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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.46.2022.tde-15022023-163049
Document
Author
Full name
Fábio Luiz Seribeli
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Maximiano, Flavio Antonio (President)
Dias, Luis Gustavo
Locatelli, Solange Wagner
Marzorati, Liliana
Title in Portuguese
Interações Intermoleculares: elementos para a determinação de uma estrutura conceitual
Keywords in Portuguese
Aprendizagem conceitual
Ensino de química
Ensino superior
Interações Intermoleculares
Mapas conceituais
Abstract in Portuguese
O propósito deste trabalho surgiu a partir de estudos e reflexões que identificam a importância das interações intermoleculares na graduação em química, encontrados nas principais produções relativas ao tema. No entanto, observou-se também, a necessidade de se avançar em debates que considerem as opiniões de especialistas, novas metodologias e estratégias de abordagem desse tema que permeia vários conteúdos da química, para uma aprendizagem significativa, que supere uma abordagem classificatória na perspectiva de uma abordagem molecular, tendo como cerne os conceitos fundamentais que um químico deva saber sobre interações intermoleculares, como fatores principais da pesquisa, tudo isso orientado pela pergunta-problema: O que um químico deve saber sobre o tema interações intermoleculares?. Desse modo, o trabalho utilizou como metodologia, a análise de conteúdo de entrevistas com especialistas, com o objetivo de apontar os principais dados, conceitos e princípios para a aprendizagem das interações intermoleculares em um curso de ensino superior em química. Um levantamento bibliográfico foi realizado com o intuito de analisar a produção científica acerca do tema e também auxiliou na elaboração do roteiro de entrevistas, expresso em artigos que constem nas seguintes bases de dados: ERIC (Education Resources Information Center), Scientific Electronic Library Online (SciELO) e Web of Science (anteriormente conhecida como Web of Knowledge) e nas revistas da área de ensino de química: JCE (Journal of Chemical Education), CERP (Chemistry Education Research and Pratice), EQ (Educación Química) e QN (Química Nova). As publicações estavam inseridas nas perspectivas de Conteúdos Conceituais, Aprendizagem e Propostas de ensino. Neste estudo, onze especialistas foram caracterizados como professores pesquisadores que desenvolvem o conteúdo em suas disciplinas e/ou cujas linhas de pesquisa se relacionam com o tema. Desse modo, foram aplicadas metodologias de caráter qualitativo, cujos resultados evidenciaram que o tema deve ser visto com maior centralidade durante a graduação em química. A análise dos artigos selecionados na pesquisa bibliográfica, em especial sobre os conteúdos conceituais, resultou em ideias-chave fundamentais e abrangentes no contexto do tema: equação de van der Waals, energia de interação, interações dispersivas, ligações de hidrogênio e as propriedades físico-químicas. Dentro de tais ideias, aspectos essenciais levantados são resumidamente representados pela noção da origem da equação de van der Waals e o significado das constantes a e b. A energia de interação, importante para diferenciação entre ligações químicas e interações, suas equações que contribuem para a ideia de unificação das interações, a importante correlação da energia com as distâncias intermoleculares e os modelos do potencial de Lennard-Jones e quânticocomputacionais, que contribuem para a ênfase de diversos conceitos relacionados à energia de interação. A pertinência do entendimento do caráter universal e aditivo das interações dispersivas, além da geometria molecular e polarizabilidade capitais em tais interações. A compreensão de distâncias e ângulos típicos das ligações de hidrogênio, a energia e natureza dessas ligações para a percepção do caráter covalente em alguns casos, além da importância na interpretação de inúmeros fenômenos. As propriedades físico-químicas consideradas imprescindíveis na abordagem do tema, uma vez que o conhecimento das interações oferece suporte às explicações das relações estrutura-propriedades. Os entrevistados apontaram a necessidade de aprimorar a abordagem do tema com ênfase no conhecimento mais profundo das estruturas moleculares, o que implica na compreensão de parâmetros moleculares como densidade eletrônica, polaridade e polarizabilidade, na percepção de que vários tipos de interações podem atuar num mesmo sistema e relacionar as energias de interações, suas magnitudes em função das separações intermoleculares. Os resultados do presente trabalho também podem servir como base para a hipótese defendida de que a compreensão das interações intermoleculares deve estar centrada nos parâmetros moleculares e fundamentalmente na distribuição e dinâmica dos elétrons nas estruturas moleculares. Além de proporcionar reflexões ou mudanças a serem consideradas, oferecendo suporte para outras investigações da área de ensino de química.
