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Aulas experimentais no ensino da Química: aprendizagem e inclusão
(2022-10-06) Silva, Givanildo Rocha da; Bastos, Cristiano Costa; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576
No período da formação em licenciatura os futuros professores se deparam com a preocupação de como será sua prática profissional e de como motivar seus alunos, especialmente, sabendo que a maioria deles considera que os conteúdos de Química são difíceis. O desafio, portanto, ao professor do ensino médio, está em como tornar o ensino dessa disciplina prazeroso, instigante e motivar os alunos nas descobertas dessa área de conhecimento. Uma das alternativas discutidas por professores e pesquisadores é contextualizar os conteúdos ministrados com a realidade do educando, por exemplo, utilizando aulas experimentais. Diante desse contexto, este trabalho objetiva, de forma geral, analisar contribuições de aulas experimentais no ensino e aprendizagem dos conteúdos de química no ensino médio, partindo de uma pesquisa bibliográfica em bases de dados, artigos e livros publicados e, por meio de resultados obtidos na vivência do estágio supervisionado, de modo a identificar se há contribuições dessa metodologia na perspectiva de professores e estudantes. Em adição, busca-se analisar contribuições trazidas para os alunos com deficiência ao se utilizar aulas experimentais e recursos de tecnologia assistivas (TA). A expectativa é de que, nessas aulas de laboratório os alunos passem de mero espectadores/observadores e cheguem a experienciar e refletir sobre conceitos da química em situações que estão acontecendo no cotidiano deles. A metodologia utilizada teve como ponto de partida uma pesquisa bibliográfica, com temática central no ensino da química por meio de aulas práticas (aulas experimentais) e pensando na inclusão de alunos com deficiência. Com esse propósito, o trabalho em tela apresenta um pouco da história do ensino da química no Brasil; historia e aborda dificuldades na formação e na prática do docente de química, no contexto das escolas brasileiras; aborda o papel imprescindível que a experimentação provê ao ensino da Química e, por fim, aborda a inclusão de alunos com deficiência. O recorte sobre a inclusão deve-se à participação em um curso sobre ESCOLA INCLUSIVA no portal EDUCARE (EDUCARE, 2022). À medida que se foi desenvolvendo esse trabalho foi possível perceber questões mais intrínsecas à temática central e à vivência nas aulas experimentais, tanto devido à química e seus conteúdos, quanto em razão da realidade estrutural das escolas de ensino médio e da formação dos doentes de química no Brasil. Por fim, a intervenção realizada no estágio supervisionado e a leitura do material selecionado encaminham as seguintes considerações: 1- foi possível perceber que a experimentação se apresenta como uma importante maneira de ensinar química, embora nem todos os autores pesquisados concordem com isso; 2- que os cursos de licenciatura precisam de adequação para contemplar as demandas da escola inclusiva; 3- os resultados da intervenção, no período de estágio, permitiram observar que houve contribuição diferenciada, em termos de aprendizado, dos conteúdos ministrados por meio das aulas com experimentos em laboratório e, que essa metodologia propiciou uma maior interação, despertando o interesse dos alunos, possibilitando melhoria no conhecimento e na aprendizagem dos conteúdos.
