ficha para catÁlogo...sabendo que o experimento prático para o ensino de química é um assunto...
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FICHA PARA CATÁLOGO PRODUÇÃO DIDÁTICO PEDAGÓGICA
Título: A EXPERIMENTAÇÃO COMO FERRAMENTA DE APOIO PARA A APRENDIZAGEM
DE CINÉTICA QUÍMICA NO ENSINO MÉDIO.
Autor Marlene Bergamo
Escola de Atuação Colégio Estadual Vera Cruz
Município da escola Mandaguari
Núcleo Regional de Educação Maringá
Orientador Marcelo Maia Cirino
Instituição de Ensino Superior Universidade Estadual de Maringá
Disciplina/Área (entrada no PDE) Química
Produção Didático-pedagógica Unidade didática pedagógica
Relação Interdisciplinar
(indicar, caso haja, as diferentes
disciplinas compreendidas no
trabalho)
Público Alvo
(indicar o grupo com o qual o
professor PDE desenvolveu o
trabalho: professores, alunos,
comunidade...)
Alunos do 2º série do Ensino Médio
Localização
(identificar nome e endereço da
escola de implementação)
Colégio Estadual Vera Cruz - Ensino Fundamental,
médio e profissionalizante – Rua Gomercindo
Bortolanza, 779 – Mandaguari – Paraná
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Apresentação:
(descrever a justificativa, objetivos
e metodologia utilizada. A
informação deverá conter no
máximo 1300 caracteres, ou 200
palavras, fonte Arial ou Times
New Roman, tamanho 12 e
espaçamento simples)
Sabendo que o experimento prático para o
ensino de química é um assunto polêmico, mas
inquestionável sua importância, este trabalho se justifica pela
necessidade de se avaliar o nível de elaboração conceitual
por parte dos alunos, relacionando-o ao momento em que a
inserção da prática experimental é efetuada em situações de
ensino. Nosso objetivo é de pesquisar e propor ferramentas
de apoio ao professor que indiquem em qual momento
pedagógico se torna mais eficiente a abordagem experimental
sobre o conteúdo de cinética químico. Deseja-se com essa
metodologia desenvolver conceitos químicos de cinética, e
estabelecer relação entre a teoria cinética, aplicações
tecnológicas relacionadas e o cotidiano do aluno, para que o
mesmo possa reconhecer que alguns fatores interferem na
rapidez das reações químicas e em situações comuns de seu
dia-a-dia e poder identificar os impactos ambientais da
manipulação desses fatores. A prática pedagógica será
ofertada em diferentes momentos do desenvolvimento do
conteúdo Cinética: da prática para teoria, e da teoria para a
prática. Discutiremos a importância e a contribuição da
experimentação em Química no ensino médio, demonstrando
sua aplicação em sala de aula e no laboratório, com aulas
experimentais de baixo custo, em diferentes momentos
pedagógicos da evolução teórica de cinética.
Palavras-chave ( 3 a 5 palavras) Experimentação; cinética química; ensino de química;
3
PARANÁ GOVERNO DO ESTADO
SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO – SEED SUPERINTENDENCIA DA EDUCAÇÃO – SUED DIRETORIA DE POLÍTICAS E PROGRAMAS EDUCACIONAIS - DPPE
PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL – PDE
PRODUÇÃO DIDÁTICA PEDAGÓGICA
ÁREA: QUÍMICA
A EXPERIMENTAÇÃO COMO FERRAMENTA DE APOIO PARA A
APRENDIZAGEM DE CINÉTICA QUÍMICA NO ENSINO MÉDIO.
Professora PDE: Marlene Bergamo
Orientador: Marcelo Maia Cirino
Maringá
2010
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PRODUÇÃO DIDÁTICA PEDAGÓGICA
PDE – 2010
A) DADOS DE IDENTIFICAÇÃO:
Professor PDE: Marlene Bergamo
Área PDE: Química
NRE: Maringá
IES: UEM- Universidade Estadual de Maringá
Escola de Implementação do Projeto:
Colégio Estadual Vera Cruz, Ensino Médio e Profissionalizante de Mandaguari.
Público alvo da intervenção:
Alunos da 2ª série do ensino médio no período matutino.
Tempo de execução:
32 hora/aulas
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B) TEMA DE ESTUDOS DO PROFESSOR PDE:
A experimentação como ferramenta de apoio para a aprendizagem de cinética
química no Ensino Médio.
C) TÍTULO:
Investigando diferentes situações de inserção da experimentação no Ensino
de Cinética Química.
Unidade didática pedagógica – cinética química
Objetivo geral:
Investigar evidências experimentais que auxiliem os estudantes a identificar a
influência dos fatores que alteram a velocidade de uma reação química e
suas aplicações no cotidiano.
Objetivos específicos:
Evidenciar os fatores que interferem na rapidez de uma reação.
Desenvolver conceitos químicos de cinética baseado nos experimentos.
Estabelecer relação entre a teoria cinética, aplicações tecnológicas
relacionadas e o cotidiano do aluno.
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Reconhecer os principais fatores que interferem na rapidez das reações
químicas em situações comum do dia-a-dia do aluno.
Identificar os impactos ambientais da manipulação desses fatores.
Favorecer a compreensão e a influência do catalisador na rapidez das reações e interpretá-las como processos químicos industriais e do cotidiano.
Compreender a necessidade do uso em veículos automotivos como meio de controle da poluição para o meio ambiente, melhorando assim a qualidade de vida nas grandes cidades.
Repensar o papel da química nas nossas ações cotidianas.
Ilustrar, por meio de demonstrações simples, a influência de alguns fatores na
velocidade de reações. A partir das demonstrações, os alunos devem buscar
explicações para os comportamentos observados e, em seguida, iniciar o
trabalho formal (com livro-texto ou apostila) de cinética química.
Tipo de análise da unidade didática:
Análise de uma investigação experimental acerca da produção de conceitos em
Cinética Química, por alunos da 2.a série do E.M., utilizando uma abordagem de
pesquisa qualitativa. Os documentos analisados serão os questionários
respondidos pelos alunos em diferentes situações de laboratório. A análise e
categorização serão feitas à luz da analise textual discursiva de Moraes e
Galiazzi (2007) e a interpretação dos questionários será baseada nos princípios
teóricos da Aprendizagem Significativa de D. P. Ausubel (1990).
Desenvolvimento I - Da teoria para experimento
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Primeiro momento:
- Investigação inicial através de questões cotidianas e conhecimentos prévios.
- Registro das respostas na lousa.
- Discussão das respostas com a turma.
INVESTIGANDO O SABER DO ALUNO, ATRAVÉS DE ALGUNS
QUESTIONAMENTOS SOBRE RAPIDEZ DE REAÇÕES.
I- O que se pode fazer no dia a dia para diminuir ou acelerar a rapidez
das reações químicas?
II- Será que podemos retardar ou aumentar a rapidez de uma reação em
nosso cotidiano? Isso tem influência no nosso modo de vida?
- Em seguida será aplicada uma sequência de questões abertas que enfocam
situações no cotidiano, sendo em fatos do presente e do passado que representam
os fatores que influem na rapidez das reações químicas (questionário).
QUESTIONÁRIO
1- O que fazer para conservar os alimentos por mais tempo?
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Foto 01 (extraído do banco de imagens do Google®)
2- Como é que antigamente se conservavam os alimentos, se não existia
geladeiras ou câmeras frias?
Foto 02 (extraído do banco de imagens do Google®)
3- Você já pensou porque as garrafas de vinhos são vedadas com rolhas de
cortiça?
Foto 03 (extraído do banco de imagens do Google®)
4- Você já parou para observar as embalagens de café em pó? Porque algumas são
vedadas sem vácuo e outras a vácuo? Qual a diferença?
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Foto 04 (extraído do banco de imagens do Google®)
5- Porque alguns alimentos são envasados em latas ou vidros? E porque ao abrir se
ouve um estampido?
Foto 05 (extraído do banco de
imagens do Google®)
6- Porque não podemos deixar o suco de laranjas preparado por muito tempo?
Foto 06 (extraído do banco de
imagens do Google®)
7- Porque a manteiga não pode ficar exposta ao ar e deve estar sempre sob baixa
temperatura?
Foto 07 (extraído do banco de
imagens do Google®)
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8- Porque não devemos congelar e nem refrigerar carne moída por muito tempo?
