SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM TEORIA DO FLOGISTO. O experimento da queima de palha de aço e Queima de folhas de Papel.
Teodorico Sergio Rodrigues de Souza - PCNP - Química - DE Osasco.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM - RELAÇÕES EM MASSA NAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS NAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS E PROPORÇÃO EM MASSA COM FOCO NA PROBLEMATIZACÃO INICIAL: O experimento da queima da palha de aço e Queima de folhas de folhas de Papel – Confronto, discussões e reflexões em sala de aula. (Experimentos 1ª série do Ensino Médio).
A situação de aprendizagem teoria do flogisto foi baseado na situação de aprendizagem 2 relações em massa nas transformações químicas – conservação e proporção de massa
Conteúdos e Temas: conservação de massa nas transformações químicas e relações proporcionais entre as massas envolvidas em uma transformação química.
Competências e habilidades: perceber a conservação da massa nas transformações químicas; analisar dados de massas de reagentes e de produtos estabelecendo relações de proporcionalidade entre eles; aplicar os conceitos de conservação e proporção em massa na previsão de quantidades envolvidas nas transformações químicas.
Matrizes de referencia para a avaliação
H04 Reconhecer a conservação de massa e as proporções fixas entre as massas de reagentes e produtos e a energia envolvidas em uma transformação química. (GI)
Objetivo:
- Superar as dificuldades em transitar entre níveis fenomenológico e atômico-molecular.
- Reconhecer a conservação da massa numa transformação química.
- Compreender que as transformações químicas são resultados de interação entre átomos e uma reorganização entre eles.
-Reconhecer que a matéria é formada por átomos e que esses átomos se conservam numa transformação química.
- Foco nos experimentos para dar o máximo de concretude no processo.
2- Número de aulas previstas
04 aulas
3- Público alvo
Alunos do 1ª série do Ensino Médio Química
Justificativa
As pesquisas têm revelado que os alunos apresentam algumas concepções alternativas sobre o assunto, que se traduz em dificuldades em transitar entre os níveis fenomenológico e atômico. Na explicação do fenômeno, a partir de possíveis evidências macroscópicas, os alunos não reconhecem a conservação da massa. Isto é, têm dificuldade em perceber que as mudanças observadas nas transformações químicas são conseqüência de rearranjos dos átomos.
A explanação deve ser rápida dos conceitos, sem detalhamento, foco nos experimentos (no concreto) e demonstração na balança previamente testada.
Estratégia
Aula expositiva. Debate, resolução de questões, leitura e interpretação de textos de apoio.
Discussão dialogada e refletida do texto.
Desenvolvimento de experimento.
Discussão a partir das evidências observadas no experimento.
Balança ( materiais necessários) Explicação e explanação na montagem da Balança, utilização e procedimentos para utilização nos experimentos.
Utilização de mídias disponíveis e autorizadas conforme bibliografia – Aulas Power Point.
Situação problema
STAHL OU LAVOISIER?
Antes de entrar no tema a Teoria do Flogístico , verificar os conhecimentos prévios dos alunos , dar voz ao número máximo possível de alunos, inicialmente sem levar em conta no relato, as teorias , conceitos e comprovação científica. Havendo necessidade como professor mediador provocar a explanação de experimentos já realizados em sala de aula relacionados com a Situação de Aprendizagem. Provocar explicações e até mesmo gerar conflitos sobre a queima da palha de aço e folhas de papel e experiências correlatas já trabalhadas em situações de aprendizagens anteriores, sem a preocupação do detalhamento, dando ênfase no concreto e na medida do possível nos conceitos abstratos sempre respeitando os conceitos prévios. A dosagem dos conceitos serão observados conforme o desenvolvimento das aulas. A fundamentação cientifica pode ser aprofundada em séries posteriores.
A teoria do flogístico
Explicar o fenômeno da combustão é uma preocupação antiga dos homens, desde os primórdios da investigação científica. A teoria do flogístico não se preocupa apenas com a explicação da combustão, mas é este o aspecto mais importante desta teoria que vigorou no fim do século XVII e começo do século XVIII.
O mais notável adepto e defensor da teoria do flogístico foi o médico e químico alemão Georg Ernest Stahl (1660-1734). Stahl expôs pela primeira vez a teoria do flogístico em 1697, numa obra intitulada Experimenta, observationes, animadvertiones chymical et physical, que quer dizer: Experiências, observações e reflexões sobre a química e a física. Nesta obra, Stahl defende que o flogístico ou "fogo princípio" (fogo originário) é um elemento imponderável contido em todos os corpos combustíveis, tais como o enxofre, o carvão, os óleos vegetais, a madeira, os metais etc. Afirma que os corpos queimados perdem a propriedade de combustão, pois não mais contêm flogístico, que se desprende destes corpos durante a queima. Sendo assim, segundo os defensores dessa teoria, um corpo perde o flogístico quando entra em combustão e um corpo que não queima não é provido de flogístico.
