Fisica Quimica a 11

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MINISTRIO DA EDUCAO DEPARTAMENTO DO ENSINO SECUNDRIO

Programa de Fsica e Qumica A11 ou 12 anos

Curso Cientfico-Humanstico de Cincias e Tecnologias

Autores Componente de Qumica Isabel P. Martins (Coordenadora) Jos Alberto L. Costa Jos Manuel G. Lopes Maria Otilde Simes Teresa Sobrinho SimesColaborao como Consultora Cientfica de Maria Clara Magalhes

Componente de Fsica Adelaide Bello Clara San-Bento Elisa Prata Pina Helena Caldeira (Coordenadora)Colaborao na verificao das actividades laboratoriais de Augusta Patrcio Teresa Soares

Maro de 2003

Fsica e Qumica A 11 Ano

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ndice Viso Geral do Programa de Fsica e Qumica A - Componente de Qumica do 11 ano ....................... 2 Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios.................................................................. 4 Introduo................................................................................................................................................... 4 Objecto de ensino...................................................................................................................................... 7 Objectivos de aprendizagem................................................................................................................... 8 Actividades prticas de sala de aula ................................................................................................... 12 Unidade 2: Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra ............................................25 Introduo .....................................................................................................................................................25 Objecto de ensino ........................................................................................................................................28 Objectivos de aprendizagem......................................................................................................................30 Actividades prticas de sala de aula ........................................................................................................36 Actividades prtico-laboratoriais.............................................................................................................38 Viso geral do Programa de Fsica e Qumica A - Componente de Fsica do 11 ano ..........................56 Unidade 1 Movimentos na Terra e no Espao ...........................................................................................59 Introduo .....................................................................................................................................................59 Objecto de ensino ........................................................................................................................................ 61 Objectivos de aprendizagem........................................................................................................................61 Actividades prticas de sala de aula..........................................................................................................63 Actividades prtico-laboratoriais.............................................................................................................67 Unidade 2 Comunicaes ...............................................................................................................................74 Introduo .....................................................................................................................................................74 Objecto de ensino ........................................................................................................................................76 Objectivos de aprendizagem......................................................................................................................76 Actividades prticas de sala de aula ........................................................................................................79 Actividades prtico-laboratoriais.............................................................................................................82 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................................88

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Viso Geral - C. Qumica

Viso Geral do Programa de Fsica e Qumica A Componente de Qumica do 11 anoA componente de Qumica dos 10 e 11 anos procura constituir-se como um caminho para que os alunos possam alcanar um modo de interpretao do mundo que os rodeia naquilo que o constitui hoje, no quanto e como se afasta do que foi no passado e de possveis cenrios de evoluo futura. Procurar-se- tambm confrontar explicaes aceites em diferentes pocas como forma de evidenciar o carcter dinmico da Cincia, assente mais em reformulaes e ajustes do que em rupturas paradigmticas. O programa do 11 ano est organizado em duas Unidades centradas em temticas diferentes. Na primeira, Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios, pretende-se salientar a importncia social e econmica da indstria qumica geradora de bens de consumo da maior importncia para os hbitos e estilos de vida que hoje so adoptados nas sociedades desenvolvidas e em desenvolvimento, combatendo os perigos de vises doutrinrias sobre os impactos exclusivamente negativos para o ambiente que tais actividades acarretam. No entanto, no se descuida a anlise das implicaes sobre o planeta e, em particular, sobre os seres humanos, que os produtos e sub-produtos industriais inevitavelmente ocasionam. Pretende-se que os alunos integrem na apreciao que fazem sobre a importncia da produo industrial argumentos tcnico-cientficos, sociais e econmicos e que reconheam na actividade industrial um dos elementos caracterizadores da cultura actual. Esta inteno particularmente perseguida ao prever-se uma visita a uma instalao industrial, previamente organizada, criteriosamente estruturada na sua realizao e avaliada posteriormente. A formao dos jovens, tambm neste domnio, fundamental, no tanto para a compreenso dos processos qumicos e fsicos envolvidos, mas para a sensibilizao sobre uma realidade que dada a especificidade dos ambientes laborais , necessariamente, afastada dos olhares do grande pblico. Para tornar possvel no mbito curricular esta actividade exterior escola, torna-se necessrio que se estabeleam protocolos com indstrias locais ou outras, que viabilizem o projecto e que se reconheam nele como parceiros educativos. Escolheu-se uma indstria susceptvel de tratamento a este nvel de estudos, a da produo do amonaco, pois que alm de a reaco de sntese deste composto ser um caso exemplar de aplicao de conceitos de equilbrio qumico, um ambiente onde se poder compreender como a manipulao de alguns factores pode influenciar a situao de equilbrio do sistema qumico. Na segunda Unidade, Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra, pretende-se desenvolver a compreenso dos alunos sobre os sistemas aquosos naturais, distinguir guas prprias para vrios tipos de consumo de outras, interpretar diferenas na composio de guas da chuva, de lenis freticos e do mar, pese embora o seu principal componente ser sempre o mesmo: a gua. Para que esta interpretao possa ser alcanada desenvolvem-se conceitos do domnio do cido-base e da solubilidade, nos quais o equilbrio qumico surge como conceito subsidirio. Uma abordagem simples de oxidao-reduo tambm prevista. Ao longo de toda a Unidade, a dimenso social do conhecimento est presente ao discutir-se as assimetrias na distribuio e na qualidade da gua, ao interpretar-se quanto esta qualidade depende do uso de alguns artefactos tecnolgicos e ao incentivar a necessidade de aces individuais e colectivas que no agravem a situao, j que invert-la praticamente impossvel. Em ambas as Unidades, reiterando o que foi referido na introduo do Programa de 10 ano, as actividades prticas de sala de aula ou de laboratrio devem ser entendidas como vias para alcanar aprendizagens especficas e no como algo que se executa aps o desenvolvimento dos temas num formato expositivo. O xito das tarefas na sala de aula depende do trabalho prvio e da reflexo posterior com vista consolidao de aprendizagens, esperando-se que os alunos, j

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Viso Geral - C. Qumica

mais amadurecidos, consigam ir mais fundo no tratamento das situaes-problema e sejam mais cleres nos ritmos de aprendizagem. Muitos dos saberes implcitos nos objectivos de aprendizagem listados podem e devem, portanto, ser trabalhados em contexto de actividades prticas. No caso do 11 ano, prevem-se no total 49 aulas (90 minutos cada), das quais 16 para a Unidade 1 (incluindo 3 aulas para a visita a uma indstria) e 27 para a Unidade 2. As restantes (6 aulas) ficaro para gesto pelo professor, de acordo com as caractersticas da turma, ou situaes imprevistas.

