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Universidade de Aveiro 2006

Departamento de Qumica

Cndida Manuela Fidalgo Sarabando

O Destino Final dos (resduos de) Metais Pesados: O Caso dos Compostos de Crmio

Universidade de Aveiro

2006 Departamento de Qumica

Cndida Manuela Fidalgo Sarabando

O Destino Final dos (resduos de) Metais Pesados: O Caso dos Compostos de Crmio

Dissertao apresentada Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessrios obteno do grau de Mestre em Ensino de Fsica e Qumica, realizada sob a orientao cientfica da Dra. Teresa Margarida dos Santos e da Dra. Maria Clara Ferreira Magalhes, Professoras Auxiliares do Departamento de Qumica da Universidade de Aveiro.

Aos meus Pais, pelo apoio, amor e incentivo que me motivou a ultrapassartodos os desafios

o jri

presidente Professora Doutora Luclia Maria Pessoa Tavares dos Santos Professora Associada do Departamento de Fsica da Universidade de Aveiro

vogais Professora Doutora Maria Manuela Silva Nunes Reis Abreu

Professora Catedrtica do Instituto Superior de Agronomia da Universidade Tcnica de Lisboa Professora Doutora Teresa Margarida dos Santos

Professora Auxiliar do Departamento de Qumica da Universidade de Aveiro Professora Doutora Maria Clara Ferreira Magalhes

Professora Auxiliar do Departamento de Qumica da Universidade de Aveiro

agradecimentos

Ao apresentar este trabalho no posso deixar de exprimir o meu profundoreconhecimento quelas pessoas e instituies, sem as quais a concluso deste trabalho no teria sido possvel. Em primeiro lugar dirijo esse reconhecimento s Professoras Doutora Teresa Margarida dos Santos e Doutora Maria Clara Ferreira Magalhes, do Departamento de Qumica da Universidade de Aveiro, de quem tive a honra de receber orientao e de cujo saber, empenho e disponibilidade sempre ficareidevedora. Professora Doutora Maria Manuela Abreu, do Instituto Superior de Agronomia da Universidade Tcnica de Lisboa, desejo agradecer as sugestes que permitiram ultrapassar pontos particularmente delicados deste trabalho e o incentivo sempre dado durante a sua realizao. Desejo igualmente destacar o apoio sempre manifestado pela Mestre CelesteAzevedo, do Departamento de Qumica da Universidade de Aveiro. Ao meu marido desejo agradecer a compreenso e a ajuda dada na realizao de algumas actividades laboratoriais. Finalmente pretendo ainda estender o meu reconhecimento a todos quantos, de um modo ou de outro se fizeram colaboradores deste trabalho, e emborano seja possvel, aqui e agora, nome-los, nem por isso os vou esquecer

palavras-chave

Crmio, oxidao-reduo, solos, remediao de solos, reaces de superfcie, poluio ambiental.

resumo

A utilizao em larga escala, a nvel industrial, dos chamados metais pesados,acarreta grandes preocupaes a nvel da sade das populaes humanas. O caso do crmio (e seus compostos) um exemplo paradigmtico disso. O crmio um elemento txico e carcinognico, na forma de Cr(VI), mas como Cr(III), se em quantidades vestigiais, tido como essencial, por exemplo, para o metabolismo da glicose e dos lpidos. O Cr(VI) um agente oxidante forte,facilmente reduzido a Cr(III). Os compostos de Cr(III) so considerados cineticamente inertes, podendo, neste estado de oxidao, ser abandonadossem qualquer preocupao acerca do seu real destino final. Sabe-se que, sob certas condies, o Cr(III) pode ser (re)-oxidado a Cr(VI), podendoconduzir a problemas ambientais srios. No entanto, a interaco de ligandos orgnicos, por exemplo libertados por exudados de razes, pode aumentar a formao de espcies de Cr(III) organicamente mveis e disponveis. Face relevncia do tema, afigura-se importante que o Ensino Secundrio proporcione aos alunos, que por ele transitam, uma formao adequada eperspectivada no desenvolvimento de competncias, que lhes permitam compreender melhor os fenmenos que ocorrem no mundo que os rodeia,utilizando saberes de uma forma integrada e multidisciplinar. O trabalho de investigao descrito nesta dissertao processou-se em trs fases: - identificao / contextualizao do tema nos contedos dos programas dosdiferentes graus de ensino; - realizao de actividades experimentais simples para testar as interaces de compostos de crmio com xidos de mangans existentes em solos; - realizao de actividades experimentais para testar as interaces decompostos de crmio com alguns tipos de solos; - planificao e elaborao de protocolos de experincias demonstrativas simples, usando o exemplo da remediao de solos contaminados por metais pesados, que permitam ilustrar os assuntos / problemas e que possamenquadrar / potenciar o ensino / aprendizagem do tema, ou mesmo apenas da oxidao-reduo.

keywords

Chromium, oxidation-reduction, soils, soils remediation, surface reactions, environmental pollution.

abstract

The large industrial utilization of chromium compounds, linked to environmentaland human health risks originates heavy concern. Chromium is an essentialelement, as Cr(III), but also a very harmful carcinogenic, as Cr(VI). Hexavalent chromium is a powerful oxidant easily reduced to Cr(III). The fact of Cr(III)being considered kinetically inert originates its environmental abandon without any concern about its real final fate. Under given environmental conditions,Cr(III) can be oxidized to Cr(VI) and, under this form, originate severeenvironmental problems. On the other hand, the interactions of organic ligands presented in soils can increase the Cr(III) solubility. It is important that the Secondary School teaching places real questions to thestudents, which promotes formation that allows them to a better understandingof the world phenomena, applying their knowledge in multidisciplinary and integrated ways. The work developed in order to present this dissertation was divided in threephases:

- identification of the Secondary School contents related with the subjectunder study;

- conception and development of laboratory activities to test interactions of chromium compounds with manganese oxides and some soils with different manganese contents;

- conception of experimental protocols for experiments to be developedby secondary school students, with didactical exploitation of soilscontamination and remediation and other environmental problems.

NNDDIICCEE Jri..

Agradecimentos.

Resumo.

Abstract.

ndice.........

1. O Problema em Estudo.

1.1 Introduo..

1.2 A Importncia da Literacia Cientfica na Formao dos Cidados.

1.3 O Movimento CTS como Via para uma Promoo da Literacia Cientfica.

1.4 O Ensino da Qumica na Reorganizao Curricular

1.5 Relevncia do tema em estudo...

1.6 Objectivos do estudo..

1.7 Organizao do estudo...

2. Identificao/contextualizao do tema nos contedos dos programas

dos diferentes graus de ensino..

2.1 Anlise dos programas.

2.1.1 Ensino Bsico

2.1.2 Ensino Secundrio..

2.2 Contextualizao do tema

3. O impacto dos metais pesados no ambiente.

3.1 Desenvolvimento industrial.

3.2 Poluio ambiental...

3.3 Contaminao de solos.

3.4 Mtodos de remediao.

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4. O crmio e seus compostos

4.1 Ocorrncia

4.2 Propriedades fsico qumicas

4.3 Aplicaes.

4.4 Essencialidade e toxicidade..

4.5 Classificao da toxicidade..

4.6 Exposio

4.7 Percurso no meio ambiente

5. O destino do crmio nos solos

5.1 O crmio no ambiente..

5.2 O crmio nos solos..

5.2.1 Reaces de reduo do Cr(VI)

5.2.2 Reaces de oxidao do Cr(III)

6. Estudos de reaces redox envolvendo o crmio.

6.1 Introduo

6.2 Procedimento experimental..

6.2.1 Materiais..

6.2.2 Mtodos de anlise

6.2.2.1 Determinao do pH..

6.2.2.2 Determinao de concentraes totais de ies metlicos

6.2.2.3 Determinao da concentrao de Cr(VI) Mtodo Colorimtrico

6.2.2.4 Planificao das actividades laboratoriais.

6.3 Tratamento estatstico dos resultados

7. Anlise e Interpretao dos resultados obtidos.

7.1 Introduo

7.2 Anlise e interpretao dos resultados

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7.2.1 Reaces envolvendo resduos com Cr2O3 + H2O.

7.2.2 Reaces envolvendo apenas xidos de mangans..

7.2.2.1 MnO2 + H2O .

7.2.2.2 Resduo com Cr2O3 + MnO2 + H2O..

7.2.2.3 Soluo aquosa de CrCl36H2O + MnO2

7.2.3 Reaces envolvendo solos .

7.2.3.1 Resduo com Cr2O3 + MnO2/solos + H2O/Ca2+(aq)/Ag+(aq)..

7.2.3.2 Soluo aquosa de CrCl36H2O + MnO2/solos ..

7.2.4 pH das misturas .

7.3 Discusso dos resultados.

7.3.1 xidos de mangans em gua

7.3.2 Reaces envolvendo solues aquosas de CrCl36H2O + MnO2/solos .

7.3.3 Reaces envolvendo resduos com Cr2O3

7.4 Concluses

8. Planificao e elaborao de protocolos de experincias demonstrativas

simples

8.1 Importncia da componente laboratorial no ensino das cincias..

8.2 Elaborao de protocolos de experincias demonstrativas simples.

9. Consideraes/sugestes de aplicao deste trabalho.

9.1 Consideraes

9.2 Sugestes para futuras investigaes..

Referncias.........

Anexos..

Anexo 1 Programa de Fsica e Qumica A - 11 Ano de escolaridade

(Unidade 2)

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Anexo 2 Programa de Qumica: 12 Ano de escolaridade (Unidade 1)..

Anexo 3 O Filme: Erin Brockovich

Anexo 4 Resultados obtidos e respectivos clculos efectuados.

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xi

____________________________________________________________________ 11

OO PPRROOBBLLEEMMAA EEMM EESSTTUUDDOO

- 1 -

____________________________________________________________________ 11

- 2 -

______________________________________________________________________O problema em estudo

11.. OO PPRROOBBLLEEMMAA EEMM EESSTTUUDDOO

11..11 IINNTTRROODDUUOO

Neste primeiro captulo contextualizado o estudo em que se baseia o

presente trabalho, de acordo com a sua natureza e os objectivos que se pretendem

alcanar. Para tal, contemplam-se os seguintes aspectos:

- Importncia da Literacia Cientfica na Formao dos Cidados;

- Movimento Cincia-Tecnologia-Sociedade (CTS) como Via para a Promoo da

Literacia Cientfica;

- Ensino da Qumica;

- Relevncia do Tema em Estudo;

- Objectivos do Estudo;

- Organizao do Estudo.

