Dil ve Edebiyat Âlimleri

O estabelecimento da teoria atômica de Dalton permite dar uma interpretação atômica das reações químicas de acordo com a Lei da conservação da massa de Lavoisier e a Lei das proporções constantes de Proust. De acordo com estas teorias, nas reações químicas os átomos não se criam e não se destroem apenas se modificam formando novas substâncias.

Os alunos geralmente apresentam dificuldade em compreender que as reações químicas ocorrem com rupturas das ligações químicas nos reagentes com a formação de novas ligações assim formando os produtos, e que a intensidade envolvida nessas ligações está relacionada a Termodinâmica. (CAAMAÑO, 1994; POZO et. al., 1991).

Muitas vezes as compreensões se complicam ainda mais quando necessitamos compreender que aspectos materiais e energéticos das reações químicas ocorrem por mecanismos de reações, as quais são sucessões de reações elementares através das quais as moléculas dos reativos se convertem nas moléculas do produto.

Em Química outo tema considerado difícil e abstrato dentro das reações químicas é o conceito de energia (termodinâmica). Na sua pesquisa Kuethe (1963) refere que sessenta e seis alunos de um universo de cem que tinham completado o seu primeiro ano de estudos complementares responderam "eu não sei" à questão "o que é a Primeira Lei da Termodinâmica".

Compreender porque uma reação química ocorre é a questão central na compreensão desse conceito, mas geralmente não é considerado pelos professores. Somente durante os últimos anos do Ensino Médio (de acordo com os livros didáticos) é que os alunos estudam a natureza das ligações químicas e as ideias associadas energia das reações químicas, como uma base para prever aspectos do estudo da química.

Portanto, ensinar Termodinâmica, em Química, é um grande desafio ao professor de Química em tentar evitar que o ensino-aprendizagem fique limitado à aplicação de fórmulas, conversões de unidades de energia ou resoluções mecânicas de exercícios que não acrescentam muito aos saberes discentes, mas que o ensino desses conceitos possa ser útil na análise dos diversos fenômenos químicos e físicos da natureza observados no cotidiano dos estudantes do nível médio.

Autores como Ayyildiz e Tarhan (2012); Bojezuk (1982); Johnstone (2006); Childs e Sheeland (2009); Souza e Justi (2010); Bliss e Ogborn (1985); Hapkiewicz (1991), Mulford e Robinson (2002); Teichert e Stacy (2002) e Silva (2005) tem o consenso de que a dificuldade que os alunos apresentam com os conceitos de Termoquímica pode ser por envolver conceitos

amplos como o de energia. A interpretação atômico-molecular de processos endotérmicos e exotérmicos exige clareza quanto aos aspectos macroscópicos do conceito.

Portanto, um conceito chave para o entendimento das reações químicas é o de energia. Gilbert Watts (1983) categorizou as concepções dos estudantes sobre a definição de energia encontrada em sua pesquisa, como:

a) Visão da energia centrada no ser humano - a energia está associada principalmente com os seres humanos (visão antropocêntrica): os objetos podem considerar-se como tendo atributos humanos (visão antropomórfica).

b) Modelo depositário de energia - a energia é um agente causal, uma fonte de atividade baseada ou armazenada em certos objetos.

c) Energia como um ingrediente - a energia é um agente reativo, um ingrediente potencial interior aos objetos ou situações que necessita de um disparador para atuar.

d) Energia é uma manifestação de atividade - a energia é o próprio movimento. e) Energia é um produto - é um subproduto da situação.

f) Energia é aptidão - a energia faz com que as coisas trabalhem, a energia foi inventada para ser útil. A energia é mais ou menos restringida a aplicações técnicas e não é essencial para todos os processos, mas é principalmente associada ao que torna vida mais confortável.

g) Energia é fluxo - modelo de transferência de energia - a energia é vista como um tipo de fluido que adere aos objetos e é assim transferida de lugar para lugar. Gilbert e Watts (1983) reviram alguns estudos sobre energia e resumiram as principais ideias sobre concepções em três categorias: a) a energia é o que faz viver e mover as coisas; b) a energia faz as coisas trabalharem e c) a energia converte-se de uma forma em outra forma.

