propostas em nosso cotidiano na sala de aula

e em nossas discussões com outros professores e futuros professores, é fundamental que conheça-

mos como esses concebem a linguagem e como percebem seu papel na elaboração conceitual em

sala de aula. Esse é o nosso problema central de investigação.

Para coletarmos as informações necessárias, trabalhamos com 25 pessoas, envolvendo alunos

de licenciatura em química, professores do Colégio Técnico e de ciências e alunos do curso de

especialização em ensino de ciências do Centro de Ensino de Ciências e Matemática de Minas

Gerais (CECIMIG) da Faculdade de Educação da UFMG.

A estratégia utilizada para a sondagem das concepções dos professores envolveu a manifesta-

ção dos mesmos sobre as seguintes questões: “O que é linguagem?” “Qual o papel da linguagem

na sala de aula?” “Qual o papel da linguagem na elaboração de conceitos científicos?”

Todas as discussões foram registradas em vídeo. Posteriormente, os registros foram submetidos a

um processo de categorização em que foram determinadas categorias de análise a partir dos dados

obtidos.

Concepções sobre a linguagem e seu papel na elaboração conceitual

A partir da análise das discussões realizadas pelo grupo de professores envolvidos na inves-

tigação foi possível destacar algumas formas de conceber a linguagem e seu papel na elaboração

conceitual em sala de aula:

A linguagem como forma de expressão e comunicação. Essa forma de conceber a linguagem

foi a que mais apareceu nas manifestações dos professores. As Seqüências 1,2 e 3 ilustram alguns

contextos e sentidos nos quais esta concepção foi evidenciada pelos professores, incorporando de

certa maneira, a concepção de linguagem como instrumento. Porém, como destaca Smolka, “nesse

sentido a linguagem é vista como um ‘meio’ de se atingir um fim, o que não distingue essa noção de

Concepções sobre o papel da linguagem no processo de elaboração conceitual em Química

212 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

uma concepção clássica em que a linguagem é vista como meio/veículo de expressão, comuni-

cação, representação” (Smolka, 1995). Ou seja, existe uma mensagem a ser comunicada, e é essa

a função do professor, comunicar essa mensagem — e de preferência comunicar bem, ajustando

sua forma de expressão àquela que pensa ser adequada a seus alunos.

A linguagem como ‘via de mão única’. Conceber a linguagem como forma de expressão e comuni-

cação parece evocar também a concepção da linguagem como via de mão única. Nesse sentido, a

linguagem parte do emissor (em geral o professor) e chega ao receptor (em geral o aluno) e é a

partir daí que a comunicação se estabelece. Essa forma de conceber a linguagem e seu papel está

explicitada no episódio transcrito na Seqüência 2.

Nessa seqüência pode-se perceber, pela manifestação de P

, uma insatisfação com a linguagem

e o processo de comunicação na sala de aula. Ao tentar explicitar o que lhe causa essa insatisfação,

evidencia conceber que a linguagem tem a função de “transmitir um significado” que será

concretizado no aluno, e esse demonstrará ter apreendido tal significado a partir do momento que

consiga “perceber, descrever, mostrar...” Embora o papel do outro esteja esboçado nesse discurso,

a linguagem parece ser concebida como meio de transmitir significado. Seu funcionamento se dá

em uma via de mão única no sentido de ir do professor para o aluno e vir do aluno para o professor

em trajetórias aparentemente lineares. Na última manifestação de A

, a compreensão configura-se

como um processo de assimilação e decodificação de uma mensagem transmitida. Se a linguagem

é concebida como meio de transmissão de significados em uma via de mão única, reforça-se então

a concepção do processo de aprendizagem / ensino como transmissão — recepção. Reforça-se a

posição da palavra do professor como ‘fonte de conhecimento’ e do aluno como receptáculo.

A estabilidade do significado. Outra concepção importante revelada pelas manifestações refere-se

à estabilidade dos significados. Essa forma de conceber a linguagem influencia sobremaneira a con-

cepção tradicional do processo ensino/aprendizagem e parece complementar em relação às duas

concepções destacadas anteriormente. O episódio apresentado na Seqüência 3 ilustra essa terceira

concepção.

A linguagem tem, para nossos professores, a função de comunicar a ‘mensagem’ que o profes-

sor já tem pronta. Aos alunos cabe decodificá-la. Isso parece apontar para o fato de tal mensagem

possuir significados estáveis, que ao serem (bem) comunicados e decodificados (adequadamente)

se estabelecerão nas mentes dos alunos de forma também estável e imediata. Qualquer problema

de compreensão tende a ser considerado como um ‘ruído na comunicação’.

Em nossas práticas cotidianas isto se implementa na organização de conteúdos que planeja-

mos. Como quando pretendemos, por exemplo, esgotar todo o tema dos modelos atômicos logo

no primeiro bimestre do primeiro ano. Ou ainda quando concebemos que, ao utilizar a palavra

‘átomo’ corretamente, nosso aluno já atribuia a ela um significado ‘correto’. Vygotsky discute essa

questão no capítulo “Pensamento e palavra” (Vygotsky, 1987), ao afirmar que quando uma criança

Seqüência 1

E - entrevistador

P - professor

E: Falando mais especificamente, o que é a linguagem para você?

