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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.81.2018.tde-05072018-145554
Document
Author
Full name
Marianna Meirelles Junqueira
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Maximiano, Flavio Antonio (President)
Arroio, Agnaldo
Locatelli, Solange Wagner
Martorano, Simone Alves de Assis
Santos Filho, Pedro Faria dos
Title in Portuguese
Um estudo sobre o tema interações intermoleculares no contexto da disciplina de química geral: a necessidade da superação de uma abordagem classificatória para uma abordagem molecular
Keywords in Portuguese
Avaliação do aprendizado
Ensino e Aprendizagem
Ensino superior
Interações intermoleculares
Abstract in Portuguese
O tema interações intermoleculares é um conceito central dentro do conhecimento químico por permitir, por exemplo, a interpretação de uma série de transformações e propriedades físicas dos materiais. Considerando a carência de estudos que investigam especificamente os processos de ensino e aprendizagem em nível superior, a presente pesquisa objetivou analisar o aprendizado de graduandos em química durante uma disciplina de química geral I, relacionando-o as aulas ministradas aos alunos e a abordagem do tema nos livros didáticos sugeridos para estudo. Para isso, as aulas da disciplina, oferecidas aos alunos ingressantes do curso de química do Instituto de Química da Universidade de São Paulo, foram acompanhadas e gravadas em vídeo; os estudantes responderam alguns questionários para o levantamento das principais dificuldades e lacunas na aprendizagem e os livros didáticos sugeridos foram analisados através de mapas conceituais. A análise dos livros mostrou a complexidade e amplitude do tema por apresentar uma rede de relações conceituais extensa e distribuídas ao longo de diferentes capítulos. Nas análises dos livros e das aulas chamou atenção a abordagem classificatória com que o tema é tratado começando pelas interações que envolvem moléculas polares e depois interações entre moléculas apolares. Na análise das explicações dos alunos foi possível perceber a presença de várias dificuldades ou lacunas como na interpretação das equações das energias potenciais das interações e identificação dos tipos de interações que atuam em distintos contextos. A partir das análises foi feita uma triangulação dos dados que permitiu elencar ideias fundamentais que os alunos precisam compreender sobre o tema sendo essas relacionadas a: uma melhor compreensão da estrutura molecular considerando a geometria da molécula e a distribuição da densidade eletrônica na mesma, parâmetro expresso pelos conceitos polaridade, polarizabilidade e nuvem eletrônica (propriedades moleculares); necessidade de fazer uma correta diferenciação entre as interações intermoleculares e as ligações químicas; compreender que as mudanças de estado físico estão correlacionadas aos diferentes tipos de interações intermoleculares que atuam nos sistemas; entender que vários tipos de interações intermoleculares podem estar atuando no mesmo sistema e que as forças dispersivas de London são universais; interpretar as equações das energias potenciais que são diretamente proporcionais a propriedade molecular e inversamente a distância; interpretar os valores de energia típicos das interações e também relacionar a intensidade e o alcance; considerar nas ligações de hidrogênio a direcionalidade da interação e a necessidade de sítios para esse tipo de interação (pares de elétrons livres). Essas ideias integraram sugestões para o ensino do tema que vão desde a repensar a forma como as interações intermoleculares são ensinadas na química geral até uma possível retomada da abordagem do tema em disciplinas mais avançadas ampliando e ressignificando a compreensão dos conceitos. Defende-se aqui a necessidade de superar o ensino classificatório do tema interações intermoleculares abordando separadamente os tipos de interações intermoleculares: íon-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo induzido, forças dispersivas de London e ligação de hidrogênio para um ensino com ênfase na estrutura molecular e propriedades moleculares.
Title in English
A study on the topic intermolecular interactions in the context of the course of general chemistry: the need to overcome a classificatory approach to a molecular approach
Keywords in English
Assessment of learning
Higher education.
Intermolecular interactions
Teaching and learning
Abstract in English
The subject of intermolecular interactions is a central concept within the chemical knowledge because it allows, for example, the interpretation of a series of transformations and physical properties of the materials. Considering the lack of studies that specifically investigate teaching and learning processes at the higher level, the present study is aimed at analyzing the chemistry students' learning in during a general chemistry course, relating the classes given to the students and the approach to the subject suggested textbooks for study. For this, the classes of the course, offered to the incoming chemistry's course students of the Institute of Chemistry of the University of São Paulo, were accompanied and recorded in video; the students answered some questionnaires to survey the main difficulties and gaps in learning and the suggested textbooks were analyzed through concept maps. The analysis of the books showed the complexity and amplitude of the theme by presenting a network of extensive conceptual relationships distributed throughout different chapters. In the analysis of books and classes, the classificatory approach with which the topic is treated, starting with the interactions involving polar molecules and then interactions between apolar molecules, was called attention. In the analysis of the students' explanations, it was possible to perceive the presence of several difficulties or gaps as in the interpretation of the equations of the potential energies of the interactions and identification of the types of interactions that operate in different contexts. From the analyzes, a triangulation of the data was made which allowed to list fundamental ideas that the students need to understand about the subject being related to: a better understanding of the molecular structure considering the geometry of the molecule and its distribution of the electronic density in, expressed parameter by the concepts polarity and polarizability and electronic cloud (molecular properties); the need to make a proper differentiation between intermolecular interactions and chemical bonds; to understand that the changes of physical state are correlated to the different types of intermolecular interactions that operate in the systems; to understand that various types of intermolecular interactions may be operating in the same system and that London's dispersive forces are universal; interpret the equations of potential energies that are directly proportional to the molecular property and inversely the distance; interpret the energy values typical of the interactions and also relate intensity and range; to consider in the hydrogen bonds the directionality of the interaction and the need of sites for this type of interaction (free electron pairs). These ideas have included suggestions for teaching the subject, ranging from rethinking how intermolecular interactions is taught in general chemistry to a possible resumption of the subject approach in more advanced courses by broadening and redefining the understanding of concepts. It is argued here the need to overcome classificatory teaching of intermolecular interactions by addressing separately the types of intermolecular interactions: ion-dipole, dipole-dipole, dipole-induce dipole, London's dispersive forces and hydrogen bonding for teaching with an emphasis on molecular structure and molecular properties.
 
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Publishing Date
2018-07-06
 
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