Portanto, o flogístico seria o constituinte comum de todos os materiais combustíveis e, também, seria o responsável pela queima de todos os materiais combustíveis.
Por que a combustão cessa num recipiente fechado segundo a teoria do flogístico?
Quando cobrimos uma vela acesa de maneira a impedir completamente a circulação de ar, a vela se apaga. Atualmente, explicamos este fenômeno pelo consumo de oxigênio. Mas, de que maneira a teoria do flogístico explica o cessar da combustão? Segundo esta teoria, a combustão cessa porque o flogístico que compunha o corpo que queimou foi para o ar e, assim, o ar ficou saturado de flogístico. Um volume limitado de ar comporta apenas uma certa quantidade de flogístico. Neste volume não é possível adicionar mais nenhuma quantidade de flogístico, ele já está saturado, e daí a combustão cessa. Para a combustão não cessar seria preciso deixar o flogístico escapar.
Como a teoria do flogístico explicava a combustão dos metais formando seus óxidos?
Hoje, explicamos a combustão de um metal pela sua reação com o oxigênio, formando o seu óxido.
METAL + OXIGÊNIO oxidação ÓXIDO DO METAL
o óxido é um composto formado pelo metal e o oxigênio.
METAL + OXIGÊNIO redução METAL + OXIGÊNIO
Portanto, hoje admitimos que o óxido é um composto e o metal se combina com o oxigênio para formá-lo. Segundo a teoria do flogístico seria ao contrário, isto é, o metal seria o composto e não o óxido. O óxido se combinar com o fIogístico para formar o metal.
ÓXIDO DO METAL + FLOGÍSTICO à METAL
E, na queima, o metal liberaria o flogístico.
METAL à ÓXIDO DO METAL + FLOGÍSTICO
Os adeptos da teoria do flogístico admitiam que os metais mais facilmente combustíveis continham maior quantidade de flogístico e os metais que dificilmente entravam em combustão continham pouco ou mesmo nenhum flogístico. Portanto, o ouro seria um metal que praticamente não continha flogístico, enquanto o ferro, o zinco e o alumínio seriam metais ricos em flogístico.
Uma dificuldade considerável encontrada pela teoria do flogístico foi a de explicar o aumento de peso dos metais após a combustão. Parece existir uma contradição no fato de que a perda de flogístico, na combustão do metal, acarrete um aumento de peso. Alguns adeptos desta teoria chegaram a admitir que o flogístico tivesse peso negativo. Outros explicavam que o corpo ficava mais pesado quando perdia a sua parte volátil ou espiritual. Biringuccio, em sua obra Pirotecnia, argumentava:
A dificuldade de explicar o aumento de peso na combustão dos metais "O chumbo, depois que suas partes aquosas e etéreas foram removidas pelo fogo, cai como uma coisa entregue a si própria e completamente morta, e, assim, vem aumentar de peso, da forma como ocorre comprovadamente com o corpo de um animal morto, que de fato pesa muito mais do que quando vivo". abriu brechas para as críticas de Lavoisier à teoria do flogístico. Muitos outros aspectos, principalmente filosóficos, influenciaram o abandono desta teoria. Mas, sem dúvida, a questão do aumento de peso, na queima dos metais, foi um grande problema enfrentado por Stahl e outros adeptos da teoria do flogístico.
Antes de iniciar o procedimento, após a leitura do texto. Como mediador responder as dúvidas e questionamentos que por certo irão surgir. Comentando a bibliografia e fontes disponíveis para que os alunos busquem ferramentas desenvolvam habilidades e conhecimentos na construção de conhecimentos.
Procedimento
Construir, com arame grosso, um travessão para a balança, com aproximadamente um metro de comprimento. A balança será previamente testada sendo apenas dado os detalhes para a sua utilização.
Pendurar o travessão da balança em um lugar de fácil observação dos alunos.
Suspender os dois pratos às extremidades do travessão, usando armações feitas com fio de cobre do tipo usado para enrolar transformadores elétricos.
Usar pratos de alumínio de tamanho grande.
Equilibrar a balança, acertando a distância do suporte dos pratos ao centro do travessão.
