Laboratório virtual de ligações em sólidos desconhecidos

Este laboratório virtual de ligações em sólidos segue o laboratório do AP Chemistry em que os alunos recebem sólidos brancos sem rótulo e precisam descobrir a ligação de cada um a partir das propriedades. Também se encaixa no tema do AQA GCSE sobre como a estrutura e a ligação explicam as propriedades. Os alunos aquecem cada amostra, testam se ela se dissolve em água e em hexano e testam a condutividade no sólido, no material fundido e em solução. Eles também batem nela com um martelo. Preenchem uma tabela de propriedades, classificam cada desconhecida como iônica, molecular simples, metálica ou covalente reticular e escolhem uma justificativa. Depois Verificar corrige as duas coisas.

Alinhamento com o currículo

• AP Chemistry, Unidade 2 (tópicos 2.3 Structure of Ionic Solids e 2.4 Structure of Metals and Alloys) e Unidade 3, tópico 3.2 Properties of Solids. Também o laboratório do AP Chemistry sobre a identificação da ligação em sólidos desconhecidos a partir das propriedades.
• AQA GCSE Chemistry 4.2.2: como a ligação e a estrutura se relacionam com as propriedades das substâncias. Isso cobre compostos iônicos, moléculas pequenas, estruturas covalentes gigantes e metais.

O Simulic não é afiliado ao College Board nem à AQA, nem endossado por eles.

Antes do laboratório (5 min)

Peça aos alunos que se comprometam com uma previsão:

"O sal de cozinha e o açúcar se dissolvem em água. Você mergulha um circuito com lâmpada e pilha em cada solução. Qual solução acende a lâmpada?"

Muitos alunos dizem "as duas, porque as duas se dissolvem". Guarde os votos para depois.

Método na simulação

Parte A: prática com substâncias conhecidas

1. Ajuste Modo em Substâncias conhecidas. Escolha NaCl e depois sacarose, ajuste Teste em Condutividade: solução e clique em Dissolver e Mergulhar eletrodos. Anote qual lâmpada acende. Isso testa a previsão.
2. Escolha NaCl, Teste Aquecimento, Fonte de calor Bico de Bunsen, e clique em Aquecer. Depois mude para o Forno elétrico e aqueça de novo. Leia a temperatura em que o gráfico fica horizontal.
3. Repita o aquecimento com estanho e com grafita.

Parte B: desconhecidas

4. Ajuste Modo em Substâncias desconhecidas com 4 amostras. Com 4 desconhecidas, cada um dos quatro tipos aparece exatamente uma vez.
5. Para cada amostra, faça os sete testes e registre cada resultado com os botões abaixo das etapas. Use o forno quando uma amostra não fundir no bico de Bunsen.
6. Escolha um tipo e uma justificativa para cada desconhecida e clique em Verificar.

Amostra	Ponto de fusão	Água	Hexano	Sólido conduz	Fundido conduz	Solução conduz	Martelo
A
B
C
D

Resultados esperados

Leituras da simulação no modo Substâncias conhecidas:

Substância	Aquecimento	Solubilidade	Condutividade	Martelo
NaCl	Não funde no Bunsen (chega a cerca de 590 °C); horizontal em 801 °C no forno	só em água	sólido não; fundido e solução sim	estilhaça
Sacarose	funde a 186 °C e fica marrom	só em água	nunca	quebradiça
Parafina	amolece entre 50–65 °C, sem trecho horizontal	só em hexano (flutua na água)	nunca	mole, amassa
Estanho	horizontal em 232 °C	em nenhum	sólido e fundido sim	achata
Grafita	não funde nem no forno (cerca de 1.080 °C)	em nenhum	sólido sim	mole, descama
SiO₂ (areia)	não funde nem no forno	em nenhum	nunca	grãos muito duros

• A solução de sal acende a lâmpada e a de açúcar não. Só dissolver não mostra que uma substância é iônica.
• O teste do fundido precisa do forno para o NaCl. No bico de Bunsen ele não funde, e a simulação diz que o teste não pode mostrar nada.
• A grafita é a armadilha: conduz no estado sólido, mas não funde e descama em vez de achatar. Então ela é covalente reticular, não metálica.

Perguntas para os alunos

1. (Previsão, repetida depois do laboratório) Qual solução, a de sal ou a de açúcar, acende a lâmpada?
2. Qual é uma variável controlada no teste de condutividade da solução?
3. A que temperatura o NaCl funde no forno elétrico?
4. Que tipo de substância corresponde a uma tabela de propriedades dada?
5. Explique por que o NaCl conduz quando fundido ou dissolvido, mas não no estado sólido.

Respostas para o professor: (1) Só a solução de sal. (2) O circuito (pilha, lâmpada, eletrodos) e o volume de água. (3) 801 °C (aceite 796–806). (4) Covalente reticular: a tabela descreve a grafita. (5) No sólido, os íons estão fixos no retículo e só podem vibrar. Quando fundido ou dissolvido, os íons ficam livres para se mover e transportar a carga.

Erros conceituais comuns

• "Dissolve em água, então é iônico." A sacarose e a ureia se dissolvem, mas nunca conduzem. Teste se a solução conduz.
• "Conduz no estado sólido, então é um metal." A grafita também conduz. Use também o teste do martelo e o ponto de fusão.
• "Compostos iônicos conduzem porque têm elétrons que se movem." No fundido ou na solução, são os próprios íons que se movem. Sólidos iônicos não conduzem.

Extensão

• Imagens das partículas: depois de um Verificar correto, os alunos alternam a imagem das partículas do NaCl entre Sólido, Fundido e Dissolvido em água e explicam cada resultado da lâmpada numa frase.
• Casos limítrofes: compare o KI (funde a 681 °C) com o estanho (232 °C). Por que só o ponto de fusão não basta para decidir o tipo de ligação?

Perguntas frequentes

As desconhecidas mudam de um aluno para outro?

Sim. Cada clique em Novas amostras sorteia novas substâncias, então os alunos não conseguem trocar respostas. Com 4 desconhecidas, sempre aparece uma de cada tipo, o que é uma boa checagem do raciocínio deles.

Por que algumas amostras precisam do forno elétrico?

A simulação modela um bico de Bunsen com cadinho chegando a cerca de 600 °C. NaCl, KI, CaCl₂ e alumínio fundem acima disso. Os alunos devem usar o forno antes de registrar "não funde".

É seguro usar isso no lugar da prática real?

A simulação cobre as etapas perigosas: sais fundidos que espirram, hexano inflamável e ureia que se decompõe. Muitos professores ainda deixam os alunos testarem pequenas amostras de sal e açúcar quanto à solubilidade e à condutividade da solução no laboratório.

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