ÁREA: Ensino de Química
TÍTULO: Modelos Computacionais aplicados ao Ensino de Química
AUTORES: GOMES, M. S. S. O. (UFPI) ; MOITA NETO, J. M. (UFPI)
RESUMO:
Os Parâmetros Curriculares Nacionais valorizam o uso de modelos explicativos no Ensino de Química. A modelagem molecular é uma boa ferramenta para se compreender conteúdos como: Interações intermoleculares, geometria molecular, acidez, basicidade, ressonância, eletronegatividade, movimentos vibracionais, ângulos de ligação, orbitais, reações, etc. Estruturas obtidas por cálculos da mecânica quântica são utilizados no entendimento de alguns conceitos de Química, retratando a exeqüibilidade de aplicações de modelos moleculares computacionais.
PALAVRAS CHAVES: modelos moleculares, ensino de química
INTRODUÇÃO: O aprendizado pela descoberta é uma tendência do ensino de química atual. Cada vez mais os professores buscam novos métodos de transmissão dos conteúdos.
De maneira similar, a Química Quântica Computacional simula estruturas químicas e reações baseada completamente ou parcialmente sobre leis fundamentais da Física.
O presente texto vêm ilustrar a exeqüibilidade de aplicações de modelos moleculares computacionais no ensino de química. Os programas computacionais de mecânica quântica fornecem muitos parâmetros que podem ser utilizados com propósitos didáticos, como, densidade eletrônica, cargas eletrônicas, potencial eletrostático, mapas de potencial eletrostático, que podem ser utilizados na discussão de muitos conteúdos do Ensino Médio.
Os Parâmetros Curriculares Nacionais valorizam na Química, o uso de modelos explicativos:
“Historicamente, o conhecimento químico centrou-se em estudos de natureza empírica sobre as transformações químicas e as propriedades dos materiais e substâncias. Os modelos explicativos foram gradualmente se desenvolvendo conforme a concepção de cada época e, atualmente, o conhecimento científico em geral e o da Química em particular requerem o uso constante de modelos extremamente elaborados. Assim, em consonância com a própria história do desenvolvimento desta ciência”.
A modelagem molecular é uma boa ferramenta para se compreender conteúdos como: Interações intermoleculares, geometria molecular, acidez, basicidade, ressonância, eletronegatividade, orbitais, reações, etc.
Nosso propósito é mostrar algumas aplicações dos modelos computacionais no Ensino de Química.
MATERIAL E MÉTODOS: As moléculas podem ser obtidas utilizando o Software Spartan Plus. Calculou-se potenciais eletrostáticos, mapas de potencial eletrostático, densidade eletronica, distribuição de orbitais e cargas elétricas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Potencial Eletrostático e Mapas de Potencial Eletrostático
Potencial eletrostático mede a interação de um ponto de carga positiva com núcleos e elétrons de uma molécula. Os mapas de potencial eletrostático resultam do potencial eletrostático sobre a densidade eletrônica, usando cores para representar os valores de potencial. Cores para “vermelho” indique valores negativos do potencial eletrostático, enquanto cores para “azul” indicam valores positivos do potencial.
Interações Intermoleculares utilizando mapas de potencial eletrostático
A interação entre as moléculas se dá entre regiões de potencial eletrostático oposto.
A Figura 1 mostra o mapa de potencial eletrostático e a interação entre as moléculas.
As regiões em vermelho representam potenciais eletrostáticos negativos, e as em azul potenciais positivos, assim não pode haver interação entre regiões com potencias de mesma carga. A Figura 1 mostra a interação permitida para as moléculas de benzeno (perpendicular) e ainda a interação proibida para essas moléculas (paralelo).
Densidade Eletrônica
A densidade eletrônica de uma molécula mostra a distribuição de probabilidade através da nuvem eletrônica, a deslocalização da nuvem eletrônica depende da afinidade dos átomos por elétrons.
Efeito indutivo utilizando densidade eletrônica
O efeito indutivo está relacionado com a afinidade dos átomos por elétrons, assim átomos eletronegativos ligados a um anel benzênico, por exemplo, devem exercer a função de retirador de elétrons. A Figura 2 representa as moléculas de cloro-benzeno e benzeno, onde o efeito indutivo negativo do cloro é mostrado pelo maior contorno da nuvem eletrônica.
CONCLUSÕES: A visualização do mundo molecular pelo aluno proporciona um maior e melhor entendimento dos conteúdos. Os modelos obtidos a partir de cálculos da mecânica quântica proporcionam uma boa visualização deste mundo e podem ser aplicados com esse intuito.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Parâmetros Curriculares Nacionais, PCN+ médio. Ciências da natureza, matemática e suas tecnologias, 3 ministérios da educação. Secretaria de Educação média e tecnológica: Brasília, 1999.