11..22 AA IIMMPPOORRTTNNCCIIAA DDAA LLIITTEERRAACCIIAA CCIIEENNTTFFIICCAA NNAA FFOORRMMAAOO DDOOSS CCIIDDAADDOOSS

O mundo em que vivemos est impregnado de Cincia e de Tecnologia cujos

avanos rpidos se repercutem na nossa vida diria e, consequentemente, na

sociedade, constituindo um desafio para a educao, nomeadamente para a educao

em cincias. Reconhece-se que o ensino das cincias contribui para a literacia

cientfica e tecnolgica dos cidados, que deve ser considerada como um pr-requisito

para uma cidadania responsvel (1).

A Cincia e a Sociedade desenvolvem-se constituindo uma teia de relaes

mltiplas e complexas. A sociedade da informao e do conhecimento em que vivemos

apela compreenso da Cincia, no apenas como corpo de saberes, mas tambm

enquanto instituio social. Questes de natureza cientfica com implicaes sociais

vm praa pblica para discusso e os cidados so chamados a dar a sua opinio. A

literacia cientfica , assim, fundamental para o exerccio pleno da cidadania. O

desenvolvimento de um conjunto de competncias que se revelam em diferentes

domnios, tais como o conhecimento (substantivo, processual ou metodolgico,

- 3 -


epistemolgico), o raciocnio, a comunicao e as atitudes, pois essencial para a

literacia cientfica (2).

hoje cada vez mais partilhada a ideia de que a formao cientfica dos

cidados em sociedades de cariz cientfico/tecnolgico deve incluir trs

componentes, a saber: a educao em Cincia, a educao sobre Cincia e a educao

pela Cincia.

No primeiro caso o que est em causa a dimenso conceptual do currculo, ou

seja o conhecimento em si (conceitos, leis, princpios, teorias), aspecto que tem sido o

mais enfatizado nos programas anteriores. A educao sobre a Cincia tem como

objecto de estudo a natureza da prpria cincia, ou seja, os aspectos metacientficos.

Esta dimenso questiona o estatuto e os propsitos do conhecimento cientfico. Mas,

para que esta reflexo no se dirija apenas sua validade cientfica interna (por

exemplo, mtodos e processos cientficos), fundamental que o currculo escolar se

debruce sobre processos e objectos tcnicos usados no dia-a-dia, que se discutam

problemticas scio-cientficas, que se revele a Cincia como parte do patrimnio

cultural da nossa poca.

A educao pela Cincia tem como meta a dimenso formativa e cultural do

aluno atravs da cincia, revalorizando objectivos de formao pessoal e social

(educao do consumidor, impacto das actividades humanas no ambiente, rigor e

honestidade na ponderao de argumentos, etc.).

Um quadro curricular que contemple esta vertente est de acordo com o

objectivo da concretizao da educao dos jovens para o pleno exerccio da

cidadania democrtica (3).

A educao e, em particular, a educao em cincias passa, pois, a ter uma nova

finalidade: a formao de cidados cientificamente cultos. O objectivo da educao

preparar os indivduos para que possam levar uma vida responsvel, que os realize

pessoalmente. A educao em cincias, matemtica e tecnologia deveria ajudar os

estudantes a desenvolverem os conhecimentos e hbitos mentais de que necessitam

para se tornarem seres humanos compassivos, capazes de pensarem por si prprios e

- 4 -


para enfrentarem a vida. Deveria tambm equip-los para participarem

conscientemente com outros cidados na construo e proteco de uma sociedade

aberta, decente e vital (4).

inegvel o papel relevante da escola na formao dos indivduos. No entanto,

parece ser fundamental que a sociedade esclarea este mesmo papel e,

simultaneamente, d resposta s expectativas e aos desafios que esta escola nos

coloca.

A escola deve ensinar a pensar segundo trs vertentes (5):

- ensinar para pensar, isto , criar condies na escola que conduzam ao total

desenvolvimento cognitivo;

- ensinar a pensar, ou seja, instruir directamente os alunos em competncias e

estratgias de pensamento (clarificar, comparar, analisar, avaliar, inferir, deduzir,

etc.), implementando um ou mais programas para tal;

- ensinar sobre o pensar, isto , ajudar os alunos a tornarem-se conscientes

dos seus prprios progressos cognitivos e do seu uso, nas situaes e problemas da

vida real.

Torna-se necessrio que os professores ensinem como aprender, ao mesmo

tempo que ensinam conhecimentos factuais e processuais. necessrio que a escola

desenvolva nos seus alunos a capacidade de adaptao e de formao autodidacta

(aprender a aprender), promovendo no processo ensino/aprendizagem o

desenvolvimento de todas as capacidades fundamentais formao global da pessoa

no aspecto cognitivo.

Esta perspectiva de ensino enfatiza o estudar para aprender e refuta a viso

redutora do estudar para obter resultados nos testes/exames (5).

Em termos de finalidades, a educao em Cincia dever deixar de enfatizar a

aprendizagem de contedos e de processos, mas antes garantir que tais

aprendizagens sero teis numa perspectiva de aco no sentido de contriburem

para o desenvolvimento pessoal e social dos jovens, num contexto de sociedades

tecnologicamente desenvolvidas que se pretendem abertas e democrticas (6).

- 5 -


Na realidade escolar coexistem vrias perspectivas de ensino, seguidas por

diferentes professores com maior ou menor nfase (6), nomeadamente em:

- ensino por transmisso: perspectiva tradicional orientada para o domnio dos

contedos cientficos;

- ensino por descoberta: perspectiva baseada no pressuposto de que o

conhecimento conceptual resultado da compreenso dos processos do pensamento

cientfico;

- ensino por mudana conceptual: perspectiva baseada na investigao que

surgiu de estudos da cincia cognitiva sobre a aprendizagem e o conhecimento. Nesta

perspectiva, o objectivo ajudar os alunos a mudar as suas explicaes intuitivas

acerca do mundo, ou seja, a incorporarem conceitos cientficos e modos de

pensamento nos seus referenciais pessoais;

- ensino por pesquisa: perspectiva de ensino de forte sentido externalista,

potenciadora de inovao e portadora de uma outra concepo de educao em

cincias nos dias de hoje, com nfase na construo de conceitos, atitudes e valores.

A perspectiva de Ensino Por Pesquisa parece ser a que melhor se articula com

o movimento Cincia Tecnologia Sociedade (CTS), uma vez que nela a aprendizagem

deixa de ser um corpo de conhecimentos ou processos de Cincia e passa a preocupar-

se em garantir aprendizagens teis no quotidiano. Assim, nesta perspectiva de ensino

por pesquisa, assumem particular importncia os seguintes aspectos (6):

- a inter e a transdisciplinaridade, resultante da necessidade de compreender

o mundo na sua globalidade e complexidade;

- a abordagem de situaes problemticas do quotidiano, que possibilitem aos

alunos uma aprendizagem cientfica e tecnolgica que lhes permitam tomar decises

(o que poder ser articulado com o movimento CTS);

- o pluralismo metodolgico, ao nvel das estratgias de trabalho, das quais se

destaca, pela sua relevncia, o trabalho experimental;

- 6 -


- uma avaliao no classificadora, mas formadora e educativa, que envolva

todos os intervenientes no processo de ensino/aprendizagem.

11..33 OO MMOOVVIIMMEENNTTOO CCTTSS CCOOMMOO VVIIAA PPAARRAA UUMMAA PPRROOMMOOOO DDAA LLIITTEERRAACCIIAA CCIIEENNTTFFIICCAA

A reflexo que tem vindo a ser desenvolvida escala internacional, a partir

dos anos 80, sobre as finalidades da educao cientfica dos jovens, levou a que cada

vez mais se acentuem perspectivas culturais sobre o ensino das cincias. O seu

objectivo a compreenso da Cincia e da Tecnologia, das relaes entre uma e outra

e das suas implicaes na Sociedade e, ainda, do modo como os acontecimentos sociais

se repercutem nos prprios objectos de estudo da Cincia e da Tecnologia. Este tipo

de ensino privilegia o conhecimento em aco (por oposio ao conhecimento

discipinar) e conhecido por ensino CTS (CinciaTecnologia-Sociedade) ou CTS-A

(Cincia-Tecnologia-Sociedade-Ambiente), dada a natureza dos problemas ambientais.

Trata-se de uma viso externalista do ensino da Cincia, estruturada em torno de

duas ideias principais (3):

- A compreenso do mundo na sua globalidade e complexidade requer o recurso

interdisciplinaridade, com vista a conciliar as anlises fragmentadas que as

vises analticas dos saberes disciplinares fomentam e fundamentam. As

vises disciplinares sero sempre complementares;

- A aprendizagem de conceitos e processos de importncia fundamental, mas

torna-se o ponto de chegada e no o ponto de partida. A ordem de

apresentao dos conceitos passa a ser a da sua relevncia e a ligao com a

situao-problema em discusso. Escolhem-se situaes-problema do

quotidiano, familiares aos alunos, a partir das quais se organizam estratgias

de ensino e de aprendizagem que reflictam a necessidade de esclarecer

contedos e processos da Cincia e da Tecnologia, bem como das suas inter-

relaes com a Sociedade, proporcionando o desenvolvimento de atitudes e

valores.

- 7 -


A educao CTS pode assumir uma grande variedade de abordagens, mas a

abordagem problemtica tem sido a mais usada nos curricula. Nela utilizam-se

grandes temas-problema da actualidade como contextos relevantes para o

desenvolvimento e aprofundamento dos conceitos (3).

