Verificar a influência da temperatura na velocidade de uma reação química.

Avaliar a velocidade de reações químicas quando os reagentes sólidos são triturados.

Usar esse recurso em situações cotidianas.

Avaliar o avanço científico e tecnológico  referentes à aceleração de reações químicas e seu impacto na vida das pessoas.

Reações químicas

Sugerimos que esse tema seja trabalhado em três aulas, sendo a primeira e a terceira em sala de aula. Nessas aulas os alunos deverão estar distribuídos em pequenos grupos a fim de realizarem as discussões e produções propostas de maneira tranquila.  A aula 2 deverá acontecer, preferencialmente, no laboratório de ciências/química; porém, se não houver esse espaço, poderá ser realizada em sala de aula.

AULA 1

Sugerimos que o professor inicie a aula recordando com seus alunos, por meio de um diálogo, o que é uma reação química e  quais são os indícios de sua ocorrência, quando observamos um fenômeno na natureza. Em seguida, utilize imagens como as apresentadas a seguir, salvando-as e projetando-as com a utilização do Data Show.

Ferrugem- disponível em:  http://www.acarc.com.br/noticias/000081_foto.jpg  Acessado em 15/10/2010

Fósforo. http://downloads.open4group.com/wallpapers/fosforo-pegando-fogo-24960.jpg   Acessado em 15/10/2010

Ao projetar as imagens, indague aos seus alunos:

Quais são os indícios de que houve reação química em cada um dos exemplos ilustrados?

Quais são os reagentes e os produtos em cada um dos casos?

O tempo requerido para a ocorrência de cada uma das reações químicas é o mesmo? Explique.

Ouça as respostas dos alunos e discuta-as com toda a turma.

Fechamento da discussão 

Professor, a fim de fundamentar teoricamente essa discussão inicial e a atividade experimental que ocorrerá na aula 2, sugerimos a leitura e discussão de um texto, como o apresentado a seguir, que deverá ser entregue impresso para cada aluno. Sugerimos que a leitura e discussão do texto sejam realizadas utilizando a seguinte dinâmica.

1º momento: Forme grupos de três alunos e organize a sala em círculo. Cada grupo deverá realizar a leitura inicial do texto. Após essa primeira leitura, entregue a cada grupo uma folha em branco contendo em seu início uma pergunta digitada (sugestões após o texto). Cada folha deverá ter uma pergunta diferente. Nomear os grupos para que cada um se identifique ao responder as questões de cada folha. O grupo responde à pergunta e troca de folha com o grupo à sua direita. O grupo poderá concordar, discordar ou acrescentar informações ao que os grupos anteriores responderam. Marque um tempo para a troca das perguntas. Se o número de alunos for muito grande, poderão ser formados dois grandes grupos A e B que serão subdivididos em grupos menores de três alunos; nesse caso, as mesmas perguntas serão respondidas pelos grupos A e B.

2º momento: Quando retornar ao grupo a sua questão inicial, este deverá fazer uma síntese das respostas dadas por toda a turma para socializá-la no momento em que for solicitado.

 3º momento: Após esses momentos de discussão nos grupos, cada grupo deverá eleger um orador para a socialização da síntese das respostas dadas por toda a turma à questão inicial atribuída ao grupo. Abra espaço para discussão, esclarecimentos de dúvidas e acrescente informações não contempladas.

Texto de fundamentação teórica - A velocidade das reações químicas

Uma reação química ocorre quando certas substâncias sofrem transformações em relação ao seu estado inicial. Para que isso possa acontecer, as ligações entre átomos e moléculas devem ser rompidas e devem ser restabelecidas de outra maneira. Sendo assim, uma reação química é um rearranjo de átomos provocado pelas colisões (choques) entre as partículas dos reagentes.

O conhecimento sobre as reações químicas, além de ser muito importante em termos industriais, também está relacionado ao nosso dia-a-dia. A velocidade de uma reação é a rapidez com que os reagentes são consumidos ou rapidez com que os produtos são formados. A combustão de uma vela e a formação de ferrugem são exemplos de reações lentas. Na dinamite, a decomposição da nitroglicerina é uma reação rápida. As velocidades das reações químicas são determinadas através de leis empíricas, chamadas leis da velocidade. Não existe uma velocidade geral para todas as reações químicas, cada uma acontece em sua velocidade específica. Algumas são lentas e outras são rápidas, como por exemplo: a oxidação (ferrugem) de um pedaço de ferro é um processo lento, pois levará algumas semanas para reagir com o oxigênio do ar. Já no caso de um palito de fósforo que acendemos, a reação de combustão do oxigênio ocorre em segundos gerando o fogo, sendo assim é uma reação rápida.