Foto 08 (extraído do banco de imagens do Google®)
9- Quando se acende uma fogueira, porque se usam gravetos ?
Foto 09 (extraído do banco de imagens do
Google®)
10- Porque será que para fazer compotas é necessário tanto açúcar?
Foto 10 (extraído do banco de imagens do Google®)
11- Porque picles tem sabor tão forte?
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Foto 11 (extraído do banco de imagens do
Google®)
Segundo momento:
- Anexo I. Fatores que influenciam na rapidez das reações químicas.
*Leitura e discussão do texto com o objetivo de teorizar e contextualizar o tema
abordado.
Anexo I
FATORES QUE INFLUENCIAM NA RAPIDEZ DAS REAÇÕES QUÍMICAS
Reações químicas podem ser rápidas ou lentas, e as reações de combustão
constituem bons exemplos desses fatos. Enquanto a queima de carboidratos em
nosso organismo ocorre lentamente, a combustão do TNT (trinitrotolueno) ocorre em
fração de segundos.
Em algumas situações é necessário aumentar ou retardar a rapidez de reações
químicas, e para isso os químicos controlam a taxa em que essas reações se
processam. A taxa de uma reação refere-se à variação da quantidade de reagente
consumido ou de produto formado por unidade de tempo, e é denominada rapidez
da reação.
Para a determinação da rapidez de diversas reações químicas, as quantidades
consumidas e produzidas são expressas em unidades de concentração (se as
substâncias estiverem em solução) ou em termos de pressão parcial (se as
substâncias forem gases).
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A unidade de tempo a ser usada deve levar em conta o tipo de reação, podendo ser
microssegundos para explosão do gás de cozinha, minutos ou horas para a
combustão de uma vela, dias para o enferrujamento de uma lâmina de ferro ou
degradação do princípio ativo de um medicamento, meses para o apodrecimento da
madeira, anos para a decomposição dos plásticos.
O estudo da rapidez de reações químicas e dos fatores que a afetam está
relacionado com o movimento das partículas constituintes das substâncias (átomos,
moléculas, íons).
A combustão é uma transformação química que pode causar benefícios ou
malefícios. A maioria dos combustíveis pode ficar na presença de ar (oxigênio) por
muito tempo sem que haja reação. Entretanto, iniciada uma reação de combustão,
pode ser difícil controlá-la.
Diferentes materiais queimam com diferente rapidez, produzindo diferentes
quantidades de calor. A rapidez de combustão de alguns materiais é tão grande que
eles são considerados explosivos, ou seja, podem provocar reações extremamente
rápidas, com grande expansão de gases.
Agora discutiremos a dinâmica das reações químicas: a rapidez com que elas
ocorrem, os fatores que determinam ou alteram a rapidez e como elas se
processam, isto é, os mecanismos de reação.
Nas condições ambientes, uma mistura de gás de cozinha e ar pode permanecer
indefinidamente em um recipiente fechado sem reagir. Uma faísca elétrica pode, no
entanto, provocar uma reação instantânea com violenta explosão. Isso também
ocorre com a gasolina em contato com o ar nas condições ambientes, mas, uma vez
iniciada sua combustão, esta prossegue continuamente com velocidade moderada.
Um pedaço de ferro exposto ao ar reage lentamente formando ferrugem.
Por que cada reação química ocorre com rapidez diferente? Quais são os fatores
que determinam a rapidez de uma reação?
Para responder as questões, devemos estudar experimentalmente as reações
químicas a seguir:
ESTUDO DA RAPIDEZ DAS REAÇÕES QUÍMICAS
Para estudar a rapidez das reações, existe a área da Química chamada de
Cinética Química, que se destina ao estudo da rapidez das reações de uma dada
concentração de reagente(s) e sua concentração de produto(s) formado(s) em certo
intervalo de tempo. Durante uma reação química, a concentração de um reagente,
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ou dos reagentes, diminui com o tempo e a concentração dos produtos aumenta. A
concentração e velocidade de reação podem ser calculadas da seguinte maneira:
Velocidade média de desaparecimento de R (reagente) = ∆ [R]/ ∆t
Velocidade média de formação de P (produto) = ∆ [P]/ ∆t Onde ∆ [R] é a variação
da concentração de reagente, ∆t é a variação do tempo e ∆ [P] é a variação da
concentração de produto na reação. Os fatores que influenciam na velocidade das
reações são:
- Superfície de contato: Quanto maior a superfície de contato, maior será a
velocidade da reação, portanto quando o reagente é reduzido a pó sua rapidez de
reação será maior e suas partículas irão colidir com maior frequência.
- Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior será a rapidez da reação.
Por causa do aumento da velocidade da reação em altas temperaturas é que
refrigeramos alimentos perecíveis, pois à medida que se aumenta a temperatura,
aumenta também a energia cinética das moléculas.
- Concentração dos reagentes: Aumentando a concentração dos reagentes,
aumentará a probabilidade de ocorrências de colisões efetivas e, portanto, a
rapidez da reação ficará maior.
- Presença de um catalisador: Catalisadores são substâncias que aceleram a
rapidez das reações químicas, mas sem interferir na quantidade final de produto(s).
Quando usamos catalisadores para acelerar uma reação, chamamos esse
processo de catálise.
Nas reações biológicas existe uma proteína que desempenha tal papel, são as
enzimas, elas agem nos alimentos apressando a reação de digestão. Ao contrário
dos catalisadores, que aceleram as reações, existem agentes que agem em
oposição a eles, sendo estes os inibidores – que retardam a rapidez da reação – e
o veneno – este anula a ação de um catalisador.
Terceiro momento: - Atividade prática I: superfície de contato, concentração e temperatura.
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*Execução, discussão e relatório dos experimentos realizados.
LABORATÓRIO I
Materiais Utilizados
Vidrarias e Equipamentos Utilizados:
• Béqueres de 100 ml
• Béqueres de 50 ml
• Vidro de Relógio
• Espátula
• Linha
• Prego
Reagentes e Substâncias:
• Água destilada
• Água (quente, fria e em temperatura ambiente)
• Antiácido (comprimido)
• Sulfato de cobre II 1mol/L – CuSO4
• Sulfato de cobre II 0,1mol/L – CuSO4
• Sulfato de cobre II 0,01mol/L – CuSO4
• Água Oxigenada 10 Volumes
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• Óxido de Magnésio - MgO
• Ácido Ascórbico
• Batata
• Berinjela
Experimento 1 – Temperatura:
Em três Béqueres de 100 ml, foram adicionados 50 ml de água quente no
primeiro béquer, 50 ml de água na temperatura ambiente no segundo béquer e 50
ml de água gelada no terceiro béquer. Simultaneamente, isto é, ao mesmo tempo
foram adicionados em cada béquer meio comprimido de antiácido.
Observar, analisar e anotar as alterações visualizadas:
1- Em qual dos béqueres a reação foi mais rápida? Formule explicações
possíveis.
2- Qual a ordem decrescente de rapidez nos béqueres?
3- Qual o fator diretamente ligado a rapidez das reações nos béqueres?
Experimento 2 – Superfície de Contato:
Com o auxílio de dois béqueres de 100 ml, contendo 50 ml de água destilada em
temperatura ambiente cada, adicionamos simultaneamente 1 comprimido de
antiácido em cada béquer, no entanto um dos comprimidos foi totalmente triturado.
1- Qual comprimido reagiu com maior rapidez? Elabore uma possível
explicação.
2- Houve a presença de resíduos? Explique.
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3- A intensidade e o tempo da reação foi a mesma nos dois béqueres?
Justifique.
Experimento 3 – Concentração:
Em três béqueres de 50 ml, adicionar 20 ml de solução de sulfato de cobre II,
CuSO4. Adicionar ao béquer nº 1 solução de sulfato de cobre II a 1,0 mol por litro, o
béquer nº 2 a 0,1 mol por litro e a solução do béquer nº 3 a 0,01 mol por litro.
Mergulhar simultaneamente um prego em cada béquer e observar.
1- Em qual solução a reação ocorreu com maior rapidez? Justifique.
Quarto momento:
- Anexo II – catalisadores: Catálise: conversor catalítico em automóveis .
Leitura e discussão do texto.
Levantar dados sobre: Utilidade e aplicação dos catalisadores, preservação do meio
ambiente, legislação brasileira, processo de conversão dos catalisadores, outros
tipos de catalizadores.