O ensino CTS assume-se como uma forma estruturada de ensinar Cincia e

Tecnologia em contexto de experincia humana, com um esforo de reforma no

sentido de se atingirem nveis aceitveis de literacia cientfica por parte da populao

em geral (7). Nesta forma de ensino o aluno o elemento central no processo de

ensino/aprendizagem, estando integrado em trs ambientes: natural (Cincia),

construdo (Tecnologia) e social (Sociedade). Ento, ensinar numa perspectiva CTS

ensinar sobre fenmenos do meio ambiente natural embebidos em ambientes

tecnolgicos e sociais do prprio aluno, tendo esta perspectiva de ensino as seguintes

consequncias:

- Melhor compreenso de questes sociais ligadas Cincia e Tecnologia;

- Melhoria das atitudes relativamente Cincia, s aulas de Cincias e

prpria aprendizagem;

- Ausncia de efeitos negativos quanto a uma aprendizagem dos contedos

considerados importantes no seio de cada uma das disciplinas cientficas (8).

A concepo CTS de ensino das cincias aponta para um ensino que ultrapassa

a meta-aprendizagem de conceitos e de teorias centradas em contedos cannicos. O

ensino tem de conter uma validade cultural, para alm da validade cientfica, para que

contribua para a formao do aluno enquanto cidado (9).

Saber o que se deve ensinar, isto , quais os contedos, impe critrios de

seleco. Entende-se por contedos CTS, alm de conceitos e das teorias das

cincias, os seleccionados com base em interesses, motivaes e necessidades dos

alunos como cidados, para que compreendam questes relativas ao mundo fsico e

tecnolgico (10). So cinco os critrios fundamentais a considerar na seleco de

contedos CTS (11):

- 8 -


- serem directamente aplicveis vida dos alunos;

- serem adequados ao desenvolvimento cognitivo e maturidade social dos

alunos;

- serem temas importantes para os alunos no mundo actual e de previsvel

interesse para o futuro;

- permitirem aos alunos aplicar os seus conhecimentos em contextos distintos

dos contextos escolares convencionais;

- serem temas pelos quais os alunos mostrem interesse e entusiasmo.

Uma estratgia de ensino/aprendizagem que integre a perspectiva CTS deve

englobar trabalho em pequenos grupos, aprendizagem cooperativa, discusses

centradas nos alunos, concretizao da resoluo de problemas e promoo de

debates (11).

As ideias decorrentes das novas finalidades da educao em cincias e sobre

os modos de as alcanar, em que o movimento CTS assume relevncia, assim como as

suas orientaes, constituem um dos possveis entendimentos do que deve ser o

ensino das cincias e, em particular, o ensino da Qumica.

11..44 OO EENNSSIINNOO DDAA QQUUMMIICCAA NNAA RREEOORRGGAANNIIZZAAOO CCUURRRRIICCUULLAARR

As cincias qumicas mudaram substancialmente nos ltimos tempos. Das

divises clssicas em qumica analtica, qumica inorgnica, qumica orgnica, qumica

fsica, qumica terica ou bioqumica evoluiu-se para domnios mais especficos como,

por exemplo, nanotecnologia, cincia dos materiais, qumica computacional. , pois,

neste enquadramento que se pode dizer que os qumicos procuram compreender qual

a relao entre a estrutura e as propriedades fsicas, qumicas e biolgicas das

substncias, sejam elas naturais ou sintticas, com vista a inventar novas substncias

para fins especficos, para o que ser tambm necessrio desenvolver processos de

sntese laboratorial e de produo industrial. Mas a sntese de novas substncias no

ocorre apenas para dar resposta a questes de ordem prtica; tambm se procuram

- 9 -


sintetizar substncias para comprovar/testar teorias. Estimava-se em 1996, por

exemplo, que existiriam 10200 molculas com propriedades de interesse para a

medicina (12).

O interesse pela sntese qumica estende-se tambm s substncias naturais,

com vista a poderem encontrar-se alternativas mais econmicas, ou de mais fcil

acesso. Mas o interesse pela sntese no acontece apenas com molculas, continuando

em progresso a pesquisa com vista sntese de novos tomos.

Em todos os casos de sntese procuram-se mtodos que conjuguem o menor

nmero de passos, a maior eficincia no processo e a produo mnima de produtos

secundrios. A indstria qumica transformadora procura conciliar o aumento de

rendimento dos processos com a reduo de custos dos materiais, da mo-de-obra

e/ou da energia, sem pr em causa a qualidade, a segurana e o impacto ambiental

mnimo. De facto, muitas das matrias-primas usadas, em particular as derivadas do

petrleo, do gs natural e de alguns animais e plantas, esto a ser exploradas e

consumidas a um ritmo muito superior ao da capacidade da sua reposio. Existe

tambm uma preocupao com os intermedirios dos processos qumicos, solventes e

catalisadores, que devem ser no txicos e recuperveis (reciclveis) aps o uso, ou

biodegradveis. Espera-se que, no futuro, seja possvel usar mais matrias-primas

renovveis, tais como o dixido de carbono, alguns sais, alcatro e lamas, que,

actualmente, so consideradas como desperdcios sem valor.

Parece, assim, que o grande desafio das cincias qumicas o de criar novas

molculas e sistemas qumicos, ampliando o universo qumico, e aumentar as

capacidades futuras, em particular no campo da medicina.

Um dos campos que tem vindo a ganhar uma importncia crescente diz respeito

interface da Qumica com a Biologia e a Medicina. Com efeito, entre os maiores

desafios que se podem colocar s cincias qumicas est a inveno de medicamentos

que permitam tratar e at prevenir doenas vitimadoras em grande escala como o

cancro, a doena de Alzheimer, a demncia ou a diabetes, bem como a inveno de

materiais compatveis que permitam substituir partes do prprio organismo. Numa

- 10 -


meta mais longnqua estar a produo de sistemas qumicos organizados capazes de

imitar o funcionamento de clulas biolgicas.

Conhecer a diversidade de materiais naturais uma das grandes aspiraes

dos qumicos a par da capacidade de produzir um material para um fim especfico.

Diz-se, por isso, que a investigao sobre sntese qumica se dirige hoje procura de

processos que viabilizem a construo de molculas para um determinado fim.

Mas as preocupaes dos qumicos tambm se dirigem a uma melhor

compreenso da composio qumica e comportamento de grandes sistemas como rios,

lagos, oceanos, atmosfera e o prprio planeta. Quais so as interaces desses

sistemas entre si e como que os seus efeitos se repercutem na actividade humana e

na prpria constituio e equilbrio do planeta? Preocupamo-nos hoje com a

utilizao de produtos em condies de segurana para ns prprios e para o

ambiente. A segurana ambiental no mais vista apenas como uma preocupao local.

A legislao que regulamenta e fiscaliza as actividades industriais de produo, de

transporte, de armazenamento e de consumo de bens tem por base conhecimento

cientfico/qumico de modo a antecipar, detectar e evitar riscos para as pessoas e

para o ambiente, agora e no futuro.

Para a identificao de fenmenos atmosfricos, reconhecidos como problemas

ambientais escala planetria, foi crucial o contributo das cincias qumicas

(destaque-se a degradao do ozono estratosfrico e o aumento do efeito de estufa).

Associado compreenso das causas de efeitos to indesejados como estes para a

qualidade de vida e segurana do planeta est o desenvolvimento da chamada Qumica

Verde, isto , a concepo de produtos e respectivos processos de produo capazes

de gerir um impacto mnimo sobre o ambiente. Esta (dever ser!) a aspirao de

quem produz conhecimento cientfico-tecnolgico. No topo deste desgnio no podem

deixar de estar os recursos energticos e os processos de obteno de energia. A

procura de alternativas viveis aos combustveis fsseis tem de ser uma preocupao

dos cientistas e as cincias qumicas tm a um papel fundamental.

- 11 -


Mas no domnio da segurana contra ataques militares, terroristas,

criminosos, ou catstrofes naturais e acidentais, que importa desenvolver sistemas de

proteco. No entanto, a complexidade de problemas to vasta que ser sempre

necessria uma abordagem multidisciplinar, de modo que possamos dispor de sistemas

anti-armas nucleares, biolgicas ou qumicas. As cincias qumicas sero sempre um

domnio do conhecimento que no poder ser ignorado (12).

O conhecimento qumico parte fundamental do conhecimento cientfico.

Assim sendo, faz todo o sentido falar de literacia qumica, isto de uma Qumica

para todos, que seja capaz de dotar os cidados de competncias para usarem o

conhecimento qumico em ambientes no escolares, seja no acompanhamento das

descobertas cientficas, na compreenso dos argumentos usados nas controvrsias

sobre a sua aplicao, ou ainda, como consumidores (13).

nesta perspectiva que muitos investigadores em desenvolvimento curricular

vm defendendo que a educao em Cincias deve perseguir ideais de cultura

cientfica dos alunos, por oposio a uma lgica de mera instruo cientfica, que

promovam o desenvolvimento pessoal dos alunos e lhes permitam alcanar uma

participao social esclarecida. O modelo de ensino a usar deve assentar no recurso

inter e transdisciplinaridade dos saberes, abordagem de situaes-problema

retiradas de contextos reais, utilizao de estratgias de trabalho

metodologicamente diversificadas e necessidade de conduzir processos de avaliao

conceptualmente concordantes (12).

11..55 RREELLEEVVNNCCIIAA DDOO TTEEMMAA EEMM EESSTTUUDDOO

luz dos novos programas do Ensino Secundrio, a compreenso do mundo que

nos rodeia, nas mais variadas vertentes, tornou-se uma rea de

explorao/investigao muito rica, tornando-se fcil encontrar temas de estudo

aliciantes.

A utilizao em larga escala, a nvel industrial, dos chamados metais pesados,

acarreta grandes preocupaes a nvel da sade das populaes, para j no falar na

- 12 -


problemtica da sustentabilidade do nosso Planeta. Como a escala de tempo das

transformaes ambientais se est a tornar cada vez mais pequena associada a um

crescimento exponencial dos problemas ambientais, urge uma muito maior

consciencializao sobre este tipo de assuntos. O caso do crmio (e seus compostos)

um exemplo paradigmtico disso.

O crmio um elemento duplo, isto , por um lado est provado como

altamente txico e carcinognico, na forma de Cr(VI), mas como Cr(III), se em

quantidades vestigiais, tido como essencial para o metabolismo da glicose e dos

lpidos. O Cr(VI) um agente oxidante forte, facilmente reduzido a Cr(III), cujos

compostos so considerados cineticamente inertes, podendo, neste estado de

oxidao, ser abandonados, por exemplo em aterros, sem qualquer preocupao

acerca do seu real destino final. No entanto, nos ltimos anos, tem crescido o

interesse em estudar processos de biorremediao/fitorremediao para tratar solos

ou guas contaminados com metais pesados e, em particular, com o crmio. A escolha

do mtodo a utilizar assim dependente da mobilidade, distribuio e especiao

qumica deste elemento em solos e plantas.

