Plano de aula: montar moléculas, átomos e formas
Atualizado em 2026-10-02
Este plano de aula de montar moléculas usa uma simulação gratuita em que os alunos arrastam átomos para juntá-los e a molécula funciona ou não funciona. O hidrogênio faz uma ligação, o oxigênio duas, o nitrogênio três, o carbono quatro, e a simulação avisa os alunos quando um átomo está completo. Uma molécula pronta mostra sua fórmula, seu nome e um modelo 3D com a forma e o ângulo de ligação. Você recebe objetivos de aprendizagem, preparação, previsões, uma sequência passo a passo com o que os alunos devem ver, um conjunto de cinco perguntas para o link da turma, uma extensão de VSEPR para alunos mais velhos e ideias de diferenciação. Toda fórmula, forma e ângulo abaixo vem do código do modelo das próprias simulações.
A aula em resumo
- Nível: 7º ao 1º ano do ensino médio (12 a 16 anos). A extensão de VSEPR serve ao 1º ao 3º ano do ensino médio.
- Tempo: uma aula de 50 a 60 minutos, mais uma extensão opcional de 20 minutos.
- Conhecimento prévio: átomos e elementos, símbolos químicos. Pensar na ligação como "átomos compartilhando elétrons" ajuda, mas não é obrigatório.
- Formato: duplas em notebooks ou tablets. Arrastar átomos funciona também em celulares, mas a tabela fica pequena.
- Simulação: Montar moléculas – átomos, valência, fórmulas e formas 3D. Extensão: Geometria molecular – monte ligações e pares isolados, meça ângulos de ligação (VSEPR).
Objetivos de aprendizagem
Ao final da aula, os alunos conseguem:
- Usar a valência (H uma ligação, O duas, N três, C quatro) para montar moléculas simples e dizer por que algumas combinações não funcionam.
- Escrever a fórmula de uma molécula que montaram.
- Classificar uma molécula como substância simples ou composto.
- Descrever as formas de H₂O, CO₂, NH₃ e CH₄ e dar seus ângulos de ligação.
- Explicar como duas moléculas diferentes podem ter a mesma fórmula (isômeros).
O que a simulação faz
Os alunos arrastam átomos dos compartimentos na parte de baixo da tela e os soltam perto de outro átomo. Se os dois átomos ainda têm uma ligação livre, eles se unem. Tocar em uma ligação a corta; com o mouse, aparece um ✂ quando você aponta para uma ligação. Quando todos os átomos usaram exatamente a sua valência, a molécula está completa e um rótulo mostra sua fórmula e nome, como "H₂O – água", com um botão 3D. A linha de status explica o que aconteceu, por exemplo "Você montou H₂O (água) – composto de H, O."
A simulação usa estas valências: H, F, Cl e Br uma ligação; O duas; N, P e B três; C e Si quatro; S duas (mais só quando ligado ao O). Ela monta apenas cadeias abertas, sem anéis, e o catálogo tem 58 substâncias.
Há três telas:
- Montar moléculas: quatro caixas de coleção e um ou mais kits com um número limitado de átomos. ◀ ▶ trocam os kits. Uma molécula pronta vai para a caixa com a fórmula correspondente. A Coleção 1 pede CO₂, CO, H₂O₂ e Cl₂. O Kit 1 tem 3 C e 4 O. O Kit 2 tem 2 H, 3 O e 3 Cl. Cada kit tem um ou dois átomos de sobra, então os alunos precisam planejar. Reiniciar tela traz de volta a mesma Coleção 1.
- Múltiplas: cada caixa precisa de duas ou três moléculas da mesma substância. A Coleção 1 pede 2 Cl₂, 2 CH₄, 3 CO e 3 HF.
- Laboratório: quatro kits com átomos ilimitados (H C N O · H C O F Cl · H N O S P · H C Br B Si), com até 40 átomos na mesa por kit.
A vista 3D gira ao arrastar e informa a forma e o ângulo de ligação: "Forma: angular em torno de O (ângulo de ligação ≈ 104,5°)." Embaixo, ela conta cada elemento e diz se a molécula é uma substância simples ou um composto.
Materiais e preparação antes da aula
Materiais: um dispositivo por dupla e uma folha de registro com colunas para fórmula, nome, substância simples ou composto, forma e ângulo de ligação.