ANEXO II - catalisadores
Catálise: conversor catalítico em automóveis
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A importância do catalisador para a redução de poluentes ao meio ambiente. (27 de outubro de 2008 - Escrito por Luiz Magno – www.cienciaamao.com.br – acesso 12 de abril de 2011.)
Esta matéria tem como objetivo chamar a atenção dos motoristas sobre a importância deste item obrigatório nos veículos automotores.
Alguns motoristas para reduzir o custo de manutenção de seu veículo, preferem burlar a lei deixando de utilizar o catalisador. Segundo o mecânico Lucio Maciel, ―alguns motoristas optam por tirar o catalisador com a intenção também de ganhar mais potência em seu veículo‖, porém o mecânico alerta, ―o ganho de desempenho no veículo acaba sendo insignificante se compararmos com os efeitos nocivos causados na atmosfera‖.
―Estes motoristas também argumentam que o custo desta peça é muito alto – acima de R$ 200,00 para automóveis populares, mas já existem peças no mercado para alguns modelos com preços mais acessíveis‖ disse o Lucio.
- O Catalisador é uma peça formada por um núcleo cerâmico ou metálico banhado em metais nobres, revestido por uma concha metálica, que transforma grande parte dos gases tóxicos do motor em gases inofensivos, através de reação química ocorrida dentro deste componente. A necessidade de trabalhar a alta temperatura faz com que sua localização seja a mais próxima possível do coletor de gases do escapamento. Portanto, é importante sabermos que:
A emissão de gases tóxicos por veículos automotores é a maior fonte de poluição atmosférica nas grandes cidades, sendo responsável por até 40% da poluição do ar, provocada por gases.
Os gases emitidos por um automóvel catalisado são compostos em 99% de elementos inofensivos e apenas 1% de parcelas nocivas.
Faça sua parte para uma qualidade melhor do ar!
Como funcionam os catalisadores dos automóveis?
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Imagem: Blog Circula Seguro
O verbo catalisar significa estimular ou acelerar uma reação. É exatamente o que faz esse dispositivo antipoluente acoplado ao escapamento dos carros, ao finalizar a combustão que não aconteceu por completo no motor. Ao passarem pelo catalisador, os gases emitidos pela queima da gasolina – os venenosos monóxido de carbono (CO), hidrocarboneto (HC)n e óxidos de nitrogênio (NOx) – são filtrados por uma estrutura em forma de colméia. "Ela é composta de por dois metais (paládio e molibdênio) que reagem com esses gases, convertendo-os em vapor de água e outros gases não tóxicos, como o gás carbônico (CO2) e o nitrogênio (N2)", afirma o engenheiro Guenther Carlos Krieger Filho, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP). Desde 1983, a lei determina que todos os veículos brasileiros deva possuir catalisador – abre-se apenas uma exceção para carros com motor autossuficiente, capaz de queimar todos os gases sem deixar resíduos poluidores. 1 - O tubo de saída do motor leva os gases poluentes ao catalisador 2 - Os gases são filtrados pela estrutura em forma de colmeia 3 - A estrutura é feita de substâncias que reagem com os gases, convertendo-os em outros menos ofensivos.
Há milhões de carros nas ruas do mundo - e cada um deles polui o ar. Especialmente nas grandes cidades, a quantidade de poluição que todos os carros produzem juntos pode criar grandes problemas.
Na Europa, nos EUA e no Brasil foram criadas normas para limitar a quantidade de poluição que os carros podem produzir. Para se adequar a estas leis, os fabricantes de automóveis promoveram várias melhorias nos motores e nos sistemas de alimentação. Para ajudar a reduzir ainda mais os poluentes, elas desenvolveram um dispositivo interessante, chamado catalisador, que trata os gases de escapamento antes que eles saiam do automóvel, removendo bastante poluição.
Localização do catalisador em um carro ( Peruzzo,Tito Miragaia- Química na abordagem do cotidiano – São Paulo,1996- p.347)
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Poluentes produzidos pelo motor de um carro
A fim de reduzir as emissões, motores de carros modernos controlam cuidadosamente a quantidade de combustível que queimam. Eles procuram manter a mistura ar-combustível bem próxima do ponto estequiométrico, que é a proporção ideal de ar para que ocorra uma combustão. Teoricamente, nessa proporção, todo o combustível será queimado usando todo o oxigênio no ar. Para a gasolina, a proporção estequiométrica é de aproximadamente 14,7:1. Isso significa que, para cada grama de gasolina, serão queimadas 14,7 gramas de ar. Na verdade, a proporção ideal varia bastante durante o funcionamento do carro. Às vezes, a mistura de combustível pode ser pobre (proporção de ar para combustível acima de 14,7); em outros momentos, pode ser rica (proporção abaixo de 14,7). Para o álcool etílico hidratado usado no Brasil, o ponto estequiométrico é 9:1.
As principais substâncias emitidas por um motor de carro são:
gás nitrogênio (N2) - em sua constituição, o ar tem 78% de gás nitrogênio. Grande parte dessa substância passa pelo motor do veículo;
dióxido de carbono (CO2) - é um dos produtos da combustão. O carbono do combustível se une com o oxigênio do ar;
vapor de água (H 2O) - é outro produto da combustão. O hidrogênio do combustível se une com o oxigênio do ar.
Essas descargas são, em sua maioria, benignas (embora as emissões de CO2(conhecido também como gás carbônico, contribuam para o efeito estufa e o aquecimento global). Porém, como o processo de combustão não é perfeito, também são produzidas substâncias prejudiciais, tais como:
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monóxido de carbono (CO) - gás venenoso, sem cor e inodoro; hidrocarbonetos ou compostos orgânicos voláteis (VOCs) - produzidos
principalmente por combustível não queimado, que evapora. A luz solar quebra os hidrocarbonetos para formar oxidantes. Estes reagem com óxidos de nitrogênio, transformando-se em ozônio (O3), de baixa altitude, um componente importante da poluição do ar ao formar a névoa fotoquímica (smog em inglês);
óxidos de nitrogênio (NO e NO2, quando juntos, são chamados de NOx) - contribuem para o smog e para a chuva ácida e causam irritação das mucosas humanas.
Essas são as três principais substâncias sujeitas a limites. A função dos catalisadores é reduzi-las.
Um conversor catalisador de três vias: note os dois catalisadores separados
Há dois tipos principais de estruturas usadas em catalisadores - núcleo tipo colmeia e em cerâmica porosa. A maioria dos carros usa o primeiro.
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Estrutura catalítica em cerâmica tipo colmeia
Catalisador ou conversor catalítico é um dispositivo que converte três componentes nocivos do sistema de escapamento do carro em compostos inofensivos.
Os três compostos nocivos são:
hidrocarbonetos (na forma de gasolina não queimada) monóxido de carbono (formado pela combustão da gasolina) óxidos de nitrogênio (produzidos quando as altíssimas temperaturas no
interior do motor favorecem a reação do nitrogênio com o oxigênio do ar) Menos poluentes para o Brasil
De acordo com o Ministério do Meio Ambiente, carros movidos a gasolina e álcool saídos de fábrica deverão emitir, em média, 33% a menos poluentes a partir de 1º de janeiro de 2014. LEI DE CRIMES AMBIENTAIS- DECRETO Nº 3.179, DE 21 DE SETEMBRO DE1999- OBRIGATÓRIO PARA TODOS OS VEÍCULOS “ZERO QUILOMETRO”.
Questões relevantes:
1- Por que o monóxido de carbono é perigoso para a sua saúde?
2- Qual a função dos conversores catalíticos?
3- Por que os conversores catalíticos possuem a aparência de uma colmeia?
- ANEXO III - Curiosidades sobre catalisadores.
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*Leitura e discussão. Pretende-se com a leitura do texto citado, que os alunos percebam outras aplicações comuns dos catalisadores e inibidores em nosso cotidiano.
TEXTO II – CURIOSIDADES
Curiosidades sobre catalisadores
As reações de catálise são de uso comum na indústria, além de ocorrerem em várias situações do nosso dia-a-dia, no nosso organismo e no meio ambiente. Os catalisadores diminuem a energia de ativação necessária para a ocorrência de uma reação e, assim, elas podem ocorrer mais rapidamente. É fácil perceber as vantagens do uso de catalisadores. Basta lembrar que outra opção para aumentar a velocidade de uma reação é o fornecimento de calor, mas isso implica um custo maior. Além disso, o fornecimento de energia térmica aos reagentes pode permitir a ocorrência de várias reações paralelas, que produziriam substâncias indesejáveis. Um exemplo disso é a produção de margarinas a partir de óleos vegetais: sem o uso de um catalisador, as moléculas de óleo necessitariam de uma temperatura tão alta que sofreriam quebras antes de serem transformadas. As margarinas são obtidas pela adição de hidrogênio (H2) às moléculas de óleo, num processo de catálise heterogêneo promovido por metais como níquel, platina e paládio.
