Autores

Pereira, L.Q. (SENAI CETIQT) ; Simões, A.L.C. (SENAI CETIQT) ; Gimenez, C.A. (SENAI CETIQT) ; Azevedo, P.V.N. (SENAI CETIQT)

Resumo

O trabalho tem como objetivo avaliar as diversas maneiras em aprimorar e aperfeiçoar o processo de ensino e aprendizagem dentro da área de química, minimizando as limitações apresentadas pelos alunos em relação ao ensino desta grande área do conhecimento. A proposta se dá por meio da inserção de experimentos simples de polimerização visando consolidar os conhecimentos de reações químicas, cinética química e a observação de fenômenos químicos durante a realização dos mesmos. Os resultados mostraram que a utilização de uma metodologia baseada em avaliação de uma situação problema, aumentou o interesse do discente nessa atividade desafiadora, sugeriu que a aprendizagem da química foi significativa, promovendo o desenvolvimento de funções cognitivas.

Palavras chaves

ENSINO DE QUIMICA; POLÍMEROS; POLIADIÇÃO

Introdução

A utilização de experimentos como forma de consolidar os conhecimentos teóricos e científicos durante a fase de aprendizagem é uma estratégia fundamental no ensino dos conteúdos das ciências denominadas exatas. Manter vivo o interesse do estudante, fazendo com que seu curso seja percebido como um local de exploração de conhecimentos é um grande desafio nesses tempos de escassez de verbas para a educação. Assim, é necessário o desenvolvimento de soluções mais diversificadas e de baixo custo para tornar a aula atraente e de qualidade (LDB, 1996). É inegável a importância da experimentação e da vivência em laboratório para o desenvolvimento das competências e habilidades desejadas para o futuro profissional pois, é neste espaço dos laboratórios, que será possível gerar o colorido tão necessário para a compreensão e vivência dos conteúdos da disciplina. Os laboratórios são entendidos pelos alunos como um local de exploração de conhecimentos, divertido e instigante à curiosidade científica e as atividades ali desenvolvidas, terão a responsabilidade de incentivar o gosto do estudante pelo desenvolvimento de projetos e estimulação da criatividade (CARVALHO et al, 2009). A competitividade existente no mercado de trabalho, requer um perfil holístico para os novos profissionais que chegam ao mercado de trabalho. Esta formação abrangente compreende os eixos técnico, científico, gerencial e social e é necessária para suprir a demanda devido a rápida evolução dos conhecimentos na área das ciências. Dessa forma, as competências e habilidades requeridas pelo mercado de trabalho, estabelecem a necessidade de formar profissionais alinhados com essa evolução tornando, fundamental, reforçar os conhecimentos nas ciências básicas, pois são estes conhecimentos que garantem o suporte da evolução tecnológica (LIMA, 2000). O uso da experimentação tem sido fundamental em decisões tomadas por especialistas, demonstrando que esta atividade estimula o desenvolvimento de outras funções cognitivas no indivíduo, além daquelas já necessárias a seu campo de atuação. Assim, as iniciativas que promovam o desenvolvimento de modelos experimentais através da utilização de materiais de uso comum, permitirão o acesso do aluno à ciência, criando um espaço de geração experimental permanente e auxiliando os alunos em suas próprias pesquisas (SOUZA, 2002). Dessa forma, no ensino de química, as aulas experimentais podem apresentar essa finalidade. E muitas vezes, esses experimentos, mesmo sendo simples, acarretam no aumento do interesse do aluno pela disciplina. Nesse trabalho, os experimentos escolhidos foram as reações para a síntese de polímeros, ou reações de polimerização, que podem ser classificadas em polimerização em cadeia (poliadição) e polimerização por condensação (em etapas). A policondensação ocorre por meio da reação entre os grupos funcionais dos monômeros, havendo a liberação de água, por exemplo, como subproduto (FERREIRA, 2010) A poliadição é caracterizada pela reação de um monômero vinílico, que é ativado por um iniciador, gerando um radical propagante ou espécie ativa. Assim, os monômeros são inseridos na cadeia polimérica por meio da quebra da ligação pi, provocada por outra molécula de iniciador ou por uma cadeia propagante. As iniciações químicas podem ser por radicais livres ou por íons. As substâncias geradores de radicais livres mais comuns são os peróxidos orgânicos, dentre eles os peróxidos de benzoíla, lauroíla, hidroperóxido de cumila e os, azocompostos (a,a'-azo-bis-isobutironitrila. Porém, alguns só podem gerar e liberar os radicais livres somente acima de temperaturas de 50ºC ou pela ação de catalisadores, enquanto que outros podem ser decompostos por luz ultravioleta (MANO, 1999). Um dos monômeros mais versáteis e fáceis de trabalhar é o estireno, cujo o produto de sua polimerização é o poliestireno e ele pode ser obtido por diversas técnicas de polimerização. Como o estireno é um monômero que pode ser iniciado por quase todos os tipos descritos acima, é muito versátil e de fácil acesso, pode ser utilizado em experiências para ajudar no esclarecimento de técnicas de polimerização e de seus mecanismos. (CANEVAROLO, 2010) Esse trabalho tem como objetivo utilizar experimentos químicos simples, porém que apresentam parâmetros variáveis, para despertar o interesse no aluno com relação às diferenças de comportamento do sistema de polimerização. Assim, inseriu-se uma metodologia baseada em avaliação de uma situação problema, que nada mais é uma estratégia de aprendizagem desafiadora, a qual mostra ao aluno um contexto de uma situação real ou hipotética, classe teórica e prática, sobre uma determinada atividade que foi inserida no contexto que a transforma realmente significativa, além de ser uma proposta que contempla envolver elementos relevantes na problematização de um desempenho totalmente profissional.