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Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios

Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e DesequilbriosIntroduoMuitas reaces qumicas tendem para uma situao de esgotamento dos reagentes. Outras, como a sntese do amonaco (processo de Haber), por serem incompletas, tm de ser controladas para produzir rendimentos aceitveis. Tais reaces, podendo ocorrer nos dois sentidos, envolvem competio entre transformaes opostas uma da outra. Quer umas quer outras, podero manter-se num estado estacionrio se o sistema for alimentado continuadamente de matria e controladas a temperatura e presso. A capacidade dos qumicos para manipular estas reaces de tal modo que a reaco desejada seja favorecida em detrimento da outra, a no desejada, depende da compreenso dos factores que, em geral, afectam a situao de equilbrio dos sistemas. Compreender a influncia de tais factores importante ao nvel da bancada de laboratrio, nas instalaes fabris e tambm na aprendizagem formal dos alunos acerca da qumica e da sua relevncia para a interpretao de situaes do quotidiano. O conceito de equilbrio qumico, eventualmente pelo seu carcter abstracto e pela exigncia do domnio de um largo nmero de outros conceitos qumicos, tem-se revelado de difcil compreenso, sendo elevado o nmero de concepes alternativas identificadas e referenciadas em literatura do mbito da Didctica da Qumica. De entre as concepes (cerca de vinte) que, marcadamente, os alunos evidenciam, destaca-se a viso esttica do equilbrio qumico (nenhuma reaco ocorre), a viso compartimentada do equilbrio (sistema constitudo por dois compartimentos individualizados para as reaces directa e inversa), a igualdade de concentraes de reagentes e de produtos na situao de equilbrio, o recurso a modelos hbridos (cintico e termodinmico) para interpretao dos valores da constante de equilbrio e ainda a generalizao inadequada da aplicao da lei de Le Chatelier. Muitos destes estudos orientam ainda ou sugerem estratgias de ensino para ultrapassar algumas das dificuldades identificadas. No entanto, o conceito de equilbrio qumico muito importante no s como construo terica do domnio da Qumica conceptual, mas tambm porque essencial para a compreenso de muitos fenmenos em reas como cido-base, oxidao-reduo e solubilidade. fundamental para a vida que haja situaes de equilbrio como, por exemplo, a formao do hidrogenocarbonato e a existncia do oxignio dissolvido na gua dos mares. Porm, no desequilbrio desses sistemas que a vida real decorre, pois que os efeitos espectaculares das reaces qumicas no se manifestam nunca no equilbrio, mas apenas quando as reaces progridem, ou seja, quando o sistema evolui. Mas a importncia do equilbrio qumico na actualidade reflecte-se particularmente na produo industrial. A indstria qumica, desenvolveu-se nos finais do sculo XVIII. At ento, os artefactos eram de elaborao artesanal. A revoluo industrial veio modificar drasticamente as condies de laborao, permitindo avanos tecnolgicos e cientficos notveis, autnticos marcos no desenvolvimento da actual civilizao. A indstria qumica teve neste contexto um papel primordial. Assim, a primeira obteno industrial de cido sulfrico data de 1746, e o seu desenvolvimento a partir de ento e at actualidade, na mira do processo mais rentvel, pelo enorme nmero de usos a que se destina, justifica a frase de Liebig (1803-1873): A prosperidade comercial de uma nao pode ser medida pela quantidade de cido sulfrico que consome. Do mesmo modo, a produo de amonaco preocupou os cientistas desde muito cedo. A alimentao da populao mundial em crescimento exponencial necessita de quantidades de fertilizantes em grande escala e de baixo custo, sendo que muitos deles se podem obter a partir do amonaco. Fritz Haber (1868-1934), na procura de solues para a optimizao do processo de

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Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios

obteno do amonaco, debate-se com o dilema posto pelo equilbrio: ter de usar altas temperaturas para conseguir uma taxa de converso aceitvel, mas comprometendo deste modo a extenso da reaco, que se tornaria muito baixa. ento que descobre o efeito do ferro como catalisador, baixando a energia de activao da reaco. Carl Bosch (1874-1940), engenheiro qumico, colega de Haber, trabalhando nos limites da tecnologia da poca, desenha o processo industrial cataltico de altas presses e altas temperaturas, ainda hoje utilizado como nico meio de produo de amonaco e conhecido por processo de Haber-Bosch. Os resultados destes trabalhos foram de tal modo importantes que os conduziram a ambos ao Prmio Nobel da Qumica (Haber em 1918 e Bosch em 1931). Controlar as condies que afectam os diferentes equilbrios que constituem o processo de formao destes e de outros produtos, optimizando a sua rentabilidade, um dos objectivos da Cincia/Qumica e da Tecnologia para o desenvolvimento da sociedade. O compromisso entre equilbrios e desequlibrios, cujos efeitos foram detectados e explicados por Henri Louis Le Chatelier (1850-1936), constitui o cerne do princpio com o mesmo nome, que mais no que uma consequncia de duas leis mais gerais, a da conservao da energia e a 2 lei da Termodinmica e, noutra perspectiva, de um enunciado generalizado com muitas analogias em reas diversificadas do conhecimento: a lei de Lenz na Fsica, a lei da procura e da oferta na Economia, o princpio do equilbrio homeosttico na Biologia, o princpio geolgico da isostasia da sublevao da crosta terrestre, mostrando, em ltima anlise que, sendo a estabilidade uma tendncia natural do universo, vive-se na senda do estabelecimento e da compreenso dos mecanismos que, sendo capazes de a perturbar, so igualmente susceptveis de a restabelecer. A Unidade est prevista para 16 aulas (24 horas), sendo trs (4,5 horas) de ndole prtico-laboratorial. Contempla-se ainda a visita de estudo (VE) a uma instalao industrial, de preferncia qumica, a qual dever ser negociada com uma das empresas da regio da escola ou outras. fundamental, em termos educativos, que os alunos tenham oportunidade de contactar com sistemas industriais em laborao, conheam actividades profissionais e se apercebam da transposio que necessrio fazer ao passar de um ensaio qumico escala laboratorial para a escala industrial.

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Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios

Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios

Materiais ou Matria-prima

contm

Substncias

podem interagir atravs de

Reaces Qumicas (RQ)classificam-se quanto

originando

so

tm diferente so

Grau de pureza Combustes

Novas substncias

Combustveis fsseistais como

extenso em em sistema aberto so

variao da entalpia

pode determinar-se o

Gs natural Nafta O2 Gases da Atmosfera Outros

Completas Problemas ambientais e de sadepode causar

Incompletas adubos explosivos corantes outrosmatria prima para o fabrico de

Endoenergticas Exoenergticas

pode originar

N2

Amonacoobtm-se

Rendimento ) (utilizando, por exemplo, a grandeza

Sntese Industrial do amonaco H2usado no extrado por destilao do ar lquido e usado no uma situao de usa -se na

No Equilbrio Qumicoavaliada a partir do

Quantidade de substncia n) (cuja unidade SI

Processo deHaber Quociente da ReacoQ) (controla-se e optimiza-se atravs de podem evoluir, em sistema fechado, para

mole (mol)

Factores que influenciam o sentido global de progresso das RQque so

pode ser alterado atravs de

Equilbrio Qumico (

)

identificado pela

interpretado

traduzido pela

Temperatura

Presso

Concentrao

interpretado atravs da lei de

Conservao da concentrao dos componentes da mistura reaccional

Igual rapidez das reaces directa e inversao que lhe confere caractersticas de um

impl ican do

Constante de equilbrio -K ( temperatura T)

avalia a

Le Chatelier

Equilbrio dinmico

Extenso da RQ directa

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Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios

Objecto de ensino1. Produo e controlo a sntese industrial do amonaco 1.1. O amonaco como matria-primaA reaco de sntese do amonaco Reaces qumicas incompletas Aspectos quantitativos das reaces qumicas Quantidade de substncia Rendimento de uma reaco qumica Grau de pureza dos componentes de uma mistura reaccional Amonaco e compostos de amnio em materiais de uso comum AL 1.1

1.2. O amonaco, a sade e o ambienteInteraco do amonaco com componentes atmosfricos Segurana na manipulao do amonaco

1.3. Sntese do amonaco e balano energticoSntese do amonaco e sistema de ligaes qumicas Variao de entalpia de reaco em sistemas isolados

1.4. Produo industrial do amonacoReversibilidade das reaces qumicas Equilbrio qumico como exemplo de um equilbrio dinmico Situaes de equilbrio dinmico e desequilbrio A sntese do amonaco como um exemplo de equilbrio qumico Constante de equilbrio qumico, K: lei de Guldberg e Waage Quociente da reaco, Q Relao entre K e Q e o sentido dominante da progresso da reaco Relao entre K e a extenso da reaco Sntese do sulfato de tetraaminacobre (II) mono-hidratado AL 1.2 Visita a uma instalao industrial VE

1.5. Controlo da produo industrialFactores que influenciam a evoluo do sistema reaccional A concentrao, a presso e a temperatura A lei de Le Chatelier Efeitos da temperatura e da concentrao no equilbrio de uma reaco AL 1.3

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Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios

Objectivos de aprendizagemNo final desta Unidade, os alunos devero saber:

1. Produo e controlo a sntese industrial do amonaco 1.1. O amonaco como matria-primaReconhecer o amonaco como uma substncia inorgnica importante, usada, por exemplo, como matria-prima no fabrico de fertilizantes, de cido ntrico, de explosivos e como meio de arrefecimento (estado lquido) em diversas indstrias alimentares Relacionar aspectos histricos da sntese do amonaco (laboratorial) e da sua produo industrial (Fritz Haber, 1905) Identificar o azoto e o hidrognio como matrias-primas para a produo industrial do amonaco Associar a destilao fraccionada do ar lquido ao processo de obteno industrial do azoto, embora o processo de Haber utilize o azoto directamente do ar Referir o processo actual de obteno industrial do hidrognio a partir do gs natural ou da nafta Identificar a reaco de sntese do amonaco (N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)) e a decomposio do amonaco, (2NH3(g) N2(g) + 3H2(g)) como reaces inversas uma da outra 4 aulas + 1 AL Interpretar uma reaco completa como aquela em que pelo menos um dos seus reagentes atinge valores de concentrao no mensurveis facilmente e uma reaco incompleta como a reaco em que nenhum dos reagentes se esgota no seu decorrer Identificar reaces de combusto, em sistema aberto, como exemplos que se aproximam de reaces completas Identificar quantidade de substncia (n) como uma das sete grandezas fundamentais do Sistema Internacional (SI) Caracterizar a unidade de quantidade de substncia, mole (smbolo mol), como a quantidade de substncia que contm tantas entidades quantos os tomos existentes em 1,2 x 10-2 kg do nuclido 12C (as entidades devem ser especificadas) Estabelecer que amostras de substncias diferentes com o mesmo nmero de entidades constituintes (N) tm a mesma quantidade de substncia Constatar que, em funo da definio da grandeza quantidade de substncia, o nmero de entidades (N) presentes numa amostra proporcional quantidade de substncia respectiva (n), sendo a constante de proporcionalidade a constante de Avogadro (L = 6,022 x 1023 mol-1) Identificar o rendimento de uma reaco como o quociente entre a massa, o volume (gases) ou a quantidade de substncia efectivamente obtida de um dado produto, e a massa, o volume (gases) ou a quantidade de substncia que teoricamente seria obtida (por reaco completa dos reagentes na proporo estequiomtrica) Interpretar o facto de o rendimento de uma reaco ser quase sempre inferior a 1 (ou 100%)

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Interpretar grau de pureza de um material como o quociente entre a massa da substncia (pura) e a massa da amostra onde aquela massa est contida Constatar que um dado "reagente qumico" pode apresentar diferentes graus de pureza e, consoante as finalidades de uso, se dever escolher um deles Identificar o reagente limitante de uma reaco como aquele cuja quantidade condiciona a quantidade de produtos formados, usando um exemplo muito simples da realidade industrial Identificar o reagente em excesso como aquele cuja quantidade presente na mistura reaccional superior prevista pela proporo estequiomtrica, usando um exemplo muito simples da realidade industrial

1.2. O amonaco, a sade e o ambienteAssociar o contacto com o amonaco no estado gasoso e em soluo aquosa, a leses graves na pele, nos olhos e nos pulmes, consoante o tempo de exposio e/ou a concentrao Interpretar os perigos adicionais no manuseamento de amonaco, quando usado a presses elevadas, por exemplo como lquido refrigerante Constatar que o amonaco que libertado para a atmosfera pode dar origem a nitrato e a sulfato de amnio, considerados matrias particuladas (PM10 e PM2,5) e a xidos de azoto com implicaes para a sade e ambiente

1.3. Sntese do amonaco e balano energticoClassificar reaces qumicas em exoenergticas ou em endoenergticas como aquelas que, em sistema isolado, ocorrem, respectivamente, com elevao ou diminuio de temperatura

1 aula

Interpretar a formao de ligaes qumicas como um processo exoenergtico e a ruptura como um processo endoenergtico Interpretar a ocorrncia de uma reaco qumica como um processo em que a ruptura e a formao de ligaes qumicas ocorrem simultaneamente Interpretar a energia da reaco como o saldo energtico entre a energia envolvida na ruptura e na formao de ligaes qumicas e exprimir o seu valor, a presso constante em termos da variao de entalpia (H em J/mol de reaco)

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1.4. Produo industrial do amonaco Interpretar uma reaco reversvel como uma reaco em que os reagentes formam os 3 aulas + 1 AL + 3VEprodutos da reaco, diminuem a sua concentrao no se esgotando e em que, simultaneamente, os produtos da reaco reagem entre si para originar os reagentes da primeira 2O3

Reconhecer que existem reaces reversveis em situao de no equilbrio (caso do 3O2)

Representar uma reaco reversvel pela notao de duas setas com sentidos opostos ( ) a separar as representaes simblicas dos intervenientes na reaco Identificar reaco directa como a reaco em que, na equao qumica, os reagentes se representam esquerda das setas e os produtos direita das mesmas e reaco inversa aquela em que, na equao qumica, os reagentes se representam direita das setas e os produtos esquerda das mesmas (conveno) Associar estado de equilbrio a todo o estado de um sistema em macroscopicamente, no se registam variaes de propriedades fsico-qumicas que,