Cálculos de química quântica para funções orgânicas
(2022-10-05) Silva, Yuri Antonio Fortunato da; Bastos, Cristiano Costa; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576; http://lattes.cnpq.br/9340189446066073
A físico-química orgânica é uma área que pode contribuir para o desenvolvimento de novos compostos e o entendimento de reações e processos químicos a partir de cálculos de química quântica. Um dos conceitos tratados nessa área é a relação estrutura-atividade de grupo funcional, um átomo ou agrupamento de átomos conectados de forma específica em uma molécula, proporcionando reatividade e propriedades químicas e físicas específicas. Com base nisso, esse trabalho tem como objetivo geral a classificação de funções orgânicas por meio de propriedades intrínsecas de grupos funcionais com o aumento da estrutura carbônica. Com o auxílio de modelos moleculares computacionais foram obtidas propriedades para as seguintes funções orgânicas, na tentativa de classificá-los: alcanos; alcenos; alcinos; ácidos carboxílicos; aldeídos; cetonas; ésteres; aminas e amidas. Algumas das propriedades calculadas foram: Energia eletrônica total; Volume molar; Energia dos orbitais HOMO e LUMO; gap HOMO-LUMO; Energia cinética dos orbitais HOMO e LUMO; Energia de Ionização; Eletroafinidade e Eletronegatividade. As propriedades Energia de Ionização; Eletroafinidade e Eletronegatividade foram obtidas de modo indireto a partir de outras propriedades. Foi observado que algumas propriedades são mais satisfatórias na classificação de algumas funções orgânicas. Além disso, foi possível estabelecer relações matemáticas que mostram um padrão para diferentes funções orgânicas: alcanos, ácidos carboxílicos, ésteres, aldeídos, cetonas e amidas. Entretanto, para alcenos, alcinos e aminas notou-se um outro padrão de comportamento. Além disso, a classificação das funções orgânicas é mais adequada utilizando as energias dos orbitais HOMO e LUMO. Ademais, outras propriedades também são boas candidatas, como Energia eletrônica, Energia de Ionização, Eletroafinidade e Eletronegatividade. Por fim, os alcenos, alcinos e aminas tiveram um destaque maior devido a terem comportamentos singulares para muitas propriedades calculadas.
Confinamento eletrônico em hidrocarbonetos policíclicos aromáticos
(2021-07-23) Ramos, Renata Silva de França; Bastos, Cristiano Costa; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576; http://lattes.cnpq.br/6599123329831719
Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) são compostos que contém dois ou mais anéis benzênicos geminados em sua estrutura. Sendo assim existem nesses sistemas moleculares elétrons [pi] ressonantes que podem ser considerados como mais fracamente ligados. Essa ressonância é um dos aspectos determinantes da aromaticiade de uma molécula. A ressonância está relacionada à fusão de estruturas de um composto e aos elétrons deslocalizados que distribuem o caráter da ligação múltipla. Esses elétrons [pi] ressonantes dos HPA podem ser vistos como elétrons livres confinados na região da molécula. A teoria quântica traz um modelo intrínseco para o confinamento eletrônico, neste não é considerado o ambiente externo à molécula. Para outra abordagem, o modelo extrínseco, considera-se o ambiente externo à molécula. A abordagem do modelo intrínseco pode ser estudada levando à solução dos espectros eletrônicos das moléculas para este confinamento. No presente trabalho consideramos que nos HPA podemos ter mais de uma região de confinamento. Como consequência direta temos mais possibilidades, por exemplo, para o primeiro estado de transição. Os HPA apresentam transições eletrônicas na região dos espectros do UV-Vis, a qual buscamos nesse trabalho correlacionar com as teorias de confinamento. Utilizando apenas o modelo da partícula em que os resultados são obtidos através do confinamento intrínseco e extrínseco. A menos das energias do nível, as diferenças de energia nas duas abordagens são as mesmas. Aplicamos o modelo intrínseco dos elétrons [pi] para as moléculas de benzeno, naftaleno, antraceno, tetraceno, pentaceno, hexaceno, heptaceno, octaceno, nonaceno e decaceno. Conseguimos prever um pico para o benzeno, um pico para o pentaceno e cinco picos para o espectro do tetraceno. Foi possível prever os comprimentos de onda máximo do UV-Vis para os HPA estudados. Para este modelo a aplicação em HPA se mostrou coerente com os resultados encontrados na literatura. Comparamos esses resultados de comprimentos de onda do espectro UV-Vis utilizando o método de química quântica teórico modelo da partícula confinada e o método computacional ZINDO.
Estudo teórico de faixas de Möbius moleculares
(2023-09-18) Nascimento, Murilo Assunção do; Bastos, Cristiano Costa; Silva, Luiz Carlos Barbosa da; http://lattes.cnpq.br/1481188647500485; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576; http://lattes.cnpq.br/6391945509254633
Diversas aplicações matemáticas têm sido estudadas nos mais variados contextos. Um desses casos é a aplicação da geometria diferencial a sistemas moleculares. O estudo de nanoestruturas e suas aplicações tem ganhado cada vez mais espaço. Neste trabalho realizamos a aplicação do formalismo de Da Costa, na qual ao aplicar um potencial confinante dependente da curvatura média e da curvatura gaussiana da estrutura estudada restringimos o movimento da partícula na superfície, em faixas de Möbius para estudar a variação desta nas propriedades eletrônicas e estruturais a partir de variações geométricas, e compara-las com os resultados computacionais. Obtivemos que à medida que o tamanho de uma faixa diminui, maiores serão as variações nas propriedades para menor estabilidade, menor condutividade e menor reatividade quanto maior for o número de torções.