óleo(l) + n H2(g) — Ni, Pt ou Pd -----→ margarina (hidrogenação catalítica)
Os conversores catalíticos são outro exemplo do uso de catalisadores que se toma cada dia mais importante. Eles são usados no tratamento dos gases liberados dos motores de combustão interna e dos gases liberados em alguns processos industriais: Outro uso de catalisador ocorre com a água oxigenada [H2O2(aq)] que se decompõe em água e 02 com velocidade moderada no meio ambiente; porém, se adicionarmos a ela uma pequena quantidade de Mn02, a decomposição ocorre com uma velocidade muito maior:
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O uso da água oxigenada como bactericida é muito difundido e sua aplicação em ferimentos ou cortes produz uma intensa efervescência, que evidencia o aumento na sua velocidade de decomposição.
Muitas pessoas acreditam que essa efervescência indica a presença de infecção. Na verdade, o aumento na velocidade de decomposição é provocado por uma enzima existente no sangue, a catalase, que não é consumida nessa reação. Uma prova disso éque a efervescência continua mesmo após a aplicação repetida de H2O2(aq). A catalase está presente também na batata, no
fígado e em bactérias do tipo estafilococos. Em laboratórios de análise costuma-se usar a H2O2(aq) para diferenciar dois tipos de bactérias: os estafilococos e os estreptococos. Apenas com o primeiro tipo, por conter catalase, ocorre reação (efervescência). FREONS Nem sempre os catalisadores apresentam utilidade, podem ser usados para melhorar a eficiência de processos industriais, ou seja, são benéficos ao ser humano. Um exemplo de um catalisador prejudicial são os compostos do tipo CFC (cloro-flúor-carbono) que aumentam violentamente a velocidade de decomposição do ozônio (O3), nas altas camadas da atmosfera. Os CFC, conhecidos por freons, são utilizados em sistemas de refrigeração e como propelentes de sprays. Ao atingirem uma altitude de aproximadamente 30 km na atmosfera, eles sofrem uma quebra, liberando os átomos de cloro, extremamente reativos, que irão formar compostos intermediários ao reagirem com o O3.
(Usberco, Salvador- Química essencial – São Paulo: Saraiva,2001)
Note que os átomos de cloro não foram consumidos após a decomposição do 03 (gás ozônio) e, por isso, podem continuar agindo. A presença do ozônio na atmosfera é muito importante para a existência da vida na Terra, pois ele tem a capacidade de filtrar as radiações ultravioleta, provenientes do Sol, que podem causar destruição de vegetais, câncer de pele e problemas visuais.
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Quinto momento:
- Atividade prática II: catalisador e inibidor. *Execução, discussão e relatório dos experimentos realizados.
LABORATÓRIO II
O USO DE CATALISADORES – Experimento: Catalisador I
1ª Etapa
Em um vidro de relógio contendo uma quantidade relevante de óxido de
Magnésio – MgO, foram adicionadas 10 gotas de água oxigenada 10 volumes
sendo possível observar que a reação de oxidação foi imediata.
2ª Etapa
Em outro vidro de relógio contendo uma fatia de batata, cortada na hora, foi
adicionado cinco gotas de água oxigenada 10 volumes. Sendo possível observar
que o processo de oxidação da batata acelerou comparado ao seu tempo normal de
oxidação.
Catalisador II
Em dois copinhos descartáveis, colocar solução de água oxigenada até a marca.
Acrescentar a cada um dos copos 20 gotas de detergente. Adicionar em apenas um
dos copos um pequeno pedaço de batata. Observar e comparar as reações.
Responder: ―Como o catalisador influencia na velocidade da reação? Identificar o
catalisador nesse experimento‖.
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Experimento – Inibidor:
Em um vidro de relógio contendo uma fatia de berinjela, cortada na hora, foi
espalhado, apenas em uma metade, uma quantidade de Ácido Ascórbico, podendo
observar que a parte contendo Ácido Ascórbico demorou mais para oxidar, o que
nos confere veracidade em afirmar que nessa reação o Ácido Ascórbico funcionou
como um inibidor da reação, isto é, ao invés de acelerar atrasou o tempo de
reação.
Assim, pode se dizer que a melhor maneira de se acelerar uma reação é
adicionar à ela um catalisador que não altere suas propriedades químicas. E a
melhor medida para aumentar o tempo de oxidação, certamente será aplicando um
inibidor na substância ou produto desejado.
Sexto momento:
Produção textual dos alunos sobre os conceitos elaborados/reelaborados da
unidade didática aplicada. Também será aplicado uma série de questões pré-
estruturadas com o objetivo de elencar alguns pontos como:
a) as possíveis dificuldades encontradas,
b) se a elaboração/construção de conceitos foi mais significativa antes ou após as
aulas expositivas,
c) detalhamento da compreensão do conteúdo em cada momento da utilização do
experimento,
d) o interesse e o envolvimento dos estudantes com relação ao uso de
experimentação.
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Questões de avaliação final:
1- Para remover uma mancha de um prato de porcelana, fez-se o
seguinte: cobriu-se a mancha com meio copo de água fria,
adicionaram-se algumas gotas de vinagre e deixou-se por uma noite.
No dia seguinte, a mancha havia clareado levemente. Usando apenas
água e vinagre, sugira duas alterações no procedimento, de tal modo
que a remoção da mancha possa ocorrer em menor tempo. Justifique
cada uma das alternativas propostas.(Usberco e Salvador – Química- volume único –
Editora Saraiva- 2002 - p. 394)
R1.:.................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
R2.:.................................................................................................................
.......................................................................................................................
2- Você está cozinhando batatas e fazendo carne grelhada, tudo em fogo
baixo, num fogão a gás. Se você passar as duas bocas do fogão para
o fogo alto, o que acontecerá com o tempo de preparo?(Usberco e Salvador –
Química- volume único – Editora Saraiva- 2002 - p. 394)
a) Das batatas:
..................................................................................................................
.......................................................................................................................
b) Da carne:
................................................................................................................
.......................................................................................................................
c) Qual fator que influencia a velocidade dessa reação:
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
27
3- Uma maçã e uma banana foram descascadas e cortadas ao meio. A
uma das metades de cada fruta foi adicionado suco de limão, não
sendo esse suco adicionado às outras metades. Depois de algumas
horas de observação, percebeu-se que as frutas que não foram
cobertas com o suco de limão escureceram, enquanto as outras
permaneceram praticamente inalteradas.( daptado de Usberco, João – Química-
volume único- São Paulo:Saraiva,2002)
a)Explique a diferença observada nas frutas.
...............................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
.........................................................................................................
b) Explique porque é aconselhável espremer limão na salada de frutas
para conservá-la.
.............................................................................................................
...................................................................................................................
4- As frutas cultivadas em clima quente amadurecem mais rapidamente
do que em clima frio. Explique essa afirmação. ( daptado de Usberco, João –
Química- volume único- São Paulo:Saraiva,2002)
.............................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
.......................................................................................................
5- Porque um chumaço de palha de aço enferruja mais rapidamente após
ser usado em casa, enquanto um portão de ferro não enferruja com a
mesma facilidade depois da chuva?(Adaptado de Usberco, Salvador- Química essencial
– São Paulo:Saraiva,2001, p. 212).
..............................................................................................................
...................................................................................................................
28
...................................................................................................................
..........................................................................................................
6- Por que você coloca pequenos pedaços de madeira para acender uma
fogueira e só depois coloca toras de madeira?( Adaptado de Usberco, Salvador-
Química essencial – São Paulo:Saraiva,2001, p. 213).
..............................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
................................................................................................................
7- Uma vela se consome mais rapidamente se for acesa em uma
atmosfera de oxigênio puro ou quando for exposta a ar atmosférico?
Qual é a explicação?(Adaptado de mortimer, Andréia Horta Mavhado. Química,2-São
Paulo:Scipione)
...............................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...........................................................................................................
8- Por que o catalisador altera velocidade de uma reação?