Material e métodos

Materiais: • Monômeros de estireno • Peróxido de benzoíla (iniciador) • Alumina • Hidróxido de Sódio • Ciclohexano • Placa de aquecimento • Tudo de reação • Termômetro Método: O trabalho desenvolveu-se com a realização de quatro experimentos executados pelos alunos. A Tabela 1, mostra as características de cada reação química de polimerização. Na purificação de monômero de estireno utilizando alumina, o mesmo é colocado em um funil de separação para a retirada do inibidor (4 - Terc- Butilcatecol) em contato com o Al2O3. A boca do funil de separação é vedada com um pedaço de algodão para não entupir a saída do mesmo, em seguida adiciona-se alumina até a metade do funil. Logo após, adicionaram- se 200 mL de monômero de estireno, e esperados 15 minutos de contato, coletaram-se o monômero sem inibidor. No outro método de purificação de monômero, fez-se a lavagem do estireno em funil de separação, com solução aquosa de NaOH 5% (p/v). Após realizaram-se lavagens com água para baixar o pH. Em seguida ao monômero adiciona-se carbonato de cálcio seco para absorver toda umidade. A Figura 1a mostra a etapa de separação realizada pelos alunos utilizando esse processo, e a Figura 1b mostra o sistema de polimerização. A polimerização em massa realizaram-se adicionando-se 50 mL de cada estireno purificado em 2 tubos de ensaio grande, e em seguida, é colocado dentro de um bécher com água a 60 ºC para ocorrer a polimerização por 1 hora. Figura 1a –Separação com NaOH Figura 1b – Sistema de polimerização A polimerização em solução seguiu o mesmo procedimento, porém adicionaram-se 50 mL de solvente hexano. Após 1,5h de reação, recolheu-se uma alíquota (5 mL) do meio reacional e foi colocada numa placa de alumínio (previamente pesada (mi) e identificada). Adicionaram- se 10 mL de etanol para a precipitação do polímero que foi seco em estufa com circulação de ar, até massa constante. A Figura 2a mostra a polimerização terminada, assim como, a Figura 2b a cápsula utilizada para verificação da conversão. Figura 2a Polímero após reação Figura 2b Polímero seco

