Como ensinar misturas e soluções.

Como o conhecimento de misturas químicas impediu um grande incidente no metrô de Londres?

Quando um vazamento acidental de concreto úmido e de secagem rápida inundou a sala de controle da estação de metrô Victoria, em Londres, o raciocínio rápido e o conhecimento químico dos engenheiros impediram o desastre total . Eles misturaram grandes quantidades de açúcar no concreto, diminuindo o processo de assentamento e dando tempo para limpar o vazamento.

Misturas e soluções são uma ocorrência comum em nossas vidas cotidianas. Eles são o ar que respiramos, a comida e a bebida que consumimos e os tecidos que usamos. Ao estudar como os químicos distinguem as substâncias puras das misturas e soluções, os alunos começarão a apreciar como a matéria é organizada em nível atômico. Com esse conhecimento, podemos manipular a matéria para melhorar nossa saúde e qualidade de vida.

O que os estudantes precisam saber sobre misturas e soluções?

Misturas são materiais que contêm duas ou mais substâncias químicas dispersas entre si (misturadas).
Se nenhuma reação química ocorre quando dois materiais são misturados, eles formam uma mistura. As propriedades químicas dos componentes não mudam.
Misturas podem ser separadas por métodos físicos.
Existem dois tipos gerais de misturas: homogêneos e heterogêneos.
Misturas homogêneas: as partículas das substâncias são misturadas (não há aglomeração das partículas) - por exemplo, ar.
Soluções são misturas homogêneas: partículas de uma substância (o soluto) são misturadas com as partículas de outra substância (o solvente) - por exemplo, água salgada.
Misturas heterogêneas: grandes agregações (grumos) das substâncias são misturadas - por exemplo, emulsões como óleo na água.

Quando os alunos estão aprendendo a usar a linguagem técnica corretamente, o número de novas palavras para aprender e a precisão de uso necessária podem assustá-las. A palavra "coisas" é um ponto de partida útil: embora não seja um termo científico aceito, tem um significado tangível para a maioria dos estudantes, portanto, é um trampolim lingüístico útil.

Os alunos entendem que o mundo é feito de coisas, e coisas diferentes têm propriedades diferentes. Nosso trabalho é ajudá-los a ir além de sua visão do mundo com base em seus sentidos, para o mundo submicroscópico, onde diferentes substâncias químicas são organizadas de maneiras diferentes. O pacote "Material e substância" do Gatsby Science Enhancement Programme oferece muitas atividades e animações simples.

Idéias para a sala de aula

Fonte: David Paterson

Usar modelos físicos fornece aos alunos um gancho para desenvolver sua compreensão. Por exemplo, apresentá-los com um conjunto de potes contendo contas simples idênticas, contas de tamanho idêntico, mas de cores diferentes, e contas da mesma cor, mas tamanhos diferentes.

Depois de alguns minutos para olhá-los e discutir, faça as perguntas ...

Quais dos potes contêm misturas? Como você sabe? Quais propriedades do conteúdo você está usando para tomar essa decisão?

Os alunos devem identificar os dois últimos como misturas, pois eles contêm contas que diferem em tamanho ou cor. Peça aos alunos que apresentem seu raciocínio à classe e peça a outros que concordem ou discordem e expliquem o motivo. Desafie aqueles que apresentam argumentos sofisticados para ampliar seu raciocínio. Por exemplo, para o terceiro pote, 'basta dizer que as contas são diferentes porque elas têm tamanhos diferentes? Você faria o mesmo argumento para maçãs de tamanhos diferentes? Esse tipo de questionamento pode ajudar os alunos a olhar além das propriedades da superfície e considerar se existem outras propriedades mais importantes de objetos e substâncias.

Repita e amplie a atividade para exemplos mais "químicos", apresentando aos alunos tubos de ensaio selados de sal, areia, sal e areia, peças de zinco e espigas de cobre.

Em sua classe

Quer experimentar esta atividade com sua turma? Faça o download dos slides do PowerPoint para um guia passo-a-passo, em sala de aula ( ppt ou pdf ).

Quando os alunos conseguirem identificar e explicar as misturas, avancem para as propriedades das misturas. Os alunos devem entender que as substâncias em misturas retêm suas propriedades e as propriedades da mistura são uma combinação dessas propriedades. Exemplos do mundo real podem ajudar os alunos com esses conceitos. Por exemplo, o açúcar é doce, a água é úmida e a solução de açúcar é doce e úmida. A atividade 'Separando Misturas' em Aprender Química fornece um gancho útil para a compreensão dos alunos.