................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
9- (Com intuito de diminuir a poluição atmosférica, os veículos estão
equipados com conversores catalíticos que são dispositivos como
―colmeias‖ contendo catalisadores apropriados e por onde fluem os
gases produzidos na combustão. Ocorrem reações complexas com
transformações de substâncias tóxicas em não-tóxicas, como:
2CO(g) + 2NO(g) 2CO2(g) + N2(g)
2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)
2NO2(g) N2(g) + 2O2(g)
29
Das seguintes afirmações acerca dessas reações:
(I) Os catalisadores são consumidos nas reações.
(II)Os catalisadores aumentam a superfície de contato entre os
reagentes.
(III)Baixas temperaturas provavelmente aumentam a eficácia dos
conversores catalíticos. Química e sociedade, São Paulo: nova geração,2005-p.406)
Pode-se concluir que a(s) correta(s) é(são)? Justifique:
....................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
...........................................................................................................................
10- (UFG-GO) Em aquários, utilizam-se aparelhos borbulham bolhas de
ar para oxigenar a água. Para um mesmo volume de ar bombeado
nesse processo, bolhas PEQUENAS são mais eficientes, porque em
bolhas pequenas?(mortimer, Andréia Horta Mavhado. Química,2-São Paulo:Scipione,p.137)
..................................................................................................................
.......................................................................................................................
................................................................................................................
11 - (FaE- 2002) Ao se fazer pão caseiro, coloca-se a massa, em geral,
coberta, "descansando" em lugar mais aquecido, a fim de que "cresça".
Explique como esse fato pode ser interpretado de forma química.
R.:..............................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
.....................................................................................................................
12 - (UFMG-2001) Em dois experimentos, massas iguais de ferro reagiram
com volumes iguais da mesma solução aquosa de ácido clorídrico, à mesma
30
temperatura. Num dos experimentos, usou-se uma placa de ferro; no outro, a
mesma massa de ferro, na forma de limalha. Nos dois casos, o volume total
de gás hidrogênio produzido foi medido, periodicamente, até que toda a
massa de ferro fosse consumida. Assinale a alternativa cujo gráfico melhor
representa as curvas do volume total do gás hidrogênio produzido em função
do tempo. Justifique.
R.:........................................................................................................................ .......................................................................................................................
31
Desenvolvimento II – Prática a teoria
Primeiro momento:
- Atividade prática I: superfície de contato, concentração e temperatura. Neste momento, na execução inicialmente será indicado que observem as práticas e
cronometrem o tempo e anotem.
- Discussão das observações e dados coletados.
- Relatório dos experimentos realizados e observações com suas devidas
conclusões.
LABORATÓRIO I
Materiais Utilizados
Vidrarias e Equipamentos Utilizados:
• Béqueres de 100 ml
• Béqueres de 50 ml
• Vidro de Relógio
• Espátula
• Linha
• Prego
32
Reagentes e Substâncias:
• Água destilada
• Água (quente, fria e em temperatura ambiente)
• Antiácido (comprimido)
• Sulfato de cobre II 1mol/L – CuSO4
• Sulfato de cobre II 0,1mol/L – CuSO4
• Sulfato de cobre II 0,01mol/L – CuSO4
• Água Oxigenada 10 Volumes
• Óxido de Magnésio - MgO
• Ácido Ascórbico
• Batata
• Berinjela
Experimento 1 – Temperatura:
Em três Béqueres de 100 ml, foram adicionados 50 ml de água quente no
primeiro béquer, 50 ml de água na temperatura ambiente no segundo béquer e 50
ml de água gelada no terceiro béquer. Simultaneamente, isto é, ao mesmo tempo
foram adicionados em cada béquer meio comprimido de antiácido.
Observar, analisar e anotar as alterações visualizadas:
4- Em qual dos béqueres a reação foi mais rápida? Formule explicações
possíveis.
5- Qual a ordem decrescente de rapidez nos béqueres?
6- Qual o fator diretamente ligado à rapidez das reações nos béqueres?
Experimento 2 – Superfície de Contato:
33
Com o auxílio de dois béqueres de 100 ml, contendo 50 ml de água destilada em
temperatura ambiente cada, adicionamos simultaneamente 1 comprimido de
antiácido em cada béquer, no entanto um dos comprimidos foi totalmente triturado.
4- Qual comprimido reagiu com maior rapidez? Elabore uma possível
explicação.
5- Houve a presença de resíduos? Explique.
6- A intensidade e o tempo da reação foi a mesma nos dois béqueres?
Justifique.
Experimento 3 – Concentração:
Em três béqueres de 50 ml, adicionar 20 ml de solução de sulfato de cobre II,
CuSO4. Adicionar ao béquer nº 1 solução de sulfato de cobre II a 1,0 mol por litro, o
béquer nº 2 a 0,1 mol por litro e a solução do béquer nº 3 a 0,01 mol por litro.
Mergulhar simultaneamente um prego em cada béquer e observar.
2- Em qual solução a reação ocorreu com maior rapidez? Justifique.
Segundo momento:
LABORATÓRIO II
O USO DE CATALISADORES – Experimento: Catalisador I
1ª Etapa
34
Em um vidro de relógio contendo uma quantidade relevante de óxido de
Magnésio – MgO, foram adicionadas 10 gotas de água oxigenada 10 volumes
sendo possível observar que a reação de oxidação foi imediata.
2ª Etapa
Em outro vidro de relógio contendo uma fatia de batata, cortada na hora, foi
adicionado cinco gotas de água oxigenada 10 volumes. Sendo possível observar
que o processo de oxidação da batata acelerou comparado ao seu tempo normal de
oxidação.
Experimento - Catalisador II
Em dois copinhos descartáveis, colocar solução de água oxigenada até a marca.
Acrescentar a cada um dos copos 20 gotas de detergente. Adicionar em apenas um
dos copos um pequeno pedaço de batata. Observar e comparar as reações.
Responder: ―Como o catalisador influencia na rapidez da reação? Identificar o
catalisador nesse experimento‖.
Experimento – Inibidor:
Em um vidro de relógio contendo uma fatia de berinjela, cortada na hora, foi
espalhado, apenas em uma metade, uma quantidade de Ácido Ascórbico, podendo
observar que a parte contendo Ácido Ascórbico demorou mais para oxidar, o que
nos confere veracidade em afirmar que nessa reação o Ácido Ascórbico funcionou
como um inibidor da reação, isto é, ao invés de acelerar atrasou o tempo de
reação.
Assim, pode se dizer que a melhor maneira de se acelerar uma reação é
adicionar à ela um catalisador que não altere suas propriedades químicas. E a
melhor medida para aumentar o tempo de oxidação, certamente será aplicando um
inibidor na substância ou produto desejado.
35
Terceiro momento:
- Investigação através de questões cotidianas e conhecimentos prévios.
- Registro das respostas na lousa.
- Discussão das respostas com a turma.
INVESTIGANDO O SABER DO ALUNO, ATRAVÉS DE ALGUNS
QUESTIONAMENTOS SOBRE RAPIDEZ DE REAÇÕES.
III- O que se pode fazer no dia a dia para diminuir ou acelerar a rapidez
das reações químicas?
IV- Será que podemos retardar ou aumentar a rapidez de uma reação em
nosso cotidiano? Isso tem influência no nosso modo de vida?
- Em seguida será aplicada uma sequência de questões abertas que enfocam
situações no cotidiano, sendo em fatos do presente e do passado que representam
os fatores que influem na rapidez das reações químicas (questionário).
QUESTIONÁRIO:
1-O que fazer para conservar os alimentos por mais tempo?
36
Foto 01 (extraído do banco de imagens do Google®)
2- Como é que antigamente se conservavam os alimentos, se não existia
geladeiras ou câmeras frias?
Foto 02 (extraído do banco de imagens do Google®)
3- Você já pensou porque as garrafas de vinhos são vedadas com rolhas de
cortiça?
Foto 03 (extraído do banco de imagens do Google®)
4- Você já parou para observar as embalagens de café em pó? Porque algumas são
vedadas sem vácuo e outras a vácuo? Qual a diferença?
37
Foto 04 (extraído do banco de imagens do Google®)
4- Porque alguns alimentos são envasados em latas ou vidros? E porque ao
abrir se ouve um estampido?
Foto 05 (extraído do banco de
imagens do Google®)
.
6- Porque não podemos deixar o suco de laranjas preparado por muito tempo?