: A linguagem é a maneira de se expressar. O professor não se preocupa muito em... porque cada pessoa

tem esta linguagem, eu acho que cada pessoa tem no subconsciente essas frases prontas. Então para elas

passarem essas frases prontas para os alunos elas têm que se preocupar com a linguagem dos alunos.

: É um instrumento.

: É um instrumento de aproximação do aluno com o professor e com a matéria.

213

Seqüência 2

E: Se a gente pensar: linguagem na sala de aula. Como é que vocês percebem isso? Quando eu coloco

o tema “Linguagem na sala de aula de ciências”, o que vem para vocês em relação a isso?

: Que ela não está adequada, é o que quer dizer. Muitas vezes ela não consegue transmitir um signifi-

cado, idéias concretas, ela não consegue, muitas das vezes, concretizar determinados elementos para o

aluno.

E: Fale mais desse concretizar...o que você quer dizer com isso?

: O que eu entendi que ele queria dizer é talvez expressar, explicar um fenômeno. Mas, você não

consegue as palavras.

E: Mas a linguagem... é possível concretizar? O quê? Como é isso?

: É... eu entendo que diante do que eu falei, se a linguagem é a transmissão de um significado, e se

você procura cercar essa linguagem o melhor possível, de forma que você consiga transmitir um significado

àquela pessoa e que ela consiga concretizar mesmo, e por concretizar eu quero dizer que ela consiga

perceber, descrever para você, mostrar (...) fazer alguma coisa que lhe mostre o que estava sendo trocado

ali entre um e outro, aí eu acredito que a linguagem que foi passada se concretizou na outra pessoa.

E: A linguagem que foi passada?

: É... a linguagem que saiu de um emissor para um receptor. O receptor aí entendeu, fez diversas

relações e conseguiu externar.

começa a utilizar uma palavra corretamente a evolução de seu significado está apenas começando.

Vale destacar que todas essas formas de conceber a linguagem e seu papel no processo de

elaboração conceitual não são excludentes nem tampouco inadequadas. Essas concepções

consideram algumas funções importantes da linguagem, como a comunicação e a expressão, mas

não esgotam toda a sua dimensão. Nesse sentido, alguns pontos merecem nossa reflexão.

“A linguagem nem sempre comunica, não é transparente, ela significa através do ‘não dito’ e não

necessariamente através do que é dito. Admite a pluralidade de sentidos e significados, é polissêmica.

A linguagem é fonte de equívocos, ilusões, mal-entendidos. Podemos dizer que ela ‘trabalha’ ou

‘funciona’ às vezes ‘por si’, produzindo múltiplos efeitos, independentemente das intenções de quem

fala; ela escapa ao conhecimento, poder e controle do homem.” (Smolka, 1995)

Trazer essa perspectiva para nossas salas de aula de química talvez nos auxilie a compreender

melhor o processo de elaboração conceitual que ali se estabelece e que parece escapar sempre ao

nosso controle.

Conceber que a linguagem nem sempre comunica, ou seja, que nem sempre o que se fala é

devidamente compreendido e significado como pretendemos, aponta para a importância de se

abrir espaço para que as vozes dos alunos sejam ouvidas, para que os sentidos sejam confron-

tados, reelaborados.

Conceber que a linguagem não funciona em uma ‘via de mão única’ coloca a importância funda-

mental da interação com o outro, da interação dos alunos não só com o professor, mas também com

Seqüência 3

E: Mas se a gente focaliza essa mensagem na sala de aula, o que significa isso?

: Pois é, eu acho assim, eu vou dar uma aula (...), eu vou falar do assunto ‘xis’, eu tenho o objetivo de

passar uma mensagem. Minha mensagem já vai estar formada na hora em que eu preparo a aula de um

determinado assunto. Então a mensagem que eu quero que meus alunos entendam ou aprendam, essa

mensagem foi construída antes. Agora, pode ser que isso aí extrapole o que eu planejei, mas eu acho que a

minha hora, que eu tô organizando ali, o que eu quero passar, o que eu quero passar ali é a mensagem.

Concepções sobre o papel da linguagem no processo de elaboração conceitual em Química

214 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

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seus pares.

Conceber que o significado talvez não seja tão estável como em geral se admite resgata a

flexibilidade, às vezes tão esquecida, em relação à manifestação do outro. Amplia o espaço para a

elaboração de conceitos inserida em um processo temporalmente muito maior que o que talvez

fosse pretendido.

O que se quer apontar aqui é que, dentro da complexidade que envolve a elaboração conceitual

em sala de aula, a linguagem merece ser destacada. Merece, de nossa parte, uma reflexão mais

profunda, mais cuidadosa. A explicitação e discussão dessas concepções de linguagem parecem-

nos fundamentais nos redimensionamentos que buscamos em nosso envolvimento com a formação

de professores e com a nossa própria.

