ALFABETIZAÇÃO CIENTÍFICA PARA ALUNOS DO ENSINO MÉDIO – SIMULAÇÃO DO EFEITO ESTUFA EM APARELHO CONSTRUÍDO COM MATERIAIS ALTERNATIVOS

ÁREA

Ensino de Química

Autores

Cardoso, P.E.F. (LICEU NILO PEÇANHA - SEEDUC/RJ) ; Cardoso, A.P. (LICEU NILO PEÇANHA - SEEDUC/RJ) ; Clemente, G.G. (LICEU NILO PEÇANHA - SEEDUC/RJ) ; Pereira, B.A. (FACULDADE DE FARMÁCIA - UFF)

RESUMO

A simulação do Efeito Estufa pretende demonstrar seus dois problemas ambientais: o “aquecimento” e o “abafamento” do ar atmosférico. Toda a proposta foi desenvolvida no Projeto de Alfabetização Científica para Alunos do Ensino Médio – PACAEM, estabelecido no Liceu Nilo Peçanha desde 2009, produzindo um equipamento simples montado pelos próprios alunos utilizando materiais alternativos acessíveis. Tomando um dos gases principais causadores desse efeito – o CO2, com sua capacidade de reter mais calor e ser mais denso que o ar atmosférico – num procedimento que pode ser aplicado até em ambientes de poucos recursos, em 50 minutos, com demonstração objetiva do “aquecimento” e “abafamento”. O aparelho utilizado na experiência é de baixo custo e o procedimento demonstra ser convincente.

Palavras Chaves

Alfabetização Científica; Efeito Estufa; Materiais Alternativos

Introdução

O Processo Ensino/Aprendizagem que tem predominado nas Escolas Públicas em nosso Estado, vem sofrendo um processo crônico de sucateamento e empobrecimento em todos os níveis, o que vem provocando um distanciamento entre o que está sendo oferecido pela escola e o aprendizado eficiente pretendido pelos alunos. Os instrumentos, códigos e sinais utilizados não estão sendo satisfatórios e convincentes. A “palavra” dita pelo “autor” como “sujeito” – o professor – não é compreendida pelo “outro” – o aluno – também como “sujeito” conforme propõe Bakhtin (apud MARCHESAN, 2014, p. 115-131). A estratégia predominante na maioria das escolas regulares ao longo do século XX tem se fixada na relação de um ambiente de sala de aula com um professor (a) e uma turma de 30 alunos ou mais. Com uma linguagem e métodos inoperantes, diante de um avanço tecnológico e dos novos códigos de informação que cercam toda a sociedade, especialmente a comunidade escolar, o “Diálogo Docência/Discência” – Dodiscência – (FREIRE, 2013, p.30) essencial no processo Ensino/Aprendizagem está cada vez mais descontextualizado. A compreensão das questões ecológicas e ambientais tem produzido alerta cada vez mais angustiante, no entanto, a capacidade de reação positiva não consegue ser tão eficiente diante do “Fatalismo Cínico” (FREIRE, 2014) que predomina numa sociedade anestesiada. A importância de revelar a diferença entre Conhecimento Científico e Reportagem Científica e, também a adequação de novas propostas pedagógicas com adequação de métodos mais ajustados ao perfil de alunos atuais, passam a ser essenciais para que os estudantes – como cidadãos – possam contribuir para uma mudança de postura diante da questão ambiental e, nesse caso, o Efeito Estufa está posto sobre a mesa dos alunos do Liceu Nilo Peçanha – Escola Pública do Estado do Rio de Janeiro, através do Projeto PACAEM - Projeto de Iniciação Científica para Alunos do Ensino Médio, com uma proposta experimental numa linguagem, participativa, sonora, viva e convincente, desde 2009, (CARDOSO, 2014, p. 46 a 50). O Projeto de Alfabetização Científica para Alunos do Enisno Médio – PACAEM desenvolvido no Liceu foi inspirado nas proposição de Áttico Chassot, conforme publicação na Revista Brasileira de Educação (CHASSOT, 2003, p. 89-100). Um dos objetivos desse trabalho é trazer a questão de um conhecimento atrapalhado sobre o significado do que é apresentado em relação ao Efeito Estufa da forma como é comunicado pela mídia predominante (Reportagem Científica) em relação ao conhecimento científico e contextualização desse problema, para um debate mais convincente com nossos alunos, mesmo através de uma simulação. Outro objetivo é estabelecer uma troca enriquecedora entre o conhecimento (O Enunciado) e aquele que o aluno pode concebê-lo no sentido da maiêutica de Sócrates (o fazer para impregnar as ações e ideias com fundamentos eficientes que permitam ao aluno refletir e construir o conceito e conhecimentos como agente ativo do seu próprio saber (parir ou dar a luz à ideia), avançando mais para além da Química (ou Física ou Biologia) de papel ou do quadro de giz. Ainda outro objetivo é a alternativa simples e barata, com material de sucata, para realizar a outra Química da bancada em laboratório ou na própria sala de aula ou, ainda outro espaço adequado, com relação ao fenômeno examinado. E, como último objetivo, apresentar um aparelho desenvolvido pelo projeto PACAEM, completamente inédito para demonstrar o Efeito Estufa, através de uma simulação eficiente. Os materiais usados para a construção do aparelho aperfeiçoado, sua montagem e demonstração dos efeitos de "aquecimento" e "sufocamento" estão registrados em vídeo de aproximadamente 3 minutos.

