Afinidade entre substancias_quimicas
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    Afinidade entre substancias_quimicas Afinidade entre substancias_quimicas Document Transcript

    • 26pode explicar as reações químicas?s?A Afinidade Entre as SubstânciasHISTÓRIA DA QUÍMICAUma das concepções espon-tâneas mais comuns sobrereações químicas é a de queexiste afinidade entre os reagentes.Este artigo discute o desenvolvimentodas idéias de afinidade, na tentativa deevidenciar como elas só tiveramsentido em contextos nos quais aindanão haviam se desenvolvido idéiascomo as de termoquímica, estereoquí-mica e ligações químicas, que hoje fun-damentam nosso entendimento dereações químicas.O conceito de afinidade foi, pormuito tempo, um dos mais fundamen-tais da química em termos de promo-ção do desenvolvimento do conhe-cimento químico. Entretanto, não sepode discutir afinidade como uma idéiaporque raramente se observou concor-dância sobre o significado dessetermo. Essa pluralidade de significadospode ser observada também nasidéias de nossos alunos e alunas doensino médio. Muitos deles/as, apesarde já terem tido algum contato — o quenão significa terem sido ensinados ou,muito menos, terem aprendido — comidéias relacionadas à constituição dassubstâncias, à formação de ligaçõesquímicas e aos mecanismos de rea-ções, acreditam que a causa principalda ocorrência de reações é algo ex-presso pela palavra afinidade, isto é,assumem a existência de um ‘desejode uma substância atrair outra’ comouma condição para aocorrência de rea-ções. Atítulo de exem-plificação, conside-remos uma discussãoocorrida entre alunosda segunda série doensino médio, quandolhes foi solicitado que explicassem porque algumas substâncias reagem quan-do são colocadas em contato, enquantooutras não reagem.A1: Eu acho que uma tem que, tipo,ficar a fim da outra. Uma substância sóreage quando rola um clima. Se elasnão gostarem uma da outra, nem vãose olhar!A2: Qual é?! Isso não tem nada aver. Substâncias não pensam no quefazer! Deve ser aquela história de‘semelhante atrai semelhante’. Quandoalguma coisa nelas é igual, elas tendema reagir.A3: Isso não explica nada! Paramim, existe essa afinidade entre duassubstâncias quando as moléculasdelas se encaixam, como num quebra-cabeças.A1: Mas como elas iam saber quedava para encaixar? Tem que ter umjeito de uma atrair a outra!A4: Isso! A gente pode dizer queuma substância está a fim da outraquando existe uma força de atração,como num ímã. Só acontece a reaçãoquando existe essa afinidade, essaforça.A3: Mas como é essa força?A5: Ah, não complica! É uma forçade atração que faz uma substância secombinar com outra e pronto.A6: É! E quanto mais elas se atraem,mais fácil é para a reação ocorrer!Nessa discussão, apesar da poucadiscordância aparenteentre as idéias dos alu-nos, concepções queforam propostas eaceitas em diferentesépocas e contextos fo-ram expressas emrelação à existência deafinidade — o que não foi questionadopor nenhum deles. Para que nós,professores e professoras, possamosinteragir com nossos alunos e alunasquando eles expressam idéias comoessas, considero importante apre-sentar alguns aspectos dos váriossignificados atribuídos à afinidade aolongo do desenvolvimento do conhe-cimento químico. Todavia, meu princi-pal objetivo não é a simples transmis-são de informações históricas isoladas,Rosária da Silva JustiNeste número, a seção “História da química” busca verificar comoas concepções prévias hoje mostradas pelas alunas e pelos alunos arespeito de por que ocorrem reações químicas estão presentes nahistória do desenvolvimento de um importante conceito: a afinidade.Temos, numa história que começa há mais de 2 500 anos A.P. (antesdo tempo presente), informações para entender um pouco mais aciência, e em particular a estrutura da matéria. Como as idéiasacerca do conceito de afinidade nem sempre estiveram muito claras,sempre existiram muitas interrogações para os químicos, traduzidasem diferentes contextos. Charles Darwin, na Origem das espécies(edição de 1875, p. 63), em busca de metáforas usou a afinidadeseletiva dos elementos químicos para explicar a seleção natural.afinidade, afinidade seletiva, atração, reações químicas, valênciaO conceito deafinidade foi, por muitotempo, um dos maisfundamentais daquímicaQUÍMICA NOVA NA ESCOLA Afinidade entre substâncias N° 7, MAIO 1998