215

ELEMENTO QUÍMICO

HIDROGÊNIO

Hidrogênio, do grego hidro e genes, ‘gerador de água’. Gás incolor, inodoro,

insípido, inflamável. É o elemento químico mais simples. Seu símbolo é H. Na

Terra, é o nono elemento em abundância. O hidrogênio é responsável por 0,9%

da massa de nosso planeta. No universo, é o mais abundante: estima-se em

75% da massa de toda matéria. Foi preparado pela primeira vez por Paracelsus,

alquimista suíço do século XVI, fazendo reagir certos ácidos com alguns metais

já conhecidos. Somente em 1766 é que Henry Cavendish, químico inglês, distinguiu

o H de outros gases inflamáveis. Em 1781 Antoine-Laurent de Lavoisier chamou-o de hidrogênio.

Na natureza, esse elemento ocorre em três formas isotópicas, hidrogênio, deutério e trítio:

H 99,985%

D 0,015%

T traços

O trítio é radioativo e tem meia vida de 12,26 anos.

HÉLIO

Hélio, do grego helios, sol. Em 1868 o astrônomo francês Pierre-Jules-César Janssen

foi à Índia para observar o eclipse total do Sol e assim realizar o primeiro estudo

da cromosfera solar. Na ocasião, ele notou uma nova radiação amarela (linha

espectral) que não coincidia exatamente com a linha amarela do sódio e que

não podia ser reproduzida em laboratório com nada conhecido até então. Ao

mesmo tempo, o astrônomo inglês Norman Lockyer, percebendo que a nova linha

espectral não era do hidrogênio nem de nenhum outro elemento conhecido, atribuiu

a mesma ao que seria o átomo de um novo elemento, que chamou de hélio. Por 25 anos o He foi

considerado um elemento hipotético. Em 1895, quando William Ramsay tentava reestudar um trabalho

recém-publicado e do qual discordava, estudou os gases produzidos pelo tratamento de uma amostra

de cleveita com ácidos. A cleveita é um minério de urânio cujo nome foi dado em homenagem a Per

Theodor Cleve. Um dos gases obtidos por Ramsay foi enviado a William Crookes e também a

Lockyer, a fim de que identificasse espectroscopicamente. Lockyer imediatamente verificou tratar-se do

hélio, cujas radiações haviam sido observadas na cromosfera solar. Ao mesmo tempo, na suíça, Per

Cleve e seu aluno Nils Abraham Langlet também investigavam a cleveita e, independentemente, prepa-

Número atômico Z = 1

Ponto de fusão T

= -259,2 °C

Estados de oxidação -1, +1

Massa molar M = 1,00747 g/mol

Ponto de ebulição T

= -252,8 °C

A seção “Elemento químico” traz informações científicas e tecnológicas sobre as diferentes formas sob as quais os elementos químicos se manifestam

na natureza e sua importância na história da humanidade, destacando seu papel no contexto de nosso país.

Eduardo M.A. Peixoto

Instituto de Química da Universidade de São Paulo, São Paulo - SP

Elemento químico

216 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

raram uma amostra que se mostrou mais pura do que a de Ramsay e identificaram-na

espectroscopicamente. Ramsay, Lockyer, Cleve e Langlet são considerados os descobridores do He.

Constitui 0,000001% da massa do planeta e 23% da massa do universo visível. O He é o único

líquido que não se solidifica pela simples diminuição da temperatura, à pressão atmosférica ambiente.

Por não ser tóxico, ter baixo peso e grande velocidade de difusão, ele é usado em mistura com

oxigênio para tratamento de asma, pois assim se reduz o esforço muscular da respiração. É muito

provável que o hélio já tenha sido observado entre os gases emanados de poços de petróleo

perfurados em nosso país. Até hoje, no entanto, essa substância não é produzida no Brasil.

CARBONO

Carbono, nome dado por Lavoisier em 1789, do latim carbo, carvão, (carbone, em

francês). No mesmo ano, A.G. Werner e D.L.G. Harsten propuseram o nome grafite

(da palavra grega para ‘escrever’) para uma das formas alotrópicas. Como carvão,

o carbono aparece nos mais antigos escritos da humanidade como, por exemplo,

na Bíblia:

Prov. 26, 21 (1000 a.C.)

Como o carvão é para o borralho, e a lenha para o fogo, assim é o homem

contencioso para acender rixas.

As escrituras hindus, os Vedas, o Ramayana e o Mahabharata, mencionam o diamante. Embora

conhecido de longa data, o carbono só veio a ser reconhecido como elemento químico aos poucos e

pelo trabalho de muitos pesquisadores, ao longo da história da humanidade, e definitivamente com os

trabalhos de R.-A.-F. de Réaumur, H.-L. Duhamel du Monceau, C.W. Scheele, C.-L. Berthollet, A.-L.

