Palavras-chaves: conceito de modelo, modelos atômicos, ensino de química.

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1 A CONSTRUÇAO DE MODELOS ATÔMICOS NO ENSINO DE QUIMICA Estelita Simões (IC), Elane Chaveiro Soares(PQ), Universidade Federal de Mato Grosso Na ciência, cada modelo, independente de já existir outro mais sofisticado ou rebuscado, pode ser usado dependendo da necessidade. Por exemplo: para explicar a formação de cátions e anions, o modelo de Bohr é suficiente. Mas para explicar com mais consistência a formação da molécula de oxigênio, precisamos do conceito de orbital, ausente no modelo de Bohr. Outra questão é que, modelos têm sua construção baseada na cultura de quem o constrói. Ou seja, o modelo de pudim de passas muito usado no ensino do modelo de J. Thomson, nunca será plenamente compreendido se for ensinado em uma comunidade que nunca tenha degustado ou visualizado um pudim de passas. Se assim é, que modelos são importantes para nossos alunos do ensino médio nesta longínqua terra produtora de soja? Que entendem os nossos alunos por modelos científicos? Como se dá a construção destes conceitos nas efervescentes mentes dos alunos enquanto ministramos nossas aulas teóricas e práticas no dia-a-dia da escola? Como favorecer uma aprendizagem significativa no ensino de química utilizando este tema: modelos atômicos? Estes foram os objetivos traçados para o Trabalho de Docência Orientado desenvolvido no curso de Licenciatura Plena em Ciências Naturais e Matemática Habilitação em Química para a finalização da graduação. Para alcançar estes objetivos, foi desenvolvida uma seqüência de seis aulas teóricas e praticas para investigar e atuar sobre as pré-concepções dos alunos do primeiro ano do ensino médio da Escola Estadual Doutor Manoel José Murtinho localizada na cidade de Diamantino no Estado de Mato Grosso. No desenrolar das atividades percebemos dentre outras coisas que os alunos não compreendem a utilidade nem a forma como a ciência constrói seus modelos. Palavras-chaves: conceito de modelo, modelos atômicos, ensino de química.

2 A CONSTRUÇAO DE MODELOS NO ENSINO DE QUÍMICA Durante muito tempo os átomos foram considerados partículas indivisíveis, as menores e mais simples parte da matéria. Quatro séculos antes de Cristo, os sábios gregos já discutiam sobre a existência do átomo. Mas foi somente no século XX que esse conceito mudou. Os cientistas constataram que os átomos não são indivisíveis, como acreditavam os gregos e todos estudiosos que a seguiam. Graças aos desenvolvimentos tecnológicos dos últimos cem anos, foram desenvolvidos diversos instrumentos que permitiram explorar quase toda a complexidade do átomo. À medida que os dados eram catalogados, os pesquisadores elaboravam representações e hipóteses que retratavam a realidade microscópica do átomo que não podia ser vista. Assim foram criados diferentes modelos atômicos. Foram os gregos que demonstraram um grande interesse inicial pela natureza da matéria e sua divisibilidade. A matéria para eles poderia ser pulverizada cada vez mais até que um pequeníssimo grão, ou uma partícula de pó surgisse sendo considerada igual à matéria original. A palavra átomo surge por indicação de outro pensador, Demócrito ( a.c) que sugere que essas partículas fundamentais de Leucipo passem a ser chamadas de átomo. Descreve-os como infinitos e semelhantes em essência, porém diferem-nos diversos elementos em tamanho, forma, disposição e situação. Segundo os gregos, nada é criado do nada. E isto nos surpreende, como bem lembra CHASSOT em seu livro A ciência através dos tempos, o átomo de Demócrito não é muito diferente do átomo de Dalton, proposto quase 25 séculos depois. Por volta de 1808 John Dalton resgata a idéia dos gregos e propõe a teoria atômica criando o primeiro modelo atômico científico em que o átomo seria maciço e indivisível. Ou seja, esferas minúsculas, rígidas e indestrutíveis. Dalton imaginou um modelo de acordo com suas concepções da época. Seu átomo então, não possuía carga, era contínuo e maciço. Para nós, é fácil relacionar este modelo com uma bola de bilhar. Em 1897, um contemporâneo de Dalton, Joseph Thomson fazendo experimentos com descargas elétricas em alto vácuo, concluiu que o átomo deveria conter partículas com cargas elétricas negativas denominadas elétrons. Com base em seus experimentos, Thomson propôs um novo modelo científico para explicar o átomo. Segundo este modelo, o átomo seria maciço, esférico e formado por um fluido com cargas positivas, no qual estariam dispersos os elétrons que neutralizavam totalmente a carga positiva do

