Nitrato de Prata em solução com Carbonato de Sódio - exercício de balanceamento e cálculo de massas.

Hoje trago um exercício de Química Analítica bem simples, porém, pode ser um daqueles casos em que os alunos acabam por se confundir em alguma etapa, já que esse exercício é simples, porém, podemos dizer que é simples para um nível mais avançado de aprendizado, uma vez que o aluno precisa ter um bom conhecimento de estequiometria.

Qual a massa de AgNO3 (169,9 g/mol) necessária para converter 2,33 g de Na2CO3 (106,0 g/mol) para Ag2CO3?

O exercício compreende que o aluno é capaz de montar a reação de dupla-troca desses sais, ou seja, deve saber separar a reação em cátions e ânions. Ou seja:

Esse é o primeiro passo que o aluno tem que fazer, sendo que em seguida existe a necessidade de balancear essa reação, então deve-se conhecer o número correto de íons de na reação. Podemos dizer que esse é o passo mais importante do exercício. Ou seja:

Logo, conhecendo o número correto íons, conseguimos balancear a equação, que fica da seguinte forma:

e consequentemente a isso, temos:

Com a equação balanceada torna-se fácil resolver o exercício, uma vez que sabemos a proporção de mols que existem na reação, ou seja, sabemos que para 1 mol de carbonato de sódio, temos 2 mols de nitrato de prata. Então, se utilizando da massa que o exercício nos deu previamente (2,33 g de carbonato de sódio), conseguimos calcular a massa de nitrato de prata utilizando a razão de proporção, ou seja:

Utilizamos então uma regra de três básica e obtemos Y, sendo que Y é a massa de nitrato de prata que se usa para reagir com 2,33 g de carbonato de sódio, sendo que Y é igual a 7,47 g.

Agora se quisermos saber por exemplo a massa de carbonato de prata (275,7 g/mol), também podemos usar a mesma regra de três, porém substituindo a massa do nitrato de prata pela massa do carbonato de prata. Dessa forma:

Logo Z indica a massa do nitrato de prata, que é de 6,06 g para essa reação.

Ou seja, esse é um exercício razoavelmente simples, porém, existem vários passos que necessitam de atenção para que o exercício se dê de forma correta. Para que isso ocorra existe a necessidade do aluno aprender a organizar os passos, por isso é aconselhável o professor tentar usar um bom tempo para explicar um exercício desse tipo. Dessa forma é interessante se desenvolver uma aula temática, onde, o contexto de um dos reagentes seja importante. Um exemplo para isso é explicar o produção de espelhos, uma vez que o carbonato de prata torna-se sólido nessa reação, ou seja, o composto precipita e forma uma camada brilhante e metálica.

Esse exercício foi extraído do livro: Fundamentos de Química Analítica - Skoog - oitava edição.

História da Química | Civilização Egípcia - Parte 1

E ai pessoal tudo bom?

Aqui estou eu mais uma vez postando um vídeo sobre história da química, nos vídeo dessa semana vamos aprender mais sobre o quanto os egípcios foram importantes para o desenvolvimento da ciência.

Essa aula será dividida em duas partes, essa primeira parte vamos falar sobre Metalurgia, Cerâmica e Vidro, já no segundo vídeo iremos falar sobre Papiro, Cosméticos e Cerveja.

Acredito que o áudio melhorou muito, pois agora estou usando um microfone condensador (dos baratinhos, pois infelizmente ainda estou sem bolsa). Ainda estou usando o esquema de slides para apresentar o texto falado, mas creio que isso é interessante, pois um professor, quando monta uma aula em datashow, acaba por fazer esse mesmo processo que faço nesses vídeos. Também coloquei uma trilha sonora nessa aula (trilha sonora do filme "A Múmia").

Muita gente tem me falado que seria bom os vídeos serem mais curtos, porém, como é uma aula, eles necessitam de um pouco mais de tempo, pois existe um grande número de informação e, creio eu, que aprender química como se fosse mais uma pessoa dando uma aula, cheia de fatos históricos é mais legal (pelo menos eu sou bastante fã). 