Lavoisier e outros... Existe em pelo menos sete formas alotrópicas: grafite (alfa e beta), diamante,

lonsdaleíta (diamante hexagonal), caoíta, carbono (VI) e os fulerenos. Na realidade, são vários os fulerenos,

que têm uma estrutura poliédrica com um átomo de carbono em cada vértice. Dois exemplos típicos

são os C

e C

(veja artigo sobre fulerenos em Química Nova na Escola nº 4). Todas essas formas

alotrópicas do carbono têm uma estrutura cristalina bem definida. Existem porém

outras formas de carbono que são amorfas, ou que possuem um baixo grau

de cristalinidade; entre estas estão o negro de fumo (usado em pneus,

tintas, papel carbono etc.), o carvão comum (de uso doméstico como

combustível em churrasqueiras, na fabricação de filtros etc.) e o coque,

usado em siderúrgicas. Cada um desses tem um conjunto específico de

propriedades físico-químicas.

No CO

atmosférico existe também

C, resultante da decomposição

N por colisão com nêutrons provenientes do espaço sideral; nessa

colisão o

N pode perder um próton e transformar-se no

C. Esse isótopo

do carbono é radioativo, emitindo partículas beta, β, que nada mais são que

do elétrons; sua meia vida é de 5730 anos. Isso quer dizer que, antes de se

Número atômico Z = 2

Massa molar M = 4,0026 g/mol

Ponto de fusão T

= -272,1 ºC (a 25,2 atm)

Ponto de ebulição T

= -268,94 °C

6060

217

desintegrar totalmente, ele tem um tempo suficientemente longo para se incorporar à biosfera: assim,

de todo o carbono que faz parte das plantas e animais, cerca de 1,2 x 10

-10

% está como

C. O

diamante e a grafite são as formas mais importantes de carbono. Atualmente, no Brasil, a grafite é

produzida industrialmente na Bahia, para ser usada em eletrodos industriais. Enquanto a grafite é um

lubrificante, o diamante é extremamente duro. Apesar de poder ser quebrado facilmente, ele é tão duro

que pode riscar qualquer material, sendo o material de maior dureza conhecido até hoje (10 mohs). O

nome diamante parece vir do grego adamas, invencível; termo que já pode ser encontrado em

documentos do sec. VIII a.C. Esse termo foi usado inicialmente para o ferro, depois para o corundum e

outros minerais e, finalmente, para descrever valores espirituais. Até 1729, todos os diamantes vinham

de Borneo ou da Índia. No sec. XVIII ele foi descoberto no Ocidente, e pela primeira vez no Brasil,

oferecendo mais uma ‘razão’ para a exploração colonial na América Latina. Embora haja uma produção

substancial de diamantes em garimpos, essa produção pouco aparece oficialmente, levando-nos a

crer que grande parte da produção brasileira é contrabandeada. Na realidade, o garimpo de diamante

no Brasil tem decaído drasticamente, em grande parte devido aos métodos arcaicos que caracterizam

esse comércio, as leis fiscais e as leis de exploração mineral. No século IV a.C., Kautilya, que viveu na

Índia, na corte de Candragupta-Maurya, não só descreveu os diamantes como sugeriu seu uso como

pedra preciosa e como objeto de taxação por especialistas treinados para isso. Aqui encontramos a

mais antiga referência de uso do diamante como forma de entesouramento. No cenário mundial o

Brasil figurava em 1980 em décimo lugar na produção mundial de diamantes brutos, 300 mil quilates (1

quilate= 0,200 g) produzidos oficialmente; a ex-União Soviética e o Zaire apareciam como os maiores

produtores mundiais, com cerca de 11 milhões de quilates/ano. Está aí, em grande parte, uma explicação

para o atual sofrimento da população do Zaire e de outros povos.

NITROGÊNIO

Nitrogênio, nome dado por Jean-Antoine-Claude Chaptal em 1790, quando se percebeu

que o nitrogênio era um constituinte do ácido nítrico e dos nitratos (do grego, genio,

formador de, nitron, de nitratos). Lavoisier preferia chamá-lo de azoto (do grego

azoti, não vida), uma vez que ele não entretinha a vida. Por volta do século VIII, o

chinês Mao-Khoa já dizia que

a atmosfera era composta por duas substâncias: Yan, ou ar completo

[nitrogênio], e Yn, ou ar incompleto [oxigênio]. O ar ordinário poderia tornar-se

mais perfeito usando metais, enxofre ou carvão para roubar parte do seu Yn; ao se

queimarem no ar, combinam-se com Yn.

Quase 1000 anos depois, a ‘descoberta’ do nitrogênio foi anunciada na tese de doutorado de

Daniel Rutherford, em 12 de setembro de 1772, na Universidade de Edinburgo. Sobre Mao-Khoa

pouco se sabe, mas sobre Rutherford sabe-se que era filho de um dos fundadores da Escola Médica

de Edinburgo, Escócia, e que sua tese foi sugerida e orientada por um famoso químico da época,

Joseph Black. Black notou que, ao queimar uma substância orgânica no ar, restava um certo volume

Número atômico Z = 6

Massa molar M = 12,011 g/mol

Ponto triplo

(grafite-diamante-líquido): 4000 K e 100 bar

Isótopos naturais:

C (1,01 a 1,14%) e

Elemento químico

218 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

de gás, mesmo depois de ser retirado todo o gás carbônico produzido na queima. Assim, Black

sugeriu a Rutherford que ele estudasse a natureza daquele ar residual, que mais tarde Rutherford

chamaria de ar nocivo, porque não servia para manter a vida. Rutherford notou que ao colocar um

camundongo dentro de um recipiente com ar, quando o animal morria, o volume de ar havia se

reduzido para 9/10 do volume inicial. Ao retirar o gás carbônico, ele percebeu uma redução adicional

de 1/11 do volume desse ar residual. Curiosamente, Rutherford não percebeu que o nitrogênio era

um constituinte do ar… Apesar de muitos considerarem Rutherford como o descobridor do nitrogênio,

não podemos esquecer de Carl W. Scheele, Henry Cavendish, Joseph Priestley e vários outros.