Associar estado de equilbrio dinmico ao estado de equilbrio de um sistema, em que a rapidez de variao de uma dada propriedade num sentido igual rapidez de variao da mesma propriedade no sentido inverso Identificar equilbrio qumico como um estado de equilbrio dinmico Caracterizar estado de equilbrio qumico como uma situao dinmica em que h conservao da concentrao de cada um dos componentes da mistura reaccional, no tempo Interpretar grficos que traduzem a variao da concentrao em funo do tempo, para cada um dos componentes de uma mistura reaccional Associar equilbrio qumico homogneo ao estado de equilbrio que se verifica numa mistura reaccional com uma s fase Identificar a reaco de sntese do amonaco como um exemplo de um equilbrio homogneo quando em sistema fechado Escrever as expresses matemticas que traduzem a constante de equilbrio em termos de concentrao (Kc) de acordo com a Lei de Guldberg e Waage Verificar, a partir de tabelas, que Kc depende da temperatura, havendo portanto, para diferentes temperaturas, valores diferentes de Kc para o mesmo sistema reaccional Traduzir quociente de reaco, Q, atravs de expresses idnticas s de K em que as concentraes dos componentes da mistura reaccional so avaliadas em situaes de no equilbrio (desequilbrio) Comparar valores de Q com valores conhecidos de Kc para prever o sentido da progresso da reaco relativamente a um estado de equilbrio Relacionar a extenso de uma reaco com os valores de Kc dessa reaco Relacionar o valor de Kc com Kc, sendo Kc a constante de equilbrio da reaco inversa Utilizar os valores de Kc da reaco no sentido directo e Kc da reaco no sentido inverso, para discutir a extenso relativa daquelas reaces

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1.5. Controlo da produo industrial 2 aulas + 1 AL Referir os factores que podem alterar o estado de equilbrio de uma mistura reaccional (temperatura, concentrao e presso) e que influenciam o sentido global de progresso para um novo estado de equilbrio Prever a evoluo do sistema reaccional, atravs de valores de Kc, quando se aumenta ou diminui a temperatura da mistura reaccional para reaces exoenergticas e endoenergticas Identificar a lei de Le Chatelier (Henri Le Chatelier, qumico termodinmico francs), enunciada em 1884, como a lei que prev o sentido da progresso de uma reaco por variao da temperatura, da concentrao ou da presso da mistura reaccional Interpretar a necessidade de utilizar na indstria da sntese do amonaco um reagente em excesso para provocar alteraes no equilbrio de forma a favorecer o aumento da quantidade de amonaco e rentabilizar o processo Discutir o compromisso entre os valores de presso e temperatura e o uso de catalisador para optimizar a produo de amonaco na mesma reaco de sntese Associar o processo de obteno do amonaco conhecido como processo de Haber sntese daquele composto catalisada pelo ferro em condies adequadas de presso e temperatura Reconhecer que o papel desempenhado pelo catalisador o de aumentar a rapidez das reaces directa e inversa, por forma a atingir-se mais rapidamente o estado de equilbrio (aumento da eficincia), no havendo, no entanto, influncia na quantidade de produto obtida Interpretar outras misturas reaccionais passveis de evolurem, em sistema fechado, para estados de equilbrio

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Actividades prticas de sala de aulaSem prejuzo para qualquer outra actividade que os professores entendam realizar, pela sua riqueza, variedade e oportunidade, propem-se as seguintes actividades, as quais podero ser realizadas na totalidade ou apenas parcialmente: 1. Pesquisar diferentes processos de produo de H2 e discuti-los com base em questes econmicas (custos de matrias primas, energia e rendimento das reaces) http://www.h2eco.org/h2hist.htm (Histria do hidrognio) http://www.h2eco.org/links.htm (Diferentes processos de produo de hidrognio) http://www.h2eco.org/ (Endereo muito completo sobre hidrognio) 2. Ser o hidrognio uma fonte de energia do futuro? http://www.ovonic.com/hydrogen/hydrogen.html (Endereo muito completo sobre o hidrognio e as vantagens da sua utilizao) 3. Simular uma fbrica de amonaco com o controlo de variveis http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/chem/factory/index.htm (Simulao de uma fbrica de amonaco) 4. Interpretar as etapas mais importantes do processo de obteno do amonaco num diagrama de fluxo simplificado como, por exemplo o seguinte:Fe / 450 C / 20 MPa

N2(g) + 3 H2(g)

2 NH3(g)

H = -92 kJ mol-1

N2(g)

H2(g)

Compressor N2(g) + H2(g)Conversor

N2(g) + H2(g)Bomba de reciclagem

N2(g) + H2(g) + NH3(g)Permutador

N2(g) + H2(g)

Condensador

N2(g) + H2(g) + NH3(g)

NH3(l); p.e. 33 C 5. Apresentar razes que justificam a sucesso dos diferentes processos de produo de amonaco (questes econmicas e tecnolgicas) 6. Pesquisar quais as indstrias portuguesas que utilizam o amonaco como matria prima http://www.cuf-sgps.pt/site/index.asp (Consrcio CUF-SPGS) http://www.bdf2001.com/articles/nh3.html - (Porqu utilizar amonaco?) 7. Pesquisar regras de transporte de matrias primas e em particular o transporte do amonaco (Propriedades do http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-p/elem/e00700.html amonaco) 8. Pesquisar modos de actuao em caso de acidente (transporte e processo industrial) 9. Resolver exerccios numricos simples, em que estejam envolvidos os conceitos de rendimento, graus de pureza e, de uma forma simples os de reagente limitante e em

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excesso, neste ltimo caso apenas para as situaes contempladas nas actividades prtico-laboratorias, 10. Simulao de situaes de equilbrio http://www.chm.davidson.edu/java/LeChatelier/LeChatelier.html - (Simulao de situaes de equilbrio) http://carlton.paschools.pa.sk.ca/chemical/equilibrium/dichromate/dichromate.htm - (Simulao de situaes de equilbrio (cromato/dicromato)

AL 1.1 Amonaco e compostos de amnio em materiais de uso comum

1 aula

A publicidade anuncia adubos e produtos de limpeza amoniacais: o que tero de comum estes materiais?A presena de amonaco e de compostos de amnio comum em produtos de limpeza domsticos e em adubos. A identificao destes compostos feita atravs da adio de uma base forte a qual favorece a formao de amonaco, possvel de identificar atravs de testes laboratoriais.

Objecto de ensino Identificao laboratorial da presena de amonaco e de compostos de amnio

Objectivos de aprendizagemEsta AL permite ao aluno saber: Reconhecer o laboratrio como um local de trabalho onde a segurana fundamental na manipulao de material e de equipamentos Adoptar atitudes e comportamentos de segurana adequados manipulao de produtos amoniacais comerciais Identificar compostos de amnio e amonaco usando testes qumicos especficos Inferir a presena de compostos de amnio em materiais de uso dirio (adubos e produtos de limpeza domsticos)

Sugestes metodolgicasEsta actividade laboratorial poder ser desenvolvida em duas partes: a realizao dos testes de identificao em amostras desconhecidas numa primeira parte e em amostras padro, numa segunda parte. Na primeira parte, prope-se aos alunos: pesquisar informao relativa composio e segurana na manipulao de alguns produtos contendo amonaco e compostos de amnio (tais como adubos e produtos de limpeza amoniacais), por anlise das especificaes contidas nos rtulos das embalagens respectivas; planificar e realizar alguns testes laboratoriais em pequena escala ou em micro-escala com vista identificao do amonaco e de compostos de amnio;