    • 27mas a discussão de algumas idéias deforma contextualizada. Acredito queisso possa contribuir para que pos-samos interagir com nossos alunos ealunas não simplesmente dizendo:“Isso tudo está errado. Não existe essaafinidade de que vocês estão falandono modelo que usamos para explicaras reações hoje”, mas sim explicandoo contexto em que tais idéias eramaceitas e o porquê de não o seremhoje.Significados iniciaisAs mais antigas explicações paraa ocorrência de interações entre subs-tâncias foram propostas por filósofosgregos como Empédocles e Hipó-crates (séc. V a.C.). Eles atribuíam aoselementos capacidades humanas deamor e ódio, como foi feito pelo alunoA1. Isso significa que eles acreditavamnuma ‘força impulsionante’ como acausa efetiva das transformações.Ainda entre os gregos, Aristóteles(séc. IV a.C.) discutiu os fatores quepoderiam influenciar na ocorrência dastransformações, identificando diferen-ças e similaridades (afinidade) entre osmateriais envolvidos e também a inte-ração física de um material com o outro(Mierzecki, 1991).Idéias sobre afinidade, assim comomuitas outras idéiasgregas, influenciaramo pensamento de inú-meros cientistas até oséculo XVII, quando aconcepção corpus-cular de matéria co-meçou a se desen-volver. Antes disso, noperíodo alquímico,reações químicas fo-ram uma parte impor-tante de inúmeros tra-balhos. No plano ma-terial, os alquimistasbuscavam a purifica-ção dos metais e, con-seqüentemente, o fo-co principal de suasatenções estava nas transformações enos produtos obtidos a partir delas. Emalguns trabalhos, é possível identificara idéia de que as substâncias secombinavam não porque tinhamsentimentos umas pelas outras, masporque eram semelhantes em compo-sição. Essa idéia, análoga àquelaexpressa pelo aluno A2, deriva daconcepção aristotélica e foi a base dosignificado químico do termo ‘afini-dade’, no período al-químico.Afinidade eatraçãoAté o início do sé-culo XVIII, a químicageralmente não erarespeitada academi-camente na Europa.No século XVIII, muitosquímicos dedicaram-se à tarefa de equi-parar a imagem daquímica às de outras áreas da filosofia,incorporando princípios e modos depensar utilizados, por exemplo, emmecânica e astronomia. De acordocom os filósofos naturais da época,‘especulações’ tinham de ser evitadas,todas as teorias tinham que se basearem experimentos ou observações eexplicações deveriam ser mecânicasou, se possível, matemáticas. Deacordo com a filosofia natural, osfenômenos observáveis eram con-siderados resultantesde formas, tamanhose movimentos de pe-quenas partículas in-divisíveis. Os quími-cos começaram, en-tão, a imitar as abor-dagens e métodos deáreas mais matemá-ticas e a aceitar expli-cações mecânicaspara as propriedadesdas substâncias e aocorrência de rea-ções. Entretanto, sepor um lado a acei-tação de que a maté-ria era constituída depequenas partículasindivisíveis era útil em termos daconstrução de imagens mentais de co-mo as reações se processavam, poroutro tais imagens eram consideradasespeculações, porque formas e tama-nhos de partículas não eram observá-veis (Duncan, 1996). Foi nesse ambi-ente que outras idéias sobre afinidadeforam propostas, discutidas e usadas.Robert Boyle, por exemplo, consi-derava que a afinidade era resultadode formas apropria-das das partículasque lhes permitiamaderir umas às outras(Partington, 1969).Uma idéia análoga foiexpressa por A3 nadiscussão anterior-mente