Ainda mais fundamentais talvez tenham sido também as observações do grande artista Leonardo

da Vinci (1452-1519), quase três séculos antes de Rutherford; da Vinci, por exemplo, já havia percebido

que o ar não era uma substância pura e mostrou que ele era consumido na combustão, como na

respiração, mostrando a natureza íntima desses dois processos:

aonde uma chama não pode viver,

nenhum animal que respira vive.

Assim, se considerarmos Rutherford o pai do nitrogênio, talvez tenhamos que admitir que os

avós e bisavós foram outros. Após obter o seu título, Rutherford viajou por três anos. Em 1775,

começou a praticar a medicina. Onze anos mais tarde, aceitou a cadeira de botânica em Edinburgo

e, aparentemente, não mais trabalhou em química.

Apesar do N

ser muito abundante na atmosfera, ele é relativamente escasso na crosta terrestre:

nesta, seu teor é da ordem de 19 ppm (isto é, 19 g em cada tonelada), teor, igual ao do gálio, 33º em

ordem de abundância, e semelhante ao do nióbio (20 ppm) e do lítio (18 ppm). Grandes quantidades

de nitrogênio são consumidas nos diversos processos de fixação do nitrogênio atmosférico, como por

exemplo o realizado por microrganismos, tornando o nitrogênio disponivel às plantas. Com freqüência,

o N

é empregado nos processos químicos quando se deseja uma atmosfera inerte. Nitrogênio líquido

é usado como refrigerante, tanto para o congelamento de produtos alimentícios como para o transporte

de alimentos. O nitrogênio já foi bastante utilizado para encher os bulbos das lâmpadas de filamento e

assim reduzir o processo de vaporização deste; hoje em dia, porém, ele tem sido substituído em grande

parte por argônio, que é mais inerte. Um dos seus compostos mais importantes é o gás amônia, NH

Milhões de toneladas desse composto são produzidas a cada ano; grande parte dele é usada na

produção de ácido nítrico, HNO

, de uréia e de outros compostos de nitrogênio. O NH

é o mais comum

dos gases refrigerantes, usado principalmente na produção de gelo e na manutenção de baixas

temperaturas na indústria. O amoníaco caseiro, comprado nas farmácias e supermercados, nada mais

é do que uma solução aquosa desse gás. O único processo de produção industrial de N

em larga

escala é através da liquefação seguida de destilação fracionada do ar liquefeito. Grande parte do aumento

na produção de N

deve-se ao crescimento da demanda do coproduto deste processo, o oxigênio,

cujo consumo na produção de aços tem aumentado bastante nos últimos anos. O Brasil produz

nitrogênio.

Número Atômico Z = 4

Massa Molar M = 14,0067 g/mol

Isótopos Estáveis:

N (M = 14,00307 g/mol , 99,634%)

N (M = 15,00011 g/mol, 0,366%)

Ponto de Fusão T

= -209,9 °C

Ponto de Ebulição T

= -195,8 °C (1 atm)

219

OXIGÊNIO

xigênio, do grego oxi, ‘azedo’, gênio, ‘gerador de’, ou, ‘eu produzo’), nome dado por A.-

L. Lavoisier em 1777, por acreditar erroneamente que ele era um constituinte essencial

de todos os ácidos (que aliás, não são exatamente de sabor azedo, mas sim ácido). O

chinês Mao-Khoa no sec.VIII d.C., e depois Leonardo da Vinci, no sec.XV, foram os

primeiros a perceber que o ar não era um elemento. No seu livro, Mao-Khoa afirma que

a atmosfera é composta de duas substâncias: Yan, ou ar completo (nitrogênio), e Yn, ou

air incompleto (oxigênio). Além desse conhecimento ele afirmava que o ar comum poderia

ser melhorado pelo uso de metais e mesmo carbono que roubariam a parte Yn do ar. Como se esse fato não

bastasse na enigmática história do oxigênio, no mundo ocidental, Leonardo da Vinci, artista e cientista famoso,

mais conhecido pelo seu quadro da Monalisa, descreveu claramente a relação existente entre a combustão

e a respiração, concluindo que Onde uma chama não vive nenhum animal que respira pode viver. No entanto,

apesar de todas essas evidências a grande maioria dos livros atribui a C.W. Scheele (1742-1786) e a J.

