Plano de Aula | Metodologia Ativa | Reações Orgânicas: Substituição

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)

A etapa de Objetivos visa estabelecer uma base clara e direcionada para a aula, assegurando que tanto o professor quanto os alunos estejam alinhados quanto ao que será explorado e aprendido. Ao definir claramente os objetivos da aula, os alunos podem melhor direcionar seu estudo prévio e participação em sala, maximizando a eficácia do tempo de aula para aplicação prática e discussão aprofundada.

Objetivos principais:

1. Identificar e descrever as principais reações de substituição em compostos orgânicos, focando em reações como a substituição nucleofílica e eletrofílica.

2. Analisar o papel dos catalisadores em reações de substituição e como eles influenciam a taxa e o rendimento das reações.

3. Explorar as rotas sintéticas utilizadas na indústria e em laboratórios para produzir compostos específicos através de reações de substituição, e discutir os produtos obtidos.

Objetivos secundários:

Introdução

Duração: (15 - 20 minutos)

A introdução serve para engajar os alunos e estimular a aplicação do conhecimento prévio em cenários práticos e reais. As situações problema incentivam os alunos a pensarem criticamente sobre o tema, enquanto a contextualização mostra a relevância histórica e contemporânea das reações de substituição, aumentando o interesse e a percepção da importância do assunto estudado.

Situações Problema

1. Imagine que você é um químico contratado por uma empresa farmacêutica para desenvolver um novo medicamento. Durante a síntese, você precisa substituir um grupo funcional em um composto para alterar suas propriedades e torná-lo mais eficaz. Quais reações de substituição você consideraria e por quê?

2. Um acidente ocorreu em um laboratório de pesquisa e um composto químico vazou para o meio ambiente. Este composto é altamente reativo e pode participar de reações de substituição em outros compostos orgânicos presentes na natureza. Como isso poderia afetar o ecossistema local?

Contextualização

As reações de substituição são fundamentais não apenas em laboratórios de pesquisa, mas também na indústria, onde são utilizadas para a síntese de produtos farmacêuticos, agroquímicos e materiais diversos. Um dos primeiros usos práticos de uma reação de substituição documentada remonta ao século XIX, quando o químico Friedrich Wöhler sintetizou a ureia a partir de cianato de amônio, demonstrando que compostos orgânicos poderiam ser produzidos a partir de substâncias inorgânicas.

Desenvolvimento

Duração: (70 - 75 minutos)

A etapa de Desenvolvimento tem como objetivo principal permitir que os alunos apliquem na prática os conceitos estudados sobre reações de substituição. Através de atividades lúdicas e contextualizadas, os alunos têm a oportunidade de experimentar, errar e aprender em um ambiente controlado. As atividades propostas visam também fortalecer habilidades de trabalho em equipe, pensamento crítico e aplicação de conhecimentos teóricos em situações práticas, preparando-os para desafios futuros no campo da Química.

Sugestões de Atividades

Recomenda-se que seja realizada apenas uma das atividades sugeridas

Atividade 1 - A Corrida dos Substitutos

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar conhecimentos de reações de substituição em um cenário lúdico e competitivo, desenvolvendo habilidades práticas e de trabalho em equipe.

- Descrição: Nesta atividade, os alunos serão divididos em grupos de até cinco pessoas. Cada grupo receberá uma 'lista de compras' que inclui uma série de reações de substituição que precisam ser realizadas para transformar compostos iniciais em produtos desejados. Cada reação será associada a um 'supermercado' químico, onde os 'ingredientes' (reagentes) e 'utensílios' (catalisadores) necessários estão disponíveis. O objetivo é realizar todas as reações corretamente no menor tempo possível, evitando 'erros de receita' que podem levar a produtos indesejados ou até 'explosões' (falhas nas reações).

- Instruções:

• Divida a classe em grupos de até cinco alunos.

• Distribua as 'listas de compras' e explique o cenário da 'corrida'.

• Cada grupo escolhe uma reação da lista e vai ao 'supermercado' pegar os reagentes e catalisadores necessários.

• Os grupos devem montar seus 'laboratórios' (mesas) e realizar a reação, seguindo as instruções detalhadas de cada reagente.

• Após a reação, um 'juiz' (professor) verifica o produto formado e a correção da reação.

• O grupo volta ao 'supermercado' para a próxima reação. O tempo total da corrida é medido e comparado entre os grupos.

Atividade 2 - Mistério na Cozinha Química

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Fomentar a criatividade e aplicação prática dos conceitos de reações de substituição, além de promover habilidades de apresentação e argumentação.

- Descrição: Os alunos, organizados em grupos, assumirão o papel de chefs em uma competição culinária com um toque químico. Cada grupo receberá uma 'cesta misteriosa' contendo compostos orgânicos simples e reagentes. Eles devem usar seu conhecimento sobre reações de substituição para 'cozinhar' (realizar reações) e 'saborear' (analisar os produtos) pratos que satisfaçam o paladar do 'júri' (professor).

