Plano de Aula | Metodologia Ativa | Termoquímica: Entalpia por Meio de Ligações

Premissas: Este Plano de Aula Ativo pressupõe: uma aula de 100 minutos de duração, estudo prévio dos alunos tanto com o Livro, quanto com o início do desenvolvimento do Projeto e que uma única atividade (dentre as três sugeridas) será escolhida para ser realizada durante a aula, já que cada atividade é pensada para tomar grande parte do tempo disponível.

Objetivos

Duração: (5 - 10 minutos)

Esta etapa do plano de aula é crucial para estabelecer as bases do aprendizado, garantindo que os alunos compreendam claramente os objetivos da aula e o que se espera deles. Ao focar no cálculo da entalpia através das energias de ligação, os alunos poderão aplicar conhecimentos prévios de estequiometria e termodinâmica para resolver problemas práticos e teóricos. A meta é assegurar que todos os alunos estejam aptos a aplicar o conceito de entalpia em diferentes contextos químicos, promovendo uma aprendizagem significativa e profunda.

Objetivos principais:

1. Capacitar os alunos a calcular a entalpia de reações químicas utilizando as energias de ligação dos reagentes e produtos.

2. Desenvolver habilidades de análise crítica para identificar e utilizar as informações necessárias para o cálculo da entalpia de reação.

Objetivos secundários:

1. Incentivar a colaboração e o debate entre os alunos durante as atividades práticas para enriquecer o aprendizado coletivo.

Introdução

Duração: (15 - 20 minutos)

A introdução serve para engajar os alunos com o tema da aula, utilizando situações problema que os alunos devem ter resolvido em casa para revisão e aprofundamento do conteúdo. Além disso, a contextualização busca mostrar a relevância prática e teórica do estudo da entalpia por meio das energias de ligação, estimulando os alunos a perceberem a aplicabilidade do conhecimento químico no mundo real.

Situações Problema

1. Considere a combustão do metano (CH₄) na presença de oxigênio, que produz dióxido de carbono e água. Sabendo que a energia de ligação do C-H é 413 kJ/mol e do O=O é 498 kJ/mol, como você calcularia a entalpia da reação de combustão do metano?

2. Imagine que durante um experimento, você mediu a entalpia de formação do cloreto de hidrogênio (HCl) como -92,31 kJ/mol e a do cloreto de sódio (NaCl) como -411,12 kJ/mol. Como esses valores podem ser utilizados para determinar a entalpia da reação de formação do cloreto de sódio?

Contextualização

A termoquímica é essencial para entender a energia envolvida nas transformações químicas, e o conceito de entalpia através das energias de ligação é uma ferramenta poderosa para calcular e prever o comportamento energético das reações. Por exemplo, as energias de ligação são usadas por engenheiros químicos para projetar reatores e processos industriais mais eficientes. Além disso, entender como as energias de ligação variam em diferentes condições proporciona insights valiosos sobre a estabilidade e reatividade de compostos em ambientes diversos, desde reações em laboratório até processos naturais em escala global.

Desenvolvimento

Duração: (75 - 85 minutos)

A etapa de Desenvolvimento em sala de aula, baseada na metodologia de sala de aula invertida, tem como objetivo principal permitir que os alunos apliquem os conhecimentos teóricos prévios em situações práticas e contextualizadas, reforçando o entendimento do cálculo de entalpia por meio das energias de ligação. As atividades propostas incentivam a colaboração, a experimentação e o pensamento crítico, essenciais para a consolidação do aprendizado. Cada atividade é desenhada para ser interativa e envolvente, garantindo que os alunos estejam ativamente engajados na resolução de problemas e na aplicação de conceitos químicos em cenários divertidos e relevantes.

Sugestões de Atividades

Recomenda-se que seja realizada apenas uma das atividades sugeridas

Atividade 1 - O Desafio do Chef Químico

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar o conceito de entalpia por meio das energias de ligação para calcular a entalpia de reação em um contexto prático e criativo.

- Descrição: Os alunos são desafiados a assumir o papel de um chef químico que deve planejar a produção de um novo sabor de sorvete. Eles precisam calcular a entalpia da reação de dissolução de diferentes ingredientes em água, baseando-se nas energias de ligação dos componentes. Cada grupo recebe uma 'receita' com proporções específicas de ingredientes que devem ser dissolvidos e devem determinar a entalpia total da reação.

- Instruções:

• Divida a classe em grupos de até 5 alunos.

• Distribua as 'receitas' (compostas por fórmulas químicas e quantidades) e a tabela de energias de ligação.

• Peça que calculem a entalpia total da dissolução dos ingredientes da 'receita'.

• Cada grupo apresenta seu cálculo e justifica as escolhas baseadas nas energias de ligação utilizadas.

• Promova uma discussão sobre como diferentes combinações de ingredientes afetam a entalpia da reação.