Priestley (1733-1780) a “descoberta” independente do oxigênio. Priestley, era um pastor anglicano e Scheele,

um farmacêutico sueco; Priestley preparou O

aquecendo HgO, sobre Hg (mercúrio) líquido, confinados no

interior de um cilindro de vidro invertido. O aquecimento foi efetuado fazendo-se uso de uma lente para focar

os raios solares sobre o HgO no interior do cilindro, numa segunda-feira, 1° de agosto/1774, em Colne,

Inglaterra. Na mesma época, 1771-3, Scheele, em Upsala, preparou O

de várias formas, como por exemplo,

aquecendo KNO

, ou Mg(NO

)

, ou HgO, ou uma mistura de H

AsO

e MnO

. Apesar disso, foi Lavoisier

quem percebeu que esse gás que Scheele chamava de ar vitríolo, era de fato a substância simples de um

elemento, e um elemento chave para o nosso atual conceito de combustão. Isto levou-o a derrubar toda a

Teoria do Flogístico e a criar a química moderna. Priestley pertencia, com James Watt e outros, a uma curiosa

Sociedade Lunar, assim chamada por reunir-se toda primeira segunda-feira de lua cheia que, segundo consta,

garantia a cada um achar o caminho à noite. Priestley era um simpatizante das causas revolucionárias dos

franceses e dos americanos; por isso mesmo foi perseguido na Inglaterra e fugiu para os Estados Unidos da

América do Norte, onde viveu em liberdade. Scheele, mostrou-se um químico excepcional. Recusou-se a

trabalhar em universidade, pois nas farmácias encontrava melhores condições de trabalho. Numa dessas, o

dono faleceu. Scheele recuperou financeiramente a farmácia e comprou-a da jovem viúva Sra. Phol que,

junto com a irmã de Scheele, passou a tocar os negócios. Percebendo que iria falecer (sofria seriamente de

reumatismo), casou-se com a mesma, garantindo-lhe assim o retorno da propriedade.

O oxigênio é o elemento mais abundante na superfície da Terra; como elemento livre ele constitui cerca

de 23% da atmosfera, em massa, e 46% da litosfera, e mais do que 85% da hidrosfera. Paradoxalmente, ele

é o elemento mais abundante da superfície da Lua onde, em média, 3 em cada 5 átomos são de oxigênio

(44,6% em massa). O oxigênio tem uma variedade alotrópica, o ozônio, O

. Essa forma alotrópica do oxigênio

tem grande importância na manutenção da vida na Terra uma vez que a sua presença na camada gasosa

que envolve o nosso planeta ajudar a filtrar grande parte das radiações ultravioletas que nos atingiriam de

forma catastrófica. Certos poluentes que atingem grandes altitudes, catalisam a destruição do ozônio,

interferindo nesse processo de proteção; entre esses destruidores de ozônio estão certos compostos orgânicos

fluorclorados empregados em compressores de ar-condicionado e geladeiras, assim como, ao que tudo

indica, gases expelidos pelos jatos e foguetes espaciais. Enquanto em grandes altitudes o ozônio tem um

papel predominantemente protetor, na baixa atmosfera onde vivemos ele cumpre o papel de um importante

poluente: grande parte dos acidentes de carros é atribuída às falhas de pneus que sofrem com o ataque do

ozônio que reage com as ligações duplas dos polímeros reduzindo o comprimento da sua cadeia e alterando

a sua resistência. No ar ele danifica os tecidos da pele e dos pulmões levando lentamente a doenças próprias

dos grandes centros urbanos poluídos. O oxigênio sólido, ou líquido, é azul-claro. É importante notar que

essa cor azul do sólido deve-se a uma transição eletrônica (entre o estado fundamental triplete e estados

Elemento químico

220 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

excitados singletes). Por outro lado, a cor azul do céu deve-se ao espalhamento do tipo Rayleigh da luz solar

pelas moléculas de oxigênio do ar. Cerca de 70% do oxigênio usado comercialmente é para remover o

excesso de carbono dos aços. Na medicina o seu uso mais comum é na produção de ar enriquecido de O

para uso médico. Grande parte do O

é usado em soldas de metais com os maçaricos de oxihidrogênio e

oxiacetileno. No entanto, cerca de 3/4 do oxigênio puro produzido são para o preparo de outras substâncias.

Industrialmente, o oxigênio puro é preparado pela destilação fracionada do ar liquefeito, e assim o é também

no Brasil.

ALUMÍNIO

Alumínio, da palavra latina alumen, nome dado a um dos seus sais, o sulfato de alu-

mínio, que já era conhecido desde a Antigüidade (este sal era empregado como

fixador de corantes em tecidos). Há mais de 7.000 anos, o povo que ocupava a

região hoje conhecida como Iraque produzia cerâmicas de qualidade contendo um

alto teor de alumínio. Há 4.000 anos, os egípcios e babilônios usavam compostos

de alumínio como ingrediente no preparo de vários produtos químicos e medicinais.

Em 1807, Humphry Davy, pesquisador inglês, tentou isolar esse metal a partir de um

dos seus compostos que hoje conhecemos como alumina, o óxido de alumínio, Al

Ele ficou convencido que esse composto tinha uma “base metálica”. Curiosamente, mesmo não tendo

sido capaz de isolar o alumínio metálico, ele o chamou de alumium, que pouco mais tarde tornou-se

aluminum. Assim era chamado o alumínio entre os ingleses. No entanto, em outras línguas usava-se o

termo aluminium. Foi somente em 1825 que o alumínio metálico pôde ser preparado em laboratório.

