UTILIZAÇÃO DA QUÍMICA COMPUTACIONAL NA ELABORAÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO PARA O ENSINO DE REAÇÕES QUÍMICA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG

CENTRO DE EDUCAÇÃO E SAÚDE - CES

CAMPUS CUITÉ

Utilização da Química Computacional na
Elaboração de Material Didático para o
Ensino de Reações Químicas

Cuité - PB

2010[pic 1][pic 2]

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Diego Oliveira Cordeiro

Utilização da Química Computacional na
Elaboração de Material Didático para o
Ensino de Reações Químicas

Monografia apresentada ao Curso de Licenciatura em Química da Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Educação e Saúde, como forma de obtenção do grau de Licenciado em Química.

Orientador: Prof. Dr. Otávio Luís de Santana

Cuité - PB

2010

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Diego Oliveira Cordeiro[pic 3]

Utilização da Química Computacional na
Elaboração de Material Didático para o
Ensino de Reações Químicas

Monografia apresentada ao Curso de Licenciatura em Química do CES-UFCG,
para obtenção do grau de Licenciado em Química

Aprovada em ___/___/___

Banca Examinadora

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Prof. Dr. Otávio Luís de Santana (Orientador)

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Prof. Dr. José Carlos de Freitas Paula

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Prof.a Dr.a Josivânia Marisa Dantas[pic 4]

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Prof. Dr. Marciano Henrique de Lucena Neto

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Agradecimentos

Primeiro de tudo agradeço a Deus pela força de vontade, que mesmo diante das dificuldades e barreiras não me deixou desistir, pela sabedoria de tomar escolhas mais coerentes, que mesmo estando em maus momentos não me deixou agir por impulso, e também por ter colocado na minha vida pessoas maravilhosas.

Agradeço a Minha mãe Graça, que é minha grande companheira, uma pessoa que me dou super bem, sempre me dando força quando eu preciso, na qual fica muito feliz com as minhas conquistas. Ao meu pai Harley pelo seu otimismo e bom humor, e pelo investimento na minha educação.

Aos meus grandes amigos de infância: José Kyoma, José Jônatas e Paulo Henrique, que mesmo seguindo caminhos diferentes, são sempre as pessoas que busco para me ajudar nos momentos de aperto.

As minhas colegas Suylan e Liliane, que foram minhas companheiras ao longo do meu percurso acadêmico, estiveram sempre comigo em todas as disciplinas, muitos dos quais compartilhamos os mesmos medos e alegrias ao longo desta jornada.

A minha colega Rosiane, minha grande amiga e confidente, que foi em muitos casos como uma espécie de irmã mais velha, uma das pessoas que mais me identifico e também uma das que mais me entende. Também a minha colega Erinéia mais conhecida por Kaká pelo auxílio no desenvolvimento desse projeto.

Ao meu professor Dr. Otávio Luís de Santana, que foi meu orientador nos projetos de iniciação cientifica (PIBIC) por três anos. Foi para mim uma pessoa muito compreensiva e atenciosa todo esse período.

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“Se houvesse algum método e/ou processo de ensino-aprendizagem unanimemente aceito pelos agentes escolares e eficientemente comprovado, quão fácil seria programar os computadores para educar.”

Cox

“Fortes são aqueles que transformam em luz o que era escuridão”

Forfun

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Resumo

Neste trabalho, utilizaram-se métodos da Química Computacional para o desenvolvimento de material didático, a partir de dados obtidos com os programas GaussView 3.0® e o Gaussian 03W®. O principal objetivo do trabalho é melhorar o rendimento do processo de ensino-aprendizagem de conceitos diretamente relacionados às reações químicas. Foram estudadas as reações de hidrogenação, hidrohalogenação e halogenação. Utilizou-se o método DFT com o funcional B3LYP e os conjuntos de base 6-31+G*, para as reações de hidrogenação, e 3-21+G*, para as reações de hidrohalogenação e halogenação. Os resultados qualitativos e quantitativos obtidos do estudo computacional das reações investigadas são consistentes com as previsões teóricas. A partir dos resultados computacionais, elaboraram-se três tutoriais informatizados, um para cada reação sob estudo, abordando diferentes aspectos: “Estruturas”, “Representação Geral”, “Cargas” e “Energias”. Os tutoriais desenvolvidos foram aplicados em aulas experimentais, na Escola Estadual de Ensino Médio e Fundamental Orlando Venâncio dos Santos (pública), localizada na cidade de Cuité. As aulas foram ministradas em laboratórios de informática e em salas de aula para alunos voluntários. A prática pedagógica adotada foi constituída por cinco encontros e oito aulas de 45 minutos. A partir da utilização de questionários (pré-teste e pós-teste) foi possível analisar as concepções alternativas que os alunos possuíam sobre os conceitos abordados, bem como avaliar a melhoria do processo de ensino-aprendizagem do conceito de “reação química”.

Palavra-Chave: Química Computacional; Material Didático; Reações Químicas.

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Abstract

In this work, Computational Chemistry methods were used to develop didactic material, from data obtained with the GaussView 3.0® and Gaussian 03W® programs. The main objective of the work is to improve the performance of the teaching-learning process of concepts directly related to chemical reactions. The hydrogenation, hydrohalogenation and halogenation reactions were studied. DFT calculations with B3LYP functional and 6-31+G* basis sets, for hydrogenation reactions, and 3-21+G* for hydrohalogenation and halogenation reactions. DFT method was used with B3LYP functional and 6-31 + G * basis sets, for hydrogenation reactions, and B3LYP/3-21+G*, for hydrohalogenation and halogenation reactions. The qualitative and quantitative results obtained from the computational study of the investigated reactions are consistent with theoretical predictions. From the computational results, three tutorials were developed, one for each studied reaction, addressing different aspects: “Structures”, “General Representation”, “Charges” and “Energies”. The developed tutorials were applied in experimental classes, in school Orlando Venâncio dos Santos (public), located in Cuité city. The classes were performed in computer labs and classrooms for student volunteers. The adopted pedagogical practice was composed of five meetings and eight classes of 45 minutes. From application of questionnaires (pretest and posttest) were possible to analyze alternative conceptions that students had about the addressed concepts, and to evaluate the improvement of teaching and learning of the concept of “chemical reaction”.