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Uma Fruta, Uma Pilha

 

11/08/2009

Autor y Coautor(es)
ALEXANDRE RODRIGUES SOARES
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GRAVATAI - RS COL ESTADUAL PROFESSOR NICOLAU CHIAVARO NETO

Estructura Curricular
Modalidad / Nivel de Enseñanza Disciplina Tema
Ensino Médio Química Transformações: caracterização, aspectos energéticos, aspectos dinâmicos
Datos de la Clase
O que o aluno poderá aprender com esta aula

Compreender o mecanismo de funcionamento das pilhas. Prever reações de oxidação-redução entre diferentes metais.

Duração das atividades
2 a 3 aulas de cinquenta minutos cada
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

Oxidação-Redução
Série de Reatividade dos Metais (desejável)

Estratégias e recursos da aula

No laboratório de ciências os alunos construirão uma pilha com materiais comuns.

Primeiro momento

Mostre aos alunos uma pilha comum. Pergunte-lhes se já haviam reparado que pilhas e baterias costumam ter indicado o sinal + e o sinal - em seu corpo. São sinais que indicam os pólos positivo e negativo da pilha. Explique que podemos fazer pilha de várias formas e materiais, seguindo dois princípios:

1) é escolher dois materiais diferentes que reagem entre si trocando elétrons (reação de oxidação-redução). Um será o pólo negativo (material que perde elétrons) e outro que será o pólo positivo (que recebe os elétrons).
2) separar esses materiais de forma a aproveitar essa troca de elétrons passando por um circuito (uma lâmpada, uma calculadora, um celular, etc).

Baseados nesses princípios, explique aos alunos que eles construírão uma pilha com materiais simples.

No laboratório de ciências ou outro espaço adequado os alunos realizarão a seguinte experiência (ela poderá ser feita em grupos ou demonstrativa).
Propõe-se o seguinte roteiro aos alunos:

Uma fruta, um par de pregos e um fio de cobre ou arame. É isso que você precisa para acender uma lâmpada.
Veja como fazer uma fruta virar uma pilha. É fácil e divertido.

Material

* fruta cítrica (por exemplo, limão, lima, laranja, toranja, etc.);

* um parafuso, fio ou prego de cobre (cerca de 5 cm de comprimento);

* um parafuso, fio ou prego de zinco (cerca de 5 cm de comprimento, pode ser galvanizado) [se indisponível, use prego de ferro mesmo];

* um multímetro ou um voltímetro.

Fazer uma Bateria de Frutas

1. Role a fruta sobre uma mesa apertando-a com cuidado. Ela ficará um pouco mais macia. Em vez de usar a mesa, você também pode apertar a fruta com as mãos. Você precisará do suco dentro da fruta, portanto não esprema muito para que o suco não saia.

2. Espete os pregos de zinco e de cobre afastados uns 5 cm um do outro. Cuide para que os pregos não se toquem nem perfurem o outro lado da fruta.

3. Ajuste o multímetro para medir a "voltagem" (ddp). Coloque uma ponteira do multímetro em contato com um dos pregos. Pode fixá-lo com uma fita ou "jacaré".

4. Ao tocar a segunda ponteira no segundo prego, registre o valor mostrado pelo aparelho.

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Questões para investigar

* Frutas cítricas são ácidas. Ácidos ajudam o suco a conduzir eletricidade. Com que outras frutas ou vegetais poderíamos fazer essa experiência?

* Compare a efetividade de diferentes tipos de frutas. O que acontece se você mudar a distância entre os pregos?

* As frutas ácidas sempre funcionam bem? Meça a acidez (pH) do suco de fruta e compare-a com a corrente que passa pelos fios (ou com a intensidade do brilho da lâmpada).

* Se os pregos fossem fe itos do mesmo material , que valor o multímet ro mostraria? Se usass e uma lâmpada no lugar do multímetro, ela teria acendido?

Segundo momento

A pilha de Daniel
O que aconteceria se utilizássemos pregos feitos com outros materiais? Use essa pergunta para lançar o problema para a turma e leve-a ao laboratório de informática.

Os alunos poderão testar vários materiais acessando o simulador disponível em http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18002.