Resultado e discussão

Após realização dos dois métodos de purificação (separação do inibidor e monômero) os alunos compararam os processos, e verificaram que ambos diferem muito, em relação a eficiência. Concluíram que o processo por adsorção (alumina) é mais vantajoso quando pensado em escala industrial, enquanto que o processo via solução de NaOH torna-se mais trabalhoso, com etapas mais complexas e que geram retrabalhos para finalizar uma mesma etapa se utilizado o material adsorvente, além de gerar muito resíduo devido a etapas sucessivas de lavagem até o ajuste de pH. Outra competência levantada, é que o material adsorvente (alumina) poderia ser reaproveitado enquanto que com o NaOH gera mais resíduos sendo ambientalmente incorreta sua utilização. A metodologia foi aplicada através de um olhar, ou perspectiva, de origem qualitativa, baseada no conteúdo teórico aplicado nos experimentos de laboratório. Utilizaram-se como análise de conteúdo a análise técnica dos temas através de aplicação de relatório, os quais os alunos apresentaram suas percepções no experimento, respondendo aos pontos principais do relatório e registrando essas observações, com explicações técnicas. Realizou-se uma análise forma individual e comparativa entre os grupos. Assim, relacionou-se os conteúdos de laboratório e teóricos relativos ao conhecimento adquirido e verificando assim se o binômio ensino/aprendizado era efetivo (BARDIN, 2009). Os experimentos 1 e 2 diferem somente quanto ao método de purificação do monômero, observado pelos alunos, nas duas reações, que ocorre o aumento da viscosidade no meio reacional. Além disso, os alunos mostraram-se capazes de relacionar esse aumento da viscosidade, com a formação de polímeros no meio reacional. Entretanto, perceberam também que no experimento 1 (utilizando NaOH para purificação do estireno), ocorreu o aumento da viscosidade, com uma diferença de 5 minutos, quando comparado ao experimento 2. Assim, os alunos concluíram que o processo de separação (iniciador do monômero) via adsorção é mais eficiente, uma vez que começa a ocorrer o crescimento da cadeia polimérica mais rapidamente. Além disso, o professor ao mediar a realização dos experimentos, pergunta aos alunos o que pode ser o causador do retardamento da reação do experimento 1 em ralação à reação do experimento 2, quando observaram a diferença de 5 minutos entre as reações. Os alunos elencaram algumas suposições, como: umidade, quantidade de iniciador e processo de purificação. Explicaram aos alunos que de acordo com a ciência de polímeros, alguns contaminantes podem influenciar nesse processo, e que a suposição da umidade está correta, uma vez que ela pode retardar ou terminar uma reação de polimerização. Com isso relacionam o processo de purificação via NaOH sendo o menos adequado de acordo com o sistema utilizado. Dessa maneira é possível verificar a formação do conhecimento junto com as capacidades e com a mediação do professor.(SENAI, 2013) Importante ressaltar também que deve-se incentivar os alunos a todo momento a usar os seus conhecimentos e experiências relacionados ao experimento que estão trabalhando. O aluno precisa perceber que não cabe mais ele simplesmente usar os seus saberes, mas tem que se arriscar, verificando e até testar suas hipóteses e assim conseguir enfrentar as contradições, sem ter medo do nível de confronto, seja entre as suas convicções ou hipóteses, frente ao que consegue gerar de forma individual ou em grupo, ou até mesmo o que pode ser produzido um resultado como dito errado. Os alunos devem reconhecer que a mobilização do que sabem e pensam sobre o que será ensinado é muito importante (WEISZ, 2009). Ao realizar o estudo cinético, os alunos constataram que durante a polimerização ocorre o crescimento independente de cadeias, relacionada a quantidade de iniciador, em um determinado momento o centro ativo da molécula se instabiliza e desaparece, isso pode ocorrer de maneira independente e distinta para cadeia polimérica, sendo essa variação no tempo de desaparecimento do centro ativo tem função direta no tamanho da cadeia. Essa constatação junto aos experimentos é elaborada de acordo com a literatura (MANO, 1999; CARNEVAROLAO ,2010). Assim, a constatação dos alunos é relevante, pois mostra que esse conhecimento é criado junto ao professor, sendo primordial do ponto de vista da mediação, em que o envolvimento junto ao aluno é muito importante no processo de ensino e aprendizagem.