Material e métodos

O ambiente: Laboratório de Química do Liceu Nilo Peçanha – Escola Pública de Ensino Médio – SEEDUC – RJ – em Niterói, com cinco bancadas para seis alunos do PACAEM em cada uma. Total de 30 alunos na parte da manhã e 30 na parte da tarde. Além dos alunos do PACAEM participam ex-alunos voluntários (já formados em alguma graduação e até pós-graduados); Formandos em Química da UFF realizando estágio probatório; professores convidados e o professor idealizador e criador desse último modelo de aparelho mais completo e, que apresenta este trabalho. Materiais para a montagem do aparelho novo do simulador: Laboratório de Química ou a própria sala de aula; Garrafa Pet de 2 L, com a tampa; Agulha de tricô com diâmetro de 6 mm e comprimento de aproximadamente 35 cm; Fita crepe ou fita isolante ou esparadrapo; Tesoura; Caixa de fósforos ou isqueiro; Quatro velas de aniversário do tipo palito; Uma colher de sopa; Um pano de limpeza; Suco de um limão, ou 50 mL de vinagre ou limpa piso; Bicarbonato de sódio (30 g ou uma colher de sopa); Um frasco tipo de adoçante; Saca-rolha; Três tampas iguais (plástico) de frasco de maionese ou azeitonas, com mais ou menos 4 cm de diâmetro. Métodos - Procedimento para a montagem do laboratório: O Experimento no Laboratório: 1. Um dos alunos veda (com fita isolante) o furo na parte baixa da garrafa, outro aluno segura o aparelho com uma das mãos pela parte da agulha que ficou em baixo da tampa da garrafa; 2. Fechar o furo em baixo na garrafa com a fita isolante ou crepe; 3. Com a colher cheia coloca o bicarbonato dentro do aparelho (no fundo); 4. Outro aluno acende as três velas bem espaçadas da agulha, de maneira que duas velas fiquem totalmente dentro da garrafa e a terceira vela fica com metade do corpo da vela dentro e a outra metade com a chama para fora da boca da garrafa; 5. Com o frasco de adoçante contendo o suco de limão – ou o vinagre ou o ácido – goteja-se o reagente ácido, gota a gota, até 30 gotas, aproximadamente; 6. Os demais alunos anotam os efeitos do processo reacional registrando as ocorrências até os efeitos principais diminuírem bem; 7. Em seguida, outro aluno acende uma quarta vela fora do aparelho e a aproxima do furo fechado na garrafa e num movimento simultâneo retira a fita, abrindo o furo e imediatamente aproxima a chama da vela acesa na entrada do furo, sem entrar na garrafa; 8. Continuando as anotações e registrando todos os efeitos ocorridos na experiência; 9. Após as anotações e coletas de dados, os grupos discutirão entre si para elaborarem uma conclusão e para produzirem um relatório para exame dos professores; 10. Com os relatórios dos grupos o professor promove um debate para discussão e conclusões finais, com o conjunto de todos os grupos.