Simulador "A pilha de Daniel" (tela 1)
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Pilha de Daniel (tela 2)

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Antes de arrastar os metais para os copos, use a fila de reatividade dos metais para prever qual metal se oxidará (sofre corrosão) e qual sofrerá redução (a barra aumenta).

Pilha de Daniel (tela 3)

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Terceiro momento

Proponha o seguinte desafio aos alunos: No caso de escolhermos ferro e cobre para essa experiência, como você desenharia o que está ocorrendo com os átomos? Forme um grupo com outros três colegas para discutir as ideias. Desenhe-as no caderno para apresentar para a turma.

Discuta os principais ideias apresentadas. Para articular os conceitos estudados com as tecnologias usadas no cotidiano, com auxílio de um alicate, abra duas pilhas comuns (uma nova e outra usada). É evidente a corrosão da camada de zinco (ânodo, pólo negativo) na pilha usada. Retome os princípios de construção de pilhas apresentado no primeiro momento. Explique que as pilhas recarregáveis permitem reverter esse processo fornecendo energia elétrica forçando o caminho inverso da reação que ocorre na pilha, para que os reagentes originais se regenerem. Explique que esse processo não é perfeito, com 100% de rendimento, mas que permite ser repetido pelo menos 2000 vezes antes de descartar. Essa é uma grande vantagem das recarregáveis perante as descartáveis. Ainda assim, levando em consideração suas composições químicas, as pilhas em geral não devem ser colocadas no lixo comum.

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Comentários para o professor

A simulação da Pilha de Daniel é bem dinâmica. Permite aos alunos interagirem e testarem várias situações. Deixe-os formularem suas hipóteses utilizando a fila de reatividade dos metais, geralmente disponível no verso de tabelas periódicas.

É interessante pedir aos alunos que procurem explicar o que ocorre com os metais do ponto de vista microscópico. Peça-lhes para desenharem como explicam o fato de uma barra reduzir seu tamanho e a outra aumentar seu tamanho. Ao discutir as ideias apresentadas, os alunos deverão relacionar melhor os fenômenos da pilha de Daniel e da bateria feita com frutas e a representação que fazemos na linguagem química, através de equações de oxidação-redução. Por exemplo, para a experiência da fruta, equaciona-se a reação envolvida: Cu2+ + Zn -> Zn2+ + Cu ou Cu2+ + Fe -> Fe2+ + Cu (dependendo se usou prego galvanizado ou prego comum) explicando que o prego de zinco (ou ferro) é corroído (oxidação) enquanto que o de cobre se reduz. Deixe claro a eles que a proposta é a de investigar um fenômeno, propondo um modelo que o explique. A apresentação do grupo para a turma é rápida (incentive-os a desenharem suas ideias no quadro). Após todos apres entarem, retome as principais ideias de cada g rupo. Não é uma questão de apo ntar certo e err ado, mas ape rfeiçoar o entendimento dos alunos por meio de suas próprias explicações.

Peça para os alunos equacionarem as demais possibilidades simuladas com a Pilha de Daniel.

Pode-s e tentar substituir o multímetro por uma lâmpada de baixa potência, como as de decoração de Natal, de pequenas lanternas ou mesmo leds. Use fio com cerca de 5 cm (comprimento suficiente para conectar os pregos). A ddp (diferença de potencial) seria suficiente para acendê-las mas, em geral, não há corrente suficiente.

Seria interessante discutir com os alunos o que fazem com as pilhas após o uso. Qual o seu destino final em seu município? O que diz a legislação local sobre o descarte de pilhas? A recolhimento de pilhas em seu município? Essas e outras questões poderão surgir, podendo desencadear um projeto de trabalho ou de investigação mais profundo desdobrando-se em subtemas que podem ser despertadas ou estimuladas com essa proposta de aula.

Recursos Educacionais
Nome Tipo
A pilha de Daniel Animação/simulação
Recursos Complementares

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=1681 Pilhas Naturais (aula no Portal)

http://eletroquimica223.blogspot.com Contém um resumo sobre eletroquímica

http://pt.wikipedia.org/wiki/Pilha Apresenta dados que podem complementar a aula

Avaliação

A avaliação deverá considerar a participação dos alunos e produção de relatório das atividades.

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