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interpretar as reaces de identificao, nomeadamente a identificao de compostos de amnio por recurso formao de amonaco. Nos testes a realizar devero ser utilizadas pequenas pores (de preferncia em microescala) das amostras a ensaiar e usar um tubo de ensaio para cada uma para evitar a contaminao. Propem-se quatro testes para cada uma das amostras sendo os resultados obtidos objecto de anlise com vista concluso sobre a natureza da amostra ensaiada (ter ou no ter amonaco ou compostos de amnio na sua composio). Teste A Este ensaio tem como inteno produzir cloreto de amnio (slido) a partir do amonaco e do cloreto de hidrognio, em fase gasosa. Serve para identificar a presena do amonaco ou, indirectamente, a do io amnio, j que este na presena de bases fortes origina amonaco: NH4+(aq) + OH-(aq) NH3(aq) + H2O(l) (*) Aproximar da boca do tubo de ensaio com a amostra alcalinizada com uma base forte, uma vareta de vidro mergulhada em cido clordrico concentrado. Se a amostra tiver na sua composio amonaco ou o catio amnio (*),formar-se-o fumos brancos de cloreto de amnio: NH3(g) + HCl(g) NH4Cl(s) Teste B Trata-se de um ensaio que comprova o carcter alcalino de uma soluo, o que acontece se a amostra ensaiada contiver amonaco ou o catio amnio, o qual origina amonaco (*). Aproximar da boca do tubo de ensaio, contendo a amostra devidamente alcalinizada a fita de papel vermelho de tornesol previamente humedecida. Aquecer ligeiramente. A alterao da cor do indicador para azul indica a formao de amonaco gasoso a partir da amostra, e o carcter alcalino da sua soluo aquosa, segundo as equaes: NH3(aq)

NH3(g)+

(H >0)

NH3(g) + H2O(l)

NH4 (aq) + OH-(aq)

Teste C Este teste, realizado em soluo aquosa, serve para identificar o amonaco, por formao do composto aminado contendo iodo e mercrio, utilizando o Reagente de Nessler (soluo alcalina de tetraiodomercurato (II) de potssio). No caso de existir amonaco ou catio amnio transformado em amonaco, formar-se- um slido de cor amarelo acastanhado, de cor mais intensa no caso de concentraes mais elevadas. Aproximar da boca do tubo de ensaio, contendo a amostra, um pedao de papel de filtro humedecido com algumas gotas de reagente de Nessler. O aparecimento da cor amarelo acastanhado indica a presena de amonaco. Outro processo alternativo realizar o ensaio directo, adicionando trs gotas de reagente de Nessler a 1 cm3 da amostra a analisar (no caso de slidos, dissolver previamente em gua). A presena do amonaco leva ao aparecimento de um precipitado de cor amarelo acastanhado, no caso de solues diludas, e vermelho acastanhado no caso de solues concentradas. Teste D Este teste realizado em soluo aquosa, permite identificar o amonaco por formao de: - um precipitado gelatinoso azul claro de hidrxido de cobre (II) - um io complexo, tetraaminacobre (II), de cor azul intensa, segundo as equaes: Cu2+ (aq) + 2 OH- (aq) Cu(OH)2(s) Cu(OH)2(s) + 4 NH3(aq) [Cu(NH3)4]2+(aq) + 2 OH- (aq)

Componente de Qumica

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Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios

Adicionar a amostra em anlise gota a gota soluo aquosa de sulfato de cobre diluda. No caso de haver amonaco aparecer, de incio, uma mistura contendo um precipitado azul claro, Cu(OH)2 , e continuando a adiciona a soluo em anlise, a mistura adquire uma cor azul intensa, devido formao de [Cu(NH3)4]2+(aq). Na segunda parte, pretende-se que os alunos possam concluir sobre a legitimidade dos testes anteriores para a identificao do amonaco ou de compostos de amnio por comparao do comportamento de amostras padro. Tais amostras devero ser soluo aquosa de amonaco, sais de amnio e outras que no contenham nem amonaco nem amnia. O tipo de trabalho que se prope permite que a actividade seja desenvolvida em grupos de dois alunos. Cada grupo dever analisar duas amostras diferentes e duas amostras-padro. Quer umas quer outras amostras devero ser distintas de grupo para grupo de modo a que a turma possa dispor de um conjunto de resultados alargado para discusso final. A tarefa proposta aos alunos poder assumir a forma de um problema de anlise qumica qualitativa: 1. Os produtos comerciais contm ou no amonaco e/ou compostos de amnio? 2. Por que se usam amostras-padro nos ensaios de anlise qumica? A organizao dos resultados poder ser feita num quadro global. Registo de observaes Teste B Teste C

Materiais Adubo comercial 1 ....................................... Produto de limpeza 1 Produto de limpeza 2 ....................................... Amostra padro A (com amonaco ou amnia) Amostra padro B (sem amonaco ou amnia)

Teste A

Teste D

O diagrama seguinte apresenta uma possvel organizao da actividade laboratorial:Produtos comerciaisalguns tm na composio

Io Amnio (NH4 )reagente de Nessler

+

a adio de hidrxido favorece a formao de

Amonaco (NH3)que identificado atravs de

indicador vermelho de tornesol em papel humedecido reaco com sulfato de cobre (II) em soluo aquosa diluda

reaco com HCl

aparecimento da cor amarelo acastanhado a cor do papel muda para azulada

Fumos brancos

Sol. azul escuro de[Cu(NH3)4]2+(aq) Componente de Qumica

com excesso

Precipitado azul claro de Cu(OH)2

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Material, equipamento e reagentes por par de alunosMaterial e equipamento Garrafa de esguicho Frascos conta-gotas (*) Funil Microvaretas (de vidro, plstico ou madeira) (*) Papel de filtro Pina metlica de bicos Placas de microanlise(*) Proveta de 10 mL Suporte para tubos de ensaio Tubos de ensaio Vareta de vidro Unidades 1 vrios 1 1 vrios 1 1 1 1 mnimo 9 x 1 1

(*) - se a opo for a tcnica de microanlise Reagentes:Base forte (por exemplo NaOH), soluo diluda de sulfato de cobre (II) (o grau de diluio depende do teor em amonaco das amostras), reagente de Nessler, amnia, diversos sais de amnio, papel vermelho de tornesol, adubos, limpa-vidros, produtos de limpeza amoniacais e outros materiais no amoniacais, sem agentes branqueadores.

Sugestes de avaliaoCada grupo dever: Identificar os materiais que contm compostos de amnio ou amonaco; Apreciar, criticamente, a rotulagem usada nos produtos de uso domstico no que respeita segurana (manipulao e eliminao) Justificar a necessidade de usar vrios testes laboratoriais conjugados para identificar a presena de amonaco ou compostos de amnio, assim como a utilizao de amostras-padro.

AL 1.2 Sntese do sulfato de tetraaminacobre (II) mono-hidratado 2 aulas (incluindo AL 1.3)O que se pode fazer com amonaco?O amonaco uma substncia utilizada mundialmente em larga escala para a sntese de muitas outras, usadas como fertilizantes, monmeros para polmeros, produtos de limpeza, refrigerao (no estado lquido), explosivos e corantes. A actividade proposta a sntese de um sal que usado em estamparia txtil e como fungicida o sulfato de tetraaminacobre (II) monohidratado.