- Instruções:

• Organize a sala em estações de cozinha, cada uma equipada com 'fogões' (bancadas), 'panelas' (béqueres) e 'ingredientes' (reagentes).

• Distribua as 'cestas misteriosas' para cada grupo.

• Os alunos devem planejar e realizar as reações, anotando os reagentes usados e os produtos obtidos.

• Após cada reação, os grupos apresentam seus 'pratos' (produtos) e justificam suas escolhas teóricas e práticas.

• O 'júri' avalia os produtos e a argumentação dos alunos, e dá pontos com base na criatividade, correção das reações e apresentação.

• O grupo com mais pontos ao final é o vencedor da competição.

Atividade 3 - Escape Room Químico: A Fuga dos Produtos Perdidos

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Estimular a resolução de problemas e o trabalho em equipe, aplicando conhecimentos de reações de substituição em um contexto de jogo imersivo.

- Descrição: Transforme a sala de aula em um 'escape room' onde os alunos precisam aplicar seus conhecimentos de reações de substituição para encontrar pistas, desvendar enigmas e 'escapar' (resolver o problema final). Cada estação dentro do escape room contém um desafio que envolve a realização de uma reação de substituição para continuar no jogo.

- Instruções:

• Prepare a sala de aula com estações que contêm materiais para realizar reações de substituição.

• Divida os alunos em grupos e explique o cenário do escape room: eles são cientistas em uma missão para recuperar produtos perdidos através de reações de substituição.

• Cada estação contém um desafio que os alunos devem resolver realizando a reação correta para avançar para a próxima etapa.

• Os alunos têm um tempo limitado para resolver todos os desafios e 'escapar'.

• Monitore o progresso dos grupos e forneça dicas quando necessário.

Retorno

Duração: (10 - 15 minutos)

A finalidade desta etapa de retorno é consolidar o aprendizado adquirido durante as atividades práticas, permitindo que os alunos articulem e reflitam sobre o que aprenderam. Esta discussão ajuda a reforçar a compreensão dos conceitos de reações de substituição, a identificar áreas que podem ainda não estar claras e a explorar as aplicações dessas reações fora do contexto acadêmico. Além disso, esta etapa promove a habilidade de comunicação e argumentação dos alunos, essencial para o desenvolvimento acadêmico e profissional.

Discussão em Grupo

Para iniciar a discussão em grupo, o professor pode reunir todos os alunos em um círculo e pedir que cada grupo compartilhe suas experiências e resultados das atividades. O professor deve conduzir a discussão, incentivando os alunos a refletirem sobre como aplicaram os conceitos de reações de substituição, os desafios enfrentados e as soluções encontradas. É importante que cada grupo apresente também o que aprenderam de novo ou como suas preconcepções foram alteradas durante as atividades.

Perguntas Chave

1. Quais foram os principais desafios que seu grupo enfrentou ao realizar as reações de substituição e como vocês os superaram?

2. Houve alguma surpresa em relação aos produtos obtidos? Como isso se relaciona com o que vocês estudaram anteriormente?

3. Como a compreensão das reações de substituição pode ser aplicada em situações reais, como na indústria farmacêutica ou na pesquisa ambiental?

Conclusão

Duração: (5 - 10 minutos)

A finalidade desta etapa de Conclusão é assegurar que os alunos tenham uma compreensão clara e consolidada dos temas discutidos, além de perceberem a aplicabilidade prática e teórica do conteúdo estudado. Resumir os pontos principais ajuda na retenção do conhecimento, enquanto discutir a ligação entre teoria e prática e a importância prática das reações de substituição reforça a valorização do aprendizado e sua relevância no mundo real.

Resumo

Nesta etapa de conclusão, o professor deve resumir os principais tópicos abordados acerca das reações de substituição, destacando os tipos de reações nucleofílicas e eletrofílicas, o papel dos catalisadores e as rotas sintéticas comuns. É importante recapitular os produtos obtidos e as condições que favorecem cada tipo de reação, reforçando o entendimento dos alunos.

Conexão com a Teoria

Durante a aula, a conexão entre a teoria estudada e as práticas realizadas foi claramente estabelecida através das atividades interativas. Os alunos puderam aplicar diretamente os conceitos teóricos em cenários práticos, como a 'Corrida dos Substitutos' e 'Mistério na Cozinha Química', o que facilitou a visualização da teoria em ação e a compreensão de sua importância e aplicabilidade.

Fechamento

Por fim, é essencial destacar a relevância das reações de substituição no cotidiano e na indústria, como na síntese de medicamentos ou materiais. Compreender esses processos químicos não apenas enriquece o conhecimento acadêmico, mas também prepara os alunos para aplicar esses conceitos em futuras carreiras científicas ou em decisões cotidianas informadas.