3 fluido. Ele relacionou seu modelo com um pudim de passas, bastante apreciado na época, e é considerado o descobridor do elétron. Seu modelo atômico permaneceu por pouco tempo, pois se multiplicavam as indagações a respeito da eletricidade intrínseca à matéria. Na primeira década do século XX, entre os inumeráveis experimentos realizados por Ernest Rutherford, o experimento da folha de ouro foi o marco decisivo no surgimento de um novo modelo atômico. Tal modelo se firmava no esclarecimento de uma série de fatos observados. Através deste experimento Rutherford pode considerar que o átomo é constituído em grande parte por um vazio, por um pequeno núcleo, que concentra praticamente toda massa e uma grande eletrosfera, muito difusa e praticamente sem massa significativa. Em 1923, Chadwick descobriu a existência de uma partícula sem carga no núcleo do átomo. Assim o núcleo seria constituído por partículas elétricas positivas e partículas sem cargas elétricas, os nêutrons. Em 1900 Max Planck lançou uma idéia verdadeiramente espetacular sobre a propagação de energia. Segundo ele a energia seria perdida ou recebida por um sistema de pacote que denominou de quantum de energia. (O plural de quantum é quanta). Segundo suas descobertas a troca de energia sempre se dá através de um número inteiro de quanta. Ao observar a luz de uma lanterna sendo decomposta por um prisma de vidro verifica-se uma seqüência de cores, que já estamos habituados a ver no arco-íris. Esta seqüência de cores constitui o chamado espectro. Neste espectro as cores se sucedem sem uma separação nítida, por isso recebe o nome de espectro contínuo. Se a decomposição for feita com a luz de uma fonte incandescente como, por exemplo, uma lâmpada de mercúrio, o espectro será diferente, com linhas nitidamente separadas. A este espectro deu-se o nome de descontinuo e cada linha, raio ou banda. Estes espectros descontínuos começaram a fundamentar o estudo de estruturas de átomos ou moléculas. O modelo atômico de Rutherford descrito anteriormente não consegue explicar o que são estes espectros. Niels Bohr, a partir de todas as informações construídas até então, propõe um novo modelo. O átomo planetário que era a idéia de Rutherford recebeu muitas criticas da física clássica, pois se os elétrons giravam mesmo ao redor do núcleo, por que então estes não perdiam sua energia e caiam no núcleo?

