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Química: jogando com os equilíbrios

“O desenvolvimento de estratégias modernas e simples, utilizando laboratórios, sistemas multimídia e outros recursos didáticos diversos, é recomendado para dinamizar o processo de aprendizagem em Química (…). Vários autores têm apresentado trabalhos com jogos e destacado sua eficiência ao despertar interesse nos alunos. Tal interesse advém da diversão proporcionada pelos jogos e tem efeito positivo no aspecto disciplinar.” (SOARES, OKUMURA e CAVALHEIRO, 2003).

A proposta

Este artigo propõe um jogo didático adaptado e ampliado a partir do excelente trabalho original dos colegas Márlon Soares, Fabiano Okumura e Éder Cavalheiro. Os leitores que acompanham nossos artigos certamente notaram nossa preocupação em sugerir propostas que possibilitem a redução da carga das maçantes aulas de “Química de lousa” e substituí-las por atividades alternativas, como o jogo aqui apresentado.

A ideia é simples, mas bastante profícua: usar bolas de isopor distribuídas em dois conjuntos, A e B, que trocam unidades entre si. A execução da atividade levará à montagem de uma tabela (que mostrará o número de bolinhas em cada conjunto e em função do tempo de jogo) associada à construção de gráficos análogos àqueles utilizados no estudo dos equilíbrios químicos.

O material necessário

  • 50 pequenas bolinhas de isopor por grupo (20 para cada grupo e mais 10 que ficarão com o professor);
  • 1 caixa de sapatos ou semelhante (quanto maior a caixa, melhor para a execução da atividade). Bem no centro, deve-se pintar o sinal da dupla seta de equilíbrio e as letras A e B, conforme a imagem.
  • Papel e caneta para anotação das informações.
  • Relógio e apito para o professor.

O procedimento

Dentro da caixa, um dos lados receberá as bolinhas do conjunto A, que representará as partículas-reagente; do outro, o conjunto B: as partículas-produto.

Inicialmente, prepara-se o conjunto A com todas as 20 bolinhas de isopor, enquanto o conjunto B fica vazio. O início do jogo se dá com um primeiro apito soado pelo professor. O segundo apito, 5 segundos depois, sinaliza que deve ser feito o transporte da primeira bolinha de A para B. A cada apito simples (sugerimos o intervalo fixo de 5 segundos) uma nova transferência se repete.

Depois de algum tempo, o professor deverá emitir uma única vez um apito duplo; a partir dele, a cada novo apito simples os alunos devem ser instruídos a continuar transferindo uma bolinha de A para B, mas, simultaneamente, também transferir outra bolinha de B para A. Sugerimos um total de 24 transferências. O grupo deverá definir dois alunos para fazer as transferências (um de A para B e o outro de B para A) e organizar as bolinhas em cada um de seus respectivos lados na caixa, enquanto os demais integrantes anotam os resultados em uma tabela como a que segue:

Sugerimos que o procedimento seja executado três vezes, mudando-se apenas o momento do apito duplo – preferencialmente, um apito-duplo logo nos primeiros momentos, outro por volta do meio da atividade e, por último, um apito duplo mais para o final, de modo que os alunos obtenham gráficos distintos que poderão ser, na discussão dos resultados, relacionados a diferentes valores de constantes de equilíbrio, bem como sua relação com o rendimento de uma reação química.

Os resultados

A atividade gerará três tabelas. Em seguida, os grupos devem usar esses dados para construir três gráficos (eixo x = tempo; eixo y = quantidade de bolinhas dos conjuntos A e B). Cada gráfico deverá mostrar duas “curvas”: uma relativa às partículas-reagente (conjunto A) e outra às partículas-produto (conjunto B). Note no gráfico ao lado a semelhança que deverá ser estabelecida com os clássicos gráficos que representam equilíbrios químicos:

Observe que a partir da atividade os alunos deverão construir naturalmente a percepção das características fundamentais de um equilíbrio químico, normalmente tão difíceis de serem transmitidas por meio de aulas tradicionais. Acompanhe:

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O equilíbrio é dinâmico, fato que poderá ser facilmente associado ao movimento simultâneo das bolinhas de A para B e de B para A, pós-apito duplo.
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Depois de atingido o equilíbrio (apito duplo), as taxas (rapidez) das reações direta e inversa são claramente iguais – para cada bola que vai de A para B, simultaneamente há outra que vai de B para A.
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As concentrações de reagentes e de produtos não se alteram depois de atingido o equilíbrio (número de unidades em cada conjunto, A e B, não se altera).

Por último, utiliza-se o valor do quociente NB/NA como fator de introdução ao conceito de constante de equilíbrio. Nas três tabelas construídas com os resultados experimentais, os valores NB/NA variam com o tempo até que, em dado momento, passam a ser constantes. Esses valores, agora constantes, permitem uma clara analogia com a constante de equilíbrio. Em cada uma das três situações deverá ficar evidenciada a relação entre o valor numérico da constante de equilíbrio e a predominância de reagentes ou produtos em um sistema que atingiu o equilíbrio químico, desmistificando a concepção errônea e bastante comum entre os alunos de que o equilíbrio somente é atingido quando a quantidade de reagente(s) é igual à de produto(s) – provavelmente um problema gerado pelo uso do termo equilíbrio, que pode induzir o aluno a considerar que “um sistema equilibrado” é aquele com mesmas quantidades de reagentes e produtos, conceito incorreto que é facilmente derrubado pela execução desta atividade.