Resultado e discussão

COMPOSIÇÃO APROXIMADA DO AR ATMOSFÉRICO: GÁS NITROGÊNIO = 80% de N₂; GÁS OXIGÊNIO = 20% de O₂; Observação: A maior quantidade de oxigênio (mais pesado) predomina abaixo na tabela a ser apresentada (representando o ar), enquanto a quantidade de nitrogênio (mais leve), mais acima. Massas dos átomos (ou pesos atômicos). H = 1 u;He = 4 u;C = 12 u;N = 14 u;O = 16 u. Massa Molar média (aproximada) do ar atmosférico: MM_{(AR aprox.)} = (28g x 80% + 32g x 20%) ÷ 100% = 28,8 g/mol. Então, o oxigênio dissolvido (espalhado) no Ar atmosférico é mais pesado (com 32 g/mol) do que o Ar (com 28,8 g/mol). Para a proposta da Experiência de Simulação do Efeito Estufa, usaremos o gás carbônico – produzido em uma reação química muito comum – para demonstrar que os gases mais “pesados” que o ar tendem a ficar mais para baixo que os outros gases, mesmo com a dinâmica de um “movimento browniano ”. A estratégia de deslocar o gás oxigênio (massa molar = 32 g/mol) pelo gás carbônico (massa molar = 44 g/mol) é porque o gás carbônico não é comburente e apaga a vela dentro do aparelho, enquanto o oxigênio (comburente) não a apagaria. Equação da Combustão:… Combustão = combustível + comburente + Energia. A montagem do aparelho: Corte a garrafa no sentido perpendicular medindo uma altura de 22 cm a partir da boca da garrafa, para formar um recipiente onde será produzido e acumulado o CO₂ da reação do bicarbonato com reagente ácido. Use a parte da meia garrafa correspondente ao gargalo, para montar o aparelho; Faça um furo na garrafa (com 1 cm de diâmetro) na curva do gargalo a 7 cm da parte baixa da tampa da garrafa e feche-o com um pedaço de fita isolante; Faça um furo no centro da tampa da garrafa com um diâmetro de 4 mm de maneira que a agulha possa atravessar o furo na tampa bem ajustada e conecte a tampa na garrafa sem a agulha; Em separado prepare as três tampas fazendo em cada uma dois furos na posição como se fossem dois olhos da tampa. O primeiro com diâmetro de 4 mm a ser atravessado pela agulha e o segundo de 3 mm para ser atravessado pela vela, nas três tampas. Atravesse e fixe bem a primeira vela no furo menor em uma das tampas e, em seguida, repita o procedimento com as outras duas tampas formando o trio de tampas com as respectivas velas. Atravesse a agulha nos furos correspondentes nas três tampas com as respectivas velas, separando-as e fixando-as bem. A fixação da primeira tampa será na posição de 12 cm a partir da ponta da agulha de baixo do aparelho, a segunda tampa com a vela deverá ser fixada a 19 cm e a terceira a 28 cm, de maneira que as duas primeiras velas fiquem completamente dentro do aparelho e a terceira vela fique 1/3 da vela dentro e 2/3 fora do aparelho, formando um sistema que funcionará com dois pavios acesos dentro do aparelho e o terceiro pavio completamente fora. Monte o sistema “agulha com as três tampas e as velas” atravessando a agulha pelo furo da tampa da garrafa, completando o novo aparelho. O Experimento no Laboratório: 1. Um aluno segura o aparelho com uma das mãos, tendo o cuidado de vedar o furo em baixo na garrafa com a fita isolante e, com a colher, coloca o bicarbonato no fundo; 2. Outro aluno acende as três velas e goteja o reagente ácido até cerca de 30 gotas, anotando os efeitos; 3. Passados 1 min, outro aluno acende uma quarta vela fora do aparelho e a aproxima do furo fechado na garrafa e num movimento simultâneo retira a fita abrindo o furo e imediatamente aproxima a chama da vela acesa na entrada do furo, sem entrar na garrafa; 4. Continuando as anotações e registrando todos os efeitos ocorridos na experiência. 