Demonstre soluções ao dissolver o açúcar na água e inverta suavemente pequenos volumes da solução em pratos de evaporação. Mostre líquidos miscíveis (líquidos que se misturam) e líquidos imiscíveis (líquidos que não se misturam) misturando álcool e água, óleo e água, respectivamente. Demonstrar outros tipos de misturas, como suspensões, géis e espumas, com farinha em água, gelatina e chantilly.

Os estudantes encontrarão muitos exemplos de misturas ao longo de seus estudos de química, proporcionando-lhes oportunidades regulares para reforçar sua compreensão de misturas e soluções.

Por exemplo:

o ar é uma mistura homogênea que contém oxigênio, nitrogênio, argônio e outros gases;
limalhas de ferro com pó de enxofre são uma mistura heterogênea comumente usada;
A água salgada é uma solução que contém partículas de sal misturadas com partículas de água.

Incentive os alunos a encontrar seus próprios exemplos em suas próprias casas.

Em sua classe

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Equívocos comuns

A maioria dos materiais "puros" que encontramos na vida cotidiana são na verdade misturas de vários produtos químicos. A diferença entre a pureza diária (por exemplo, «sumo de laranja 100% puro») e a pureza química (isto é, materiais que contêm partículas de uma única substância química) provoca uma confusão considerável. É útil enfatizar que a ciência da aprendizagem é tanto sobre aprender uma nova língua quanto sobre conceitos e habilidades de aprendizagem.

Quando as soluções se formam, muitos estudantes acham que a massa do soluto se perde quando desaparece na solução, embora descrevam prontamente a água açucarada como sabor doce. Eles raramente reconhecem que as propriedades de uma mistura dependem de sua composição exata.

Finalmente, os estudantes raramente reconhecem a água (um solvente muito comum) como sendo particulado. Representações feitas por estudantes de açúcar dissolvido em água geralmente mostram partículas de açúcar em um fundo contínuo de água.

Equívocos químicos contêm muitas idéias úteis e planilhas para ajudar a diagnosticar o pensamento dos alunos. As seções "Elementos, compostos e misturas" e "Massa e dissolução" são particularmente úteis.

Exemplo de pergunta de diagnóstico

Você tem um béquer de água que pesa 200 g. Você adiciona 10 g de sulfato de cobre ao béquer de água. Inicialmente, o sólido sulfato de cobre pode ser visto na água, mas 10 minutos depois, o sólido não pode ser visto e a água fica azul.

Qual é a massa do copo e seu conteúdo quando o sulfato de cobre é adicionado pela primeira vez? Qual é a massa quando tudo finalmente se dissolve na água? Explique suas respostas.

Teste formativo

Os alunos não obterão uma compreensão proficiente de misturas e soluções na primeira vez que encontrarem essas ideias. A avaliação formativa regular os ajudará a desenvolver seu entendimento. Por exemplo, peça aos alunos para:

escreva uma explicação para descrever um material como uma mistura ou uma solução;
desenhar um diagrama de partículas de uma substância, distinguindo claramente os diferentes componentes;
complete um pequeno questionário sobre definições de palavras-chave.

Em seguida, forneça-lhes feedback e peça-lhes que concluam a tarefa.

Progressão para 14–16

A natureza das substâncias químicas é um conceito fundamental em química, sustentando a maior parte da química 14-16. Conceitos de elementos, compostos, átomos e moléculas irão adicionar à compreensão de misturas e soluções, juntamente com técnicas de separação. Esses conceitos serão reforçados e contextualizados em 14-16, quando os alunos estudam materiais como petróleo bruto e minérios de rocha. Os alunos também precisam entender a natureza dos modelos químicos. Considere atualizar seu próprio conhecimento desta área com o curso on-line 'Desenvolvendo e usando modelos'gratuito .

Pontos para levar para casa

Misturas são materiais que contêm duas ou mais substâncias químicas misturadas (mas não reagiram juntas). Substâncias mantêm suas características químicas em misturas.
Substâncias descritas como "puras" na vida cotidiana são provavelmente misturas químicas.
Ouça como os alunos usam a linguagem e as ideias das misturas na sala de aula e ajude-os a repensar e reformular conforme necessário.
O entendimento dos alunos sobre as misturas será desenvolvido em sua compreensão dos compostos, onde substâncias misturadas reagem juntas para criar novas substâncias.

David PatersonDavid Paterson é professor de química na Aldenham School, Elstree.