O destino do crmio nos solos parcialmente dependente do potencial redox e

do pH destes, estando no entanto a presente, na maior parte dos casos, como

Cr(III). Nos solos, em condies redutoras, o Cr(VI) pode ser reduzido a Cr(III) por

espcies inorgnicas aquosas, por transferncia de electres na superfcie de

minerais, por reaces com substncias orgnicas (no-hmicas), como carbo-hidratos

e/ou protenas, e por substncias hmicas. O potencial de reduo Cr(VI)/Cr(III)

dependente do pH, aumentando com a diminuio deste. Em condies aerbicas, esta

reduo tambm se verifica em condies ligeiramente alcalinas, se o solo contiver

substncias orgnicas apropriadas para tal reduo. Nos horizontes mais profundos

do solo, com contedos em matria orgnica muito mais baixos, menor a

probabilidade de esta inibir, por reduo, a mobilidade do crmio na forma de

cromato.

- 13 -


Sob certas condies, o Cr(III) pode ser (re)-oxidado a Cr(VI), podendo

conduzir a problemas ambientais srios, embora este processo parea estar limitado

oxidao pelo O2 e/ou por xidos de mangans presentes nos solos e condicionado

pela baixa solubilidade dos compostos de Cr(III) e consequente baixa disponibilidade

do elemento. No entanto, a interaco de ligandos orgnicos, por exemplo libertados

por exudados de razes, pode aumentar a formao de espcies de Cr(III)

organicamente mveis e disponveis.

Este trabalho ir ser direccionado para o estudo especfico do destino final

dos metais pesados, nos solos, no caso particular dos compostos de crmio.

O tratamento pedaggico do assunto que se tem vindo a explanar pode

afigurar-se complexo, em termos de Ensino/Aprendizagem. No entanto, uma vez que

um tema de clara importncia, que requer uma abordagem cientfica e atraente, pode

vir a traduzir-se na Aprendizagem e na Compreenso de fenmenos que ocorrem no

mundo que nos rodeia.

11..66 OOBBJJEECCTTIIVVOOSS DDOO EESSTTUUDDOO

Definiram-se os seguintes objectivos decorrentes da escolha do tema:

Conhecer alguns problemas ambientais: - riscos associados forte industrializao;

- uso industrial de compostos de metais pesados;

- os resduos industriais;

Compreender o conceito de especiao qumica: - a qumica dos compostos de crmio em soluo;

Perceber como interagem os compostos de crmio com os solos; - as espcies de crmio presentes nos solos;

- as reaces redox nas quais o crmio se pode envolver;

Desenvolver um conjunto de actividades experimentais, a aplicar aos alunos do Ensino Bsico (8 Ano de Escolaridade) e do Ensino Secundrio (12 Ano

de Escolaridade), que permitam compreender as interaces das fases

- 14 -


slidas dos solos com as solues aquosas que contactam com eles (soluo de

solo) e com metais pesados (crmio).

11..77 OORRGGAANNIIZZAAOO DDOO EESSTTUUDDOO

Tendo como campo de actuao o tema seleccionado, a definio do problema e

os objectivos que se pretendem alcanar, o presente estudo foi organizado em cinco

fases, cada uma delas com procedimentos que esto desenvolvidos nos diferentes

captulos deste trabalho e que sucintamente se explanam a seguir:

Fase 1 Reviso de literatura relativa ao tema;

Fase 2 Identificao/contextualizao do tema nos contedos dos Programas

dos diferentes graus de Ensino;

Fase 3 Realizao de actividades experimentais simples para testar as

interaces de compostos de crmio com alguns dos constituintes

modelo inorgnicos dos solos e com amostras de solos reais;

Fase 4 Anlise dos resultados obtidos das experincias referidas no ponto

anterior;

Fase 5 Planificao e elaborao de Protocolos de experincias

demonstrativas simples, com base nas actividades experimentais

referidas no ponto 3, usando exemplos que permitam ilustrar os

assuntos/problemas e que possam enquadrar/potenciar o

Ensino/Aprendizagem do tema;

Fase 6 Consideraes / sugestes de aplicao deste trabalho.

- 15 -


RREEFFEERRNNCCIIAASS

(1) Solomon, J., (11999944), Science Education and Scientific Culture in Britain:

Influences During The Last Ten Years, in Gago, M. (Coord), O Futuro da

Cultura Cientfica, Lisboa: Instituto de Prospectiva, 61-97.

(2) Galvo, C., Neves, A., Freire, A.M., Lopes, A.M.S, Santos, M.C., Vilela, M.C.,

Oliveira, M.T., Pereira, M., (22000011), Cincias Fsicas e Naturais - Orientaes

Curriculares para o 3 ciclo do Ensino Bsico, Lisboa: Ministrio da Educao,

Departamento da Educao Bsica.

(3) Martins, I.P., Costa, J.A., Lopes, J.M.G., Magalhes, M.C., Simes, M.O.,

Simes, T.S., Bello, A., San-Bento, C., Pina, E.P., Caldeira, H., (22000011), Programa

de Fsica e Qumica A 10 Ano, Lisboa: Ministrio da Educao,

Departamento do Ensino Secundrio.

(4) Rutherford, F. J., Ahlgren, A., (11999900), Cincia para Todos, (traduo de

Martins, C.C., 1995), Lisboa: Gradiva - Publicaes.

(5) Cruz, M. N., (11998888), Desenvolvimento das Capacidades Metacognitivas e

Resoluo de Problemas, Gazeta de Fsica, 11, 51-55.

(6) Cachapuz, A., Praia, J., Jorge, M. P., (22000000), Perspectivas de Ensino das

Cincias, Coleco Formao de Professores, Porto: Centro de Estudos de

Educao em Cincia.

(7) Yager, R.E., (11999922), The Status of Science Technology Society. Reform

Efforts Around The World, Arlington: ICASE.

(8) Aikenhead, G., (11999944), STS Education International Perspectives on Reform,

New Work: Teachers College Press, 47-59.

(9) Santos, E., (11999999), Desafios Pedaggicos para o Sculo XXI. Suas Razes em

Foras de Mudana de Natureza Cientfica, Tecnolgica e Social, Lisboa:

Livros Horizonte.

(10) Caamao, A., (11999955), La Education CienciaTecnologiaSociedad: Una

Necesidad en el Diseo del Nuevo Curriculum de Ciencias, Alambique:

Didctica de las Ciencias Experimentales, 3, 4-6.

- 16 -


(11) Membiela, P.I., (11999977), Una Revisin del Movimiento Educativo Ciencia

TecnologaSociedad, Enseanza de las Ciencias, 15, 51 58.

(12) Martins, I.P., Costa, J.A.L., Lopes, J.M.G., Simes, M.O., Claro, P.R., Simes,

T.S., (22000044), Programa de Qumica 12 Ano, Curso Cientfico-Humanstico de

Cincias e Tecnologias, Lisboa: Ministrio da Educao, Direco Geral de

Inovao e de Desenvolvimento Curricular.

(13) Martins, A., Malaquias, I., Martins, D., Sampaio, A., Martins, A., Fiza, E.,

Silva, M., Neves, M., Soares, R., Gavito, P., Valadares, M., Costa, M., Mendes,

M., (22000022), Livro Branco da Fsica e da Qumica, Lisboa: Sociedade Portuguesa

de Qumica, Sociedade Portuguesa de Fsica.

- 17 -


- 18 -

____________________________________________________________________ 22

IIDDEENNTTIIFFIICCAAOO//CCOONNTTEEXXTTUUAALLIIZZAAOO DDOO TTEEMMAA NNOOSS CCOONNTTEEDDOOSS DDOOSS PPRROOGGRRAAMMAASS DDOOSS

DDIIFFEERREENNTTEESS GGRRAAUUSS DDEE EENNSSIINNOO

- 19 -

____________________________________________________________________ 22

- 20 -

___________Identificao/Contextualizao do tema nos contedos dos programas dos diferentes graus de ensino

22.. IIDDEENNTTIIFFIICCAAOO//CCOONNTTEEXXTTUUAALLIIZZAAOO DDOO TTEEMMAA NNOOSS CCOONNTTEEDDOOSS DDOOSS PPRROOGGRRAAMMAASS DDOOSS DDIIFFEERREENNTTEESS GGRRAAUUSS DDEE EENNSSIINNOO

22..11 AANNLLIISSEE DDOOSS PPRROOGGRRAAMMAASS

22..11..11 EEnnssiinnoo BBssiiccoo

No ano lectivo de 2002/2003 os professores e os alunos do 7 ano do Ensino

Bsico enfrentaram alteraes relevantes de currculo, decorrentes da Reorganizao

Curricular. Esta surgiu na sequncia do Projecto de Reflexo Participada Sobre os

Currculos do Ensino Bsico, iniciado no ano lectivo de 1996/1997, o qual possibilitou

um diagnstico da situao do Ensino Bsico. Estava-se perante uma sria dificuldade

em promover o cumprimento da escolaridade obrigatria, verificando-se, ao nvel do

3 ciclo, elevadas taxas de abandono e de insucesso escolar (1).

O Decreto Lei n 6/2001 (2), de 18 de Janeiro, que regulamenta a

Reorganizao Curricular do Ensino Bsico, estabelece os princpios orientadores da

organizao e da gesto curricular deste grau de ensino, bem como da avaliao das

aprendizagens e do processo de desenvolvimento do currculo nacional, entendido

como o conjunto de aprendizagens e competncias, que integram os conhecimentos, as

capacidades, as atitudes e os valores a desenvolver pelos alunos ao longo do Ensino

Bsico, de acordo com os objectivos consagrados na Lei de Bases do Sistema

Educativo para este nvel de ensino. Dos objectivos do Ensino Bsico podem destacar-

se alguns, pelo contributo que a Qumica pode dar sua consecuo (3):

Assegurar uma formao geral comum a todos o portugueses, que lhes garanta a descoberta e o desenvolvimento dos seus interesses e aptides,

das suas capacidades de raciocnio, memria e esprito crtico, criatividade,

sentido moral e sensibilidade esttica, promovendo a realizao individual em

harmonia com os valores da solidariedade social;

- 21 -


Assegurar que nesta formao sejam equilibradamente inter-relacionados o saber e o saber fazer, a teoria e a prtica, a cultura escolar e a cultura do

quotidiano;

Proporcionar a aquisio de atitudes autnomas, visando a formao de cidados civicamente responsveis e democraticamente intervenientes na

vida comunitria;

Fomentar o gosto por uma constante actualizao de conhecimentos.