5. Após as anotações e coletas de dados para reflexão, considerando que todas as queimas, com liberação de gases poluentes na atmosfera, é uma das principais causas do Efeito Estufa que se manifesta de duas formas básicas no ambiente. A primeira é sensação de falta de ar ou sufocamento, em virtude da diminuição do teor de oxigênio livre no ar gasto na combustão. A segunda é a sensação de aquecimento do ambiente, provocado pela maior absorção e retenção de energia vinda do Sol e das queimadas, considerando que quanto maior a massa do material, maior energia absorve. 6. Entre os gases causadores do Efeito Estufa, escolhemos, nessa experiência o CO₂ que, por ter maior massa (mais pesado) que o ar, fica mais atraído para perto do solo e superfícies das águas, onde a maior parte dos seres vivos habita, empurrando boa parte do ar atmosférico para cima. Podemos realizar o cálculo aproximado da massa molar média do ar atmosférico usando a seguinte composição percentual aproximada do ar: 80% de gás N₂ e 20% de gás O₂, assim: A molécula de N₂ tem massa igual a 28 u. A molécula de gás O₂ tem massa igual a 32 u logo, as massas molares são, respectivamente: 28 g/mol para o N₂ e 32 g/mol para o O₂. Considerando as diferenças de percentuais entre o N₂ e O₂ fazemos o cálculo da massa molar média do ar, usando a média ponderada assim: Cálculo da massa molar média do ar: Massa molar do N₂ x 80%, então: 28 x 80 = 2240 g/mol. Massa molar do O₂ x 20 %, então: 32 x 20 = 640 g/mol. Somando as massas 2240 com 640 = 2880. A divisão de 2880 por 100 obtém a massa molar média aproximada do ar igual a 28,8 g/mol. Cálculo da massa molar do CO₂: Pesos atômicos: C = 12 u; O = 16 u. A molécula do CO₂ tem massa igual a 12 + 16 + 16 = 44 u. Portanto, com massa molar de 44 g/mol. Dividindo-se a massa molar do CO₂ pela massa molar média aproximada do ar, fica: 44/28,8 ≅ 1,53. Então podemos considerar que o CO₂ é aproximadamente, uma vez e meia mais pesado que o ar. Esta relação justifica a evidência de que o CO₂ fica mais concentrado perto da superfície do solo ou das águas, enquanto o ar atmosférico - mais leve - tende naturalmente a ficar mais acima, especialmente em ambiente com grande quantidade de veículos circulando entre paredes formadas por muitos edifícios impedindo a circulação e espalhamento do ar poluído, diminuindo sua dispersão e retendo o ar. O ar retido com uma quantidade significativa de gás carbônico e outros gases mais pesados que o ar absorve mais calor causando aquecimento e a diminuição do oxigênio perto do solo ou das águas provocando o abafamento. Coleta e análise do dados organizando as observações e efeitos verificados no experimento: Para começar o processo com o aparelho montado, um dos alunos colocou 30 g de bicarbonato de sódio no fundo do aparelho; Em seguida, adicionou cerca de 30 gotas do reagente ácido provocado imediata reação com liberação de grande quantidade de gás carbônico enchendo completamente o aparelho de baixo para cima; Imediatamente a vela de baixo no aparelho apagou e, logo após apagou a segunda vela acima (ambas dentro do aparelho), porém não apagou a vela que ficou metade dentro do aparelho e a outra parte fora, com a chama três centímetros longe da boca do aparelho. Em seguida, outro aluno aproximou uma quarta vela acesa perto do orifício que estava vedado com fita isolante e retirou a vedação apagando imediatamente a quarta vela. Durante toda a execução e após as duas velas de dentro (a de baixo e a do meio) e, ainda, aproximando a quarta vela do orifício do aparelho serem apagadas, a vela presa na tampa de cima (a terceira) permaneceu o tempo todo acesa fora da tampa e, continuou acesa até o final do experimento, quando foi devidamente apagada. Para os alunos: diante deste fundamento, reflitam sobre os dados e efeitos verificados nos experimentos e formulem perguntas e conclusões a respeito de cada efeito observado.

