A EXPERIMENTAÇÃO NA PRODUÇÃO E CRESCIMENTO DE CRISTAIS DE SAIS DUPLOS

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ensino de Química

Autores

Oliveira, L.C.S. (UFPA) ; Mares, E.K.L. (UFPA) ; Melo, K.C. (UFPA) ; Souza, D.A.A. (UFPA) ; Campos, W.E.O. (UFPA) ; Conceição, L.R.V. (UFPA)

Resumo

Neste trabalho buscou através de uma atividade experimental uma melhor compreensão sobre a preparação e crescimento dos cristais de sais duplos -sulfato de cromo e potássio (KCr(SO4)2.6H2O), na disciplina Química Inorgânica Experimental, de forma que os estudantes pudessem assimilar os conteúdos de maneira mais significativa. Após desenvolver o experimento em que os estudantes pudessem acompanhar como o cristal se desenvolvia, pode-se observar que os alunos aprimoraram seus conhecimentos, adquiriram uma melhor visão dos fenômenos estudados (não ficando apenas na teoria) e mostraram interesse pelo assunto abordado.

Palavras chaves

Experimentação; crescimento de cristais; sais duplos

Introdução

A experimentação como abordagem didática no ensino de ciência é apontada como algo relevante na aprendizagem dos alunos e sua função pedagógica tem como finalidade auxiliar na compreensão de fenômenos químicos. Dessa forma, fomenta um maior interesse entre os estudantes possibilitando um caráter motivador, lúdico e, sobretudo ligado aos sentidos dos alunos. As atividades experimentais proporcionam ao aluno uma busca por informações, viabilizando que o mesmo construa seu conhecimento (GIORDAN, 2003; SANTOS e SCHNETZLER, 1996). Para Rosito (2003), no ensino de química as atividades investigativas não devem ser desvinculadas das aulas teóricas, dos debates em grupo e de outras formas que podem proporcionar a aprendizagem de conceitos científicos. O que foi manifestado em aula e o que foi evidenciado no laboratório precisa se conceber como algo que se integra. Sendo a química uma ciência experimental, o professor deve planejar suas atividades de forma que envolva ações experimentais em que os alunos desenvolvam experimentos vinculados a situações cotidianas para melhor assimilação e entendimento do que está sendo abordado (SOUSA e BARICCATTI, 2013). Dentre as diversas possibilidades que o professor de química e/ou ciências tem de prender a atenção dos estudantes, as atividades experimentais, provavelmente, são as que os alunos mais se dedicam, entretanto, sabemos que essa abordagem, nem sempre, irá motivar todos os estudantes. Segundo Silva et al. (2017), um cristal é um corpo sólido, homogêneo, que em condições ideais de crescimento, apresenta uma forma geométrica bem definida, delimitada por faces planas e arestas, refletindo uma ordenação reticular interna. A quase totalidade dos sólidos naturais e artificiais se encontra no estado cristalino, mas, apesar disto, a nucleação e o crescimento cristalino não fazem parte de nossa observação cotidiana. Não obstante, cristais macroscópicos idiomórficos podem ser produzidos em laboratório através de experimentos simples, pela evaporação à temperatura ambiente de soluções aquosas supersaturadas. Segundo Teixeira (2000), muitos alunos que ingressam na Universidade no curso de química confundem vários arranjos simétricos, que estão presentes no nosso dia a dia, com a textura cristalina. O açúcar e o sal da nossa alimentação, os sais de banho, também de cloreto de sódio, o gelo nos frigoríficos, os cristais de neve e de geada, os medicamentos que tomamos em comprimidos, a grafite dos lápis, entre outros, são alguns exemplos de cristais que fazem parte do nosso cotidiano, entretanto, não são reconhecidos como cristais. Dessa forma, Teixeira (2000) indaga que apesar da evolução das técnicas de cristalização, a maioria dos manuais e/ou livros não acompanhou o ritmo e reduz a cristalização à purificação dos cristais de modo sistemático, sem a aproximação com a realidade dos estudantes. Sendo assim, esse estudo buscou através de uma atividade experimental uma melhor compreensão sobre a preparação e crescimento dos cristais metálicos de sulfato de cromo e potássio KCr(SO4)2, na disciplina Química Inorgânica Experimental, de forma que os estudantes pudessem assimilar os conteúdos imbricados no experimento de maneira mais significativa.