4 Bohr propõe alguns postulados que acabariam transformando o modelo de Rutherford num novo modelo de explicação. Este novo modelo passou a ser chamado de modelo atômico de Bohr ou modelo atômico de Rutheford- Bohr. Este modelo também sofreu inúmeras criticas. As principais rejeições ao modelo de Bohr foram as seguintes: o elétron não apresenta trajetória circular, ou elíptica ao redor do núcleo como se fosse um satélite. Bohr não explicou porque os elétrons apresentam energia constante e ele não explicou satisfatoriamente a eletrosfera de um átomo com muitos elétrons Toda essa discussão mostra o quanto a ciência lança mão dos modelos para explicar o invisível. Compreender como os modelos são constituídos, como foram/são utilizados e como facilitam a aprendizagem de conceitos teóricos é extremamente importante no contexto da química. Chassot 1 levanta uma interessante discussão em torno do uso de modelos para se ensinar química. Ele destaca que uma das grandes dúvidas dos professores versa sobre qual modelo de átomo ensinar. Segundo ele, uma resposta bastante simples seria: Depende para que os átomos modelados vão ser usados depois. E acrescenta que a construção de modelos se dá na busca de facilitar nossas interações com os entes modelados. Ou seja, complementa ele, é por meio de modelos, nas mais diferentes situações, que podemos fazer inferências e previsões de propriedades. Ensinar utilizando modelos é o que fazemos quase o tempo todo nas aulas de química, seja no ensino médio, no superior ou em qualquer pós-graduação. A questão está justamente na forma e na utilidade do modelo em questão. Para que construímos modelos? Ou, porque a ciência se baseia em modelos? A resposta pode estar na frágil maneira de interagirmos com a natureza. Temos o que Chassot chama de dificuldade de imaginar. Como explicar as interações moleculares entre os hidrogênios das diversas moléculas de água presentes num copo? Como explicar as pontes de sulfeto nas proteínas? Temos dificuldade de fazer imagens. Isso por que fazer imagens: tem limitações e exigências que transcendem as interações mais usuais do nosso cotidiano. Construímos modelos para explicar o que não vemos ou o que não podemos tocar. Cada modelo, independente de já existir outro mais sofisticado ou rebuscado, pode ser usado dependendo da necessidade. Por exemplo: para explicar a formação de cátions e anions, o modelo de Bohr é suficiente. Mas para explicar com mais 1 CHASSOT, A.I. Sobre prováveis modelos de átomos, QNE, nº.3,maio,1999 (p.3).

5 consistência a formação da molécula de oxigênio, precisamos do conceito de orbital, ausente no modelo de Bohr. Modelos são então modificados em função de novas leituras sobre a natureza da matéria. E mais, modelos são prováveis, ou seja, se a estrutura básica da matéria, o átomo, é provavelmente como o descrito em um modelo então, a molécula formada também o é, assim como as reações o são e sucessivamente. Modelos têm sua construção baseada na cultura de quem o constrói. Ou seja, O modelo de pudim de passas nunca será plenamente compreendido se for ensinado em uma comunidade que nunca tenha degustado ou visualizado um pudim de passas. Chassot mesmo destaca que o modelo da Demócrito ainda hoje é adequado para a maioria das explicações necessárias sobre átomos. Ele lembra que Demócrito desconhecia maneiras mais apropriadas de investigar a natureza, por isso não fala em elétrons, prótons ou neutros. Tais partículas só foram descobertas a bem pouco tempo. Os nêutrons, descobertos em 1932 não são mais considerados indivisíveis e há modelos confirmados experimentalmente em 1994 que consideram os quarks e léptons como partículas formadoras do próton. Confirmam-se a cada instante, novos e novos modelos, confirmando o que já foi posto por Chassot: Modelos são prováveis. Se assim é, que modelos são importantes para nossos alunos do ensino médio nesta longínqua terra produtora de soja? Que entendem os nossos alunos por modelos científicos? Como se dá a construção destes conceitos nas efervescentes mentes dos alunos enquanto ministramos nossas aulas teóricas e práticas no dia-a-dia da escola? Como favorecer uma aprendizagem significativa no ensino de química utilizando este tema: modelos atômicos? Para alcançar tais objetivos, foi desenvolvida uma seqüência de seis aulas distribuídas da seguinte forma: 1 Investigação dos conhecimentos prévios dos alunos sobre o conceito de modelo (Aplicação do questionário) e socialização das respostas; 2 Aula teórica de exposição das teorias sobre modelos atômicos. Utilização da dinâmica da caixa preta e proposição de uma pesquisa a ser realizada pelos alunos que ampliasse as informações construídas inicialmente; 3 Aula teórica expositiva sobre os modelos atômicos explorando o livro didático utilizado na escola; 4 Realização da pesquisa (parte em sala de aula, parte fora da escola);