Obviamente, essa é uma aula que visa mais aos professores e quem está se formando em curso de ciências, do que aos alunos do colegial, porém, as ideias que são mostradas aqui, servem de quebras de paradigmas e garantir uma forma de criarem conexões visuais entre conteúdo químico e história. 

História da Química | O primeiro passo do homem frente ao aprender e ao relatar.

E ai pessoal... Tudo beleza?

Eu havia comentado que, uma das minhas mais novas abordagens para o blog, seriam vídeos sobre ensino de química. Então estou começando a desenvolver esse projeto.

Fiz um vídeo zero, ou seja, um vídeo inicial, o qual, exponho as considerações sobre o projeto. Hoje trago o primeiro vídeo onde já começo a abordar alguma coisa sobre o tema dessa série de vídeos/aulas que estou preparando. 

Para quem ainda não viu o vídeo zero, pretendo fazer várias aulas, na forma de dicas, para professores e estudantes de ciências/química, que pretendem algum dia ministrarem aulas, sejam elas em ensino médio, sejam elas no ensino superior.

A abordagem de trazer aos alunos algo que mostre que o pensar não é algo linear, mas sim, que necessita ser construído pedaço por pedaço é de grande importância para o desenvolvimento crítico, tanto de professores, quanto de alunos em relação ao que compreendemos como ciências. Por isso a abordagem de História da Química é tão importante, para quem pretende trabalhar com essa área do saber.

Nesse vídeo falo sobre a construção do pensar, passando desde o simples relatar, até ao fato do homem primitivo compreender que tudo que ele observa e faz sentido, em relação à uma ação e uma reação, possuí lógica, ou seja, se seguido um conjunto de regras ou mesmo ações, pode-se informar e até reproduzir um fato.

Obviamente o nível desses dois vídeos não são dos melhores, aconselho quem for ver, usar fone de ouvido, uma vez que a fala saiu um tanto quanto baixa, porém, esses são entraves que encontramos quando iniciamos um projeto. Com certeza, isso vai melhorar muito com o passar do tempo. 

Também evitei fazer muitas edições, como cortes no áudio, pois queria mostrar algo contínuo, algo que o professor ou mesmo um aluno, conseguem perceber que não tive tantos problemas para criar um texto e tentar narra-lo como se fosse uma aula de verdade. Então em alguns momentos, pode-se perceber que eu tomo fôlego para falar, gaguejo um pouco e também me encontro raciocinando ou mesmo pensando sobre o que eu irei falar. Isso tudo também são fatos que com o passar do tempo irão melhorar.

História da Química | Uma nova proposta para o blog!

E aí como vai pessoal que gosta de química e de educação!

Estou montando um canal sobre licenciatura em química no youtube e em breve irei publicar os vídeos por aqui também. 

O canal se chama: Ciência Química!

Ainda não tenho nada de substancial publicado, mas em breve pretendo iniciar uma série sobre história da química. O objetivo desse canal, assim como desse blog é trazer algum auxílio às pessoas envolvidas em educação, no âmbito da química, ou seja, tento trazer um pouco do que aprendi no meu curso e, que, pode servir de auxílio para quem está fazendo licenciatura, pensa em fazer ou mesmo, para quem já é formado e pode estar dando aulas. 

Para começo de conversa, fiz um vídeo bem simples para dar início ao canal (se encontra logo abaixo), a edição não está das melhores, mas creio que possa esclarecer algumas coisas. Nesse vídeo, o qual chamo de "Considerações Iniciais - Vídeo Zero", tem como objetivo mostrar qual a proposta que existe por trás do que pretendo desenvolver. 

Além dos tópicos dentro da disciplinaridade da química, pretendo trazer alguns fatos que possam ajudar no ânimo de quem pensa em cursar, ou já cursa, licenciatura em química. Esses fatos serão entrevistas com pessoas que fizeram o curso de licenciatura e hoje se encontram em diversas áreas do mundo químico, seja, dando aulas, trabalhando na indústria, empreendendo, trabalhando no comércio, fazendo pós-graduação, ou mesmo que resolveu trocar de área.