Foto 06 (extraído do banco de imagens do
Google®)
7- Porque a manteiga não pode ficar exposta ao ar e deve estar sempre sob baixa
temperatura?
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Foto 07 (extraído do banco de
imagens do Google®)
8- Porque não devemos congelar e nem refrigerar carne moída por muito tempo?
Foto 08 (extraído do banco de imagens do Google®)
9- Quando se acende uma fogueira, porque se usa gravetos ?
Foto 09 (extraído do banco de
imagens do Google®)
10- Porque será que para fazer compotas é necessário tanto açúcar?
39
Foto 10 (extraído do banco
de imagens do Google®)
11- Porque picles tem sabor tão forte?
Foto 11 (extraído do banco de
imagens do Google®)
Quarto momento:
- Anexo I. Fatores que influenciam na rapidez das reações químicas.
*Leitura e discussão do texto com o objetivo de teorizar e contextualizar o tema
abordado.
Anexo I
40
FATORES QUE INFLUENCIAM NA RAPIDEZ DAS REAÇÕES QUÍMICAS
Reações químicas podem ser rápidas ou lentas, e as reações de combustão
constituem bons exemplos desses fatos. Enquanto a queima de carboidratos em
nosso organismo ocorre lentamente, a combustão do TNT (trinitrotolueno) ocorre em
fração de segundos.
Em algumas situações é necessário aumentar ou retardar a rapidez de reações
químicas, e para isso os químicos controlam a taxa em que essas reações se
processam. A taxa de uma reação refere-se à variação da quantidade de reagente
consumido ou de produto formado por unidade de tempo, e é denominada rapidez
da reação.
Para a determinação da rapidez de diversas reações químicas, as quantidade
consumidas e produzidas são expressas em unidades de concentração (se as
substâncias estiverem em solução) ou em termos de pressão parcial (se as
substâncias forem gases).
A unidade de tempo a ser usada deve levar em conta o tipo de reação, podendo ser
microssegundos para explosão do gás de cozinha, minutos ou horas para a
combustão de uma vela, dias para o enferrujamento de uma lâmina de ferro ou
degradação do princípio ativo de um medicamento, meses para o apodrecimento da
madeira, anos para a decomposição dos plásticos.
O estudo da rapidez de reações químicas e dos fatores que a afetam está
relacionado com o movimento das partículas constituintes das substâncias (átomos,
moléculas, íons).
A combustão é uma transformação química que pode causar benefícios ou
malefícios. A maioria dos combustíveis pode ficar na presença de ar (oxigênio) por
muito tempo sem que haja reação. Entretanto, iniciada uma reação de combustão,
pode ser difícil controlá-la.
Diferentes materiais queimam com diferente rapidez, produzindo diferentes
quantidades de calor. A rapidez de combustão de alguns materiais é tão grande que
eles são considerados explosivos, ou seja, podem provocar reações extremamente
rápidas, com grande expansão de gases.
Agora discutiremos a dinâmica das reações químicas: a rapidez com que elas
ocorrem, os fatores que determinam ou alteram a rapidez e como elas se
processam, isto é, os mecanismos de reação.
Nas condições ambientes, uma mistura de gás de cozinha e ar pode permanecer
indefinidamente em um recipiente fechado sem reagir. Uma faísca elétrica pode, no
entanto, provocar uma reação instantânea com violenta explosão. Isso também
ocorre com a gasolina em contato com o ar nas condições ambientes, mas, uma vez
41
iniciada sua combustão, esta prossegue continuamente com rapidez moderada. Um
pedaço de ferro exposto ao ar reage lentamente formando ferrugem.
Por que cada reação química ocorre com rapidez diferente? Quais são os fatores
que determinam a rapidez de uma reação?
Para responder as questões, devemos estudar experimentalmente as reações
químicas a seguir:
ESTUDO DA RAPIDEZ DAS REAÇÕES QUÍMICAS:
Para estudar a rapidez das reações, existe a área da Química chamada de
Cinética Química, que se destina ao estudo da rapidez das reações de uma dada
concentração de reagente(s) e sua concentração de produto(s) formado(s) em certo
intervalo de tempo. Durante uma reação química, a concentração de um reagente,
ou dos reagentes, diminui com o tempo e a concentração dos produtos aumenta. A
concentração e rapidez de reação podem ser calculadas da seguinte maneira:
Velocidade média de desaparecimento de R (reagente) = ∆ [R]/ ∆t
Velocidade média de formação de P (produto) = ∆ [P]/ ∆t Onde ∆ [R] é a variação
da concentração de reagente, ∆t é a variação do tempo e ∆ [P] é a variação da
concentração de produto na reação. Os fatores que influenciam na rapidez das
reações são:
- Superfície de contato: Quanto maior a superfície de contato, maior será a
rapidez da reação, portanto quando o reagente é reduzido a pó sua rapidez de
reação será maior e suas partículas irão colidir com maior frequência.
- Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior será a rapidez da reação.
Por causa do aumento da velocidade da reação em altas temperaturas é que
refrigeramos alimentos perecíveis, pois à medida que se aumenta a temperatura,
aumenta também a energia cinética das moléculas.
- Concentração dos reagentes: Aumentando a concentração dos reagentes,
aumentará a probabilidade de ocorrências de colisões efetivas e, portanto, a
rapidez da reação ficará maior.
42
- Presença de um catalisador: Catalisadores são substâncias que aceleram a
rapidez das reações químicas, mas sem interferir na quantidade final de produto(s).
Quando usamos catalisadores para acelerar uma reação, chamamos esse
processo de catálise.
Nas reações biológicas existe uma proteína que desempenha tal papel, são as
enzimas, elas agem nos alimentos apressando a reação de digestão. Ao contrário
dos catalisadores, que aceleram as reações, existem agentes que agem em
oposição a eles, sendo estes os inibidores – que retardam a velocidade da reação
– e o veneno – este anula a ação de um catalisador.
Quinto momento:
- Anexo II – catalisadores: Catálise: conversor catalítico em automóveis .
Leitura e discussão do texto.
Levantar dados sobre: Utilidade e aplicação dos catalisadores, preservação do meio
ambiente, legislação brasileira, processo de conversão dos catalisadores, outros
tipos de catalizadores.
ANEXO II - catalisadores
Catálise: conversor catalítico em automóveis
A importância do catalisador para a redução de poluentes ao meio ambiente. (27 de outubro de 2008 | Escrito por Luiz Magno -
http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=fef&cod=_cineticaquimica- acesso 11/11/2010)
43
Esta matéria tem como objetivo chamar a atenção dos motoristas sobre a importância deste item obrigatório nos veículos automotores.
Alguns motoristas para reduzir o custo de manutenção de seu veículo, preferem burlar a lei deixando de utilizar o catalisador. Segundo o mecânico Lucio Maciel, ―alguns motoristas optam por tirar o catalisador com a intenção também de ganhar mais potência em seu veículo‖, porém o mecânico alerta, ―o ganho de desempenho no veículo acaba sendo insignificante se compararmos com os efeitos nocivos causados na atmosfera‖.
―Estes motoristas também argumentam que o custo desta peça é muito alto – acima de R$ 200,00 para automóveis populares, mas já existem peças no mercado para alguns modelos com preços mais acessíveis‖ disse o Lucio.
- O Catalisador é uma peça formada por um núcleo cerâmico ou metálico banhado em metais nobres, revestido por uma concha metálica, que transforma grande parte dos gases tóxicos do motor em gases inofensivos, através de reação química ocorrida dentro deste componente. A necessidade de trabalhar a alta temperatura faz com que sua localização seja a mais próxima possível do coletor de gases do escapamento. Portanto, é importante sabermos que:
A emissão de gases tóxicos por veículos automotores é a maior fonte de poluição atmosférica nas grandes cidades, sendo responsável por até 40% da poluição do ar, provocada por gases.
Os gases emitidos por um automóvel catalisado são compostos em 99% de elementos inofensivos e apenas 1% de parcelas nocivas.
Faça sua parte para uma qualidade melhor do ar!
Como funcionam os catalisadores dos automóveis? (MARCIO
YUDI RODRIGUES, via internet-http://www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/cinetica_quimica [3].)
