Modelagem molecular na educação básica: ensino de quiralidade e reatividade de compostos orgânicos

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ensino de Química

Autores

Silva, J.C.P.A. (INSTITUTO FEDERAL DE SAO PAULO) ; Matsumoto, M.Y. (INSTITUTO FEDERAL DE SAO PAULO)

Resumo

A modelagem molecular de compostos é um recurso que baseia-se no estudo de estruturas moleculares e suas propriedades através de softwares e técnicas de visualização, permitindo melhor visualização de modelos utilizados para representar arranjos atômicos e processo envolvidos em fenômenos químicos. Considerando a relevância dessa ferramenta, este trabalho tem como objetivo avaliar suas potencialidades como recurso didático na aprendizagem de química orgânica. Para tanto, pretende-se elaborar e aplicar uma sequência didática utilizando a modelagem molecular aliada a outros materiais didáticos, para assim avaliar a pertinência e potencial de tal ferramenta no desenvolvimento da aprendizagem dos alunos.

Palavras chaves

Modelagem molecular; Ensino de química; Quiralidade

Introdução

Considerando a Química uma ciência que exige constantemente a exploração da visualização espacial, diferentes formas de fazê-la vêm sendo desenvolvidas ao longo dos anos, principalmente na área de ensino, com o objetivo de introduzir conceitos fundamentais de química. Dentre elas, a modelagem molecular, por meio da química computacional, surge como um recurso capaz de auxiliar estudantes no entendimento de conceitos químicos (RAUPP e SERRANO, 2009)(SHAH e WU, 2004). De acordo com essa temática, este trabalho tem como objetivo a elaboração de propostas didáticas, através de softwares de modelagem molecular, para o ensino de conteúdos de química orgânica, como geometria molecular e reatividade de seus compostos, com o apoio de livro didáticos utilizados no ensino regular. A pertinência das atividades no desenvolvimento de habilidades e competências descritas nos diversos parâmetros curriculares foi analisada.

Material e métodos

Foram elaborados roteiros de atividades próprios para cada conteúdo, com apoio dos softwares HyperChem e Chemsketch. Além dessas, foram selecionados exercícios de livros didáticos normalmente utilizados no ensino de química do ensino médio, como de Mortimer e Martha Reis, com a meta de acoplar conhecimentos, interpretações e reflexões acerca dos aspectos mais abstratos da química. Utilizando-se as atividades desenvolvidas e os exercícios extraídos dos livros didáticos, propôs-se a resolução destes com o apoio das ferramentas computacionais, construindo-se os modelos moleculares a partir de sua nomenclatura ou fórmula estrutural plana, representando-os de diferentes formas, de acordo com a necessidade de cada atividade.

Resultado e discussão

A utilização de softwares de visualização e modelagem molecular indicou ampliar a compreensão de conceitos que dependem da exploração das habilidades visuoespaciais, uma vez que proporciona uma maior interação entre os estudantes e o objeto de estudo, possibilitando diferentes representações de uma mesma estrutura, conforme a Figura 1. Como exemplo de aplicação para solução de problemas específicos no ensino, elaborou-se uma atividade que explora a quiralidade das moléculas, o que é desafiador em certos casos, como na distinção entre os isômeros ópticos de heptan-3,5-diol, ao se valer somente de estruturas planares presentes nos livros didáticos. É preciso discutir a validade da regra apresentada, com frequência, nos manuais didáticos do Ensino Médio, de que a assimetria molecular ocorre na presença de um carbono, o chamado carbono quiral, que faça quatro ligações simples e ligado a quatro grupos diferentes. Para o caso exemplificado do heptan-3,5-diol, ainda que houvesse o isômero quiral, (3R,5R)- Heptan-3,5-diol, a regra não esclarece a ocorrência do isômero aquiral, (3R,5S)-Heptan-3,5-diol. Outra atividade criada foi de estimação e identificação dos sítios reativos das moléculas, por meio da geração de mapas de potencial eletrostático, na expectativa de contribuir para o estudo e aprendizagem da reatividade ácido- base de compostos orgânicos. As atividades foram elaboradas visando a discussão dialógica de conceitos durante sua execução, explorando as potencialidades da ferramenta.

Diferentes representações de uma mesma fórmula química.

Conclusões

Os softwares de modelagem possibilitam a interação com vários tipos de representações moleculares, favorecendo a percepção de diferentes propriedades, não apenas a manipulação espacial das moléculas, mas também a verificação conceitos complexos que exigem elevado nível de abstração. Espera-se, assim, que seja considerado um relevante instrumento de apoio didático para os docentes nas salas de aula, e para auxiliar os estudantes na sua autonomia intelectual sobre os temas.

Agradecimentos

Ao IFSP, pelos programas de apoio ao discente.

Referências

RAUPP, D.; SERRANO, A. Desenvolvendo habilidades visuoespaciais. Experiência em ensino de ciências, v. 4, n. 1, p. 65-78, 2009.
SHAH, P.; WU, H. Exploring Visuospatial Thinking in Chemistry Learning. Wiley Periodicals, 2004.