Estudo teórico de moléculas diatômicas e triatômicas em manchas solares
(2022-06-02) Fonseca, Andreza Gomes da; Bastos, Cristiano Costa; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576; http://lattes.cnpq.br/8803789315007366
Neste trabalho estudamos a existência de moléculas diatômicas e triatômicas em manchas solares. A partir de dados experimentais do espectro solar na região do infravermelho (IR) de 473 cm-1 – 925 cm-1, foi possível identificar linhas devido a transições rotovibracionais das moléculas:BH, CH, HF, C2, CN, MgH, CO, AlH, NO, SiH, HCl, NP, TiO, CO2, HCN, NO2, BeCl2, OCS, N2O. A finalidade desta descrição é identificar a presença destas moléculas nas manchas solares, baseada na quantidade de bandas calculadas para cada caso, incluindo a molécula de NP que ainda não havia sido relatada na literatura. Estudar o magnetismo destas moléculas e assim podendo prever quais moléculas podem estar influenciando no campo magnético das manchas solares e as consequências disto.
Estudo Teórico de Propriedades Estruturais e Eletrônicas e a construção de Modelos QSAR aplicados ao Cálculo da LD50 de alguns Neurotransmissores
(2019-07-10) Santos, Douglas Amorim dos; Bastos, Cristiano Costa; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576; http://lattes.cnpq.br/0592521567528784
Os neurotransmissores são substâncias químicas produzidas pelos neurônios com a função de biossinalização, agindo nas sinapses, que são o ponto de junção do neurônio com outra célula. Existem três categorias principais de neurotransmissores, aminoácidos, aminas biogênicas e peptídeos. Estudos vêm sendo realizados visando o entendimento de como ocorrem a síntese dessas substâncias, seu armazenamento, transporte e os mecanismos de sinapse. Neste trabalho, foi feito modelagem molecular para nove neurotransmissores, Dopamina, Serotonina, Acetilcolina, ácido glutâmico, Adrenalina, Morena, ácido-amino Butírico, Melatonina e Noradrenalina. A modelagem molecular foi feita via métodos abinitio (HF e MP2), Teoria do Funcional da Densidade (DFT-B3LYP) e Semi-Empírico (AM1), utilizando o programa Gaussian 09 e foram obtidas propriedades estruturais e eletrônicas para as nove moléculas, dentre elas, energia total, energia do orbital Homo e Lumo, potencial de ionização, anidade eletrônica, volumes das moléculas neutras e o volume de seus cátions e ânions, etc. Estas propriedades foram analisadas por relação quantitativa estrutura-atividade (QSAR), e foi construído modelos matemáticos para prever, através da análise multivariada, a LD50 para estas moléculas.
Método de Runge-Kutta de 4ª ordem para a equação de Schrödinger estacionária com energia zero
(2021-12-23) Montenegro, João Gabriel Soares; Bastos, Cristiano Costa; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576; http://lattes.cnpq.br/3917123866868446
A equação de Schrödinger vem sendo resolvida numericamente por diversos métodos de Runge-Kutta. O estudo desta equação considerando a energia do sistema sendo nula, entre diversas outras aplicações, permite a análise do estado limite de ligação de uma partícula em um dado sistema quântico. Assim, no presente trabalho resolvemos a equação em seu modo zero, considerando uma abordagem extrínseca do confinamento em uma região unidimensional, utilizando o método de Runge-Kutta de 4ª ordem mais utilizado para resoluções de EDOs. Inicialmente, obtivemos numericamente as funções de onda para uma partícula confinada em uma reta e em circunferências de diferentes raios, por serem curvas com parametrizações por comprimento de arco conhecidas. Em seguida estudamos curvas a partir de suas curvaturas, o que permitiu o estudo do confinamento em espirais de Arquimedes e em espirais logarítmicas. Por fim, estudamos o confinamento em curvas hipotéticas que ainda não possuem parametrizações definidas. Os resultados obtidos possibilitaram a análise das regiões nas curvas com maiores tendências de sofrerem ionização, podendo ser possivelmente utilizados como modelos para a ionização de moléculas e nanoestruturas com geometrias semelhantes às estudadas.