Imagem: Blog Circula Seguro
44
O verbo catalisar significa estimular ou acelerar uma reação. É exatamente o que faz esse dispositivo antipoluente acoplado ao escapamento dos carros, ao finalizar a combustão que não aconteceu por completo no motor. Ao passarem pelo catalisador, os gases emitidos pela queima da gasolina – os venenosos monóxido de carbono (CO), hidrocarboneto (HC)n e óxidos de nitrogênio (NOx) – são filtrados por uma estrutura em forma de colméia. "Ela é composta de por dois metais (paládio e molibdênio) que reagem com esses gases, convertendo-os em vapor de água e outros gases não tóxicos, como o gás carbônico (CO2) e o nitrogênio (N2)", afirma o engenheiro Guenther Carlos Krieger Filho, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP). Desde 1983, a lei determina que todos os veículos brasileiros deva possuir catalisador – abre-se apenas uma exceção para carros com motor autossuficiente, capaz de queimar todos os gases sem deixar resíduos poluidores. 1 - O tubo de saída do motor leva os gases poluentes ao catalisador 2 - Os gases são filtrados pela estrutura em forma de colmeia 3 - A estrutura é feita de substâncias que reagem com os gases, convertendo-os em outros menos ofensivos.
Há milhões de carros nas ruas do mundo - e cada um deles polui o ar. Especialmente nas grandes cidades, a quantidade de poluição que todos os carros produzem juntos pode criar grandes problemas.
Na Europa, nos EUA e no Brasil foram criadas normas para limitar a quantidade de poluição que os carros podem produzir. Para se adequar a estas leis, os fabricantes de automóveis promoveram várias melhorias nos motores e nos sistemas de alimentação. Para ajudar a reduzir ainda mais os poluentes, elas desenvolveram um dispositivo interessante, chamado catalisador, que trata os gases de escapamento antes que eles saiam do automóvel, removendo bastante poluição.
Localização do catalisador em um carro
45
( Peruzzo,Tito Miragaia- Química na abordagem do cotidiano – São Paulo,1996- p.347)
Poluentes produzidos pelo motor de um carro
A fim de reduzir as emissões, motores de carros modernos controlam cuidadosamente a quantidade de combustível que queimam. Eles procuram manter a mistura ar-combustível bem próxima do ponto estequiométrico, que é a
46
proporção ideal de ar para que ocorra uma combustão. Teoricamente, nessa proporção, todo o combustível será queimado usando todo o oxigênio no ar. Para a gasolina, a proporção estequiométrica é de aproximadamente 14,7:1. Isso significa que, para cada grama de gasolina, serão queimadas 14,7 gramas de ar. Na verdade, a proporção ideal varia bastante durante o funcionamento do carro. Às vezes, a mistura de combustível pode ser pobre (proporção de ar para combustível acima de 14,7); em outros momentos, pode ser rica (proporção abaixo de 14,7). Para o álcool etílico hidratado usado no Brasil, o ponto estequiométrico é 9:1.
As principais substâncias emitidas por um motor de carro são:
gás nitrogênio (N2) - em sua constituição, o ar tem 78% de gás nitrogênio. Grande parte dessa substância passa pelo motor do veículo;
dióxido de carbono (CO2) - é um dos produtos da combustão. O carbono do combustível se une com o oxigênio do ar;
vapor de água (H 2O) - é outro produto da combustão. O hidrogênio do combustível se une com o oxigênio do ar.
Essas descargas são, em sua maioria, benignas (embora as emissões de CO2(conhecido também como gás carbônico, contribuam para o efeito estufa e o aquecimento global). Porém, como o processo de combustão não é perfeito, também são produzidas substâncias prejudiciais, tais como:
monóxido de carbono (CO) - gás venenoso, sem cor e inodoro; hidrocarbonetos ou compostos orgânicos voláteis (VOCs) - produzidos
principalmente por combustível não queimado, que evapora. A luz solar quebra os hidrocarbonetos para formar oxidantes. Estes reagem com óxidos de nitrogênio, transformando-se em ozônio (O3), de baixa altitude, um componente importante da poluição do ar ao formar a névoa fotoquímica (smog em inglês);
óxidos de nitrogênio (NO e NO2, quando juntos, são chamados de NOx) - contribuem para o smog e para a chuva ácida e causam irritação das mucosas humanas.
Essas são as três principais substâncias sujeitas a limites. A função dos catalisadores é reduzi-las.
47
Um conversor catalisador de três vias: note os dois catalisadores separados
Há dois tipos principais de estruturas usadas em catalisadores - núcleo tipo colmeia e em cerâmica porosa. A maioria dos carros usa o primeiro.
Estrutura catalítica em cerâmica tipo colméia
Catalisador ou conversor catalítico é um dispositivo que converte três componentes nocivos do sistema de escapamento do carro em compostos inofensivos.
Os três compostos nocivos são:
hidrocarbonetos (na forma de gasolina não queimada) monóxido de carbono (formado pela combustão da gasolina) óxidos de nitrogênio (produzidos quando as altíssimas temperaturas no
interior do motor favorecem a reação do nitrogênio com o oxigênio do ar) Menos poluentes para o Brasil
De acordo com o Ministério do Meio Ambiente, carros movidos a gasolina e álcool saídos de fábrica deverão emitir, em média, 33% a menos poluentes a partir de 1º de janeiro de 2014. LEI DE CRIMES AMBIENTAIS- DECRETO Nº 3.179, DE 21 DE SETEMBRO DE1999- OBRIGATÓRIO PARA TODOS OS VEÍCULOS “ZERO QUILOMETRO”.
Questões relevantes:
4- Por que o monóxido de carbono é perigoso para a sua saúde?
48
5- Qual a função dos conversores catalíticos?
6- Por que os conversores catalíticos possuem a aparência de uma colmeia?
- ANEXO III - Curiosidades sobre catalisadores. *Leitura e discussão. Pretende-se com a leitura do texto citado, que os alunos percebam outras aplicações comuns dos catalisadores e inibidores em nosso cotidiano.
TEXTO II – CURIOSIDADES
Curiosidades sobre catalisadores - acessado em 10/05/2007:http://cienciahoje.uol.com.br
[6]
As reações de catálise são de uso comum na indústria, além de ocorrerem em várias situações do nosso dia-a-dia, no nosso organismo e no meio ambiente. Os catalisadores diminuem a energia de ativação necessária para a ocorrência de uma reação e, assim, elas podem ocorrer mais rapidamente. É fácil perceber as vantagens do uso de catalisadores. Basta lembrar que outra opção para aumentar a velocidade de uma reação é o fornecimento de calor, mas isso implica um custo maior. Além disso, o fornecimento de energia térmica aos reagentes pode permitir a ocorrência de várias reações paralelas, que produziriam substâncias indesejáveis. Um exemplo disso é a produção de margarinas a partir de óleos vegetais: sem o uso de um catalisador, as moléculas de óleo necessitariam de uma temperatura tão alta que sofreriam quebras antes de serem transformadas. As margarinas são obtidas pela adição de hidrogênio (H2) às moléculas de óleo, num processo de catálise heterogêneo promovido por metais como níquel, platina e paládio.
óleo(l) + n H2(g) — Ni, Pt ou Pd -----→ margarina (hidrogenação catalítica)
Os conversores catalíticos são outro exemplo do uso de catalisadores que se toma cada dia mais importante. Eles são usados no tratamento dos gases liberados dos motores de combustão interna e dos gases liberados em alguns processos industriais: Outro uso de catalisador ocorre com a água oxigenada [H2O2(aq)] que se decompõe em água e 02 com velocidade moderada no meio ambiente; porém, se adicionarmos a ela uma pequena quantidade de Mn02, a decomposição ocorre com uma velocidade muito maior:
49
O uso da água oxigenada como bactericida é muito difundido e sua aplicação em ferimentos ou cortes produz uma intensa efervescência, que evidencia o aumento na sua velocidade de decomposição.
Muitas pessoas acreditam que essa efervescência indica a presença de infecção. Na verdade, o aumento na velocidade de decomposição é provocado por uma enzima existente no sangue, a catalase, que não é consumida nessa reação. Uma prova disso éque a efervescência continua mesmo após a aplicação repetida de H2O2(aq). A catalase está presente também na batata, no
fígado e em bactérias do tipo estafilococos. Em laboratórios de análise costuma-se usar a H2O2(aq) para diferenciar dois tipos de bactérias: os estafilococos e os estreptococos. Apenas com o primeiro tipo, por conter catalase, ocorre reação (efervescência). FREONS Nem sempre os catalisadores apresentam utilidade, podem ser usados para melhorar a eficiência de processos industriais, ou seja, são benéficos ao ser humano. Um exemplo de um catalisador prejudicial são os compostos do tipo CFC (cloro-flúor-carbono) que aumentam violentamente a velocidade de decomposição do ozônio (O3), nas altas camadas da atmosfera. Os CFC, conhecidos por freons, são utilizados em sistemas de refrigeração e como propelentes de sprays. Ao atingirem uma altitude de aproximadamente 30km na atmosfera, eles sofrem uma quebra, liberando os átomos de cloro, extremamente reativos, que irão formar compostos intermediários ao reagirem com o O3.