Algumas reações químicas são extremamente rápidas a exemplo da combustão hidrogênio, usado como combustível de foguetes ou a explosão da dinamite em frações de segundo ou, ainda, a reação química praticamente instantânea que produz os gases que inflam os airbags dos carros durante uma colisão. Existem outras reações, todavia, que demoram meses e até anos para se processarem, como é o caso, por exemplo, da fermentação do suco de uva usado na produção do vinho (que pode demorar meses para se processar) ou a formação do petróleo por milhões de anos.

As reações químicas têm permitido à humanidade resolver muitas das questões que a desafiam. No entanto, para que isso fosse possível, foi necessário aprender como alterar a velocidade das reações, seja acelerando as excessivamente lentas ou retardando as muito rápidas.  Para que ocorra uma reação química duas condições são necessárias: a) haver afinidade química entre as substâncias; b) haver colisões entre as moléculas dos reagentes que levem a quebra de suas ligações para formação de novas ligações (rearranjo dos átomos dos reagentes para formação dos produtos). Alguns fatores alteram a freqüência de colisões entre os reagentes de uma reação química, aumentando ou diminuindo a velocidade com que ela ocorre: a concentração das substâncias reagentes, a temperatura, a luz, a presença de catalisadores, superfície de contato.

Concentração de reagentes: Quanto maior a concentração dos reagentes, mais rápida será a reação química. Essa propriedade está relacionada com o número de colisões entre as partículas. Para que aconteça uma reação entre duas ou mais substâncias é necessário que as moléculas se choquem, de modo que haja quebra das ligações com conseqüente formação de outras novas; devido a uma maior concentração haverá aumento das colisões entre as moléculas. Exemplo: uma amostra de palha de aço reage mais rapidamente com ácido clorídrico concentrado do que com ácido clorídrico diluído.

Temperatura: De um modo geral, quanto maior a temperatura, mais rapidamente se processa a reação. Podemos acelerar uma reação lenta, submetendo os reagentes a uma temperatura mais elevada. Aumentar a temperatura significa aumentar a energia cinética das moléculas. No nosso dia-a-dia podemos observar esse fator quando estamos cozinhando e aumentamos a chama do fogão para que o alimento atinja o grau de cozimento mais rápido. Se cozinharmos um alimento em panela de pressão ele cozinhará bem mais rápido, devido à elevação de temperatura em relação às panelas comuns.

Luz: Certas reações, as chamadas reações fotoquímicas, podem ser favorecidas e aceleradas pela incidência de luz. Trata-se de uma reação de fotólise, ou seja, da decomposição de uma substância pela ação da luz. Podemos retardar a velocidade de uma reação diminuindo a quantidade de luz. A fotossíntese, que é o processo pelo qual as plantas convertem a energia solar em energia química, é um exemplo de reação fotoquímica.

Catalisadores: São substâncias capazes de acelerar o mecanismo sem sofrerem alteração permanente, isto é, durante a reação eles não são consumidos. Os catalisadores permitem que a reação tome um caminho alternativo, que exige menor energia de ativação, fazendo com que a reação se processe mais rapidamente. É importante lembrar que um catalisador acelera a reação, mas não aumenta o rendimento, ou seja, ele produz a mesma quantidade de produto, mas num período de menor tempo. Exemplo: alguns produtos de limpeza contêm enzimas para facilitar na remoção de sujeiras. Essas enzimas facilitam a quebra das moléculas de substâncias responsáveis pelas manchas nos tecidos.

Superfície de contato: Quanto maior a superfície de contato dos reagentes, maior será a velocidade da reação.  Exemplo: os antiácidos efervescentes quando triturados se dissolvem mais rápido em água do que em forma de comprimido inteiro, isto porque a superfície de contato fica maior para reagir com a água.