Modelos de química quântica aplicados à nanoestruturas
(2018-08-13) Silva Filho, Franklin Ferreira da; Bastos, Cristiano Costa; Silva, Luiz Carlos Barbosa da; http://lattes.cnpq.br/1481188647500485; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576; http://lattes.cnpq.br/0671142012284329
Notando a versatilidade das nanoestruturas em gerar compostos com geometrias variadas e bem definidas, usar modelagens que incluam elementos de geometria diferencial parece ser um caminho natural. Dentro dessa perspectiva, uma das possíveis análises que pode ser feita no problema do confinamento de uma partícula é a utilização de hamiltonianos extrínsecos, que incorporam elementos do ambiente que contém o sistema físico na forma de um termo potencial. Este trabalho, então, busca estudar o confinamento em estruturas bidimensionais (planos, cilindros, esferas e cones), explorar seus hamiltonianos, espectros energéticos, funções de onda e trazer relações com as propriedades físicas e químicas dos nanomateriais equivalentes via simulação computacional. Apresentamos resultados de densidade eletrônica simulados computacionalmente que se mostraram coerentes com os modelos teóricos, e exploramos uma aplicação no controle de acidez-basicidade de nanoestruturas por sua curvatura.
Simulação do confinamento eletrônico em sistemas moleculares utilizando átomos fantasmas
(2021-12-23) Cavalcante, Hisla da Silva; Bastos, Cristiano Costa; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576; http://lattes.cnpq.br/1092905152020419
Percebendo a diversidade de uso das nanoestruturas em gerar compostos com geometrias diversificadas e bem precisas, fazer uso de abordagens que incluam componentes de geometria diferencial parece um caminho razoável. Por essa ótica, empregamos o confinamento eletrônico em nanoestruturas através das abordagens computacional, intrínseca e extrínseca, pelos quais permitem estudos preliminares no desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos de maior sofisticação. Este trabalho, portanto, busca estudar o confinamento de 1 e 2 elétrons em estruturas unidimensionais (lineares, circulares, lineares com curvas e similares a parábolas), analisar seus espectros energéticos, as distribuições de carga a partir de simulações computacionais e compará- los com modelos teóricos. Apresentamos resultados de distribuição de cargas que demonstraram ser adequados aos modelos teóricos.
Teoria do Orbital Molecular e Ressonância Não-sincronizada para supercondutores metálicos
(2022-06-02) Anjos, Eduardo Victor Santana dos; Bastos, Cristiano Costa; http://lattes.cnpq.br/6385190604693576; http://lattes.cnpq.br/4546705612868813
Foi utilizada a Teoria do Orbital Molecular (TOM) e a Teoria RVB (Resonating Valence Bonding) para o estudo da supercondutividade metálica. A partir das ocupações dos orbitais naturais, obtidas usando o método Hartree-Fock-Roothaan e a função de base LanL1MB, utilizamos as valências médias e as variações de raio metálico para o cálculo da temperatura crítica (Tc) trinta e sete metais. Uma previsão consistente para as temperaturas críticas dos metais supercondutores foi feita e corretamente determinou-se nove metais que não são supercondutores em condições normais Au, Ag, Cu, Sc, Y, Mn, Fe, Ni e Co, obtendo-se Tc tendendo a zero. A regressão linear entre as previsões de temperatura crítica e valores experimentais, deu um valor satisfatório com coeficiente de determinação de 0,95. Foi possível classificar dez supercondutores de crista e dezoito supercondutores de calha, aplicando a metodologia de Pauling que correlaciona a onda de fônon com a transferência de elétrons. Nenhuma previsão deste tipo havia sido feita até agora.