Resumindo tudo, o que quero trazer é uma possibilidade de quebras de paradigma e uma maior capacidade de subjetivação do pensar frente a uma situação em química. E para finalizar, também espero garantir uma possibilidade de mostrar ao licenciando que, o curso de licenciatura não faz com que portas se fechem para ele em relação ao mercado de trabalho como um todo, uma vez que, quem é  formado para ser professor, tem que ser extremamente dinâmico... e isso agrada muito a quem emprega e a quem é empreendedor.

Reações SN1 e SN2 - Conceitos básicos e ligação com Físico-Química.

Um dos bichos-papões da química se encontra na interação entre orgânica e físico-química, a chamada Dinâmica das Reações Orgânicas. Obviamente a química orgânica somente é um estudo orientado ao carbono e, isso se dá pois, o carbono é um dos elementos mais comuns no universo e consequentemente no nosso planeta. O grande interesse sobre esse elemento também se passa por ele ser relacionado com a vida, uma vez que, tudo o que tem vida é formado a base de carbono.

Portanto poderia existir um estudo específico sobre o oxigênio, ou hidrogênio, ou qualquer outro elemento da mesma forma que existe para o carbono. Logo a química orgânica engloba um conjunto de observações sobre o carbono e seus compostos, observações essas que passam pela físico-química.

Dessa forma torna-se claro que a existem áreas mais específicas e gerais dentro da química, sendo que, as áreas em que existem mais variáveis e que podem ser utilizadas como tendências, essas são as áreas mais gerais como analítica e físico-química. Já a química orgânica, como comentamos até aqui, essa é uma área muito específica. Porém, existe a necessidade de mesclarmos a área mais específica com as áreas mais gerais. E é dessa forma que se desenvolve a Dinâmica das Reações Orgânicas.

Dentro da Dinâmica das Reações Orgânicas existe a necessidade de entendermos que dinâmica está relacionada com movimento e um movimento organizado se relaciona com mecanismo, logo, os mecanismos são essenciais na química, sejam eles dentro do estudo do carbono, ou de qualquer outro elemento.

Um mecanismo tenta explicar como uma reação ocorre, ou seja, como os reagentes se comportam, qual o composto que tem mais importância na reação (substrato), como ocorrem as ligações, dentre outras coisas.

Os mecanismos mais importantes são conhecidos como Substituição Nucleofílica de Primeira Ordem (SN1) ou Substituição Nucleofílica de Segunda Ordem (SN2).

A SN1 é um mecanismo em que o existe a formação de uma espécie catiônica do carbono, conhecida como carbocátion, onde o substrato fica com uma carga positiva, ou seja, pode fazer ainda uma ligação, isso indica que o carbono se encontra deficiente em elétrons (6 elétrons). Dessa forma os carbocátions são conhecidos como ácidos de Lewis e são eletrófilos. Logo os chamados nucleófilos são as bases de Lewis, ou seja, íons carregados negativamente.

Obviamente existem substratos bons para que aconteça a formação do carbocátion, sendo que os melhores são os que tem carbono terciário ligado a um haleto, pois os haletos são boas espécies abandonadoras, ou seja, que levam um elétron quando deslocados e, assim estabilizam e contribuem para a formação dos carbocátions.

Nas reações SN1, além de haver a importância do substrato, existe também, a necessidade do uso de um bom solvente, que consiga estabilizar o carbocátion. Os solventes bons para a SN1 são aqueles que garantem a possibilidade de formação de ligações de hidrogênio, ou seja, compostos conhecidos  como Solventes Polares Próticos. Esses compostos que são bons para solvatar os carbocátions em geral são solventes de caráter mais ácido, como por exemplo água, metanol e ácido fórmico.

A fase lenta é quando ocorre a formação do carbocátion, com o haleto abandonando o substrato terciário (usando cetona como solvente). A fase rápida se dá com o ataque do nucleófilo (hidroxila) ao eletrófilo (carbocátion). Essa reação é conhecida como uma reação de primeira ordem pois somente depende da concentração do substrato (V=k[Cloreto de Terc Butila])

Por outro lado a SN2 é uma reação em que existe a formação de uma espécie intermediária, onde o substrato (geralmente carbono primário ou secundário), fica parcialmente ligado ao nucleófilo. Para que ocorra a SN2, o solvente tem que ser do tipo polar aprótico, ou seja, solventes que não são bons para a formação de ligações de hidrogênio. Alguns exemplos desses solventes são o Dimetilsulfóxido (DMS), Dimetilformamida (DMF) e o Metanotiol.