Ørsted, estudando a ação da corrente elétrica, tentou isolar o alumínio a partir da alumina, o óxido de

alumínio. Com esse, ele preparou o cloreto de alumínio, AlCl

. Esse cloreto

foi tratado com uma amálgama de potássio (liga de potássio com mercúrio).

Dessa forma ele obteve uma amálgama de alumínio. Por aquecimento,

essa liga foi decomposta nos seus constituintes: mercúrio e alumínio. Assim,

o mercúrio foi evaporado e o alumínio metálico foi obtido como resíduo

desta destilação. O metal obtido parecia-se com o zinco. Hans Christian

Ørsted nasceu no sul da Dinamarca, na ilha de Langeland, em 1777,

duzentos anos antes da fundação da Sociedade Brasileira de Química,

SBQ. Aos 12 anos ele já trabalhava na farmácia do seu pai como assistente

deste. Os trabalhos de Ørsted sobre o alumínio tiveram pouca repercussão

no mundo científico da época… talvez porque eles foram publicados em

uma obscura revista científica da Dinamarca. No entanto, as suas

descobertas sobre o eletromagnetismo trouxeram-lhe os prêmios, as honras

e a fama merecida. Mas foi somente em 1827 que o alumínio foi repreparado

por Friedrich Whöler (1800-1882) em uma forma suficientemente pura que

Selo dinamarquês, de 1951,

comemorativo do cente-

nário da morte de Ørsted.

Número Atômico Z = 8

Massa Molar M = 15,9994 g/mol

Isótopos Estáveis

O ( M = 15,994915 g/mol, 99,763%)

O ( M = 16,999134 g/mol, 0,037%)

O ( M = 17,999160g/mol, 0,200%)

Ponto de Fusão

= -218,8 °C

Ponto de Ebulição

= -183,0 °C (1 atm)

221

permitiu a sua descrição de forma adequada. Curiosamente, ele baseou-se no método de Ørsted, e

preparou o alumínio fazendo reagir cloreto de alumínio, AlCl

, com potássio metálico.

Hoje sabe-se que o alumínio é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre. Seus

compostos acham-se concentrados nos 15 km mais externos da crosta e correspondem a cerca de 8%

em massa da mesma. Só é menos abundante do que o oxigênio e o silício. Seu minério mais importante

é a bauxita. Muitos dos seus compostos encontrados na natureza têm valor como pedras preciosas.

Entre essas, os rubis, as safiras, os topázios e os crisoberilos. Ele é o metal não-ferroso mais usado pelo

homem. O Al é um bom condutor elétrico (~2/3 da condutividade do cobre) e, levando em consideração

a sua baixa densidade quando comparada à do cobre, ele é bastante usado em linhas de transmissão

de eletricidade com certas vantagens. Quando puro, 99,996%, ele é razoavelmente mole e pouco

resistente à ruptura. No entanto, grande parte do alumínio comercial tem uma pureza da ordem de 90 a

99%, formando ligas com pequenas quantidades de ferro e silício. Essas ligas são duras e fortes. O

alumínio é um metal bastante reativo, mas apesar disso não só ele como suas ligas são bastante

resistentes à corrosão. Por ser bastante reativo, o alumínio reage rapidamente com o oxigênio do ar

formando o óxido de alumínio, Al

, que é muito pouco reativo. Assim, forma-se sobre o alumínio uma

película protetora desse óxido que o protege. Além de ser muito usado na construção civil, o alumínio

tem largo emprego em panelas e outros utensílios domésticos e eletro-domésticos. A densidade do

alumínio é cerca de 1/3 da do aço. Por essa razão, já há muitos anos que a indústria automobilística

vem tentando aumentar, cada vez mais, o uso desse metal na fabricação de veículos, em substituição

ao aço. Em 1992, a Jaguar, fábrica inglesa, produziu uma edição limitada de um Jaguar esportivo feito

quase todo de alumínio, incluindo o chassi e o motor. Já a Honda, japonesa, fabricou normalmente o

Honda Acura NSX contendo cerca de 500 kg de Al (enquanto um carro do gênero contém cerca de 70

kg de Al). Vários outros fabricantes têm seguido essa filosofia de substituição do aço por alumínio: a

General Motors com seu Saturno e a Land Rover com sua carroçaria totalmente de alumínio desde

1948 (devido à escassez de aço logo após a II Guerra Mundial). O Brasil não só possui importantes

reservas de bauxita (por exemplo, em Poços de Caldas, MG), como também importantes jazidas e

ocorrências de vários outros compostos de alumínio usados como pedras preciosas e semi-preciosas,

especialmente nos estados de Minas Gerais, Bahia e na região Amazônica… Os Estados Unidos da

América do Norte são o maior produtor de Al, enquanto o Brasil não figura entre os cinco maiores

produtores, mas… felizmente o Brasil produz o alumínio e suas ligas…

SILÍCIO

Silício, de silex ou silicis, que quer dizer “pedra dura”, foi preparado pela primeira vez

em 1824, por Jöns Jacob Berzelius, químico sueco. Berzelius aqueceu tetrafluoreto

de silício com potássio. O silício também pode ser preparado reagindo-se SiO

(óxido de silício - areia) com magnésio metálico ou com carvão. Em escala indus-

trial, é preparado pela reação do óxido com coque. No entanto, quando é requerido

um silício ultrapuro, para a fabricação de semicondutores para uso em equipamentos

eletrônicos, a preparação é feita pela decomposição de silano (SiH

) ou de tetrahaletos

de silício a altas temperaturas.