Material e métodos

O estudo consistiu em desenvolver um experimento onde os estudantes pudessem acompanhar como o cristal se desenvolvia. O experimento foi realizado com uma turma de 8 graduandos de Química Industrial da Universidade Federal do Pará, durante a disciplina Química Inorgânica Experimental. Primeiramente foi realizada uma sondagem por meio de conversa, acerca dos conhecimentos dos estudantes sobre cristais e sua presença na natureza, com o intuito de obter informações a respeito da temática e assim, averiguar os conhecimentos prévios dos alunos. Durante a conversa o professor foi colhendo algumas informações sobre o entendimento dos alunos, para que pudesse sanar algumas dúvidas referente a atividade e explicar. Além disso, informou os estudantes sobre as técnicas que seriam utilizadas no experimento e procurou demonstrar como aquilo poderia estar inserido na realidade daquele aluno. Em seguida os alunos foram divididos em pequenos grupos, o que para Carvalho et al. (2009), essa divisão - em pequenos grupos - é essencial para que se estabeleça uma boa comunicação entre os estudantes, oportunizando um melhor contato com os materiais. Após a divisão os alunos começaram a realizar o experimento que teve como fundamentação a obtenção de cristais metálicos de KCr(SO4)2.6H2O. Pesou-se 8,0 g de K2Cr2O7 em um béquer de 150 mL (Figura 1a), em seguida, foi adicionado 60 mL de água quente (aproximadamente 80 °C) sobre o béquer que contém K2Cr2O7 até sua total dissolução. Com o auxílio de uma pipeta de 10 mL, meça 6,4 mL de H2SO4 concentrado, e adicione ao béquer com a solução de K2Cr2O7 - este procedimento deve ser realizado em capela (Figura 1b). O béquer ficou em repouso até temperatura ambiente. Após, adicionou-se vagarosamente 16 mL de etanol sob agitação ao béquer com solução de K2Cr2O7 (Figura 1c), denominado béquer #1. Com a solução ainda levemente quente, foi transferido, metade do volume da solução para outro béquer de capacidade de 500 mL, denominado béquer #2. Foi adicionado ao béquer #1 o suporte (concha do mar - Figura 1d), de modo que a mesma ficou estável no fundo do béquer e com a cavidade voltada para cima. O acompanhamento do crescimento do cristal suportado na concha do mar foi observado ao longo da semana. A solução do béquer #2 foi adicionado em um banho de gelo e observou a formação dos cristais mantendo o béquer em repouso por 30 min. Os cristais de KCr(SO4)2.6H2O sintetizados foram analisados e um cristal que possui uma forma regular e de maior simetria foi escolhido. Amarrou-se o cristal escolhido em um pedaço de fio, o qual foi preso em uma haste de madeira. Por fim, o cristal amarrado foi adicionado dentro do béquer com solução de K2Cr2O7, de forma que o cristal ficasse pendurado ao meio do volume de solução. O béquer ficou em local com temperatura estável, e verificou-se o crescimento do cristal ao longo da semana (Figura 1e).

Resultado e discussão

A experimentação como abordagem utilizada proporcionou uma maior motivação e interesse por parte dos alunos, pois puderam manipular o material, discutir sobre o que aconteceria durante a atividade, além de acompanharem a formação dos cristais. Sendo assim, segundo Carvalho et al. (2009) experimentação surge como uma estratégia capaz de aperfeiçoar o ensino e aprendizagem das disciplinas científicas. Através das atividades práticas, podemos transformar nossas aulas de forma que se tornem mais instigadoras, desafiadora e próxima da realidade dos estudantes. É importante destacar que o experimento de cristalização foi realizado com o intuito que os alunos conseguissem perceber e acompanhar a produção dos cristais assim como seu crescimento, de maneira acessível e agradável. As técnicas de cristalização têm importância em todos os ramos da química, quer na escala laboratorial, como técnicas separativas ou de purificação, quer ao nível industrial na produção de produtos químicos de grande tonelagem, permitindo o controle da granulometria, velocidades de desidratação, pureza, a otimização das condições de armazenagem, entre outros. Os processos de crescimento de cristais, tiveram uma grande evolução: aparecem associados à síntese química, na obtenção de monocristais de pequenas dimensões para determinações de estrutura e na produção de uma vasta gama de novos materiais de interesse tecnológico (TEIXEIRA et al., 2000). A cristalização pode ser introduzida experimentalmente e ao nível básico, de forma simples e muito atrativa, utilizando substâncias que formam monocristais com relativa facilidade. A cristalização de sais iônicos e de outras substâncias sobre suportes rugosos (por exemplo, rochas e conchas), os quais estimulam fortemente o crescimento dos cristais, pois proporcionam um elevado número de núcleos de cristalização à sua superfície e estabelecem interações muito fortes com os solutos em solução. Ao introduzir a proposta experimental de forma lúdica nas preparações dos cristais, aumenta-se a possibilidade de trabalhar com os alunos um grande número de conceitos básicos, como: reações em solução (ácido-base, precipitação, oxidação-redução e complexação), variação da solubilidade com a temperatura, soluções saturadas, sobressaturadas, equilíbrio de precipitação, processos para exprimir concentrações de soluções, sistemas de cristalização e recristalização, estado sólido e classificação de cristais (TEIXEIRA et al., 2000). Segundo Costa e Andrade (2014), a quantidade de um sólido que pode ser dis¬solvida em um líquido limita-se pela solubilidade, que modificaconforme o par sólido-líquido e com as condições do ambiente, tais como a temperatura. Os sais dissolvidos em água se dis¬sociam em ânions e cátions, que são solvatados, ou seja, envoltos por camadas de água eletricamente orientadas em função de seus dipolos. Os íons per¬turbam o campo eletrostático da água na solução, que passa a ter comportamento distinto da água destilada, em aspectos como condutividade elétrica, volume específico, taxa de evaporação, entre outros. A nucleação é a etapa inicial da cristalização, ou seja, a formação de núcleos, também denomi¬nados de sementes ou gérmens, que são pequenos cristais estáveis, a partir dos quais ocorre o cres¬cimento. Para ocorrer a nucleação e o crescimento é necessário soluções supersaturadas, seja pelo aumento na concentração (exemplo, por evaporação do solvente) ou por variações na temperatura; na maioria das soluções, a diminuição da temperatura favorece a cristalização (COSTA e ANDRADE, 2014). A Figura 2a mostra os cristais de KCr(SO4)2.6H2O formados sobre a concha do mar que foi utilizado como suporte, e os cristais que foram induzidos ao crescimento a partir de um gérmemde cristalização encontra-se na Figura 2b. Durante a aula, diversos questionamentos foram realizados pelos alunos a respeito da cristalização, que através da atividade e com o auxilio do professor e textos de apoio, conseguiram compreender como se dava o processo de cristalização e como aquele fenômeno está presente em seu cotidiano, uma vez que vários cristais são formados na natureza, o que não é percebido pela maioria dos estudantes. Com o desenvolvimento dessa atividade de cristalização podemos perceber como a prática experimentação pode melhorar o processo de ensino e aprendizagem dos alunos, o que está de acordo com o pensamento de Carvalho et al. (2009), pois essa prática motivou os estudantes a acompanhar a evolução e crescimento dos cristais. Assim, além de estimular os alunos, possibilitou ainda a articulação entre os fenômenos científicos que aconteceram no experimento, com a teoria vista em sala de aula.