A Qumica, como forma de explicar o mundo, pode contribuir para a consecuo

dos objectivos anteriormente citados, na medida em que uma formao geral dos

cidados inclui, necessariamente, conhecimentos bsicos de Qumica, que lhes

permitam a compreenso e a interaco com a Cincia e a Tecnologia que os rodeia.

Alm disso, o ensino da Qumica pretende desenvolver um conjunto de competncias e

de valores claramente presentes nestes objectivos (1).

Das principais inovaes introduzidas pela Reviso Curricular do Ensino Bsico

assumem particular relevo a gesto do tempo lectivo, a introduo de reas

curriculares no disciplinares rea de Projecto, Estudo Acompanhado, Formao

Cvica - a obrigatoriedade do ensino experimental das cincias, a organizao dos

programas das cincias em torno de temas gerais e, principalmente, a introduo da

ideia de um ensino para o desenvolvimento de competncias a atingir at ao final

deste nvel de ensino. A educao para a cidadania, assim como o aprofundamento da

aprendizagem das lnguas modernas, o desenvolvimento da educao artstica, o

reforo do ncleo central da lngua materna e da Matemtica, a valorizao da

dimenso humana do trabalho e a utilizao das tecnologias de comunicao e

informao, so apontadas como formaes transdisciplinares que, por isso, devem

ser desenvolvidas em todas as componentes do currculo.

Apresenta-se, assim, um conjunto de competncias de carcter geral, a

desenvolver ao longo do Ensino Bsico e, tambm, um outro conjunto de competncias

especficas, que dizem respeito a cada uma das reas disciplinares ou disciplinas.

- 22 -


Competncias gerais:

1. Mobilizar saberes culturais, cientficos e tecnolgicos, para

compreender e para abordar situaes e problemas do quotidiano;

2. Usar, adequadamente, para se expressar, linguagens das diferentes

reas do saber cultural, cientfico e tecnolgico;

3. Usar correctamente a lngua portuguesa para comunicar de forma

adequada e para estruturar pensamento prprio;

4. Usar lnguas estrangeiras para comunicar adequadamente em situaes

do quotidiano e para apropriao de informao;

5. Adoptar metodologias de trabalho e de aprendizagem personalizadas,

adequadas a objectivos visados;

6. Pesquisar, seleccionar e organizar informao para a transformar em

conhecimento mobilizvel;

7. Adoptar estratgias adequadas resoluo de problemas e tomada de

decises;

8. Realizar actividades de forma autnoma, responsvel e criativa;

9. Cooperar com outros em tarefas e projectos comuns;

10. Relacionar harmoniosamente o corpo com o espao, numa perspectiva

pessoal e interpessoal promotora da sade e da qualidade de vida (3).

Se se adoptar uma noo ampla para o termo competncia, esta dever

integrar conhecimentos, capacidades e atitudes que possam ser entendidas como

saber em aco ou em uso. A competncia diz respeito ao processo de activar

recursos (conhecimentos, capacidades, estratgias), em diversos tipos de situaes,

nomeadamente em situaes problemticas. Da que no se possa falar em

competncia sem lhe associar algum grau de autonomia em relao ao uso do saber. A

prpria designao de competncias essenciais procura salientar os saberes que se

consideram fundamentais para todos os cidados, na nossa sociedade actual, tanto a

nvel geral como nas diversas reas do currculo (3). Devem definir-se, do mesmo

modo, as competncias especficas que, para cada disciplina, devero permitir

- 23 -


identificar os saberes que se desenvolvam nos alunos, a compreenso da natureza e

dos processos dessa disciplina, assim como uma atitude positiva face actividade

intelectual e ao trabalho prtico que lhe so inerentes.

Neste novo quadro, a rea disciplinar de Cincias Fsicas e Naturais est

organizada, ao longo dos trs ciclos do Ensino Bsico, em torno de quatro temas (3):

Terra no Espao Terra em Transformao Sustentabilidade na Terra Viver Melhor na Terra

Figura 2.1 Esquema representativo dos quatro temas organizadores do Ensino Bsico (4).

- 24 -


Todos estes temas tm subjacente a ideia estruturante de que Viver melhor

no planeta Terra pressupe uma interveno humana crtica e reflectida, visando um

desenvolvimento sustentvel que, tendo em considerao a interaco Cincia,

Tecnologia, Sociedade e Ambiente, se fundamente em opes de ordem social e tica

e em conhecimento cientfico esclarecido sobre a dinmica das relaes sistmicas

que caracterizam o mundo natural e sobre a influncia dessas relaes na sade

individual e comunitria (3). Assim, todas as aprendizagens devero ser

direccionadas para que os alunos atinjam este grande objectivo.

As Cincias Fsicas e Naturais so apresentadas em dois nveis diferentes, que

se interligam para dar sentido ao currculo de uma forma global (4).

Num primeiro nvel cada um dos temas organizadores desenvolvido atravs

de dois conjuntos de questes de partida: um de abordagem mais geral, que implica,

por vezes, a natureza da Cincia e a do conhecimento cientfico; o outro, de

abordagem mais especfica. Os dois conjuntos de questes relacionam-se com

contedos abordados nas duas disciplinas.

Cada tema e respectivas questes de partida do lugar a dois conjuntos de

contedos, um de Cincias Naturais e outro de Cincias Fsico-Qumicas, que podem

ser lidos de uma forma interdisciplinar.

Num segundo nvel de abordagem, aparecem algumas indicaes de

desenvolvimento dos contedos referidos anteriormente, num conjunto de sugestes

de experincias educativas que procuram integrar vrios aspectos inerentes ao ensino

e aprendizagem dos alunos em cincias. Assim, referem-se exemplos de

experincias educativas conducentes ao desenvolvimento de competncias de

natureza diversa, isto , gerais, transversais e coordenadas, com as inerentes s

Cincias Fsicas e Naturais. Trata-se de propostas que podem ser seguidas, adaptadas

ou substitudas por outras que os professores entendam, de acordo com as

caractersticas dos alunos e contextos educativos (4).

- 25 -


Relativamente relao entre as componentes de Fsica e de Qumica, nesta

reorganizao curricular, a separao j no to evidente como nos programas

anteriores, o que representa um avano importante na evoluo para um currculo

interdisciplinar. Dentro do mesmo tema organizador surgem conceitos de Qumica e

de Fsica, utilizados de forma complementar, para explicar os fenmenos que se

pretende.

No novo quadro, as Cincias Fsico Qumicas e as Cincias Naturais iniciam-se

no 7ano e prolongam-se at ao 9 ano. Alm disso, no h uma distribuio rgida do

tempo lectivo por cada uma das disciplinas ao longo dos trs anos. No entanto, a

nenhuma delas, em cada ano, dever ser atribuda uma carga horria semanal inferior

a 90 minutos.

Saliente-se que a opo pelo termo orientaes curriculares, em vez de

programas, inscreve-se na ideia de flexibilizao curricular, tentando que o currculo

formal possa dar lugar a decises curriculares que impliquem diferentes prticas de

ensino e de aprendizagem (4).

22..11..22 EEnnssiinnoo SSeeccuunnddrriioo

No que respeita ao Ensino Secundrio, este, como ciclo de estudos ps-

obrigatrio, ocupa um lugar determinante na construo do futuro. Um nmero cada

vez maior de jovens tem acesso a este nvel de ensino e necessrio que este lhes

proporcione aprendizagens significativas para uma formao que permita, no s o

prosseguimento de estudos, mas tambm a entrada qualificada no mundo do trabalho.

A democratizao do sistema de ensino portugus e o alargamento da

escolaridade obrigatria levou a uma transformao significativa na populao

escolar. Cada vez mais alunos, provenientes dos diversos meios sociais, econmicos e

culturais, tm hoje acesso ao Ensino Secundrio Ensino de Massas. Assim, os

objectivos do Ensino Secundrio visam desenvolver no indivduo capacidades e

competncias que lhes permitam prosseguir estudos ou ingressar na vida activa.

igualmente fundamental que a reviso curricular assuma frontalmente o dever que lhe

- 26 -


assiste de recuperar atrasos e de contribuir para um nvel de literacia e de cultura

mais elevado dos alunos que frequentam a escola, aproximando-os dos seus colegas de

pases mais desenvolvidos (5).

O Ensino Secundrio tem a durao de trs anos e est organizado de forma

diferenciada, contemplando a existncia de cursos predominantemente orientados

para a vida activa (Cursos Tecnolgicos) e cursos orientados para o prosseguimento

de estudos (Cursos de Carcter Geral).

A disciplina de Fsica e Qumica A uma das trs disciplinas do tronco comum

da componente de formao especfica do Curso Geral de Cincias Naturais e do

Cursos Geral de Cincias e Tecnologias do Ensino Secundrio e d continuidade

disciplina de Cincias Fsico Qumicas, do 3 ciclo do Ensino Bsico. Representa, por

isso, uma via para os alunos aprofundarem conhecimentos relativos Fsica e

Qumica, duas reas estruturantes do conhecimento das cincias experimentais.

uma disciplina bienal (10 e 11 anos), com 4,5 horas por semana, isto , trs sesses

de 90 minutos cada, sendo uma delas exclusivamente de carcter prtico-laboratorial.

A disciplina de Fsica e Qumica A ter, portanto, de ser encarada como uma

via para o crescimento dos alunos e no como o espao curricular onde se

empacotam conhecimentos exclusivamente do domnio cognitivo, com pouca ou

nenhuma ligao sociedade (5).