Atividade 2 - Missão Espacial: Resgatando a Reação Química

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Utilizar o cálculo de entalpia para avaliar o impacto energético de reações químicas em um contexto de engenharia espacial.

- Descrição: Os alunos, divididos em equipes, assumem o papel de engenheiros em uma missão espacial. Eles precisam calcular a entalpia de reações que ocorrem em diferentes partes de uma nave espacial, utilizando as energias de ligação para determinar os riscos e benefícios energéticos de cada reação para a segurança da tripulação.

- Instruções:

• Organize os alunos em grupos de até 5 pessoas.

• Apresente a 'nave espacial' e suas diferentes seções, cada uma com uma reação química que pode afetar o funcionamento da nave.

• Forneça a tabela de energias de ligação e as quantidades de reagentes para cada reação.

• Os alunos devem calcular a entalpia de cada reação e discutir em grupo os possíveis impactos energéticos.

• Cada grupo apresenta suas descobertas e recomendações para as reações mais seguras e eficientes.

Atividade 3 - Detetives da Entalpia

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Desenvolver habilidades de análise e aplicação de entalpia e energias de ligação para resolver um problema complexo e misterioso.

- Descrição: Nesta atividade, os alunos se tornam detetives que precisam desvendar um 'crime químico'. Eles devem usar as energias de ligação para determinar se a reação observada é endotérmica ou exotérmica e, com base nisso, identificar os produtos e reagentes da reação desconhecida.

- Instruções:

• Divida a turma em grupos de até 5 alunos.

• Entregue a cada grupo uma descrição do 'crime químico', que inclui uma reação e as condições em que foi observada.

• Os alunos devem calcular a entalpia da reação e determinar se é exotérmica ou endotérmica.

• Com base nisso, devem identificar os reagentes e produtos da reação.

• Cada grupo apresenta suas conclusões e o processo de raciocínio utilizado.

Retorno

Duração: (10 - 15 minutos)

A finalidade desta etapa é consolidar o aprendizado, permitindo que os alunos reflitam sobre o que foi aprendido e compartilhem insights e descobertas com os colegas. A discussão em grupo ajuda a reforçar o entendimento dos conceitos de entalpia e energias de ligação, além de desenvolver habilidades de comunicação e argumentação científica. Este momento também serve para o professor avaliar a eficácia das atividades e o grau de compreensão dos alunos, podendo assim ajustar e reforçar os pontos mais críticos do conteúdo.

Discussão em Grupo

Ao finalizar as atividades, promova uma discussão em grupo com todos os alunos. Inicie a discussão com uma breve introdução, destacando a importância de compartilhar o que foi aprendido e as diferentes abordagens utilizadas por cada grupo. Encoraje os alunos a discutir não apenas os resultados obtidos, mas também os desafios enfrentados e as estratégias que mostraram ser mais eficazes durante as atividades. Utilize o ambiente de sala de aula como um espaço para troca de experiências e aprendizado mútuo.

Perguntas Chave

1. Quais foram os principais desafios que vocês enfrentaram ao calcular a entalpia das reações durante as atividades? Como vocês os superaram?

2. Como a aplicação das energias de ligação ajudou a entender o comportamento energético das reações que vocês estudaram?

3. Houve alguma surpresa ou descoberta inesperada ao realizar os cálculos de entalpia? Como isso influenciou a sua compreensão do tema?

Conclusão

Duração: (5 - 10 minutos)

A finalidade da etapa de Conclusão é garantir que todos os alunos tenham compreendido os conceitos discutidos durante a aula. Resumir o conteúdo ajuda na consolidação do aprendizado, enquanto a discussão sobre a interação entre teoria e prática reforça a importância dos conceitos estudados. Além disso, destacar a relevância dos temas abordados para aplicações práticas e teóricas reforça o interesse dos alunos e a percepção da importância da química em suas vidas.

Resumo

Para encerrar, é crucial resumir os pontos chave discutidos hoje. A aula abordou a termoquímica e o cálculo da entalpia de reações químicas através das energias de ligação, destacando a importância de entender as variações energéticas que ocorrem durante as reações. Os alunos exploraram diversas aplicações práticas, como o cálculo da entalpia de dissolução de ingredientes em um sorvete e a avaliação de reações em uma nave espacial.

Conexão com a Teoria

A aula de hoje conectou teoria e prática de maneira eficaz. Os alunos aplicaram conhecimentos teóricos prévios em situações práticas, como a resolução de problemas e a realização de experimentos simulados, o que os ajudou a visualizar a teoria em ação e a compreender a importância da entalpia e das energias de ligação na química.

Fechamento

O estudo da entalpia e das energias de ligação é fundamental, não apenas teoricamente, mas também na prática, pois esses conceitos são cruciais para entender e prever o comportamento de reações químicas em diversos contextos, desde aplicações industriais até fenômenos naturais. Compreender esses princípios permite aos alunos uma visão mais clara e crítica da química e de suas aplicações no cotidiano e em diversas áreas profissionais.