Preparação (10 minutos, uma única vez):
- Abra a simulação. Os valores iniciais são a tela Montar moléculas, substâncias conhecidas e nomes exibidos.
- Clique em Compartilhar e crie um link para cada turma, por exemplo "Ciências · 1ª aula". O link fixa esses valores iniciais. Para uma turma que conhece química orgânica, um segundo link com Metas da coleção em Ampliado (com orgânicos) dá caixas mais difíceis.
- Opcional: na aba Perguntas, digite o conjunto de perguntas abaixo e ligue-o ao link.
- Publique o link, ou abra-o em modo de apresentação e mostre o QR code.
Sequência da aula
1. Provocação e previsões (7 minutos)
Mostre um copo de água e pergunte: "Escrevemos a água como H₂O. Por que não HO, ou H₃O?" Recolha algumas respostas. Depois os alunos se comprometem com duas previsões, no papel ou no link:
- P1. "Você tem um átomo de carbono e muito hidrogênio. Quantos átomos de H vão se ligar ao C antes de a molécula ficar completa? 2 / 3 / 4 / 6"
- P2. "Que forma você espera que uma molécula de água tenha? Uma linha reta / angular / um triângulo plano / uma pirâmide"
Muitos alunos desenham a água como uma linha reta H–O–H. Não corrija ninguém ainda.
2. Valência no Laboratório (10 minutos)
Abra o Laboratório com o Kit 1 (H, C, N, O). As duplas montam e registram:
| Montagem | Ligações no átomo central | Resultado |
|---|---|---|
| O com 2 H | 2 | H₂O – água |
| N com 3 H | 3 | NH₃ – amônia |
| C com 4 H | 4 | CH₄ – metano |
| C com 2 O | 4 (duas ligações duplas) | CO₂ – dióxido de carbono |
Depois peça que quebrem as regras de propósito:
- C com apenas 2 H: nenhum nome aparece, e a linha de status diz "Alguns átomos ainda têm valência livre (ou errada), então ainda não é uma molécula completa."
- Um quinto H no metano: ele não se liga. A linha de status diz que o átomo tocado "já esgotou sua valência", por exemplo "O átomo de C já esgotou sua valência (IV), então não pode fazer mais ligações."
- H–O–O–O–H: todos os átomos estão satisfeitos, mas o rótulo diz "H₂O₃ – fora do catálogo". As regras permitem no papel. Pergunte: "Isso quer dizer que existe?" Um bom momento para separar as regras de um modelo da química real.
Observe as ligações duplas no CO₂: os alunos só soltam átomos, e a simulação desenha as ligações duplas quando todas as valências estão satisfeitas. Confira a P1 agora.
3. Montar moléculas: planeje seus átomos (10 minutos)
Mude para Montar moléculas. O Kit 1 (3 C, 4 O) precisa fornecer CO₂ e CO. O Kit 2 (2 H, 3 O, 3 Cl) precisa fornecer H₂O₂ e Cl₂.
A armadilha está no Kit 2. Um aluno que monta primeiro a água usa os dois átomos de hidrogênio e não sobra nenhum para o H₂O₂. Deixe-os cair nela. Depois pergunte: "O que vocês precisam desfazer?" Eles arrastam a água de volta para os compartimentos, o que devolve os átomos, e montam de novo. Os alunos que terminam cedo pressionam Nova coleção.
Uma observação sobre o CO, caso os alunos perguntem: o monóxido de carbono real tem uma ligação tripla. A simulação segue regras simples de valência, dá ao carbono valência II aqui e desenha uma ligação dupla.
4. Substâncias simples e compostos (5 minutos)
Cada vez que uma molécula é completada, a linha de status a classifica. O₂ dá "Você montou O₂ (oxigênio) – substância simples (só O)." H₂O dá "Você montou H₂O (água) – composto de H, O." Peça que separem tudo o que montaram em duas colunas. Cl₂, H₂, O₂ e N₂ são substâncias simples. H₂O, CO₂, NH₃, CH₄ e H₂O₂ são compostos.