O conhecimento e o estudo da velocidade das reações químicas, além ser muito importante para a indústria, também está relacionado ao nosso cotidiano. Por exemplo, quando guardamos alimentos na geladeira para retardar as reações que levam às suas decomposições ou usamos uma panela de pressão para aumentar a velocidade de cozimento dos alimentos. 

Fontes do texto:

http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/velocidade-das-reacoes-quimicas.htm  Acessado em 16/10/2010

http://www.mundovestibular.com.br/articles/1106/1/FATORES-QUE-AFETAM-A-VELOCIDADE-DE-UMA-REACAO/Paacutegina1.html Acessado em 16/10/2010.

http://www.brasilescola.com/quimica/cinetica-quimica.htm . Acessado em 16/10/2010.

http://www.giltonepedro.com.br/docs/noticia01.pdf Acessado em 16/10/2010.

QUESTÕES PARA DISCUSSÃO (sugestões)

1- O que acontece em uma reação química?

2- Explique a frase: Não existe uma velocidade geral para todas as reações químicas.

3- Enumere duas situações, além das citadas no texto, nas quais alteramos a velocidade das reações químicas em nosso cotidiano.

4- Cite duas situações nas quais a alteração da velocidade das reações químicas é importante na indústria.

5- Explique e/ou exemplifique como a temperatura altera a velocidade de uma reação química.

6- Explique e/ou exemplifique como a concentração das substâncias reagentes altera a velocidade de uma reação química.

7- Explique e/ou exemplifique como a  luz altera a velocidade de uma reação química.

8- Explique e/ou exemplifique como a  presença de catalisadores altera a velocidade de uma reação química.

9- Explique e/ou exemplifique como a superfície de contato altera a velocidade de uma reação química.

10- O que o estudo da velocidade das reações químicas tem  trazido de benefícios e/ou malefícios para a humanidade?

AULA 2

Nessa atividade será observada a reação química que ocorre entre a água e um comprimido efervescente. Antes do início da  atividade indague aos alunos: por que se pode dizer que há uma reação química quando um comprimido efervescente entra em contato com a água?

Tendo como referência os estudos realizados anteriormente sobre reações químicas, espera-se que eles respondam que houve formação de bolhas, liberação de gases, formação de uma nova substância etc.

Os alunos deverão ser esclarecidos de que vão realizar essa reação química em três condições diferentes, que serão indicadas nos procedimentos. Sugerimos que o professor digite um roteiro da atividade experimental e disponibilize uma cópia por aluno. Cada grupo deverá fazer seus registros. A atividade experimental deverá ser realizada, preferencialmente, em um laboratório de ciências/química, mas se não houver esse espaço na escola, poderá ser realizada ema sala de aula, desde haja possibilidade para obtenção da água nas diferentes temperaturas.

MATERIAL (por grupo de 4 alunos)

Água à temperatura ambiente; água gelada; água quente; 2 comprimidos antiácidos efervescentes; 4 béqueres de 250 ml (ou copos grandes); 1 lâmina de barbear (ou estilete ou uma faca de mesa para partir o comprimido).

PROCEDIMENTOS

1 - Com a lâmina de barbear (faca ou estilete) corte o comprimido efervescente em quatro pedaços praticamente iguais. Separe um deles e triture.

 CONDIÇÃO I- Reação realizada com reagente triturado e não triturado

Coloque em cada um dos béqueres a mesma quantidade de água à temperatura ambiente. Jogue, ao mesmo tempo, o pedaço de comprimido efervescente triturado em um béquer e o não triturado em outro. Compare o tempo de reação nos dois béqueres.

Responda: A reação química é mais rápida quando se utiliza o pedaço de comprimido efervescente ou esse material triturado? Como você explica esse resultado?

Lave os béqueres.

CONDIÇÃO II- Reação realizada em temperaturas diferentes

Coloque em um béquer 20 ml de água gelada e no outro, a mesma quantidade de água quente. Jogue, ao mesmo tempo, um pedaço de comprimido efervescente em cada béquer. Compare o tempo de reação química nos dois béqueres.

Responda:

A reação química é mais rápida em temperatura mais alta ou mais baixa? Como você explica esse resultado?

É possível fazer com que uma reação química ocorra mais de maneira mais rápida ou  mais lenta? Explique.