Número atômico Z = 13

Massa molar M = 26,9815 g/mol

Isótopo natural

Al (100%)

Ponto de fusão T

= 660 °C

Ponto de ebulição T

= 2467 °C

Elemento químico

222 Coleção Explorando o Ensino, v. 5 - Química

Número atômico Z = 14

Massa molar M = 28,086 g/mol

Isótopos naturais

Si (92,23%),

Si (4,67%) e

Si (3,10%)

Ponto de fusão T

= 1410 °C

No universo, o silício é um dos elementos mais abundantes. Perde somente para o hidrogênio, o

hélio, o neônio, o oxigênio, o nitrogênio e o carbono. A crosta terrestre é composta de 27,7% de silício.

Nela, somente o oxigênio é mais abundante. O silício é um sólido duro, de cor cinza escuro, apresentando

um certo brilho metálico. Sua estrutura cristalina é semelhante à do diamante e suas reações químicas

são semelhantes às do carbono.

Na natureza, o silício só ocorre combinado. É encontrado em praticamente todas as rochas, areias,

barros e solos. Combinado com o oxigênio, forma a sílica (SiO

- dióxido de silício); com oxigênio e

outros elementos (como, por exemplo, alumínio, magnésio, cálcio, sódio, potássio ou ferro), forma

silicatos. Entre seus compostos naturais, alguns dos mais importantes são: quartzo –SiO

, asbestos –

, zeolita –Na

(Al

).H

O e mica –K

(Al

).H

O. O asbestos ou amianto - que tem

sido largamente empregado na fabricação de tanques, telhas e outros produtos da construção civil -

está atualmente proibido em muitos países. Absorvidos pelos pulmões, os microfiapos de asbestos

podem provocar uma doença conhecida como silicose e outros males aos organismos vivos.

Aquecido entre 2.000 °C e 2.600 °C, na presença de carbono, o silício forma o carbeto de silício

(CSi), vulgarmente conhecido como carborundo. O CSi tem uma dureza muita alta e, por isso, é um

abrasivo muito importante usado em lixas, rebolos e ferramentas de corte.

Devido à sua estrutura eletrônica muito peculiar, o silício é extremamente importante na indústria

eletrônica, como semicondutor. Para isso, o silício de alta pureza é dopado, isto é, impurificado com

outros elementos, tais como boro, fósforo e arsênio. Esse processo forma materiais semicondutores,

que são os materiais básicos na construção de chips de computadores, transistores, diodos de silício,

interruptores especiais e vários outros componentes de circuitos eletrônicos. O silício é bastante usado

na indústria metalúrgica como agente redutor e na produção de ligas de aços, latões e bronzes. Na

forma de sílica (areia), é usado na fabricação de materiais refratários. Misturado ao cimento, é usado na

fabricação de tijolos e de diferentes concretos. Na forma de quartzo, o óxido de silício é empregado na

fabricação de vidros especiais - como os boro-silicatos (tipo Pyrex

) -, esmaltes, vernizes especiais e

cerâmicas variadas.

O silício forma uma importante classe de compostos conhecidos como siliconas ou polisiloxanos.

São compostos de silício, carbono, hidrogênio e oxigênio, que formam cadeias semelhantes às dos

hidrocarbonetos. No entanto, nas cadeias principais desses compostos, em vez de átomos de carbono

interligados, tem-se átomos de silício e oxigênio que se alternam. Na maioria desses polímeros, dois

grupos orgânicos (como metila ou fenila) estão ligados ao silício. As siliconas podem ser encontradas

como óleos, graxas e borrachas. Algumas delas têm importantes usos em cirurgias plásticas, como,

por exemplo, nos implantes de seios e em outras próteses.

Os compostos de silício podem ser encontrados também em todas as águas naturais, na atmosfera

(como poeira), em muitas plantas e nos esqueletos, tecidos e fluidos orgânicos de alguns animais. O

quartzo tem a propriedade de ser piezoelétrico e, por isso, é usado na fabricação de radares, isqueiros

“sem pedra”, relógios etc. Em Minas Gerais, um dos principais escultores da nossa história - Aleijadinho

- esculpiu muitas das suas obras sacras em pedra-sabão, um silicato com o qual é fabricado o talco,

assim como panelas, tijelas e muitos objetos de adorno.

O Brasil possui grandes reservas de quartzo (cristal de rocha), especialmente nos estados de Goiás,

Minas Gerais e Bahia. O país produz ligas de silício para a indústria metalúrgica (na Bahia) e tem uma

pequena produção de silício metálico.

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