5. Formas em 3D (8 minutos)
Os alunos abrem o 3D em cada molécula e completam a tabela:
| Molécula | Forma na vista 3D | Ângulo de ligação mostrado |
|---|---|---|
| H₂O | angular em torno do O | ≈ 104,5° |
| CO₂ | linear em torno do C | 180° |
| NH₃ | piramidal trigonal em torno do N | ≈ 107° |
| CH₄ | tetraédrica em torno do C | 109,5° |
| HCN | linear em torno do C | 180° |
Confira a P2. Pergunte: "A água e o dióxido de carbono têm os dois três átomos. Por que um é angular e o outro é reto?" O oxigênio guarda dois pares de elétrons que não estão em ligações, e eles empurram os hidrogênios para baixo. O carbono no CO₂ não tem nenhum. A extensão abaixo torna isso visível.
6. Isômeros (5 minutos)
No Laboratório, os alunos montam duas moléculas com 2 C, 6 H e 1 O. Uma dá "C₂H₅OH – etanol", a outra "CH₃OCH₃ – metoximetano (éter dimetílico)". Mesmos átomos, ligações diferentes, substâncias diferentes. A vista 3D de cada uma mostra carbonos tetraédricos e um oxigênio angular.
7. Verificação de saída (5 minutos)
Use as perguntas 3 a 5 do conjunto abaixo. Depois abra Ver respostas e compare as colunas Previsão e Depois para a P1 e a P2.
Conjunto de perguntas para esta aula
Digite-as na aba Perguntas da simulação. Instruções para os alunos sugeridas: "Use o Laboratório com o Kit 1 (H, C, N, O). Abra a vista 3D para ler formas e ângulos."
1. Múltipla escolha · Antes, como previsão · Perguntar de novo depois da simulação
- Pergunta: "Você tem um átomo de carbono e muito hidrogênio. Quantos átomos de H vão se ligar ao C antes de a molécula ficar completa?"
- Opções: 2 / 3 / 4 (correta) / 6
- Explicação: "O carbono tem valência quatro: ele faz quatro ligações. O hidrogênio faz uma. Então um carbono segura quatro hidrogênios, o que dá CH₄, o metano. Com menos, o carbono ainda tem ligações livres e a molécula não está completa."
2. Múltipla escolha · Antes, como previsão · Perguntar de novo depois da simulação
- Pergunta: "Que forma você espera que uma molécula de água tenha?"
- Opções: uma linha reta / angular (correta) / um triângulo plano / uma pirâmide
- Explicação: "A água é angular, com um ângulo H–O–H de cerca de 104,5°. O átomo de oxigênio tem dois pares de elétrons que não estão em ligações. Eles empurram as duas ligações O–H para mais perto uma da outra, então a molécula não pode ser reta."
3. Múltipla escolha · Depois da simulação
- Pergunta: "Qual destas moléculas é uma substância simples, e não um composto?"
- Opções: H₂O / CO₂ / NH₃ / O₂ (correta)
- Explicação: "Uma substância simples é feita de um só tipo de átomo. O₂ contém apenas átomos de oxigênio. H₂O, CO₂ e NH₃ contêm cada uma dois elementos diferentes, então são compostos."
4. Número · Depois da simulação
- Pergunta: "Monte NH₃ e abra a vista 3D. Que ângulo de ligação ela mostra, em graus?"
- Resposta: 107, margem de erro ± 1, unidade °
- Explicação: "A amônia é piramidal trigonal, com ângulos H–N–H de cerca de 107°. É um pouco menos que os 109,5° do metano, porque o par isolado do nitrogênio empurra as três ligações para mais perto uma da outra."
5. Resposta curta · Depois da simulação
- Pergunta: "O etanol e o metoximetano contêm ambos 2 C, 6 H e 1 O. Como as duas moléculas são diferentes?"
- Respostas aceitas (opcional): deixe vazio e leia as respostas você mesmo.
- Resposta modelo: "Os átomos estão unidos em ordem diferente. No etanol, o oxigênio fica na ponta da cadeia de carbono, ligado a um C e um H. No metoximetano, o oxigênio fica entre os dois átomos de carbono. Estruturas diferentes formam substâncias diferentes, chamadas isômeros."
As perguntas 1 e 2 são as previsões, feitas de novo depois da simulação. Para saber mais sobre por que as previsões importam, veja Prever–Observar–Explicar com simulações.