Testar a sensibilidade da balança. Ela está adequada se estiver sensível à massa de um palito de fósforo. Reafirmar a importância de fazer todos os experimentos e testar anteriormente para não gerar frustrações. Pois os conhecimentos de química ainda são limitados.
Precauções
O experimento poderá ser feito por demonstração, caso o professor julgue que os alunos não tenham maturidade para realizá-los em grupo; uma vez que para a sua realização será necessário o uso de fogo.
Avaliações
Questões pré-laboratório
Para suscitar o levantamento das hipóteses dos alunos, e talvez algumas idéias prévias, o professor pode propor questões de interação com a classe que despertem idéias a respeito do que irá acontecer ao propor a queima de algumas substâncias.
- Para que lado vai pender a balança se eu queimar uma das folhas de papel?
- O que ocorrerá se eu deixar que ela se queime por algum tempo?
A maioria dos alunos supõe que a queima dos materiais provocam uma diminuição da massa, sugerindo que de certa forma, tudo que queima fica mais leve.
- Para que lado vai pender a balança se eu queimar uma das palhinhas de aço?
Como nos casos anteriores, os alunos acham que a balança penderia para o lado do material não queimado.
A não confirmação da hipótese gera um conflito cognitivo, pois as evidências a partir da queima da palha de aço refutam a ideia de que qualquer queima acarreta diminuição da massa do sistema.
Questões pós-laboratório
Como explicar o fato da balança ter pendido para o lado em que ocorreu a queima da palha de aço?
É possível observar alguma mudança na cor na palha de aço queimada? Em caso afirmativo, o que poderia ter provocado essa mudança?
Explicações atuais
Verifica-se a diminuição na massa de uma folha de papel ao queimá-la, porque quase todos os produtos dessa combustão são gasosos ou passam ao estado gasoso e se dispersam na atmosfera.
Esta diminuição na massa contradiz a Lei da Conservação da Massa (Lavoisier)?
Não, pois nessas transformações a massa dos reagentes é igual à massa dos produtos, havendo apenas o rearranjo dos átomos. Na combustão da folha de papel, se os produtos não escapassem para o ar e se o oxigênio, que foi um dos reagentes (o comburente), fosse pesado antes da combustão junto com a folha de papel, a balança não penderia para nenhum dos lados. É o que ocorre com sistemas químicos fechados.
No caso da palhinha, verifica-se um aumento na massa do material, porque o ferro incorpora o oxigênio, formando um óxido de ferro.
FERRO + OXIGÊNIO à ÓXIDO DE FERRO
Como o óxido de ferro formado é um sólido com elevado ponto de fusão, a temperatura atingida na queima do ferro não é suficiente para vaporizá-lo.
Antes da combustão, a balança não indica a massa do oxigênio que vai ser incorporado ao ferro, ela indica apenas a massa do ferro. Portanto, o aumento da massa indicado pela balança é devido à incorporação da massa do oxigênio ao ferro, formando o óxido de ferro.
A extrapolação
Será que a degradação de outros objetivos metálicos, como por exemplo, portões, grades, latarias de veículos, seguem processo semelhante?
Questões como essa poderão ser discutidas em séries posteriores.
Conclusão
A situação de aprendizagem teoria do flogisto foi baseada na aprendizagem 2 – 1º série. Experimentos de sucesso em sala de aula, coordenado pelo PCNP Teodorico Sergio Rodrigues de Souza. Após as demonstrações será feito um debate com os professores presentes para sugestões e adaptações conforme Unidades Escolares.
Referências
- Bell, Madison Smartt. Lavoisier in the Year One. New York: Atlas Books, 2005.
- Gribbin, Jonh. Science, a History. London: Penguin Books, 2003.
- Morris, Richard. The Last Sorcerers. Washington: Joseph Henry Press, 2003.
- Ashall, Frank. Descobertas Notáveis - Do Infinitamente Grande ao Infinitamente Pequeno. Lisboa: Editora Replicação, 2001.
- Nortow, Peter (Ed.). The New Encyclopaedia Britannica – Micropédia (volume IX). Chicago: Encyclopaedia Britannic, Inc., 1995.
- Nortow, Peter (Ed.). The New Encyclopaedia Britannica – Micropédia (volume XI). Chicago: Encyclopaedia Britannic, Inc., 1995.
- Wlliams, Trevor (Ed.). Collons Biographical Dictionary of Scientists. Glasgow: HarperCollinsPublishers, 1994.