A componente de Qumica dos 10 e 11 anos procura constituir-se como um

caminho para que os alunos possam alcanar um modo de interpretao do mundo que

os rodeia, naquilo que o constitui hoje, no quanto e como se afasta do que foi no

passado e de possveis cenrios de evoluo futura.

O programa da disciplina de Fsica e Qumica A pretende cobrir, ao longo dos

10 e 11 anos, um conjunto de temas e conceitos de Qumica e de Fsica importantes

para a consolidao, pelos alunos, de um modo de compreender, ainda que simplificado,

alguns fenmenos naturais ou provocados, numa perspectiva de cidadania e que

permita uma escolha consciente de uma carreira futura ligada (ou no) a este estudo.

- 27 -


Deste modo, em cada um dos referidos anos do nvel Secundrio, o programa

estrutura-se em unidades, definidas segundo um tema abrangente com uma forte

dimenso social. O programa de 10 ano, na componente de Qumica, est organizado

em duas Unidades, precedidas de um Mdulo Inicial - Materiais: diversidade e

constituio e estruturadas em torno de um tema:

Unidade 1 Das Estrelas ao tomo; Unidade 2 Na Atmosfera da Terra: Radiao, Matria e Estrutura. O Programa de 11 ano est organizado em duas unidades, centradas em

temticas diferentes:

Unidade 1 Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios; Unidade 2 Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra. No final do 11 Ano, na componente de Qumica, os alunos devero alcanar

uma viso sobre (5):

a diversidade das substncias existentes (famlias grupos funcionais; estrutura ligao qumica; composio elementos qumicos);

a interpretao qumica da organizao do mundo material (Tabela Peridica dos Elementos Qumicos; estrutura atmica alguns modelos);

a natureza das reaces qumicas que podem ocorrer (reaces de cido base, de precipitao, de oxidao-reduo) e modelos interpretativos

(equilbrio qumico).

Relativamente disciplina de Qumica do 12 ano, esta uma das disciplinas

que integram o plano de estudos da componente de Formao Especfica do Curso

Cientfico-Humanstico de Cincias e Tecnologias do Ensino Secundrio, sendo de

carcter opcional. Trata-se, portanto, de uma disciplina terminal do Ensino

Secundrio, que deve proporcionar uma viso actual de aspectos relevantes do

conhecimento qumico, estruturantes de uma forma cientfica de interpretar o mundo,

e permitir prosseguir para interpretaes mais aprofundadas em estudos de nvel

superior. Desenvolve-se com uma carga semanal de trs aulas de 90 minutos cada,

- 28 -


assumindo uma das sesses semanais o formato de aula prtico-laboratorial, a ser

conduzida num laboratrio equipado para o efeito (6). Para optimizao do

acompanhamento do trabalho dos alunos pelo professor, a turma dever ser

desdobrada conforme o estipulado no Despacho n 13765/2004, de 8 de Junho (7).

A disciplina de Qumica procura inserir-se na orientao cientfico-humanista

do ensino das cincias, a qual tem vindo a ser defendida por um nmero crescente de

investigadores e associaes cientficas de educao em cincia, entendida como

aquela que permite aos alunos compreender fenmenos de cariz cientfico-

tecnolgico, onde a construo do conhecimento enquadrada num leque vasto de

competncias, atitudes e valores importantes e, por isso, teis para o crescimento

pessoal, social e profissional de cada aluno e para a consolidao de princpios

prprios da democracia.

Assume-se que a orientao do ensino da Qumica no 12 ano dever reger-se

por princpios que promovam a literacia cientfica (6):

- Ensinar Qumica como um dos pilares da cultura do mundo moderno;

- Ensinar Qumica para o dia-a-dia;

- Ensinar Qumica como forma de interpretar o mundo;

- Ensinar Qumica para a cidadania;

- Ensinar Qumica para compreender a sua inter-relao com a tecnologia;

- Ensinar Qumica para melhorar atitudes face a esta Cincia;

- Ensinar Qumica por razes estticas;

- Ensinar Qumica para preparar escolhas profissionais.

A disciplina de Qumica tem como finalidade criar condies para que os alunos

que a ela acedam no final do Ensino Secundrio, tal como foi dito anteriormente,

possam alargar o leque de competncias que a disciplina de Fsica e Qumica, e em

particular a componente de Qumica, ter permitido desenvolver. Tomam-se como

referncia competncias que autores contemporneos e organizaes como a OCDE

consideram serem fundamentais para a promoo da literacia cientfica. So trs as

dimenses de competncias a considerar: os saberes, as aces e os valores, as quais,

- 29 -


no caso da Qumica, podero ser as que a seguir se enumeram e que incluem

competncias diversas (6):

A dimenso dos saberes: - de contedo (conhecimento declarativo e conceptual do domnio da Qumica);

- epistemolgicas (viso geral sobre o significado da Cincia, e da Qumica em

particular, como forma de ver o mundo, distinta de outras interpretaes).

A dimenso das aces: - de aprendizagem: capacidade para usar diferentes estratgias de aprendizagem

e modos de construo de conhecimento cientfico;

- sociais: capacidade para cooperar em equipa de forma a recolher dados,

executar procedimentos ou interpretar informao cientfica;

- processuais: capacidade para observar, experimentar, avaliar, interpretar

grficos, mobilizar destrezas matemticas, usar modelos, analisar criticamente

situaes particulares, gerar e testar hipteses;

- comunicativas: capacidade para usar e compreender linguagem cientfica,

registar, ler e argumentar usando informao cientfica.

A dimenso dos valores: - ticas: conhecimento de normas e sua relatividade em contextos locais e ainda

do seu carcter temporal.

O programa de Qumica do 12 Ano est organizado em trs unidades, cada

uma delas sobre um tema prprio, mas todas elas subordinadas temtica geral

Materiais, sua estrutura, aplicaes e implicaes da sua produo e utilizao. Os

temas escolhidos so (6):

Unidade 1 Metais e Ligas Metlicas; Unidade 2 Combustveis, Energia e Ambiente; Unidade 3 Plsticos, Vidros e Novos Materiais.

- 30 -


22..22 CCOONNTTEEXXTTUUAALLIIZZAAOO DDOO TTEEMMAA

Depois de analisados os programas e seus contedos pode concluir-se que o

tema em estudo O Destino Final dos (Resduos de) Metais Pesados: O Caso dos

Compostos de Crmio poder ser abordado nas seguintes unidades:

8 Ano

Tema Organizador - Sustentabilidade na Terra Unidade 2 Reaces Qumicas: Tipos de Reaces Qumicas

Nesta unidade, cujo tema geral so as reaces qumicas, so abordados

diferentes tipos de reaces qumicas, nomeadamente as reaces de cido-base

(escala de pH).

11 Ano

Unidade 2 Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra Nesta unidade abordado o tema geral da gua e algumas das reaces que

nos permitem afirmar que as solues aquosas naturais so excelentes contextos para

a abordagem e aprofundamento de conceitos qumicos importantes, nomeadamente de

reaces de cido-base, precipitao e oxidao - reduo (8). Os objectos de ensino,

assim como os objectivos de aprendizagem desta unidade de ensino esto descritos

no Anexo 1, representando-se na Figura 2.2 o mapa de conceitos desta unidade.

12 Ano

Unidade 1 Metais e Ligas Metlicas Nesta unidade, cujo tema geral so os metais e as ligas metlicas, so

abordados tpicos como a ligao metlica, as propriedades dos metais, em geral, e

dos metais de transio, em particular, e, entre outros, as reaces de oxidao

reduo que ocorrem na corroso e nas pilhas e na proteco de metais (6). Nesta

unidade tambm se abordam conceitos qumicos aplicveis ao tema em estudo, como

as reaces de complexao, as propriedades cido-base das solues de xidos e

sais e a ligao qumica. Os objectos de ensino, assim como os objectivos de

aprendizagem desta unidade de ensino esto descritos no Anexo 2, representando-se

na Figura 2.3 o mapa de conceitos desta unidade.

- 31 -


Reaces de oxidao-reduo

Figura 2.2 Mapa de conceitos da Unidade 2: Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra (8).

- 32 -


Reaces

Redox

Figura 2.3 Mapa de conceitos da Unidade 1: Metais e Ligas Metlicas (6).

- 33 -



(1) Osrio, M.M., (22000055), Ligaes Inter e Intramoleculares: Ensino

/Aprendizagem no Ensino Secundrio, Aveiro: Universidade de Aveiro,

(Dissertao de Mestrado em Ensino de Fsica e Qumica).

(2) Decreto Lei n 6/2001, de 18 de Janeiro, publicado no Dirio da Repblica.

(3) Abrantes, P., (22000011), Currculo Nacional do Ensino Bsico Competncias

Essenciais, Lisboa: Ministrio da Educao, Departamento da Educao Bsica.

(4) Galvo, C., Neves, A., Freire, A.M., Lopes, A.M.S., Santos, M.C., Vilela, M.C.,

Oliveira, M.T., Pereira, M., (22000011), Cincias Fsicas e Naturais - Orientaes

Curriculares para o 3 ciclo do Ensino Bsico, Lisboa: Ministrio da Educao,

Departamento da Educao Bsica.

(5) Martins, I.P., Costa, J.A., Lopes, J.M.G., Magalhes, M.C., Simes, M.O.,

Simes, T.S., Bello, A., San-Bento, C., Pina, E.P., Caldeira, H., (22000011), Programa

de Fsica e Qumica A 10 Ano, Lisboa: Ministrio da Educao,

Departamento do Ensino Secundrio.





(7) Despacho n 13765/2004, de 8 de Junho, publicado no Dirio da Repblica.

(8) Martins, I.P., Costa, J.A.L., Lopes, J.M.G., Simes, M.O., Simes, T.S., Bello, A.,

San-Bento, C., Pina, E.P., Caldeira, H., (22000033), Programa de Fsica e Qumica A

11 Ano, Lisboa: Ministrio da Educao, Departamento do Ensino Secundrio.

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IIMMPPAACCTTOO DDOOSS MMEETTAAIISS PPEESSAADDOOSS NNOO AAMMBBIIEENNTTEE

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_________________________________________________________Impacto dos metais pesados no ambiente

33.. IIMMPPAACCTTOO DDOOSS MMEETTAAIISS PPEESSAADDOOSS NNOO AAMMBBIIEENNTTEE

33..11 DDEESSEENNVVOOLLVVIIMMEENNTTOO IINNDDUUSSTTRRIIAALL

Apesar de a Idade dos Metais, que mudou radicalmente a civilizao, se ter

iniciado cerca de 8000 a.C., no se pode apontar uma data definida de incio deste

Perodo e de termo da Idade da Pedra.