6 5 Apresentação pelos alunos (em forma de seminário) das informações pesquisadas; 6 Aula dialogada, na perspectiva de verificar através da observação da linguagem dos alunos se houve ou não aprendizagem. Análise dos dados obtidos. Com estas atividades intentamos investigar e atuar sobre as pré-concepções dos alunos do primeiro ano do ensino médio da Escola Estadual Doutor Manoel José Murtinho localizada na cidade de Diamantino no Estado de Mato Grosso. Na primeira aula foi aplicado um questionário com a intenção de investigar os que os alunos já sabiam sobre modelos. Em nenhum momento, nesta aula, foi dado aos alunos informações sobre modelos atômicos. Eles formaram seis grupos com quatro ou cinco alunos cada assim denominados A1, A2, A3, A4, A5 e A6. As respostas foram construídas na discussão entre o grupo. No início houve uma grande resistência por parte dos alunos para responder o questionário, o que foi resolvido com alguns minutos de conversa entre eles. Havia o receio de que suas respostas pudessem suscitar piadinhas e chacotas por parte colegas. Analisando as respostas pude perceber que a idéia de modelo estava presente e em sua grande maioria relacionada a questões científicas. Mas, algumas respostas foram para outra direção como a do grupo A3 que escreveu: modelo é o que desfila que mostra a moda. Outras, mesmo que relacionadas à ciência, mostrou a concepção de sobreposição de informações ou o pensamento de que um modelo sempre substitui o outro como na resposta do grupo A2 quando escreve: é vários tipos de coisas diferentes uma substituindo a outra. Na segunda questão (Para que serve o modelo?) fica perceptível a falta de compreensão sobre a utilidade dos mesmos. Segundo A4 servem para descobrir novas formas de facilitar a vida exemplo: raio X. A2 escreveu para diferenciar uns dos outros. Nas respostas de A1, A5 e A6 aparecem a palavra explicar, relacionando, mesmo que superficialmente, o conceito de modelo com explicações imaginárias: Serve para explicar fenômenos ocorridos na natureza. Serve também para alterar ou melhorar o espaço onde se vive, pois no modelo as experiências são proveitosas escreve A1. Os alunos não compreendem como os modelos foram constituídos ou como são utilizados pela ciência para explicar os fenômenos. Para eles, um modelo pode substituir outro simplesmente porque o primeiro ficou velho, ou antigo, como escreve A1, Pode. Pois quando surge um modelo novo que seja melhor do que o anterior o modelo velho

7 não tem mais utilidade e é descartado e assim sucessivamente. A4 escreve que não, porque um modelo é diferente do outro. Como exemplo de modelos, eles escrevem: modelos de carros diferentes um do outro, cada vez evoluindo ; modelos de celular, cabelo, boné. Somente um grupo escreveu: elétron, orbital e átomos. Na segunda aula, cada grupo recebeu uma caixa preta lacrada, contendo alguns objetos no interior da mesma, tais objetos (pedaço de giz, tampa de caneta, tampinha de garrafa, uma bolita e um clips) foram colocados no preparo desta caixa longe dos alunos. Ou seja, eles não sabiam inicialmente o que havia dentro da caixa. Como ilustra a foto 1 e 2 abaixo. Foto 1e 2: Dinâmica da caixa preta Cada grupo recebeu uma caixa e podia movimentá-la como quisesse sem abríla evidentemente e construir um desenho que representasse o que havia dentro da caixa. A este desenho deveriam chamar de modelo 1. Logo após a construção do modelo 1, foi fornecida uma vareta para que pudessem através de um pequeno orifício previamente feito na caixa tocar nos objetos no interior da mesma com a vareta, aumentando assim as evidencias e novamente construíssem um desenho identificado como modelo 2. Num terceiro momento eles poderiam fazer mais dois furos da caixa um de cada lado para aumentar as evidencias e tentar melhorar a percepção do estava dentro da caixa. Em nenhum momento eles abriram a caixa. Foi construído então um modelo 3. Estes desenhos foram socializados entre os colegas e discutidos pelos mesmos. Uma situação que ficou evidente foi a ansiedade estampada nas faces dos alunos com a vontade de abrir a caixa. Outra, foi o destaque nos desenhos dos modelos 1, 2 e 3. Todos, sem exceção tinham a representação de objetos conhecidos como clipes, a