Texto de Apoio
Teoria do flogisto
A teoria segundo Stahl
Stahl desenvolveu a teoria do flogisto a partir de uma adaptação da teoria de um dos seus mentores, Johann Joachim Becher. Em 1667 Johann Joachim Becher editou o livro Physica Subterranea, no qual apresentou uma teoria sobre os elementos, considerando três tipos de Terras diferentes: terra mercurialis, terra lapida e terra pinguis. Segundo Becher a terra pinguis estava presente nos materiais combustíveis, e era libertada quando esses materiais ardiam.
Nessa altura a noção de elemento era diferente da noção actual. Várias teorias sobre os elementos foram apresentadas no tempo de Stahl, todas elas variantes da teoria original de Aristóteles, segundo o qual existiam cinco elementos: Ar, Água, Terra, Fogo e Éter.
Stahl adaptou a teoria de Becher, mas alterou o nome de terra pinguis para flogisto. Stahl fez esta alteração após ter estabelecido que a combustão de materiais orgânicos, como a madeira ou o carvão e a calcinação (atualmente conhecida como oxidação) de metais seguem o mesmo processo. Esta observação deve ter sido influenciada pelo fato de Stahl ter estudado atentamente os processos utilizados em metalurgia. Stahl considerou que quando um material entrava em combustão, sofria corrosão ou era calcinado perdia o seu flogisto: quanto mais combustível for um material, mais flogisto liberta na combustão.
Stahl estabeleceu duas diferenças entre a combustão de materiais como a madeira ou o carvão e a calcinação de um metal. A calcinação de um metal, ao contrário da combustão da madeira, é um processo lento e reversível. Stahl confirmou ser possível reverter o processo de calcinação e recuperar o metal a partir do seu cal (actualmente referido como óxido). Considerou que isto acontecia porque a cal de metal reabsorvia o flogisto libertado por material combustível, como por exemplo o carvão.
A teoria de Stahl foi aceita na comunidade científica em geral, porque apresentava a primeira explicação de fenómenos químicos. Esta teoria permitia explicar vários fenómenos observados, como a perda de massa na combustão de um material (por perda de flogisto), a impossibilidade de um combustível arder sem a presença de ar (porque o ar é necessário para absorver o flogisto libertado), o término de uma combustão, e a morte de um animal pequeno num recipiente fechado (ambos devido à saturação do ar com flogisto).
Refutação por Lavoisier
Apesar de alguns químicos da época terem sido fascinados pela teoria e esta ter perdurado até o final do século XVIII, foi então fortemente atacada pelo famoso químico francês Antoine Lavoisier. A teoria do flogisto foi sendo posta em causa, quase desde que foi anunciada pela primeira vez, porque enquanto no caso da combustão de compostos orgânicos existia a perda de massa, o mesmo não acontecia no caso dos metais. Segundo a teoria, os metais deveriam perder flogisto quando fossem expostos ao aquecimento, mas de acordo com os próprios defensores da teoria, esses ganhavam peso. Lavoisier foi um dos vários cientistas que comprovou este facto através das suas experiências (apresentadas em 1772) sobre a calcinação do fósforo e do enxofre). o que o levou a refletir sobre o que haveria acontecido com o elusivo flogisto.
Este facto não constituia um problema para Stahl, que considerava o flogisto como uma essência, que não tinha forçosamente de ter massa. Stahl considerava que o flogisto era uma espécie de essência que podia fluir entre materiais.
Lavoisier levou muitos anos tentando derrubar definitivamente essa teoria, mas somente com a descoberta acidental do oxigênio feita por Joseph Priestley (batizado por Priestley de ar desflogisticado) no dia 1 de agosto de 1774 é que se teve base para enfrentar a teoria do flogisto. Dois anos antes da visita de Priestley, em 1792, havia declarado que estava disposto a causar uma revolução na física e na química. Ao contrário de Priesley, percebeu que o "ar desflogisticado" não era um elemento e sim um componente do ar que vinha procurando. Com isso, Priesley havia trazido a peça que faltava no quebra-cabeça.
Através de intensas investigações repetindo os experimentos de Priesley entre os anos de 1775 a 1780, Lavoisier estava convencido de que o ar de Priesley era o princípio ativo da atmosfera. Realizando vários experimentos brilhantes, Lavoisier mostrou que o ar contém 20 por cento de oxigênio e que a combustão é devida a combinação de uma substância combustível com o oxigênio. Ficou provado também o seu papel na respiração.
Em 1789, Lavoisier batizou a substância de oxigênio, nome que vem da palavra grega e significa "formador de ácido", porque ele acreditava que todos os ácidos continham oxigênio, o que mais tarde provou-se não ser verdade.
Teodorico Sergio Rodrigues de Souza
Diretoria de Ensino de Osasco