Diferente da SN1, que ataca o eletrófilo pela frente, devido ao impedimento estérico, a SN2 pelo fato de formar o intermediário, o nucleófilo ataca por trás e então após a liberação do grupo de saída, temos a inversão da configuração.

O ataque do nucleófilo (Metanotiol) se dá por trás da estrutura em um carbono primário, levando à formação dos estado de transição, onde temos a ligação com o metanotiol parcialmente concluída e a saída do cloro parcialmente finalizada. Após isso temos a inversão da estrutura do substrato e a formação de ácido clorídrico. A SN2 é uma reação de segunda ordem, pois a lei de velocidade das reações que seguem esse tipo de mecanismo respeita do seguinte formalismo:
V=[substrato][nucleófilo].

 Obviamente temos diversos outros tipos de reações que representam uma SN1 e uma SN2, porém as mais simples são as com haletos terciários para a SN1 e haletos primários para SN2. Podemos ver que nessas reações existem muitas abordagens de físico-química, como os mecanismos de reação e a dependência das leis de velocidade.

Por isso durante um curso de química é mais coerente se estudar físico-química antes de partirmos para frentes que necessitam de um entendimento mais coerente do que é mecanismo, cinética química e leis de velocidade.

O maior desafio acadêmico para um licenciado - Mestrado em quântica!

Olá a todos!

Fiquei alguns meses sem trabalhar aqui no blog pois estava finalizando meu mestrado em química quântica pelo Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP). Agora que terminei essa pós-graduação na área de química teórica, pretendo fazer um doutorado na área de educação. Hoje vou tentar abordar um pouco sobre a subjetividade do que é um mestrado numa área um tanto quanto nebulosa para pessoas que se formam em licenciatura.

A química quântica realmente é uma área que está em amplo crescimento no mundo, e todo instituto ou departamento de química que preze por seu nome, atualmente, tem um bom grupo de pesquisa nessa área. Logo torna-se comum entre os laboratórios cheios de vidrarias, encontrarmos algumas "salas" com cara de escritório, com muitos computadores e pessoas trabalhando arduamente. Muitos podem estranhar o fato dos teóricos ficarem na frente de computadores e explicarem tudo baseado em níveis abstratos, com metodologias onde somente vemos equações como passos de trabalho e uma abordagem mais física frente ao comportamento químico das substâncias.

Obviamente, pelo fato da quântica ser uma vertente científica mais moderna, nós ainda estamos engatinhando frente a resolução de muitos problemas, sendo que as metologias de pesquisa estão a cada dia se fundamentando mais e mais, até que um dia, toda a pesquisa tenha como necessidade passar por um tratamento quântico para ser considerada como válida.

Porém, para conseguir um mínimo de abstração frente aos chamados problemas que fogem a metologia clássica, existe grande necessidade de um conhecimento bom em física e obviamente em cálculo. E é bem aí nesse ponto, que muitos de nós que viemos de um curso de licenciatura, encontramos a grande barreira frente a essa área. 

Digo isso, pelo fato dos cursos de licenciatura não prepararem solidamente a ementa para que os alunos adentrem no "mundo quântico" sem os traumas e preconceitos que adquirem durante os anos de faculdade. Eu escolhi fazer uma pós-graduação nessa área, pois, me sentia muito incompleto em físico-química e, então, resolvi sanar essa deficiência com um desafio... Talvez o maior desafio acadêmico que tive na minha vida de estudante... O Mestrado em Teoria do Funcional da Densidade (DFT - Density Functional Theory).