A tecnologia do ser humano primitivo foi-se desenvolvendo e,

progressivamente, os metais e as ligas metlicas, transformados em artefactos, cada

vez mais sofisticados, foram sendo marcos da civilizao. O fabrico de armas e de

ferramentas transformou aldeias em cidades, conduziu os povos a guerras pela

conquista de territrios ricos em metais. O ouro e a prata, metais raros, tornaram-se

smbolos da riqueza de civilizaes, tendo sido utilizados no fabrico de moedas e de

jias.

O ferro, utilizado pela primeira vez no Mediterrneo Oriental, cerca de 1500

anos a.C., somente 900 anos mais tarde deu incio sua Era na Europa Ocidental e na

China. Rapidamente se descobriu que era possvel endurecer o ferro aquecendo-o em

contacto com o carvo e mergulhando-o, ainda quente, em gua: o ao fez assim a sua

primeira apario. No se pode falar de ao como um nico material, j que existem

vrias ligas de ferro e carbono, que so designadas genericamente por ao, com uma

grande variedade de outras substncias incorporadas.

Os metais foram, assim, progressivamente extrados da crosta terrestre,

transformados e utilizados, de tal forma que nos impossvel pensar na vida

quotidiana sem metais, quer eles sejam usados na sua forma pura, ou em ligas, ou na

constituio de sais. De acordo com as propriedades de cada um destes materiais, os

seus usos so incomensurveis e nas reas mais diversificadas: na conduo de

corrente elctrica, em joalharia, no fabrico de utenslios domsticos, de mobilirio,

de armas, na aeronutica, na construo civil, como supercondutores, em

computadores, nos transportes, em clulas fotoelctricas, em aplicaes biomdicas e

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cirrgicas, na actual produo dos chamados metais com memria de forma e dos

compsitos de matriz metlica (1).

No entanto, o uso em larga escala dos materiais metlicos acarreta problemas

para a humanidade. Por um lado, a escassez dos recursos naturais, que torna

premente a necessidade da sua reciclagem e revalorizao; por outro lado, as

consequncias nefastas da sua degradao, quer para a sociedade em geral, quer para

o ambiente em particular, atravs da deteriorao da qualidade da gua, do ar e do

solo, que obrigam ao tratamento e proteco dos materiais de forma a inviabilizar a

corroso que deles apangio (2,3).

33..22 PPOOLLUUIIOO AAMMBBIIEENNTTAALL

A poluio um dos problemas ambientais mais srios, sendo uma ameaa

sade pblica da Humanidade, bem como ao ecossistema global. Como tal, torna-se

necessrio um conhecimento profundo desta questo, no sentido da sua minimizao

para cada problema em particular (4).

O destino dos metais pesados no ambiente tem recebido, ao longo das ltimas

dcadas, um interesse crescente por parte dos cientistas das diversas reas. Esta

preocupao est associada crescente produo mundial e aos usos comuns e,

consequentemente, ao aumento das emisses para o ambiente, o que resulta num

perigo crescente para a sade humana e de outros seres vivos, sujeitos a elevadas

concentraes de metais no ar, na gua e nos alimentos. Indubitavelmente, uma das

foras impulsionadoras para o progresso da luta contra a poluio ambiental foi um

conhecimento crescente do impacto ambiental dos metais pesados.

Uma vez presentes nos solos, no ar ou nas guas, seja por ocorrncia natural

ou por aco antrpica (3,5,6), os metais pesados, quer os essenciais ou os no-

essenciais para os organismos vivos, podem entrar na cadeia alimentar e, ao atingirem

concentraes elevadas nas plantas, animais e Homem, causar problemas de

toxicidade, que podem culminar com a morte.

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O reconhecimento dos riscos ambientais, a par com a evoluo de tcnicas

analticas e o acesso a instrumentao avanada, levou a um rpido desenvolvimento

da investigao nesta rea (5).

Com vista a diminuir a poluio do ambiente com metais pesados, torna-se

necessrio implementar medidas concretas e especficas. Algumas tecnologias

disponveis para a remoo de ies de metais pesados de solues aquosas so a

precipitao, a troca inica, a coagulao e as biorremediao e soro/adsoro. A

adsoro em substrato slido a tcnica mais utilizada, devido sua elevada

eficincia, fcil manuseamento e eficincia de custos, bem como da disponibilidade

dos diferentes adsorventes (3).

Os metais, provenientes de efluentes domsticos e industriais, depois de

sujeitos ao tratamento de resduos, podem seguir vrios caminhos - ser depositados

em aterros desenhados para o efeito, onde persistem, no sendo biodegradados ou

ser reciclados na indstria.

Os metais pesados podem ainda provir de processos de lixiviao de solos e

sedimentos contaminados, escombreiras, e, tambm neste caso, podem seguir vrios

caminhos, nomeadamente ser adsorvidos nas fases slidas do solo, ou mobilizados, sob

forma particulada ou dissolvidos, para os rios, lagos e guas subterrneas, que so

importantes fontes de gua potvel. A exposio aos metais pesados por ingesto de

gua (particularmente em locais em que a gua reutilizada) e de alimentos, pode

levar acumulao de metais em animais, plantas e seres humanos. Este fenmeno

pode mesmo levar extino, ou alterao do tipo de plantas e dos animais (7).

33..33 CCOONNTTAAMMIINNAAOO DDEE SSOOLLOOSS

- Metais pesados

A contaminao por metais pesados pode afectar todos os ambientes. No

entanto, os seus efeitos so muito mais duradouros nos solos, devido adsoro

relativamente forte de muitos metais pesados pelas vrias fases slidas dos solos,

como as substncias hmicas, e outro material particulado existente nos solos (4).

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A contaminao com metais pesados aumentou dramaticamente desde a

revoluo industrial e, em particular, a poluio dos solos com metais como o cdmio, o

chumbo, o crmio, etc., sendo este um problema preocupante. Apesar destes

elementos se encontrarem em quantidades vestigiais nos solos (rochas, minerais) a

contaminao destes provm no s de fontes naturais (erupes vulcnicas,

redistribuio por aco elica ou hdrica) mas, sobretudo, da poluio antrpica,

nomeadamente da industrial (principalmente da indstria qumica e mineira), da

agrcola (rega com guas poludas, uso de fertilizantes, estrumes contaminados, lamas

e pesticidas), da incinerao de resduos, da combusto de combustveis fsseis e do

trfico automvel (4,5,8-11). Verificou-se, por exemplo, que os nveis de chumbo nos

solos e na vegetao aumentaram consideravelmente devido ao trfico automvel, isto

ao uso de combustveis contendo chumbo e utilizao exaustiva de combustveis

fsseis (2).

A reteno dos metais pelos solos tem sido um importante campo de

investigao nos ltimos anos, tendo sido desenvolvidos vrios modelos matemticos,

com o objectivo de prever a especiao qumica dos metais nas guas naturais, alm

de modelos mecansticos, destinados a quantificar a reteno dos metais pelos

constituintes do solo (orgnicos e minerais) (12).

A acumulao e a persistncia de metais pesados nas camadas superficiais do

solo, a sua disponibilidade e potencial toxicidade so as principais razes para ser

conduzida investigao intensiva nesta rea. As concentraes totais de metais nos

solos tm grande interesse, mas tambm a sua especiao qumica e caractersticas

microscpicas, que permitem ter um melhor conhecimento sobre a solubilidade e a

disponibilidade dos elementos (5).

O comportamento dos metais nos solos e os efeitos biolgicos causados pela

sua presena em concentraes elevadas so fortemente determinados pelos

processos de libertao do metal a partir da fase slida para a soluo do solo, bem

como pelos factores que influenciam as formas qumicas dos metais na soluo do solo.

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A disponibilidade das espcies metlicas presentes na soluo do solo e no

especificamente ligadas s fases slidas, mais do que elevadas quantidades de metais

na fase slida, provoca efeitos biolgicos adversos na biota do solo e controla a

absoro de metais pelas plantas superiores e a sua entrada na cadeia alimentar (5).

A toxicidade dos metais existentes nos solos influenciada quer pelas suas

concentraes totais, quer pelos factores inerentes ao solo, que determinam a

disponibilidade daqueles. Por outro lado, os microorganismos do solo e as plantas

superiores afectam o comportamento dos metais nos solos e a sua especiao, isto ,

no s a sua natureza qumica como tambm o seu comportamento biolgico, com

vrios mecanismos bioqumicos envolvidos (5).

33..44 MMTTOODDOOSS DDEE RREEMMEEDDIIAAOO

H algumas dcadas os problemas ambientais no eram considerados

prioritrios, ao contrrio do que sucede nos dias de hoje. Por exemplo, actualmente,

tm sido usadas algumas espcies de fungos, lquenes e plantas superiores, para

detectar a deposio, acumulao e distribuio da poluio com metais, devido sua

elevada capacidade para os acumular (2).

Os resduos de extraco de metais que contm grandes quantidades destes,

podem facilmente contaminar os solos locais, as guas subterrneas e as guas

superficiais por lixiviao e pela eroso provocada pela gua e pelo vento. Devido aos

efeitos txicos dos metais pesados, a maioria das plantas no consegue sobreviver

nestes ambientes e, em algumas reas, foram tambm destrudas paisagens com valor

ecolgico. Torna-se necessrio remediar estas reas contaminadas, particularmente

em reas de explorao mineira (6).

Apesar de alguns mtodos usados para remediar solos contaminados, como a

separao mecnica/pirometalrgica ou o tratamento qumico, serem eficientes,

estes so normalmente dispendiosos, muito trabalhosos e alteram completamente

todas as caractersticas dos solos (13).

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A fitorremediao uma tecnologia relativamente nova, que consiste no uso de

plantas para extrair metais pesados e outros ies como por exemplo o io nitrato,

sendo uma alternativa atractiva s tecnologias convencionais, devido ao baixo custo

para implementao e manuteno dos sistemas. Esta tecnologia aplicada de forma

intensiva nas estaes de tratamento de guas residuais, para melhorar a qualidade

da gua que lanada no ambiente.