Um dos ambientes de realização dos experimentos - \r\nLaboratório de Química do Liceu Nilo Peçanha - \r\nNiterói - RJ


Os materiais necessários a montagem do aparelho, \r\nassim como sua confecção e funcionamento, registrado \r\nem vídeo.

Conclusões

A inovação constituiu em trabalharmos com quatro velas, assim: três delas presas na agulha de tricô foram acesas. Duas dentro do aparelho e a terceira presa, mas com a chama acesa 3cm fora da boca da garrafa do aparelho. Outro aluno manteve a quarta vela acesa segurando-a fora do aparelho; A reação do bicarbonato com a solução ácida produziu imediatamente boa quantidade de CO2 – de baixo para cima – apagando em sequência: a vela de baixo, depois a do meio, todavia não apagou a terceira vela do aparelho que permaneceu acesa durante todo o experimento. Passados alguns minutos, o aluno com a quarta vela acesa retirou a vedação da garrafa e imediatamente a aproximou da janela aberta apagando-a imediatamente quando o gás carbônico escapou. A partir da evolução do procedimento constatou-se que o apagamento das velas 1, 2 e 4 ocorreram devido ao gás carbônico produzido no interior do aparelho – tanto pela reação do bicarbonato com o ácido, conforme as equações a seguir, como o produzido na combustão da parafina da vela. - NaHCO₃ + HCl → H2CO3 + NaCl. H₂CO3 → CO₂ + H₂O. As reações químicas usadas no experimento – tanto a dupla troca: bicarbonato de sódio e ácido clorídrico, por exemplo, produzindo ácido carbônico que se decompõe rapidamente, liberando o CO₂ – como a combustão da parafina da vela queimando oxigênio – diminuem sua concentração no ar puro e, ainda, aumentando a concentração de CO₂ e que por ter maior massa (ser mais pesado) que o oxigênio retém mais calor por possuírem mais massa que o O₂. As adaptações e desenvolvimento deste último modelo de aparelho Simulador do Efeito Estufa e os dados recolhidos no procedimento experimental confirmam de forma bem convincente o que se encontra na vasta bibliografia disponível no meio acadêmico. Todo o procedimento foi registrado em vídeo disponível.

Agradecimentos

Aos Diretores do Liceu Nilo Peçanha: Celso Lopes; Ana Maria Queiroz; Claudia Galvão e Paulo Roberto dos Santos. Aos Mestres: Ary Madureira; Cyro Cormack; Honomar Ferreira de Souza e Francisco Cordeiro.

Referências

CARDOSO, Paulo Eduardo Ferreira. Percepção de Professores de Escolas Públicas do Estado do Rio de Janeiro e Propostas Metodológicas para Melhoria do Processo Ensino/Aprendizagem em Química no Ensino Médio. Dissertação – (Mestrado Profissional em Ensino de Ciências da Natureza) – Universidade Federal Fluminense, Niterói: [s.n.], 2014. 168f.

CHASSOT, Áttico. Alfabetização Científica: uma possibilidade para a inclusão social. Rio Grande do Sul: Revista Brasileira de Educação, jan/fev/mar/abr. p.89-100, 2003.

FREIRE, Paulo. Pedagogia da autonomia: saberes necessários à prática Educativa. 47ª ed. rev. e atual. Rio de Janeiro: Paz e Terra, p.143, 2013.

FREIRE, Paulo. Pedagogia do oprimido. 56ª Ed.rev. e atual. Rio de Janeiro: Paz e Terra, p. 253, 2014.

MARCHESAN, Renata Coelho. Diálogo. In: Braith, Beth (org). Bakhtin: outros. Editora Contexto, 2a Ed, p.115-131, 2014.