apresentada.Como Boyle,Isaac Newton acre-ditava que a matériaera constituída departículas. Entretanto,a essas partículas ele associou po-deres de atração e repulsão (comofeito por A4). Newton considerou vá-rios casos em que um composto sedissociava porque uma de suas partesera mais fortemente atraída poralguma outra substância do que poraquela com a qual ela estavaoriginalmente combinada. Entretanto,ele não explicou a seletividade dasatrações químicas e nem as diferençasnas forças de atração de diferentestipos de partículas.Embora Newton tenha falhado empropor uma teoria que pudesse expli-car coerentemente como as reaçõesaconteciam, a maioria dos cientistasnos séculos XVII e XVIII aceitavam suaautoridade e usavam suas idéias. Issoacontecia até mesmo na França e naAlemanha, onde as tradições filosó-ficas eram diferentes daquelas dosingleses e onde, no início do séculoXVIII, os cientistas ainda aceitavam aidéia de que as substâncias tendiama se combinar como resultado dasimilaridade de suas composições.Nas explicações newtonianas, todosos fatos relevantes eram mecânicos emateriais — a matéria era constituídade partículas que diferiam em forma,tamanho e no poder de exercer forças.A adoção de tais idéias foi útil para osquímicos do século XVIII, mas elaseram adaptáveis essencialmente aosConsiderando suasorigens comoexplicações físicas,afinidade e atraçãoeram concepçõesdiferentes. Contudo,embora os químicosconhecessem suasdiferentes origens,eles começaramgradualmente a usar asduas palavras com omesmo significado: atendência dassubstâncias de secombinarem umas comas outrasEmbora Newton tenhafalhado em propor umateoria que pudesseexplicarcoerentemente comoas reaçõesaconteciam, a maioriados cientistas nosséculos XVII e XVIIIaceitavam suaautoridade e usavamsuas idéiasQUÍMICA NOVA NA ESCOLA Afinidade entre substâncias N° 7, MAIO 1998
    • 28processos físicos. Para que a químicase desenvolvesse como uma ciênciaautônoma, eram necessários outrosconceitos e outros tipos de explicaçãomais adequados aos seus própriosproblemas.Considerando suas origens comoexplicações físicas, afinidade e atraçãoeram concepções diferentes. Contudo,embora os químicos conhecessemsuas diferentes origens, eles come-çaram gradualmente a usar as duaspalavras com o mesmo significado: atendência das substâncias de se com-binarem umas com as outras. Assim,eles usavam as duas palavras comose elas explicassem a atração seletivaque eles observavamentre as substâncias.Dizer que duas subs-tâncias se combina-vam porque tinhamafinidade uma pelaoutra não era maisque constatar que talcombinação tinha si-do verificada experi-mentalmente. Issonão significa que al-guma causa ou me-canismo estava real-mente sendo explicado. Tal posturapode, muitas vezes, ser observada nasfalas de nossos alunos e alunas.Apesar disso, o uso de tais idéias foiimportante naquela época no sentidode fazer com que os químicos pensas-sem nas reações como processos queocorriam entre substâncias distintasque se combinavam ou separavam deacordo com certas regras básicas.No século XVIII, sob a influência dasidéias de Newton, vários químicostentaram quantificar a força de afinida-de ou atração, mas sem tentar modifi-car ou estender as teorias que existiamsobre tal força. No nível filosófico, issosignificou mais uma tentativa de dotara química de um pouco da precisãoque existia na física e na matemática.Na França, por exemplo, E.F. Geoffroyconstruiu, em 1718, uma tabela semi-quantitativa de afinidades. Entretanto,ele não usou a palavra afinidade notítulo, mas sim rapport, uma palavramais neutra que pode ser traduzidacomo ‘harmonia’. De fato, Geoffroyapenas classificou as reações deacordo com o grau de facilidade comque as substâncias se uniam umascom as outras. Tal idéia parece emergircomo ‘conseqüência natural’ da ado-ção do significado de afinidade comoforça de atração, como também podeser