Title in English
Intermolecular Interactions: Elements for Determining a Conceptual Structure
Keywords in English
Concept maps
Conceptual learning
Intermolecular interactions
Teaching chemistry, Higher education
Abstract in English
The purpose of this work emerged from studies and reflections that identify the importance of intermolecular interactions in chemistry graduation, found in the main productions related to the theme. However, it was also observed the need to advance in debates that consider the opinions of specialists, new methodologies and strategies to approach this theme that permeates various contents of chemistry, for a meaningful learning, that overcomes a classificatory approach in the perspective of a molecular approach, having at its core the fundamental concepts that a chemist should know about intermolecular interactions, as main factors of the research, all guided by the problem question: What should a chemist know about the topic 'intermolecular interactions'?. Thus, the work used as a methodology, the content analysis of interviews with experts, with the objective of pointing out the main data, concepts and principles for the learning of intermolecular interactions in a higher education course in chemistry. A bibliographic survey was carried out in order to analyze the scientific production on the subject and also helped in the elaboration of the interview script, expressed in articles contained in the following databases: ERIC (Education Resources Information Center), Scientific Electronic Library Online ( SciELO) and Web of Science (formerly known as Web of Knowledge) and in journals in the field of chemistry education: JCE (Journal of Chemical Education), CERP (Chemistry Education Research and Practice), EQ (Educación Química) and QN (Química New). The publications were inserted in the perspectives of Conceptual Contents, Learning and Teaching Proposals. In this study, eleven specialists were characterized as research professors who develop content in their disciplines and/or whose lines of research are related to the theme. In this way, methodologies of a qualitative nature were applied, whose results showed that the topic should be seen with greater centrality during the graduation in chemistry. The analysis of the articles selected in the bibliographic research, especially on the conceptual contents, resulted in fundamental and comprehensive key ideas in the context of the theme: van der Waals equation, interaction energy, dispersive interactions, hydrogen bonds and the physicalphysical properties. chemicals. Within such ideas, essential aspects raised are briefly represented by the notion of the origin of the van der Waals equation and the meaning of the constants a and b. The interaction energy, important for differentiating chemical bonds and interactions, its equations that contribute to the idea of unification of interactions, the important correlation of energy with intermolecular distances and the Lennard-Jones and quantum-computational potential models, which contribute to the emphasis of several concepts related to interaction energy. The relevance of understanding the universal and additive character of dispersive interactions, in addition to the molecular geometry and polarizability that are essential in such interactions. The understanding of typical distances and angles of hydrogen bonds, the energy and nature of these bonds for the perception of the covalent character in some cases, in addition to the importance in the interpretation of numerous phenomena. The physical-chemical properties considered essential in approaching the theme, since the knowledge of interactions supports the explanations of structureproperty relationships. The interviewees pointed out the need to improve the approach to the theme, with emphasis on a deeper knowledge of molecular structures, which implies the understanding of molecular parameters such as electron density, polarity and polarizability, in the perception that various types of interactions can act in the same system and relate the energies of interactions, their magnitudes as a function of intermolecular separations. The results of the present work can also serve as a basis for the hypothesis defended that the understanding of intermolecular interactions must be centered on molecular parameters and fundamentally on the distribution and dynamics of electrons in molecular structures. In addition to providing reflections or changes to be considered, offering support for other investigations in the area of chemistry teaching.
 
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Publishing Date
2023-02-16
 
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