8 borracha e a tampinha de garrafa. Nenhum grupo cogitou a possibilidade de haver algum objeto desconhecido por eles dentro da caixa. Um grupo utilizou a luz do celular para tentar visualizar o que tinha dentro da caixa. Outro grupo levou a caixa para fora da sala na tentativa de utilizar a luz solar. Todos destacaram que, à medida que lhes foi permitido abrir orifícios, utilizar a vareta e a luz, foi ficando mais fácil imaginar e desenhar o que tinha dentro da caixa. Uma pesquisa foi proposta então, a partir dos seguintes problemas: Se modelos são constituídos a partir daquilo que já conhecemos de que forma a ciência constrói seus modelos? O que são e quais são os modelos atômicos conhecidos? Fotos 2,3,4 e 5 Pesquisa realizada em sala de aula. Na terceira e quarta aula eles estavam totalmente envolvidos com a pesquisa como destacam as fotos acima. Fizeram muitas perguntas e trouxeram textos de livros e da internet para discutir em sala. A proposta da pesquisa foi ampliada para a construção de maquetes dos diversos modelos atômicos destacados pelos livros de química do ensino médio utilizado na escola do autor Ricardo Feltre. Como estão em destaque nas fotos logo abaixo.

9 Este grupo não construiu o modelo de Rutherford, mas retratou a experiência d mesmo com a película de ouro para explicar as partículas existentes no interior do átomo. Eles explicaram passo a passo como a experiência foi realizada. Foto 6 : Modelo da experiência de Rutherfor Foto 7 : Modelo atômico de Bohr O grupo que construiu o modelo de Bohr explicou muito bem o modelo ressaltando também como acontece quando um elétron recebe energia e pula de um nível eletrônico para outro, quando o mesmo libera energia será em forma de luz e ondas eletromagnéticas. Neste momento, um dos alunos do grupo citou o seguinte exemplo: se você pegar uma barra de qualquer metal e raspá-la com faca sai faísca, ele disse que provavelmente são elétrons que se desprenderam. Montaram a maquete levando em conta os detalhes do átomo com as cargas negativas encravadas na massa positiva. Conseguiram defender a idéia de Thompson, apesar de um membro do grupo ter faltado na apresentação. Foto 8 : Modelo atômico de Thompson

10 Este grupo teve bastante dificuldade tanto para confeccionar a maquete como para defender a idéia de Tales de Mileto, pois o objetivo do trabalho era que cada grupo incorporasse a idéia do autor e defendesse como se fosse o mesmo. Foto 9 : Modelo atômico de Tales de Mileto Não confeccionaram a maquete justificando que não encontraram o desenho do modelo, mas fizeram a pesquisa e explicaram sobre o modelo de Dalton. Modelo atômico de Dalton Quando eles indagaram sobre qual modelo explicava melhor o átomo, quase disse a eles que era o modelo de Rutherford-Bohr. Levada pela facilidade desta resposta ou da presença dela na ponta da língua. Afinal é um dos modelos atuais e mais usados pelos autores de livros do ensino médio etc. Então, segurei minha língua e pensei nos subsunçores de Ausubel. Será que eles já tinham estes subsunçores formados em suas mentes? Será que já seriam capazes de compreender que não existe um modelo que explique melhor, mas que depende do que se quer explicar? Na realização da dinâmica da caixinha preta, eles puderam conversar bastante sobre a construção de modelos. Perceberam que seus modelos eram de acordo com aquilo que já conheciam e puderam então ter uma mínima noção de como a ciência anuncia suas novas descobertas. Bibliografia CHASSOT, A. I. A ciência através dos tempos, 2 ed reform. São Paulo: MODERNA, Alfabetização cientifica: questões e desafios para a educação, 3 ed, Ijuí: UNIJUI, 2000 Catalisando transformações na educação, 3 ed, Ijuí: UNIJUÍ, MOREIRA, A.M. Aprendizagem significativa critica, versão revisada e estendida da conferencia no III Encontro Internacional sobre Aprendizagem significativa, Lisboa (Peniche) 11 a 15 de setembro de Publicada nas Atas desse Encontro, p.p 33-45, com o titulo original de Aprendizagem Significativa subversiva.