observado no final da discussãoentre os alunos.Antoine Lavoisier colocou tabelasde afinidade em seu famoso livro pu-blicado em 1789 e reconheceu que ograu de afinidade mudava com atemperatura. Todavia, ele escreveu noprefácio que não explicava o significa-do de afinidade porque isso seria logopublicado por Guytonde Morveau na Enci-clopédia (Partington,1970). Trabalhos comoesses difundiram osignificado de afini-dade e atração comouma ‘tendência paracombinar’. As causasda afinidade permane-ciam incompreendi-das, mas as tabelaseram úteis principal-mente no sentido deprever o resultado das reações.Novas perspectivasEm 1850, Archibald Scott Coupercomeçou a distinguir entre ‘graus deafinidade’, uma característica de umelemento capaz de secombinar com outroem várias proporçõese ‘afinidade seletiva’, aafinidade de um dadoelemento por váriosoutros (Russel, 1971).Tal distinção foi umpasso importante nodesenvolvimento daidéia de valência. Segundo C.A. Wurtz,idéias sobre força eram secundárias naquímica e o conceito de afinidade sótinha algum sentido quando relaciona-do com valência. Em 1869, ele distin-guiu claramente atomicidade (valência)de afinidade: atomicidade relacionava-se à transferência de energia de um de-terminado átomo para outros, enquan-to afinidade era uma força química denatureza desconhecida. Nessa época,Jean Baptiste Dumas propôs que osdiferentes arranjos dos átomos eramresponsáveis por diferenças nas pro-priedades químicas das substâncias,incluindo aí afinidades químicas. Suasidéias sobre arranjo de átomos signifi-caram uma mudança completa noenfoque da questão e impossibilitarama emergência de qualquer idéia precisasobre o papel ou a natureza de forçasquímicas (Levere, 1971). O reconheci-mento de que fatores estruturais eramimportantes no estudo das reações foium dos responsáveis pelo surgimentoda teoria de valência e da estereo-química.O desenvolvimento dessas idéiasna segunda metade do século XIX frag-mentou a questão em energia química(termoquímica e termodinâmica quími-ca) e estrutura química (estereo-química e teoria de valência), todas dealguma forma originadas da vaga idéiade afinidade. Novas frentes de desen-volvimento do conhecimento químicoemergiram com o avanço dos estudossobre a teoria de valência, os estudosrelativos à constituição dos átomos eestrutura das partículas e as interpre-tações mecânico-quânticas das estru-turas das substâncias e da formaçãode ligações químicas. Hoje, nossoentendimento de como as substânciassão formadas nas reações químicas,resultante da utilização desses conhe-cimentos (em qual-quer grau de comple-xidade), não admitequalquer dos signifi-cados anteriormentediscutidos para afini-dade. Nesse sentido,é importante não igno-rar nem rejeitar, sim-plesmente, idéias quenossos alunos expressem em relaçãoà afinidade entre substâncias, mas simdiscuti-las e, a partir daí, retomar idéiasjá introduzidas ou introduzir novas, quefavoreçam a compreensão de como asreações ocorrem a partir de um modelonão-animista e não-mecânico.Finalmente, considero importanteressaltar que o fato de encontrarmosEm 1850, ArchibaldScott Couper começoua distinguir entre‘graus de afinidade’,uma característica deum elemento capaz dese combinar com outroem várias proporçõese ‘afinidade seletiva’, aafinidade de um dadoelemento por váriosoutrosO reconhecimento deque fatores estruturaiseram importantes noestudo das reações foium dos responsáveispelo surgimento dateoria de valência e daestereoquímicaQUÍMICA NOVA NA ESCOLA Afinidade entre substâncias N° 7, MAIO 1998