* tratamento do monômero de estireno com solução de NaOH para retirada do inibidor. ** tratamento do monômero de estireno em contato com alumina


Figura 1 (a) sistema de extração de inibidor (b) sistema de polimerização. Figura 2 (a) polimero obtido (b) polimero obtido seco em estufa

Conclusões

No estudo da síntese de estireno apoiada na utilização de atividade experimental, é factível perceber, que a criação de discussões no decorrer das etapas do experimento, promove a construção do conhecimento. A temática utilizada é pouco explorada em aulas de ensino de química, pois experimentos de polimerização normalmente são demorados, complexos de serem abordados e dispendiosos, porém, alguns monômeros são fáceis de se conseguir como doações por empresas e os restantes dos aparatos são simples, podendo ser encontrados nas escolas e faculdades. Dessa maneira, é possível reduzir a complexidade desse assunto, uma vez que forma aplicadas atividades experimentais de simples e de fácil entendimento, verificando as condições de tratamento dos insumos bem como os processos de polimerização podem influenciar no produto final. A pesquisa constata que utilizando atividades experimentais ou pesquisas aplicadas nas aulas de química orgânica, facilita o desenvolvimento do binômio ensino/aprendizagem, bem como no crescimento individual e em grupo do conhecimento. A parte do trabalho em grupo propicia o desenvolvimento de capacidades organizativas e sociais dos alunos perante uma tarefa, tornado de forma aplicada e significativa os conteúdos abordados durante a aula. Assim, corrobora na acreditação da interface teoria e prática uma vez que despertou nos alunos observações, indagações, percepções e alinhamento dos problemas teóricos vistos na prática. Importante ressaltar que todo conhecimento prévio adquirido nas pesquisas bibliográficas realizadas junto ao experimento, facilitam a compreensão dos saberes e teorias alinhadas a percepções científicas, promovendo o alcance, assim como, o objetivo da compreensão do estudo.

Agradecimentos

SENAI CETIQT

Referências

Lei de Diretrizes e Bases da Educação. Lei No 9.394 de 20 de dezembro de 1996.
CARVALHO, F.; MOREIRA, A. F. VI Encontro Nacional de Engenharia e Desenvolvimento Social, Campinas, SP. Setembro de 2009.
LIMA, F. P. A, Os riscos da flexibilização curricular, Anais do XXVIII COBENGE, Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia, Ouro Preto, 2000
SOUSA, A. C. G. Diretrizes Curriculares Nacionais dos Cursos de Engenharia: E Agora?. VIII Encontro de Educação em Engenharia, Petrópolis, 2002.
FERREIRA. L.H; HARTWING. D.R; OLIVEIRA. R.C. Ensino Experimental de Química: Uma Abordagem investigativa contextualizada. Química Nova na Escola. V. 32, nº2, 2010.
MANO, E. B.; MENDES, L.C. Introdução à Polímeros. Ed Blucher, 2ª ed, 1999.
CANEVAROLO, S. V. Ciência dos Polímeros. ARTLIBER EDITORA LTDA, 2ª ed, 2010
BARDIN, L. Análise de conteúdo. Tradução de Luís Antero Reto e Augusto Pinheiro. 4. ed. rev. atual. Lisboa: Edições 70, 2010.
WEISZ, T. O Diálogo Entre o Ensino e a Aprendizagem. Ed. Ática, 2009
SENAI. Departamento Nacional. Metodologia SENAI de educação profissional. Brasília: SENAI/DN, 2013