Resumo do Projeto...
O
presente trabalho apresenta uma proposta de experimento direcionada ao ensino
de química, utilizando dois softwares: (a) 1Tracker que permite
realizar a análise de vídeos, ou videoanálise, quadro a quadro, com a vantagem
de não exigir um grande número de cabos e circuitos eletrônicos além de poder
fornecer uma quantidade maior de dados. Também pode rastrear objetos fornecendo
a posição, velocidade e aceleração sobrepondo gráficos e filtros de efeitos
especiais, pontos de calibração, quadros de referência, perfis de linha para
análise dos padrões de espectros e interferência, e modelos de partículas
dinâmicas; (b) 2Scratch que é uma linguagem gráfica de programação
desenvolvida no Media Lab do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, baseada
nas linguagens Logo e Squeak. A ferramenta é um software gratuito, possui uma
IDE em que não é preciso digitar funções ou endereços, é uma linguagem de
programação visual. Foi criada com o propósito de introduzir a programação e a
conceitos matemáticos, ao mesmo tempo em que incentiva o pensamento criativo, o
raciocínio sistemático e o trabalho colaborativo.
Por
meio desses softwares realizaremos a análise e simulação das grandezas
relacionadas ao fenômeno que descreve as interações intermoleculares de
diferentes substâncias polares e suas características físicas de acordo com a
variação de temperatura.
3As forças
intermoleculares, como o próprio nome já diz, são aquelas existentes entre
moléculas e são responsáveis por mantê-las unidas na formação dos diferentes
compostos, elas se classificam em: forças dipolo-dipolo, força dipolo-induzido
e ligações de hidrogênio. No desenvolvimento dessa proposta tanto simulação
quanto experimental, optou-se descrever apenas as interações dipolo-dipolo,
pois duas das três substâncias apresentam ligações de hidrogênio (água e
álcool).
Essas
substâncias apresentam altos pontos de ebulição, pois nas interações existentes
entre os átomos (flúor, nitrogênio e oxigênio) com hidrogênios de moléculas
vizinhas, há uma elevada atração eletrostática entre as cargas existentes nas
moléculas presentes em um dado sistema em equilíbrio. A interação entre o
oxigênio (δ-) e o hidrogênio (δ+) de moléculas diferentes
mantém-se próximos por uma elevada atração eletrostática entre essas cargas,
onde essas cargas podem ter força equivalente a 10% de atração entre elétrons e
núcleos observados em uma ligação covalente comum.
Entretanto,
a acetona mesmo tendo a característica interacional dipolo-dipolo que também
ocorre na ligação de hidrogênio, possui menor atração entre os pólos devido à
presença de mais átomos com eletronegatividade relativamente próximos. Isolando
ou criando campos elétricos cada vez mais neutros, fato esse, que favorece os
menores pontos de ebulição, principalmente em solventes orgânicos, como no caso
da acetona.
Para
a experiência utilizamos três substâncias em mesma quantidade, sendo elas, álcool,
acetona e água e as submetemos a mesma temperatura e pressão constante, como
conseqüência observamos sua mudança de estado de maneira visível para a acetona
e o álcool, permanecendo a água a volume constante durante processo.
Utilizamos
5 mililitros de cada substância (acetona, água e álcool) e as expomos
simultaneamente a temperatura ambiente inicial de 27°C. Logo em seguida
incidimos o calor do vento de um secador de cabelos e elevamos a temperatura
para em torno de 80°C por um intervalo de tempo de uma hora. Após a exposição
percebemos a acetona e o álcool diminuir de volume, enquanto a água permaneceu
com volume constante, o processo foi filmado para posterior análise.
Depois de filmado o fenômeno, utilizamos as
imagens registradas para determinar a taxa de variação com que as substâncias
mudaram de fase, utilizando o Tracker calibramos a fita para sabermos qual a
distância de um traço a outro da calibração do êmbolo, obtendo a medida de 0,4 cm,
depois observamos a mudança do volume da acetona por meio dos pontos de massa
que diminuíram com o passar do tempo. Obtivemos dados a partir do fenômeno em
forma de gráficos, o primeiro deles descreve a variação do volume da acetona no
decorrer do experimento, como mostra o gráfico 1:
E
o gráfico 2 a seguir, descreve a variação do volume do álcool no decorrer do
experimento realizado:
No
intervalo de tempo que o experimento aconteceu e durante a variação da
temperatura, observou-se o esperado que consta nos livros didáticos acerca da
significância de forças intermoleculares. Que evidenciam os elevados pontos de
ebulição, característico de substâncias polares unidas por ligações de
hidrogênio. A água e o álcool são exemplos estudados neste experimento.
Mais detalhes sobre o experimento realizado no Tracker no vídeo a seguir:
Após
analisado o comportamento do fenômeno e obtermos as informações sobre as
variações das grandezas em função do tempo, mesmo após observarmos que houve
uma pequena variação dos pontos de calibração, no decorrer do vídeo. Utilizamos
a ferramenta Scratch para simular o fenômeno observado no laboratório sob uma
abordagem análoga, o comportamento das interações através de uma animação,
utilizou-se a variação do diâmetro de três bolas, associando seu volume à
variação da temperatura.
A
associação foi feita a partir dos pontos de ebulição de cada substância, sendo
eles: acetona 56°C, álcool 78°C, água 100°C. Ao aumentar a temperatura o
diâmetro das bolas aumenta e ao diminuí-la o diâmetro também diminui.
Para
programar o Scratch criamos a variável de volume e associamos as bolas como S1,
S2 e S3. Criamos a variável temperatura podendo ser modificada dentro do
intervalo de 0°C a 150°C, pois é a parir dela que chegaremos aos pontos de
ebulição das substâncias e partir disso ocorrerá mudanças no sistema.
Se
a temperatura for maior que 56°C, aplicamos a equação que diminui o volume da bola
que representa a acetona. Para o álcool aplicamos a equação onde o valor é de
78°C e para a água a temperatura é de 100°C, obedecendo assim ao ponto de ebulição
de cada substância.
Mais detalhes sobre a simulação elaborada com o Scratch no vídeo a seguir:
Você também pode manipular a simulação diretamente na página do Scratch (MIT).
A
proposta se apresenta simples, possível de ser desenvolvida em ambiente escolar,
no entanto é preciso atentar para alguns aspectos. Durante a execução da experimentação
observamos algumas limitações que devem ser observadas para sua realização ser
ainda mais satisfatória, como o problema do posicionamento estático do
instrumento de filmagem, para diminuir a imprecisão da análise da filmagem,
dando a possibilidade de explorar o fundamento matemático que embasa a análise,
bem como a consolidação continua e conjunta da transposição didática via uso do
Scratch, associando as inúmeras formas de programação que o programa
possibilita, sem restringir a criatividade e autonomia do programador com
algoritmos fechados.
O
desenvolvimento destas propostas, mostraram resultados significativos, seja por
meio do comportamento do fenômeno através da observação das diferentes
substâncias e suas respectivas interações intermoleculares, ou por meio da
simulação, passível de análise e discussão sólida a respeito dos conceitos e
temas que o cercam, assim como suas aplicações cotidianas.
1OLIVEIRA,
Fábio Anastácio de. Uso e divulgação do software livre Tracker em aulas de
física do ensino médio. 2014. Dissertação de Mestrado. Universidade Tecnológica
Federal do Paraná.
2MENDONÇA NETO, Valter dos
Santos. A utilização da ferramenta Scratch como auxílio na aprendizagem de
lógica de programação. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO
(CBIE). 2013. p. 260-269.