Objecto de ensinoO amonaco como matria-prima

Componente de Qumica

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Sntese de um sal usando como matria-prima o amonaco

Objectivos de aprendizagemEsta AL permite ao aluno saber: Reconhecer o laboratrio como um local de trabalho onde a segurana fundamental na manipulao de material e equipamento Realizar laboratorialmente a sntese do sulfato de tetraaminacobre (II) mono-hidratado Traduzir a reaco qumica da sntese por uma equao qumica Efectuar clculos estequiomtricos Calcular o rendimento da sntese

Sugestes metodolgicasEsta actividade laboratorial poder ser desenvolvida aps a anlise, por parte dos alunos, dos rtulos dos reagentes a usar, por forma a identificarem quais as medidas de segurana que tero de adoptar. A reaco de sntese do sal sulfato de tetraaminacobre (II) mono-hidratado pode ser feita por cristalizao lenta deste sal a partir de uma reaco de precipitao entre solues aquosas de amonaco e de sulfato de cobre penta-hidratado. Os cristais obtidos so finos (pouco espessos), mais compridos do que largos, de faces paralelipipdicas e de uma cor azul arroxeada. O diagrama que se segue apresenta algumas etapas da sntese.H 2O (l) NH 3 ( aq ) 25% (m/m)8,0 cm3

CuSO

4

.5 H

2O

(s)

5,0 cm

3

0,20 mol

8,0 cm

3

CH 3 CH 2 OH 96% (V/V)

[Cu(NH

+ fase lquida

3 ) 4 ]SO 4

.H 2 O (s)

por: decantao, filtrao, lavagem e secagem obtm-se

Cristais secos

Tendo em considerao o diagrama sequencial e os objectivos do trabalho, o aluno deve planificar a execuo tcnica da sntese, indicar o material e o equipamento. Como complemento da actividade dever tentar responder a questes pr-laboratoriais do tipo: - os cristais de sulfato de cobre (II) penta-hidratado devem ser reduzidos a p. Apresente uma explicao para este procedimento. - os cristais obtidos por sntese so muito finos. Indique o tipo de filtrao mais adequado.

Componente de Qumica

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-

sabe-se que os cristais obtidos se decompem facilmente a temperaturas baixas. Sugira um processo de os secar sem correr o risco da sua decomposio. indique a operao que falta concretizar no diagrama com vista obteno do rendimento.

Notas: 1. Como a actividade deve ser interrompida para sedimentao e formao dos cristais, a fim de se poder dar tempo para a formao e crescimento dos mesmos, a actividade AL 1.3 dever ser ento realizada. A aula seguinte destinar-se- a completar a actividade AL 1.2 e a realizar outras actividades consideradas pertinentes, algumas delas sugeridas na avaliao da actividade. 2. O nome da substncia [Cu(NH3)4]SO4.H2O poder ainda escrever-se sulfato de tetramonaco cobre (II) mono-hidratado de acordo com proposta de elementos da comisso da IUPAC que traduz para a lngua portuguesa as normas emanadas daquela Unio (traduo ainda no publicada), ou como ainda se encontra em muitas publicaes, sulfato de tetraaminacobre (II) monoidratado, apesar de estar em desacordo com recomendaes de especialistas de lngua portuguesa.

Material, equipamento e reagentes por par de alunosMaterial e equipamento Almofariz com pilo Balana semianaltica Copo de 100mL Equipamento para filtrao por suco Papel de filtro Proveta de 10 mL Vareta de vidro Vidro de relgio Unidades 1 1 1 1 1 2 1 1

Reagentes: gua destilada; lcool etlico a 96%; amnia a 25% (m/m); sulfato de cobre (II) penta-hidratado

Sugestes de avaliaoOs alunos podero : 1. Verificar se as quantidades de reagentes utilizados esto nas propores estequiomtricas ou se h um reagente em excesso, identificando-o. 2. Calcular o rendimento da sntese efectuada. 3. Discutir, em plenrio de turma, as respostas dadas s questes colocadas e comentar os valores obtidos.

Componente de Qumica

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AL 1.3 Efeitos da temperatura e da concentrao na progresso global de uma reacoComo pode evoluir um sistema em equilbrio quando se faz variar a temperatura ou a concentrao?

Objecto de ensino Efeitos da variao da temperatura e da concentrao num equilbrio homogneo em fase lquida

Objectivos de aprendizagemEsta AL permite ao aluno saber: reconhecer o laboratrio como um local de trabalho onde a segurana fundamental na manipulao de material e equipamento utilizar correctamente as medidas gerais e pessoais de segurana estudar o efeito da variao da temperatura e da concentrao no equilbrio homogneo CoCl2.xH2O(aq)

CoCl2.(x-y) H2O(aq)+ yH2O(l)

Sugestes metodolgicasNesta actividade pretende-se que os alunos estudem os efeitos da temperatura e da concentrao no equilbrio homogneo CoCl2.xH2O(aq)

CoCl2.(x-y)H2O(aq) + yH2O(l) em

ambiente laboratorial. A reaco de equilbrio, traduzida pela equao CoCl2.xH2O(aq)

CoCl2.(x-y)H2O(aq) + yH2O(l), endoenergtica no sentido directo; a forma mais hidratada do cloreto de cobalto tem cor rosa avermelhada enquanto a forma menos hidratada tem cor azul. Provocando um aumento de temperatura por aquecimento do sistema reaccional, a reaco progride no sentido de absoro de energia, ou seja, no sentido directo, aumentando a concentrao do composto de colorao azul. Por diminuio da temperatura, arrefecendo o sistema reaccional, a reaco progride no sentido inverso, evidenciando-se o composto de tonalidade rosa avermelhada. Proposta de procedimento experimental Depois de serem disponibilizadas informaes aos alunos, tais como a equao qumica das reaces (directa e inversa) e a cor das substncias envolvidas, os alunos devero elaborar um plano de execuo prtica com vista a poder concluir qual a reaco exoenergtica e a reaco endoenergtica. O professor dever apreciar as propostas dos alunos, antes da execuo, de modo a precaver eventuais perigos. Embora possam existir propostas diferentes, apresenta-se a seguir um exemplo de reaco muito usada para processamento em microescala. Efeito da variao da temperatura Preparar 10 cm3 de uma soluo aquosa saturada de cloreto de cobalto (II) hidratado, num copo, temperatura ambiente Transferir um pouco da soluo para um tubo de ensaio muito pequeno

Componente de Qumica

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Colocar o tubo de ensaio, alternadamente, em banho de gua a ferver e num banho de gelo Apreciar a alterao na colorao do contedo do tubo de ensaio aps a variao de temperatura provocada

Efeito da variao da concentrao 1. Numerar as cavidades de uma placa de microanlise de 1 a 12. Transferir para cada uma das 10 das cavidades (deixando a 5 e a 9 vazias) 0,4 mL de soluo azul Observar e registar, para cada um dos passos de 5 a 9, todas as alteraes de cor Com uma pipeta de Pasteur adicionar 1 gota de gua s cavidades 2, 3 e 4; 2 gotas de gua s cavidades 6, 7 e 8 e trs gotas de gua s cavidades 10, 11 e 12 (a cavidade 1 conter uma amostra de soluo inicial, como controlo). Agitar, com cuidado, cada uma das cavidades com uma vareta pequena Adicionar HCl conc. s cavidades 3, 7 e 11 Adicionar s cavidades 4, 8 e 12, pequenas quantidades iguais de cristais de CoCl2. 6H2O Agitar, com uma vareta pequena as cavidades 3, 7 e 11; lavar e secar a vareta antes de cada utilizao Com uma vareta pequena agitar as cavidade 4, 8 e 12; lavar e secar a vareta antes de cada utilizao Registar o conjunto de tonalidades observadas nas cavidades de 1 a 12

2.