O deslocamento de equilíbrio

Sugerimos que em uma das três atividades (com apito-duplo na 16° transferência, veja tabela abaixo), depois de terminada a construção da tabela, o professor pegue 10 bolas extras e coloque-as todas no conjunto A (simulação da adição de mais reagente a um sistema em equilíbrio). Passe então o apito para um aluno, instruindo-o a assoprá-lo de 5 em 5 segundos. A cada apito simples, o professor, observado pelos alunos, deverá passar uma bola de A para B até que, a partir de determinado momento, ele passa a transportar uma bola de A para B e outra de B para A, simultaneamente. Enquanto isso, os alunos deverão observar e complementar a tabela.

IMPORTANTE: o professor deverá calcular o “instante do novo equilíbrio” de modo que o quociente NB/NA volte a ser o mesmo de antes! Acompanhe abaixo uma sugestão que pode ser seguida com ótimos resultados.

Observe o enorme ganho dessa atividade como introdução ao Princípio de Le Chatelier. A adição de mais reagente leva, claramente, a uma nova situação de equilíbrio onde parte do que foi adicionado, foi consumido – das 10 bolinhas adicionadas, somente 8 foram “consumidas”. Assim, constrói-se naturalmente a percepção de que o equilíbrio se desloca perante uma perturbação externa, mas não volta à composição original! Todo professor sabe a dificuldade que é trabalhar esse conceito em sala de aula – veja, portanto, o grande valor desse jogo didático. O aluno também notará de modo concreto que houve formação de mais produto (as bolinhas-produto passam de 16 para 24) – uma clara referência àquilo que se convencionou chamar de “deslocamento para a direita” -, até que o quociente volte a valer 4 (a constante de equilíbrio!). Ao construir o gráfico referente a esse deslocamento, deverá decorrer de modo bastante natural o significado da expressão “deslocamento de equilíbrio” e o fato da constante de equilíbrio permanecer a mesma, abrindo as portas para o professor discutir outras perturbações que podem ocorrer sobre um sistema em equilíbrio, visto que o aluno terá construído de forma bastante sólida o conceito fundamental necessário para tal.

As limitações da atividade

Como alertam de forma bastante consciente e importante os colegas Márlon Soares, Fabiano Okumura e Éder Cavalheiro em seu artigo original, é claro que há diferenças entre um sistema químico em equilíbrio e o jogo apresentado, mas nada que comprometa sua utilização; pelo contrário, a discussão das limitações pode e deve se transformar em uma interessante ferramenta para o professor antecipar conclusões precipitadas que eventualmente possam surgir e orientar o aluno no caminho da conclusão adequada.

Para isso, é importante que o professor faça a mediação de um debate em que, além dos resultados, algumas limitações sejam discutidas:

o desenrolar de uma reação química é aproximadamente constante (com perda de rapidez ao longo do tempo), e não acontece de 5 em 5 segundos;

a reação inversa ocorre desde o início, e não apenas a partir de um certo momento (apito-duplo);

os gráficos obtidos a partir do experimento são formados por retas, enquanto os de equilíbrio químico são curvos;

é importante discutir o fato deste modelo tratar as unidades dos conjuntos como estando em lados opostos do recipiente. Portanto, deve-se tomar especial cuidado em não se reforçar a ideia de um suposto equilíbrio existente em dois compartimentos distintos – isso deve ficar claro no momento da transposição didática e ser um dos principais focos de discussão no debate.

No entanto, note que essas limitações podem ser discutidas e até mesmo aproveitadas no debate para a elaboração do conceito de modelo em Ciências e sua constante evolução. É importante que o professor discuta com os alunos as limitações de todos os modelos e analogias, antecipando seus aspectos “negativos” e, assim, corrigindo a rota quando necessário. Em nossa experiência, podemos afirmar que há muito a ganhar e praticamente nada a perder. E então, vamos jogar?

Escrito pelos autores Emiliano Chemello Luís Fernando Pereira. Ambos são coautores, juntamente com Alberto Ciscato, da coleção QUÍMICA, da Editora Moderna.

Emiliano Chemello é Licenciado em Química e Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais pela UCS. Professor de química no Ensino Médio e cursos Pré-Vestibulares.

Luís Fernando Pereira é químico industrial formado e licenciado pela USP. Leciona no Curso Intergraus desde 1995. É o químico consultor do programa Bem Estar, da Rede Globo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

SOARES, M. H. F. B.; OKUMURA, F.; CAVALHEIRO, E. T. G. Proposta de um Jogo Didático para Ensino do Conceito de Equilíbrio Químico. QNEsc, nº 18, Novembro 2003. Disponível em http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc18/A03.PDF