50
(Usberco, Salvador- Química essencial – São Paulo: Saraiva,2001)
Note que os átomos de cloro não foram consumidos após a decomposição do 03 e, por isso, podem continuar agindo. A presença do ozônio na atmosfera é muito importante para a existência da vida na Terra, pois ele tem a capacidade de filtrar as radiações ultravioleta, provenientes do Sol, que podem causar destruição de vegetais, câncer de pele e problemas visuais.
Sexto momento:
Produção textual dos alunos sobre os conceitos elaborados/reelaborados da
unidade didática aplicada. Também será aplicado uma série de questões pré-
estruturadas com o objetivo de elencar alguns pontos como:
a) as possíveis dificuldades encontradas,
b) se a elaboração/construção de conceitos foi mais significativa antes ou após as
aulas expositivas,
c) detalhamento da compreensão do conteúdo em cada momento da utilização do
experimento,
d) o interesse e o envolvimento dos estudantes com relação ao uso de
experimentação.
51
Questões de avaliação final:
1- Para remover uma mancha de um prato de porcelana, fez-se o
seguinte: cobriu-se a mancha com meio copo de água fria,
adicionaram-se algumas gotas de vinagre e deixou-se por uma noite.
No dia seguinte, a mancha havia clareado levemente. Usando apenas
água e vinagre, sugira duas alterações no procedimento, de tal modo
que a remoção da mancha possa ocorrer em menor tempo. Justifique
cada uma das alternativas propostas.(Usberco e Salvador – Química- volume único –
Editora Saraiva- 2002 - p. 394)
R1.:.................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
R2.:.................................................................................................................
.......................................................................................................................
2- Você está cozinhando batatas e fazendo carne grelhada, tudo em fogo
baixo, num fogão a gás. Se você passar as duas bocas do fogão para
o fogo alto, o que acontecerá com o tempo de preparo?(Usberco e Salvador –
Química- volume único – Editora Saraiva- 2002 - p. 394)
a) Das batatas:
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b) Da carne:
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c) Qual fator que influencia a velocidade dessa reação:
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3- Uma maçã e uma banana foram descascadas e cortadas ao meio. A
uma das metades de cada fruta foi adicionado suco de limão, não
sendo esse suco adicionado às outras metades. Depois de algumas
horas de observação, percebeu-se que as frutas que não foram
cobertas com o suco de limão escureceram, enquanto as outras
permaneceram praticamente inalteradas.( daptado de Usberco, João – Química-
volume único- São Paulo:Saraiva,2002)
a)Explique a diferença observada nas frutas.
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b) Explique porque é aconselhável espremer limão na salada de frutas
para conservá-la.
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4- As frutas cultivadas em clima quente amadurecem mais rapidamente
do que em clima frio. Explique essa afirmação. ( daptado de Usberco, João –
Química- volume único- São Paulo:Saraiva,2002)
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5- Porque um chumaço de palha de aço enferruja mais rapidamente após
ser usado em casa, enquanto um portão de ferro não enferruja com a
mesma facilidade depois da chuva?(Adaptado de Usberco, Salvador- Química essencial
– São Paulo:Saraiva,2001, p. 212).
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6- Por que você coloca pequenos pedaços de madeira para acender uma
fogueira e só depois coloca toras de madeira?( Adaptado de Usberco, Salvador-
Química essencial – São Paulo:Saraiva,2001, p. 213).
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7- Uma vela se consome mais rapidamente se for acesa em uma
atmosfera de oxigênio puro ou quando for exposta a ar atmosférico?
Qual é a explicação?(Adaptado de mortimer, Andréia Horta Mavhado. Química,2-São
Paulo:Scipione)
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8- Por que o catalisador altera velocidade de uma reação?
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9- (Com intuito de diminuir a poluição atmosférica, os veículos estão
equipados com conversores catalíticos que são dispositivos como
―colmeias‖ contendo catalisadores apropriados e por onde fluem os
gases produzidos na combustão. Ocorrem reações complexas com
transformações de substâncias tóxicas em não-tóxicas, como:
2CO(g) + 2NO(g) 2CO2(g) + N2(g)
2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)
2NO2(g) N2(g) + 2O2(g)
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Das seguintes afirmações acerca dessas reações:
(I) Os catalisadores são consumidos nas reações.
(II)Os catalisadores aumentam a superfície de contato entre os
reagentes.
(III)Baixas temperaturas provavelmente aumentam a eficácia dos
conversores catalíticos. Química e sociedade, São Paulo: nova geração,2005-p.406)
Pode-se concluir que a(s) correta(s) é(são)? Justifique:
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10- (UFG-GO) Em aquários, utilizam-se aparelhos borbulham bolhas de
ar para oxigenar a água. Para um mesmo volume de ar bombeado
nesse processo, bolhas PEQUENAS são mais eficientes, porque em
bolhas pequenas?(mortimer, Andréia Horta Mavhado. Química,2-São Paulo:Scipione,p.137)
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11 - (FaE- 2002) Ao se fazer pão caseiro, coloca-se a massa, em geral,
coberta, "descansando" em lugar mais aquecido, a fim de que "cresça".
Explique como esse fato pode ser interpretado de forma química.
R.:..............................................................................................................................
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12 - (UFMG-2001) Em dois experimentos, massas iguais de ferro reagiram
com volumes iguais da mesma solução aquosa de ácido clorídrico, à mesma
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temperatura. Num dos experimentos, usou-se uma placa de ferro; no outro, a
mesma massa de ferro, na forma de limalha. Nos dois casos, o volume total
de gás hidrogênio produzido foi medido, periodicamente, até que toda a
massa de ferro fosse consumida. Assinale a alternativa cujo gráfico melhor
representa as curvas do volume total do gás hidrogênio produzido em função
do tempo. Justifique.
R.:........................................................................................................................ .......................................................................................................................
Referências:
KOTZ, John C. TREICHEL, Paul. Química & Reações Químicas. 4ª ed.
Volume 2. tradução de José A. P. Bonapace e Oswaldo E. Barcia. Rio de
Janeiro: LTC, 1999, p. 345 [1].
Site da web acessado em 10/05/2007:
http://dicasdequimica.vilabol.uol.com.br/cinetica.html [2].
Cinética química. Acessada em 09/05/07:
http://www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/cinetica_quimica [3].
ATKINS, Peter. JONES, Loretta. Princípios de Química: questionando a
vida moderna e o meio ambiente. 3ª ed. tradução de Ricardo Bicca de
Alencastro. Porto Alegre: Bookman, 2006, p. 965
KOTZ, John C. TREICHEL, Paul. Química & Reações Químicas. 4ª ed
Volume 2. tradução de José A. P. Bonapace e Oswaldo E. Barcia. Rio de
Janeiro: LTC, 1999, p.3-4[5].
Site da web acessado em 10/05/2007:http://cienciahoje.uol.com.br [6]
Site da web acessado em 10/05/2007:http://pessoal.educacional.com.br
[7].
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Peruzzo, Tito Miragaia,1947- Química na abordagem do cotidiano, volume
único/Tito Miragaia Peruzzo, Eduardi Leite do Canto. – 1ª ed. – Saão
Paulo: Editora Moderna, 1996.
http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=fef&cod=_cineticaqui
mica acesso 11/11/2010.
Mortimer, Eduardo Fleury – Química para o ensino médio: volume
único/Eduardo Fleury Mortimer, Andréa Horta Machado. _ São Paulo:
Scipione, 20002. – (Série Parâmetros).
Mortimer, Eduardo Fleury/ Química, 2 : ensino médio/ Eduardo Fleury
Mortimer, Andrea Horta Machado. – São Paulo: Scipione, 2010
Química e Sociedade: Volume único, ensino médio / Wildson Luiz Pereira
dos Santos, Gerson de Souza Mól, (coord.) – São Paulo: Nova Geração,
2005.- Vários outros Autores. ― PEQUIS – Projeto de Ensino de Química e
Sociedade.‖