3. 4. 5. 6. 7.

Nota; As tonalidades devem ser registadas como: azul, azul rosado, cor de rosa azulado ou rosa. Variaes, comparaes ou tendncias de cor devem tambm ser registadas. O registo das observaes pode ser realizado em tabelas como as exemplificadas: Tabela 1 Efeito da adio de gua s soluesNmero da amostra

gua adicionada Cor final

1 -

2, 3, 4 1 gota

6, 7, 8 2 gotas

10, 11, 12 3 gotas

Tabela 2 Efeito da adio de 1 gota de HCl conc. s solues 3, 7 e 11 Nmero da amostra gua adicionada Cor inicial Cor antes da agitao Cor aps agitao 1 Sem adio de cido 3 1 gota 7 2 gotas 11 3 gotas

Tabela 3 Efeito da adio de CoCl2.6H2O s solues 4, 8 e 12 Nmero da amostra 1 4 8 gua adicionada 1 gota 2 gotas Cor inicial Cor antes da Sem adio agitao de cloreto de cobalto Cor aps agitao

12 3 gotas

Componente de Qumica

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Sugestes de avaliaoOs alunos podero responder s questes: 1. Como interpretar as alteraes observadas na cor das solues: 1.1. em relao ao efeito da diluio com gua sobre a situao de equilbrio? 1.2. em relao ao efeito do aumento da concentrao de ies cloreto sobre a situao de equilbrio? 1.3. em relao ao efeito do aumento da concentrao de CoCl2.6H2O sobre a situao de equilbrio? 2. Como interpretar as alteraes de cor provocadas pela agitao da soluo.

Nota: no efeito da temperatura, a soluo usada por um turno pode ser utilizada por outros alunos evitando-se, deste modo, o desperdcio (reagente caro) e minimizando problemas ambientais resultantes da sua eliminao. No final das actividades, o cloreto de cobalto (II) deve ser recuperado por cristalizao.

Material, equipamento e reagentes por par de alunosMaterial e equipamento Copo de 150 cm3 Copo de 250 cm3 Micro-esptula Microvaretas (palitos de madeira, plstico ou vidro) Pipeta de Beran Pipeta de Pasteur Placa de aquecimento Placa de microanlise Tubo de ensaio pequenos (70x10 mm) Unidades 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Reagentes: gua destilada, cloreto de cobalto (II) hidratado (CoCl2.6H2O), HCl conc. e gelo.

Sugestes de avaliaoOs alunos podero: 1. Discutir em grupo e interpretar as mudanas de cor observadas.

2. Justificar qual das reaces a endoenergtica e a exoenergtica.

Actividade Prtica - Visita a uma instalao industrial (VE)Prope-se a organizao, realizao e avaliao de uma visita de estudo a uma indstria da regio onde a escola se situa, com preferncia para uma indstria qumica. Com efeito, a

Componente de Qumica

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importncia da indstria qumica a nvel econmico, social e ambiental de tal modo acentuada que fundamental que os alunos do ensino secundrio possam contactar directamente, ainda que a nvel exploratrio, com um dos ambientes de possvel actividade profissional futura. A actividade a desenvolver com os alunos exige um trabalho de preparao que importa no descurar, de modo a evitar riscos e a rentabilizar o tempo dedicado visita, bem como reflexo posterior. S deste modo ser possvel ultrapassar a "simples excurso" de reduzido interesse educacional.

Objecto de ensino Indstria Qumica: matrias-primas e suas transformaes, produtos industriais e subprodutos Impacte ambiental das actividades industriais Indstria Qumica e impacte scio-econmico na regio e no pas Laborao industrial e segurana Tratamento de resduos Instalaes industriais e laborao contnua Armazenamento e transporte de produtos

Objectivos de aprendizagemEsta actividade permite aos alunos saber: 1. Compreender as etapas principais do processo 2. Observar uma unidade industrial em laborao 3. Tomar conscincia dos papis dos diversos elementos da organizao 4. Identificar funes laborais e formaes especficas 5. Reconhecer a importncia de normas que garantam sade e segurana no trabalho 6. Direccionar a ateno para aspectos especficos dos seus planos curriculares.

Sugestes metodolgicasA visita a uma instalao industrial necessita de um trabalho de preparao no qual os alunos devero tambm ser envolvidos. A sada da escola para um ambiente totalmente novo e no isento de perigos deve ser cuidadosamente planificada (e previamente autorizada), mas pode ser extremamente enriquecedora para a formao dos alunos. Passar da representao esquemtica ou descritiva dos livros para a observao directa de uma unidade industrial pode ser uma experincia nica para muitos alunos. Dada a distribuio geogrfica das indstrias portuguesas, em particular das indstrias qumicas, no possvel estabelecer a visita a uma delas em particular. Sugere-se por isso que se explorem quais as acessveis, e de entre estas as mais adequadas s finalidades da disciplina. Os alunos devero ser encorajados a envolverem-se em todos os passos, de modo a aumentar a sua co-responsabilidade no xito da iniciativa. Sugerem-se cinco etapas, escalonadas no tempo: Preparao e planificao Realizao Actividades ps-visita 1. Plano da visita: definir objectivos e preparar-se para os atingir 2. Experincia: realizao da visita 3. Reflexo: reflectir sobre a experincia e regist-lo 4. Avaliao: analisar os registos e tirar concluses

Componente de Qumica

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5. Registo: elaborar um relatrio/apresentao/vdeo.

1- Preparao e planeamento 1.1. Preparao do professor Solicitar autorizao da direco da escola para a deslocao Decidir sobre data e durao da visita Providenciar o transporte Requerer seguros para os alunos Solicitar autorizao dos pais/encarregados de educao Certificar-se se h alunos a necessitarem de cuidados especiais Fazer uma visita prvia (se possvel) 1.2. Informao empresa Data e durao da visita Nmero, idade e nvel de escolaridade dos alunos visitantes e nmero de professores acompanhantes Finalidades da visita Informaes especiais pretendidas 1.3. Preparao dos alunos Com a preparao dos alunos pretende-se que os mesmos reconheam os aspectos mais importantes aos quais prestar ateno durante a visita e disponibilizar-lhes os documentos necessrios para aumentar a eficcia da experincia. Assim, ser necessrio: Preparar algumas questes sobre o processo de produo, incluindo aquelas que devero ser colocadas em locais e situaes especiais. Distribuir funes especficas aos alunos. Sugerir tipo de indumentria a usar. Alertar para as medidas de segurana da empresa que devero ser cumpridas na totalidade 1.4. Organizao do questionrio para orientao da visita Localizao da indstria Preparao das matrias primas para entrada no processo Explorao do processo Identificao de produtos e co-produtos e explorao do tipo de usos Anlise simplificada dos aspectos econmicos do processo Investigao dos aspectos relativos sade e segurana Investigao de competncias especiais dos tcnicos Identificao de carreiras e funes tcnicas Anlise de contextos ambientais (tipo de resduos e sua eliminao) Contacto com o processo de controlo de qualidade. 2 - Realizao da visita Durante a visita os alunos devero ser apresentados (pelo menos em grupo) ao guia e participar, colocando perguntas e dando respostas quando solicitadas. 3 - Actividades ps-visita Preparao do relatrio da visita

Componente de Qumica

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Agradecimento, por escrito, empresa e queles que tenham dado contribuies individuais Avaliao da visita por professores e alunos.