Conclusões

A partir do experimento do crescimento de cristais, pode-se observar que os alunos aprimoraram seus conhecimentos, adquiriram uma melhor visão dos fenômenos estudados (não ficando apenas na teoria) e mostraram interesse pelo assunto abordado. Tendo em vista que ao longo da semana, os grupos dos alunos criaram expectativas em acompanhar o crescimento dos cristais de KCr(SO4)2.6H2O. Sabe-se que por meio de diversas pesquisas que a aula prática aliada a aula teórica aumenta a capacidade de interpretação por parte dos alunos, dessa forma, o trabalho traz uma nova perspectiva para o entendimento dos sólidos cristalinos. Esse estudo mostrou que os estudantes conseguem compreender melhor os conceitos científicos, no caso a cristalização, quando tem a oportunidade de observar como acontece na prática. Alem disso, mostrou também que a experimentação precisa ser mais empregada nas aulas de química. É importante apontar que as atividades experimentais precisam ter relação com o cotidiano para que a aprendizagem seja significativa para o estudante.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Universidade Federal do Pará - UFPA e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES.

Referências

CARVALHO, A. M. P.; VANNUCCHI, A. I.; BARROS, M. A.; GONÇALVES, M. E. R.; REY, R. C. Ciências no ensino fundamental: O conhecimento físico. São Paulo: Scipione, 2009.
COSTA, I. S.; ANDRADE, F. R. D. Experimentos didáticos de cristalização. TERRAE DIDATICA, 10-2, 91-104, 2014.
GIORDAN, M. Experimentação por simulação. Textos LAPEQ, USP, São Paulo, n. 8, 2003.
ROSITO, B. A. O ensino de ciências e a experimentação. Construtivismo e ensino de ciências: reflexões epistemológicas e metodológicas, v 3, p. 195-208, 2003.
SANTOS, W. L. P.; SCHNETZLER, R. P. Função Social: o que significa ensino de química para formar cidadão. Química Nova na Escola, n. 4, v. 4,1996.
SILVA, D. E.; SALVADOR, E. S.; ALMEIDA, F. A.; SANTOS, J. F.; PIRES, V. C. F. Cristais metálicos: uma proposta para a prática da química inorgânica experimental. II Congresso Nacional de Pesquisa e Ensino de Ciências. Campina Grande/PB, 2017.
SOUSA, S. I. M.; BARICCATTI, R. A. Utilização de reagentes do cotidiano no ensino das propriedades coligativas nas práticas de laboratório no ensino de química no ensino médio. Disponível em: http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/pde/arquivos/2423-8.pdf. Acessado em: 15/08/2018.
TEIXEIRA, C. Os Cristais no Ensino e Divulgação da Química. Colóquio Ciências, v. 25, 2000.
TEIXEIRA, C.; LOURENÇO, N.; MATOS, R.; RODRIGUES, M. J.; SILVA, P. F.; SOUSA, N. As rochas ornamentais e os minérios sintéticos. Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, 2000.