O primeiro entrave é o fato de toda a DFT ser embasada em língua inglesa, então, havia a necessidade de adquirir conhecimento sobre quântica em língua estrangeira e, isso, não é nem um pouco trivial. O segundo entrave foi a compreensão da simbologia, uma vez que o meu nível de conhecimento matemático não era muito profundo em cálculo numérico, então, a compreensão no cálculo variacional foi extremamente prejudicada. O terceiro entrave foi a pouca prática em lidar com o sistema operacional Linux (na realidade foi o menor dos entraves). Ou seja, a maior dificuldade que nós, alunos de química (Licenciatura e também Bacharel) temos em relação à quântica, permeia às linguagens que envolve essa área.

Portanto, aos estudantes que visam fazer uma pós-graduação na área de quântica, a primeira coisa que eu aconselho buscarem é um bom domínio de inglês. A segunda coisa será conhecer um mínimo de lógica de programação. Quem dominar essas duas características, aliado a um curso relativamente bom em química, tem boas chances de se sair bem nessa área que tanto amedronta as pessoas. É claro que essas características subjetivas, ou seja, as dificuldades notadas, se mostram referente aos problemas que encontrei, porém, ao questionar diversas pessoas que estavam trabalhando nessa área, notei que, a dificuldade relacionada com as linguagens existentes dentro dessa área eram comum a todos.

Uma percepção que obtive dentro desse universo acadêmico, e que se mostra muitas vezes restritivo foi o fato das pessoas terem um certo orgulho em dizer que trabalha ou trabalharam com quântica, sendo esse, um quesito que causa intimidação. É claro que, na maioria das vezes, as pessoas não se utilizam desse status intimidador para sobreporem suas opiniões sobre a dos outros, porém, não foram raras as vezes que pude observar um teórico querendo colocar um ponto final em uma discussão somente com a intimidação desse "título" adquirido devido ao fato de outras pessoas não terem tanta intimidade com esse universo (Na realidade, nem mesmo o teórico muitas vezes tem intimidade com quântica, mas se utiliza dessa alcunha de poder para subjugar aqueles que não aceitam sua opinião).

O que posso adiantar a todos aqueles que pensam em rumar ao "mundo quântico" é que devem irem preparados para receberem críticas severas. Para um teórico, muitas vezes a licenciatura é uma área que serve de escape, até mesmo a docência dentro da acadêmia se mostra inferior ao seu trabalho, pois esse "título" adquirido, na área de quântica, garante ao indivíduo o status de verdadeiro paladino da ciência... Ledo engano!

Um requisito básico para um cientista é ter capacidade de transmitir informação em diversos níveis de abstração, ou seja, se eu sou um pesquisador, descubro algo e, não tenho capacidade de transmitir de forma escrita e oralmente o quão relevante é minha descoberta, eu só mostro que sou um profissional incompleto. O interessante é que a maioria dos profissionais, de todas as áreas de pesquisa avançada em química, acreditam que os licenciados são incompletos frente ao conhecimento científico, mas esquecem que esses alunos assim podem ser, devido às ementas de curso mal estruturadas e também às péssimas aulas oferecidas (por esses próprios pesquisadores, que ostentam também o título de docentes... Porém não merecem... já que não sabem o que é didática).

Algo que vai ganhando nível de revolta durante a pós-graduação é o fato de a todo instante, alguém ver seu currículo, ler "Licenciado em Química" e logo em seguida já falar: "Você tem muito à aprender!"... Obviamente todos temos muito à aprender, mas com certeza, a nós que viemos da licenciatura, existe este estigma, mais bem definido e presente em nossa vida. 

Portanto o que quero deixar a todos aqui, que estudam licenciatura em química (ou mesmo em outra área) é que o preconceito com a área é mais evidente nos primeiros ciclos da pós-graduação, sendo que até se torna algo a nível de abrandamento, quando o seu orientador vem a "passar vergonha" com algum conceito que possa ser considerado errado, e que o aluno oriundo da licenciatura diz na frente de outros "titulados"... (Ah! ... ele vem da licenciatura... não liguem!). Engana-se quem crê que as nossas dificuldades são superiores aos alunos do bacharel, na realidade as dificuldades de um licenciado acabam ficando hercúleas pelo fato dos preconceituosos infligirem mais problemas à nossa trajetória, ou seja, em vez de atacar ao ponto, que é a melhoria da abstração frente às linguagens específicas da área, preferem atacar o nosso orgulho, dizendo que vamos ter que dedicar muito mais de nosso tempo ao estudo do que um aluno que tenha vido de um nível "superior".