Relatrio dos alunos O relatrio dever conter: Descrio dos aspectos conduzidos tendo como referncia os objectivos estabelecidos. Explicitao dos aspectos positivos, das deficincias verificadas, possveis causas e modo de as ultrapassar. O envolvimento da turma em todas as etapas da visita motiva os alunos e refora a sua responsabilidade no xito da misso. A responsabilidade um aspecto de dimenso verdadeiramente educativa, a qual particularmente susceptvel de ser desenvolvida em ambientes onde competncias diversas so requeridas.

Componente de Qumica

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Unidade 2 Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra

Unidade 2: Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a TerraIntroduoUm nome bem mais apropriado para o planeta Terra poderia ser planeta Oceano, j que as guas dos oceanos cobrem mais de setenta por cento da sua superfcie e porque desempenham um papel primordial na sobrevivncia de praticamente todas as espcies existentes. De facto, as guas dos oceanos so solues aquosas de extraordinria importncia pelas implicaes directas nas condies actuais de vida no nosso planeta, e pelo potencial que encerram na continuidade dessa mesma vida, desde que saibamos respeitar os limites das suas imensas mas finitas capacidades. Assim, podemos considerar os oceanos como um gigantesco reservatrio de dixido de carbono atmosfrico dissolvido, auxiliando a regular a temperatura da troposfera, como habitats para cerca de 250 000 espcies de animais e plantas marinhos, que so fontes de alimento para outros seres incluindo os humanos, como fontes de ferro, areia, fosfatos, magnsio, petrleo, gs natural e muitos outros valiosos recursos e ainda, por fora do seu enorme volume e das suas imensas correntes, dissolvendo e diluindo muitos dos desperdcios de origem antropognica que neles se despejam e enterram. As guas dos oceanos participam nos principais ciclos biogeoqumicos e, ao evaporar-se, tomam parte num dos mais importantes desses ciclos - o da gua. Este precioso lquido, pelo qual se confrontam os povos que sofrem a sua escassez, dizimador quando, em excesso, faz transbordar correntes, lixiviando os nutrientes dos solos e arrastando consigo pessoas e bens, tem, porm, propriedades extraordinrias: solvente de muitos slidos, lquidos e gases, promove concomitantemente com muitos fenmenos de dissoluo a ocorrncia de reaces qumicas de importncia crucial para a vida e para o ambiente: - cida a chuva que cai sobre a superfcie do planeta devido dissoluo do dixido de carbono atmosfrico na gua e ainda mais cida se na atmosfera existirem outros gases de origem antropognica. Quando estas solues cidas atingem a Terra, os seus efeitos nefastos fazem-se sentir de forma mais ou menos imediata: dissolvem mrmores e materiais calcrios, atacam estruturas metlicas por oxidao, baixam o pH de guas de lagos e rios, modificando as condies de vida das espcies que as habitam, destroem florestas por danificao de folhas e folculos... - So alcalinas as guas dos oceanos, mantidas a um pH fixo pelo conjunto das espcies CO2(aq), HCO3-(aq) e CO32-(aq). Parte do dixido de carbono dissolvido aproveitado na fotossntese, iniciado na clorofila atravs de uma srie intrincada de reaces de oxidaoreduo e que culmina na produo de hidratos de carbono necessrios para a produo de protenas, gorduras e outras substncias orgnicas; muitos daqueles ies so aproveitados por alguns seres marinhos para precipitar carbonato de clcio e assim fabricarem as suas conchas e parte do esqueleto que, aps a sua morte, originam os sedimentos no fundo do mar, dissolvendo-se lentamente e devolvendo atmosfera o dixido de carbono, num ciclo magistral. - So cidas as guas de superfcie j que, em contacto com a atmosfera, dissolvem o dixido de carbono e, ao atravessarem os solos onde a vegetao se decompe, dissolvem igualmente os cidos hmicos, provocando a solubilizao de rochas calcrias que encontram no seu percurso, encaminhando-as para zonas mais interiores da terra, e quando se atingem condies favorveis da relao presso total/presso parcial de dixido de carbono, originam a precipitao de calcrio sob a forma de estalactites e estalagmites. E os seres que habitam o planeta Terra, a sua maioria constitudos predominantemente por gua, experimentam em si e nas interaces com o que os rodeia o mesmo tipo de reaces:Componente de Qumica 25

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Unidade 2 Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra

-

a dissoluo do oxignio na gua, que permite as trocas gasosas necessrias respirao dos peixes e outros seres aquticos; a dissoluo de muitos sais na gua, alguns deles indispensveis ao crescimento das plantas; as trocas gasosas no sangue alcalino que nos corre nas veias, artrias e capilares; a desinfeco de guas de piscinas e de ETAs pelo cloro (ou compostos clorados), destruindo bactrias patognicas causadoras de graves doenas, devido ao forte poder oxidante dessas substncias.

Estas so algumas das reaces que nos permitem afirmar que as solues aquosas naturais so excelentes contextos para a abordagem e aprofundamento de muitos conceitos qumicos importantes sejam eles de equilbrio qumico, cido-base, solubilidade ou oxidao-reduo. Em todas estas reas conceptuais, tm sido identificadas muitas concepes alternativas nos alunos, largamente documentadas na literatura mas nem por isso facilmente ultrapassveis. A utilizao de contextos familiares permitir a emergncia de tais concepes alternativas, a consciencializao do aluno sobre o que pensa e porque o pensa e, posteriormente, ao professor a explorao de situaes de conflito cognitivo para o aluno que promovam neste a desconstruo dessas concepes. Mas a explorao destes contextos permitir ainda que os alunos possam alcanar a dimenso da educao pela cincia, j que ao compreenderem melhor o planeta estaro mais preparados para agir de forma a minimizar o impacte das actividades humanas (incluindo as industriais) no ambiente, atitude indispensvel ao desenvolvimento sustentado e sustentvel. A Unidade est prevista para 27 aulas (40,5 horas), sendo 9 aulas (13,5 horas) de ndole prtico-laboratorial.

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Unidade 2 Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra

Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terratemperaturadepende o produto das concentraes de avaliadas atravs est relacionado com a concentrao de

pH

Produto inico- Kw

OH-

H3O+ Bronsted -Lowrysegundo a teoria de

Neutras Bsicas cidas

cuja constante de equilbrio o

origina

Auto-ionizaoa maioria so sofre(m)

podem classificar-se em

Solues aquosasso

gua(s)

a diferente composio deve-se

de diferentes tipos, tais como

Dissoluo

pode dar origem a

Destilada

Solues no saturadas Solues saturadascuja concentrao dos componentes a

Da chuva

Gaseificadaspor injeco de

Potveistais como

Martem elevado teor

de solutos tais como

pode ser

Sais Abastecimento pblicoalgumas causam problemas devido

Gasespor exemplo

Solubilidade

Minerais Nomenclatura

cidatem

Normal cida devido ao

pH