Recentemente, o progresso no desenvolvimento tecnolgico da fitorremediao

tem conduzido manipulao gentica de plantas para facilitar a absoro de metais

pesados pelas plantas e a sua adaptao a concentraes elevadas de certos metais.

Assim, esta tcnica apresenta um enorme potencial para se tornar uma alternativa

efectiva, amiga do ambiente e barata, relativamente a outras tcnicas de remediao

(13-16).

A fitorremediao pode ocorrer atravs de vrios mecanismos dos quais se

referem os seguintes:

Fitoextraco - absoro e acumulao de metais pesados nos tecidos das

plantas. Os contaminantes podem ser absorvidos e armazenados pelas razes e/ou

serem transportados e acumulados nas partes areas das plantas. Esta tcnica

utiliza plantas chamadas hiperacumuladoras capazes de armazenar altas

concentraes de metais.

Fitoestabilizao imobilizao de contaminantes orgnicos ou inorgnicos

presentes nos solos, por incorporao nos tecidos celulares das plantas ou no

hmus do solo, precipitao na forma de sais pouco solveis, que podem ser

incorporados na matriz do solo. Este procedimento tem como objectivo evitar a

mobilizao dos contaminantes e limitar a sua difuso no solo, atravs do

crescimento de uma cobertura vegetal, bem adaptada contaminao dos solos.

Rizofiltrao - absoro, concentrao e/ou precipitao de contaminantes

presentes em meios aquosos, particularmente de metais pesados, atravs do

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sistema radicular de plantas, pela acumulao do elemento nos tecidos das razes

das plantas que crescem em guas contaminadas (17).

Actualmente, tm sido desenvolvidas tcnicas de remediao de solos

recorrendo a tratamento qumico que conserva as caractersticas dos solos, no qual se

promove a imobilizao dos metais in situ atravs de mecanismos de quelao, de

reduo e/ou de oxidao, e de formao de fases slidas muito pouco solveis (15).






(2) eliK, A., (22000055), Determining the heavy metal pollution in Denizli (Turkey) by

using Robinio pseudo-acacia L., Environment International, 31, 105112.

(3) Saxena, S., DSouza, S.F., (22000066), Heavy metal pollution abatement using

rock phosphate mineral, Environment International, 32, 199202.

(4) Alloway, B.J., Ayres, D.C., (11999933), Chemical Principles of Environmental

Pollution, Glasgow: Blackie Academic & Professional. (5) Weber, J., Karczewska, A., (22000044), Biogeochemical processes and the role of

heavy metals in the soil environment, Geoderma, 122, 105107.

(6) Wei, S., Zhou, Q., Wang, X., (22000055), Identification of weed plants excluding

the uptake of heavy metals, Environment International, 31, 829834.

(7) Mulligan, C. N., Yong, R. N., Gibbs, B. F., (22000011), Remediation technologies for

metal-contaminated soils and groundwater: an evaluation, Engineering

Geology, 60, 193207.

(8) Alloway, B. J., (11999900), The origins of heavy metals in soils. In: Heavy Metals in

Soils, New York: Wiley, Blackie Academic & Professional, 2939.

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(9) Capitelli, F., Colao, F., Provenzano, M.R., Fantoni, R., Brunetti, G., Senesi, N.,

(22000022), Determination of heavy metals in soils by Laser Induced Breakdown

Spectroscopy-LIBS, Geoderma, 106, 4562.

(10) Cancs, B., Ponthieu, M., Castrec-Rouelle, M., Aubry, E., Benedetti, M.F.,

(22000033), Metal ions speciation in a soil and its solution: experimental data and

model results, Geoderma, 113, 341355.

(11) Bielicka, A., Bojanowska, I., Wisniewski, A., (22000055), Two faces of Chromium

Pollutant and Bioelement, Polish Journal of Environmental Studies, 14, 510.

(12) Evans, L.J., (11998899), Chemistry of metal retention by soils, Environmental

Science and Technology, 23, 1046-1056.

(13) Gardea-Torresdey, J.L., Peralta-Videa, J.R., Rosa, G., Parsons, J.G., (22000055),

Phytoremediation of heavy metals and study of the metal coordination by X-

ray absorption spectroscopy, Coordination Chemistry Reviews, 249, 1797

1810.

(14) Aldrich, M.V., Gardea-Torresdey, J.L., Peralta-Videa, J.R., Parsons, J.G.,

(22000033), Uptake and Reduction of Cr(VI) to Cr(III) by Mesquite (Prosopis

spp.): Chromate Plant Interaction in Hydroponics and Solid Media Studied

Using XAS, Environmental Science and Technology, 37, 18591864.

(15) Oste, L.A., Lexmond, T.M., Riemsdijk, W.H.V., (22000022), Metal Immobilization in

Soils Using Synthetic Zeolites, Journal of Environmental Quality, 31, 813-

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(16) Lasat, M.M., (22000022), Phytoextraction of Toxic Metals: A Review of Biological

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(17) Zayed, A.M., Terry, N., (22000033), Chromium in the environment: factors

affecting biological remediation, Plant and Soil, 249, 139156.

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____________________________________________________________________ 44

OO CCRRMMIIOO EE SSEEUUSS CCOOMMPPOOSSTTOOSS

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____________________________________________________________________ 44

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___________________________________________________________________O crmio e seus compostos

Figura 4.1 Crocote (1)

44.. OO CCRRMMIIOO EE SSEEUUSS CCOOMMPPOOSSTTOOSS

44..11 OOCCOORRRRNNCCIIAA

A descoberta do crmio est associada s minas Beresof da Sibria, fontes de

ouro, cobre, prata e chumbo desde 1752. Os mineiros estavam familiarizados com um

mineral vermelho que se encontrava em pequenas quantidades a acompanhar o minrio

de chumbo. Johann Gottlob Lehmann investigou este mineral, conhecido como crocote

(Figura 4.1) e, em 1766, descobriu que originava uma soluo verde-esmeralda quando

dissolvido em cido muritico (cido clordrico). Lehmann morreu no ano seguinte,

quando um destilador contendo arsnio rebentou devido a sobre-aquecimento, mas em

1797 o qumico francs Nicolas Louis Vauquelin,

observou a beleza, raridade e aspecto semelhante ao

ouro deste mineral e, com base em vrias anlises

qumicas contraditrias, se empenhou na determinao

da composio correcta da crocoite. Aqueceu crocoite

pulverizada (PbCrO4) com duas partes de cinzas

alcalinas, obtendo uma soluo amarela. Esta soluo

formava um bonito precipitado vermelho com um sal de

mercrio e um precipitado amarelo com chumbo. Adicionando cloreto de estanho,

aquela soluo tornava-se verde. Em 1798 precipitou o chumbo com cido clordrico,

secou o slido verde e, depois, cozinhou-o durante meia hora num cadinho em brasa.

Sobre arrefecimento, formaram-se agulhas metlicas cinzentas, pesando um tero do

peso original. Devido grande variedade de cores dos seus compostos, deu a este

novo elemento o nome de crmio, que provm da palavra grega chroma () (2,3).

44..22 PPRROOPPRRIIEEDDAADDEESS FFSSIICCOO QQUUMMIICCAASS

O crmio um elemento de transio que pertence ao grupo VIB e com massa

atmica relativa 51,996. A configurao electrnica do crmio elementar no estado

fundamental 1s2 2s22p6 3s23p6 3d54s1.

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O metal apresenta um brilho reluzente branco quando polido, resistente

corroso, algo frgil quando puro, mas extremamente duro quando usado como

componente de ligas metlicas.

A qumica redox do crmio muito rica, envolvendo estados de oxidao desde

-2 a +6, dos quais os mais comuns so o 0, +3 e +6. O crmio elementar no ocorre

naturalmente na Terra (3), encontrando-se normalmente na sua forma metlica em

ligas com outros metais, como o nquel, o ferro e o cobalto. Apesar do crmio

elementar, Cr(0), ser estvel oxidao pelo oxignio atmosfrico nas condies

ambientais, alguns processos a temperaturas elevadas, como a soldadura ou a

exposio a produtos qumicos corrosivos, conduzem formao de espcies em

estados de oxidao superior, Cr(III) e Cr(VI) (4). O Cr(VI) produzido

essencialmente pelo homem, embora exista na crocoite (3). O crmio trivalente a

forma de crmio predominante na Natureza (5), presente, por exemplo, na

ferrocromite (FeCr2O4), a fonte mais importante deste metal.

Os dois estados de oxidao mais estveis no ambiente, Cr(III) e Cr(VI), alm

de carga diferente, tm propriedades fsicoqumicas, reactividade qumica e

bioqumica/inorgnica diferentes. A toxicidade, mobilidade e disponibilidade do

crmio dependem fundamentalmente do seu estado de oxidao e da forma qumica

em que se encontra.

Os compostos de Cr(VI) so, em geral, muito solveis, mveis e biodisponveis,

quando comparados com as espcies de Cr(III), moderadamente solveis. Assim, mais

do que saber a quantidade de crmio total, torna-se necessrio ter um conhecimento

detalhado de cada uma das espcies, para avaliar, de forma apropriada, os efeitos

fisiolgicos e toxicolgicos do crmio, as suas transformaes qumicas nas guas, nos

solos e na atmosfera, bem como a sua distribuio e transporte no ambiente (6).

As alteraes no estado de oxidao so reguladas pelos respectivos

potenciais de reduo (Tabela 4.1) (3). O crmio trivalente o estado de oxidao

mais estvel (Figura 4.2), sendo necessria uma energia considervel para o converter

para estados de oxidao mais baixos ou mais elevados (6).

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Tabela 4.1 Reaces redox e respectivos potenciais de reduo das espcies de crmio (3).

Reaco E0 (V) Alterao

2-Cr2O7 + H2O + 2e- 2CrO43- + 2H+ VI V 0,55 2- +Cr2O7 + 6H + 4e- 2CrO2 + 3H2O VI IV 0,95 2- +Cr2O7 + 14H + 6e- 2Cr3+ + 7H2O VI III 1,38

CrO43- + + 4H + e-

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