Minha dica é não ter medo e ir relevando, trabalhando normal ao nível de todos. No meu mestrado existiu disciplina de 8 horas de trabalho dentro do laboratório (Para todos os alunos, indiferente de formação), porém a demanda sempre foi maior do que conseguíamos dar conta, ou seja, era comum ter pessoas no laboratório até as 20:00 horas, e depois trabalhando de madrugada em casa... isso é trivial no mundo acadêmico (Quantas noites mal dormidas não tive... praticamente dois anos dormindo mal!... Por isso não consegui mais produzir conteúdo para esse blog durante esse tempo). Porém essa dedicação não escolhe formação, ela é implícita da ciência, tornado-se quase um sacerdócio. 

Não acreditem que em outras áreas se encontra refresco, isso não é verdade, sempre que se espera produzir algo a nível internacional e, assim ter uma boa formação, vai haver uma grande demanda de trabalho.

Hoje, rumo para a educação novamente, com uma formação mais consolidada em ciências... Todas as dificuldades, frustrações e também exaustão frente a essa área que era nebulosa para mim, garante uma melhor abstração do que é ciência. Então, obviamente, indico aos licenciandos, que é extremamente salutar, sair da zona de conforto e se desafiar procurando melhoria pessoal e profissional, pois somente assim, podemos nos considerar bons docentes.

Como as orbitas moleculares descrevem as ligações químicas?

Os átomos são compostos basicamente por três partículas, os prótons que são carregados positivamente e se encontram nos núcleos atômicos; os neutrons que são partículas sem carga e que existem no centro do núcleo com finalidade de evitar uma grande repulsão entre os prótons e por fim os elétrons, que são partículas muito pequenas, cerca de 1836 vezes menores que um próton, possuindo carga negativa.

Porém os elétrons não se encontram dentro dos núcleos, mas sim em regiões externas ao núcleo, onde essas partículas podem ser encontradas baseando-se em calculos probabilísticos, uma vez que não se pode determinar a posição e a velocidade de um elétron (proveniente do princípio da incerteza), o que se determina são probabilidades de se encontrar o mesmo. Logo atravéz de complexos cálculos probabilísticos da mecânica quântica, encontramos determinadas densidade eletrônicas, ou seja, as regiões do espaço ao redor de um núcleo (conisderado um ponto estático positivo) em que existe uma alta possibilidade de se encontrar ao menos duas cargas negativas, se considerarmos que na mesma região possamos ter cargas com spins contrários. Essa densidade de carga é denominada orbital atômico, e respeitam uma hierarquia energêtica de distribuição de cargas, baseada no princípio de distribuição eletrônica em estados quantizados enunciado por Pauli.

Proveniente da ideia de que toda ligação química ocorre na camada de valência, ou seja, uma região energética, onde os elétrons se encontram dentro dos orbitais, porém o mais longe possível do núcleo. Na teoria do Orbital Molecular (TOM) temos a ideia de que para se formar uma ligação química, esses orbitais que possuem maior nível de energia, ou seja, que estão mais longe do núcleo, acabam por interagir com os de outro átomo, nessa mesma condição, superpondo-se um ao outro. Pode ocorrer dos átomos serem diferente e isso levar a dois orbitais, com energias diferentes a se aproximarem e ocorrer essa superposição. Por exemplo um orbital do tipo s, respeitando o eixo da ligação interage com um orbital do tipo p e forma um orbital molecular ligante do tipo sigma. Também pode ocorrer dos orbitais não respeitarem o eixo, porém o nível energético possibilitar uma hibridização e então ocorrer a ligação, formando então um orbital molecular pi. E por fim, se não existir uma equivalência do eixo de aproximação dos orbitais e altas energias, ocorre uma superposição do tipo não ligante.

Logo uma ligação química pode ser descrita como uma região entre dois núcleos carregados positivamente, onde existe uma região com superposíção de órbitais de valência, ou seja, uma região onde tempos uma condição energética propícia para que densidades calculadas probabilísticamente consigam interagir de forma a darem origem a uma ligação química.