FECHAMENTO PELO PROFESSOR

A velocidade de uma reação química pode ser alterada. As reações químicas são mais rápidas quando realizadas em temperaturas mais altas e quando os reagentes sólidos são triturados. Quando o comprimido é triturado, a superfície de contato fica maior para reagir com a água. Aumentar a temperatura significa aumentar a energia cinética das moléculas, o  que acelera a reação química.

CONDIÇÃO III- Reação realizada em temperaturas diferentes e comprimido inteiro e triturado

Coloque em dois béqueres 20 ml de água gelada e nos outros dois a mesma quantidade de água quente.

Jogue, ao mesmo tempo, um pedaço de comprimido efervescente no béquer de água quente  e outro no béquer de água fria. Faça o mesmo com o comprimido triturado. Compare o tempo de reação química nos quatro béqueres.

Em qual dos béqueres a reação química ocorreu mais depressa? E mais devagar? Como você explica isso?

Concluindo - Registre suas conclusões sobre a velocidade de uma reação química a partir das situações vivenciadas.

AULA 3

PRODUÇÃO DE RELATÓRIOS EM GRUPO

Os quatro alunos que trabalharam em grupo no laboratório deverão produzir o relatório da atividade experimental, seguindo um roteiro previamente digitado pelo professor e disponibilizado a cada aluno.

Nesse relatório deverá constar, na introdução,  a fundamentação teórica na forma de um pequeno texto no qual expressem todo o conhecimento acumulado nas duas aulas anteriores, a respeito da temática "acelerando uma reação química".

Sugestão de roteiro para o relatório

TÍTULO: Frase sucinta que indica o principal objetivo da experiência.     

RESUMO: Texto de no máximo cinco linhas descrevendo tudo o que foi feito, inclusive os resultados alcançados.

INTRODUÇÃO: Texto abordando a teoria necessária ao entendimento da prática e da discussão dos resultados. Deve ser uma síntese das fontes consultadas. Ao final da introdução, como último parágrafo, vem o objetivo do trabalho.      

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: Descrever o procedimento experimental, ressaltando os principais materiais e equipamentos utilizados.     

RESULTADOS: Consiste na apresentação de todos os dados colhidos em laboratório ou dos calculados decorrentes dos dados. Podem ser apresentados na forma de tabelas, gráficos, etc., se isso melhorar a comunicação dos dados.       

DISCUSSÃO: Discutir os dados obtidos à luz da teoria exposta tendo como referências as questões para a discussão apontadas no roteiro da aula.

CONCLUSÃO: Síntese pessoal sobre as conclusões alcançadas com o seu trabalho. Enumere os resultados mais significativos do trabalho. Não deve apresentar nenhuma conclusão que não seja fruto da discussão.      

REFERÊNCIAS: Livros, textos e sites usados para escrever o relatório, devem ser citados.  

Interdisciplinaridade

Os professores de geografia e de história serão ótimos parceiros para o desenvolvimento desse tema que poderá ser ampliado com o debate a respeito da disputa entre nações para o desenvolvimento científico e tecnológico na área da química.  O professor de português poderá trabalhar textos que envolvam temas como os riscos do consumo indiscriminado de antiácidos. Química e biologia poderão trabalhar conjuntamente a composição química dos antiácidos e o efeito desses componentes no organismo. Cabe um planejamento conjunto e multidisciplinar para que a interdisciplinaridade aconteça.

http://educar.sc.usp.br/quimapoio/supvel.html 

http://www.cecimig.fae.ufmg.br/wp-content/uploads/2007/10/adriana-barbosa-salviano-monografia.pdf 

AMBROGI, A.; LISBÔA, J.C.F. Misturas e substâncias; Reações Químicas. Série “Ciências para o 1º Grau”. São Paulo: CECISP: Mosaico, 1983.

A avaliação deverá ser processual devendo ser considerada a participação do aluno em cada atividade proposta e nas discussões em grupo e coletivas.

Os registros de cada aluno no decorrer das atividades deverão ser considerados instrumentos de avaliação quantitativa.

O principal instrumento para avaliação quantitativa deverá ser o relatório da atividade experimental. Nele, deve-se dar atenção especial à introdução, na qual  o texto deverá contemplar o referencial teórico pertinente às aulas.