Brook e Driver (1984) aludiram que alunos de 15 anos consideravam que as coisas só possuíam energia quando estavam em movimento. Eles também referiram que os alunos apresentavam dificuldades em compreender energia como uma ideia quantitativa.

Podemos perceber que um conceito tão importante apresenta muitas concepções equivocadas. O estudo deste assunto é de fundamental importância, pois está conexo a vários fenômenos ocorridos no cotidiano, a exemplo, das energias liberadas durante a queima dos combustíveis e a determinação da caloria dos alimentos, como já citamos anteriormente. Assim, “a interpretação atômico-molecular” de processos endotérmicos e exotérmicos exige clareza quanto aos aspectos macroscópicos observáveis, além da compreensão do fenômeno em nível

microscópico como, a energia cinética e potencial das moléculas, que geralmente não são abordados nas aulas de Química.

2.4.1 Dificuldades com o conceito de variação da entalpia (∆H)

O ensino de conceitos relacionados à entalpia não é tarefa simples. Os alunos não compreendem o significado da entalpia e, por isso, apenas memorizam mecanicamente algumas expressões e operações para serem reproduzidas nos processos avaliativos. Há muitas dificuldades dos alunos com as definições de sistema e de vizinhança e com o fato de ser ou não possível a troca de calor entre eles – há, muitas dúvidas quanto às implicações do restabelecimento do equilíbrio térmico.

Segundo Barros (2009) é comum os alunos alarmarem-se com o conteúdo de termoquímica, e apresentandanto dificuldades na compreensão de conceitos relacionados às variações de temperatura nos processos endotérmicos e exotérmicos.

Nas dificuldades que são demonstradas no ensino de conceitos como entalpia, entropia e energia interna, Silva (2005) propõe que o conceito de entalpia não seja ensinado no Ensino Médio, afirmando que seria necessário um aprofundamento nos conceitos científicos a nível superior para o pleno entendimento do que seja entalpia, e que mesmo fazendo a transposição para o nível de compreensão dos alunos, muito se perderia em significado, não cumprindo assim com o objetivo proposto para o Ensino Médio, que é a formação de cidadãos alfabetizados cientificamente.

Johnstone, Macdonald e Webb (1977) referem que alunos de 16-18 anos mantêm a concepção errada de que as reações endotérmicas não podem ser espontâneas.

Relativamente à dificuldade do tema, são várias as referências encontradas na literatura. Por exemplo, "energia de reação" é um tema reconhecido por professores como difícil para os alunos (FINLEY, STEWART, YARROCH, 1982) e identificado pelos próprios alunos (1ª ano de cursos universitários) como uma das áreas onde existem dificuldades de compreensão (JOHNSTONE, 1980).

De um modo geral, a Química é um assunto conceitualmente difícil para os alunos (BOJCZUK, 1982), sendo tópicos como "mecanismos de reação" e "energia de reações” (por exemplo, conceitos da função de Gibbs e de variação de entalpia) consideradas difíceis pelos próprios alunos (SHAIBU, 1988). No entanto, as dificuldades de compreensão podem mesmo incidir sobre conceitos mais centrais, como é o caso de "reação química".

Pesquisadores como Bojezuk (1982) e Johnstone (2006) perceberam que os estudantes resolvem os problemas apenas usando as fórmulas, sem se preocupar com os conceitos

envolvidos. Verificaram que alguns alunos se referem erroneamente a combustão de uma vela como uma reação endotérmica, uma vez que é necessária energia para a reação se iniciar.

Envolvendo a relação de diversos conceitos e variáveis, este tema (energia) constitui um grande desafio ao ensino-aprendizagem de reações. De fato, a termodinâmica envolve problemas com múltiplas variáveis interdependentes, conduzindo a notáveis dificuldades no ensino e na aprendizagem, em todos os níveis de escolaridade (ROZIER, VIENNOT, 1991). Para a compreensão da espontaneidade de uma reação química, é necessário internalizar os conceitos de entropia e energia livre de Gibbs, relacionado a segunda Lei da Termodinâmica.

Um estudo sobre o conceito de entropia do Ensino Médio de dez escolas diferentes, indicou que estudantes geralmente interpretam o conceito de entropia como uma medida da desordem, ou entendem entropia e desordem como iguais ou ainda que a entropia fosse à causa da desordem no sistema (JOHNSTONE et. al., 1977).