Extensão: por que as moléculas têm essas formas (VSEPR)
Para o 1º ao 3º ano do ensino médio, ou uma segunda aula, a simulação de formas mostra a razão por trás dos ângulos. Na tela Modelo, os alunos acrescentam ligações simples, duplas ou triplas e pares isolados a um átomo central A, até seis no total. As ligações e os pares isolados se empurram até ficarem o mais afastados possível. Os alunos podem arrastar um átomo para longe e ver como ele volta. Marque Ângulos de ligação e Geometria eletrônica para ver os números e os nomes.
Peça às duplas que preencham esta tabela:
| Em torno de A | Geometria molecular | Ângulo de ligação | Exemplo real |
|---|---|---|---|
| 2 ligações | linear | 180,0° | CO₂ |
| 3 ligações | trigonal plana | 120,0° | BF₃ |
| 4 ligações | tetraédrica | 109,5° | CH₄ |
| 3 ligações + 1 par isolado | piramidal trigonal | 107,0° | NH₃ |
| 2 ligações + 2 pares isolados | angular (em V) | 104,5° | H₂O |
Três pontos para destacar:
- Os pares isolados empurram com mais força que as ligações. Quatro domínios eletrônicos dão 109,5° sem pares isolados, 107,0° com um e 104,5° com dois.
- Uma ligação dupla conta como uma direção. Duas ligações duplas em A ainda dão um linear 180,0°, que é o CO₂.
- Os modelos têm limites. Na tela Moléculas reais, escolha SO₂. A leitura mostra "Ângulos de ligação medidos: 119,0° · modelo: 114,7°". Pergunte aos alunos por que um modelo simples de repulsão poderia errar por quatro graus.
Diferenciação
Apoio:
- Fique no Laboratório com o Kit 1 e entregue as quatro moléculas-alvo em um cartão.
- Dê um cartão de valência: "H uma mão, O duas mãos, N três mãos, C quatro mãos. Cada mão precisa segurar outra."
- Deixe Mostrar nomes ligado para que os alunos conferam o próprio trabalho.
Desafio:
- Monte os dois isômeros de C₃H₇OH (propan-1-ol e propan-2-ol) e explique a diferença.
- Monte o eteno (C₂H₄) e o etino (C₂H₂) e compare os ângulos no carbono: 120° e 180°.
- Na extensão, preveja a forma de um átomo central com 4 ligações e 2 pares isolados antes de montá-lo.
Alunos que estão aprendendo o idioma: a simulação está disponível em seis idiomas. Crie um segundo link no idioma do aluno, para que os rótulos sejam familiares enquanto a discussão continua em português.
Alinhamento com padrões
Esta aula corresponde ao NGSS MS-PS1-1 (padrões de ciências dos EUA): desenvolver modelos para descrever a composição atômica de moléculas simples e estruturas estendidas. A extensão de VSEPR apoia as unidades de química do ensino médio sobre ligação covalente e forma molecular, e exercita a prática Desenvolver e Usar Modelos. Ela se encaixa nos temas de ligação do GCSE Chemistry (currículo do Reino Unido) e de cursos introdutórios de química.
Para mais atividades de química, veja ideias de aulas interativas de química, onde a atividade monte um átomo dá uma boa aula antes desta. Para rotinas de sala de aula, veja como usar simulações interativas em sala de aula. O plano de aula de balanceamento de equações químicas usa em seguida as mesmas moléculas.
Perguntas frequentes
Por que dois átomos não se ligam quando eu os solto juntos?
Pelo menos um deles não tem mais ligação livre, ou o ponto onde você soltou ficou longe demais. A linha de status diz qual átomo está completo. Solte o novo átomo bem ao lado de um átomo que ainda tenha espaço.
Por que os alunos não conseguem montar benzeno ou outros anéis?
A simulação monta apenas cadeias abertas. Anéis e íons carregados ficam fora deste modelo, então ela serve para uma introdução à ligação, e não para química orgânica.
O botão 3D não abre. E agora?
A vista 3D precisa de WebGL. Em um dispositivo antigo, a simulação mostra uma mensagem no lugar. Tente outro navegador ou ative a aceleração de hardware. O resto da aula funciona sem o 3D.
Toda molécula que um aluno monta existe?
Não. Uma molécula que satisfaz todas as valências, mas não está no catálogo de 58 substâncias, mostra "fora do catálogo", como o H₂O₃. É um bom ponto de partida: as regras de um modelo não garantem que uma substância seja estável.