    • 29Referências bibliográficasDUNCAN, A. Laws and order in eigh-teenth-century chemistry. Oxford: OxfordUniversity Press, 1996.LEVERE, T.H. Affinity and matter: ele-ments of chemical philosophy 1800-1865.Oxford: Clarendon, 1971.MIERZECKI, R. The historical deve-lopment of chemical concepts. Varsóviae Dordrecht : Polish Scientific Publishersand Kluwer Academic Publishers, 1991.PARTINGTON, J.R. A history of che-mistry. London: MacMillan, 1969, v. 2._____. A history of chemistry. London:MacMillan, 1970, v. 3.RUSSELL, C.A. The history of valency.Leicester: Leicester University Press, 1971.Para saber maisEm outros números de Química Novana Escola, já foram recomendados oslivros:• Dos raios X aos quarks — físicosmodernos e suas descobertas (Brasília:Editora da UnB, 1987), escrito por EmílioSegrè, ganhador do Prêmio Nobel de Físicaem 1959. Segrè traça um agradável pan-orama da ciência no final do Século XIX,mostrando por exemplo o quanto as des-cobertas relacionadas com o conhecimen-to sobre a estrutura da matéria determi-naram alterações na física que atingiramde imediato a biologia (e nesta, particular-mente, a genética), a geologia, a medicinae a química.• A ciência através dos tempos, de AtticoChassot (São Paulo: Moderna, 1994),resenhado no primeiro número de QuímicaNova na Escola, oferece uma leitura paraaqueles que desejam fazer uma iniciaçãona história da ciência. Este texto é reco-mendável como paradidático no final doensino fundamental e no ensino médio,fazendo com que alunas e alunos façamuma conexão entre as diferentes discipli-nas que estudam, usualmente apresen-tadas de modo muito fragmentado.• Há dois artigos que poderão serfacilitadores para o tema deste texto: BIZ-ZO, Nélio M. História da ciência e ensino:onde terminam os paralelos possíveis?Em Aberto, Brasília, v. 11, n. 55, p. 29-34,jul./set. 1992. Quando se discute a crençados alunos e das alunas de que uma cau-sa ‘íntima’ é responsável pelas ligações,vale ler OLIVEIRA, Renato José. O mitoda substância. Química Nova na Escola,n.1, p. 8-11, maio 1995, que apresentaum questionamento ao substancialismoassociado à idéia de ‘intimidade’ dassubstâncias.idéias de alunos e alunas que se asse-melham àquelas formuladas por cientis-tas do passado não significa que odesenvolvimento desses dois conjuntosde idéias seja idêntico, nem que as pró-prias idéias sejam idênticas. Existe umagrande discussão na literatura em rela-ção à extensão de um possível parale-lismo entre tais desenvolvimentos deidéias que foge ao escopo deste artigo.Todavia, independentemente do grau deaceitação da existência do paralelismo,acredito na relevância de nós, pro-fessores e professoras, conhecermosmais sobre a história da ciência a fim demelhor nos capacitarmos para entenderQUÍMICA NOVA NA ESCOLA Afinidade entre substâncias N° 7, MAIO 1998e discutir algumas das idéias expressasem nossas salas de aula.Rosária da Silva Justi, bacharel e licenciada emquímica pela UFMG, mestre em educação pela Uni-camp, doutora em ensino de ciências pela Universi-dade de Reading, Inglaterra, é professora do ensinomédio no Colégio Técnico da UFMG e do curso deespecialização em ensino de ciências do CECIMIG.EIXOS TEMÁTICOS• Química: Ciência x Ensino no século XXI• Ética e Políticas de Ensino• A formação de Profissionais da Química e dos Profes-sores de Química• Química - Sociedade, Tecnologia e Meio AmbienteOBJETIVOSO IX Encontro Nacional de Ensino de Química reuniráProfissionais e Estudantes da Área, com o objetivo de:• Congregar Estudantes e Profissionais da área paraapresentar e discutir resultados de suas atividadesde ensino e pesquisa• Refletir sobre os desafios do educador diante dos desa-fios da ciência e da humanidade para o novo século• Refletir sobre o papel da Educação Química na forma-ção dos valores éticos e morais na sociedadeATIVIDADES• Palestras• Mesas redondas• Mini-cursos• Apresentação de painéis• Reapresentação de painéis• Comunicação de experiência em sala de aulaInformações: geq@sergipe.ufs.brou na Sociedade Brasileira de Química,Fone: (011) 2102299Fax: (011) 814-3602EventoIX Encontro Nacional de Ensino de QuímicaO Desafio de Ensinar no Século XXIUniversidade Federal de SergipeSão Cristóvão - SE13 a 17 de Julho de 1998