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Plano de Aula

O ciclo do nitrogênio na Terra

VEJA na Sala de Aula

Conteúdo relacionado

Este plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:

nitrogenio ciclo

Mostre à turma o ciclo do gás mais abundante da atmosfera e explique porque ele tem chamado a atenção da comunidade científica e de ambientalistas nos últimos anos

Objetivos
Compreender conceitos de ciclos que são importantes na manutenção da vida e preservação do meio ambiente.

Identificar um grupo de substâncias formadas por ligações covalentes, no estado gasoso, e relacionar com as substâncias existentes no meio ambiente.

Conteúdos
Ligações covalentes
Conceito de atomicidade
Formação de ácidos na atmosfera.

Tempo Estimado
Duas aulas

Anos
Ensino Médio

Flexibilização
Para alunos com deficiência visuais
Para aplicação desse plano em uma sala com deficiente visual, recomenda-se que o professor reproduza a primeira imagem em alto relevo. A grama, o animal, a chaminé e o solo devem ser caracterizados concretamente. Em uma espécie de painel-maquete, o deficiente visual poderá experimentar os conhecimentos expostos. Quanto às questões mais práticas, como gases, mudança de estado dos elementos, podem ser feitos experimentos que o professor da área sabe como desenvolver no laboratório ou mesmo nos exemplos do dia-a-dia, como lembrar da fumaça (cheiro) emitida pelos veículos etc.

Material necessário
Cópias da reportagem "O imperador Visionário", da Revista Veja
Tabela periódica

Desenvolvimento
Aula 1
Distribua para a sala cópias da matéria da Veja dessa semana, "O Imperador Visionário", leia o texto em voz alta com a classe e chame a atenção para o seguinte parágrafo

"Além da mudança climática, duas outras fronteiras planetárias foram ultrapassadas. Uma é a importância do uso do nitrogênio, principalmente, mas não exclusivamente, na agricultura. Os níveis atuais de nitrogênio biologicamente ativos são o dobro do normal, o que causa prejuízos enormes. O principal deles é o aumento das zonas costeiras mortas, que, desprovidas de oxigênio e peixes, tem dobrado de tamanhos a cada dez anos ao longo das ultimas quatro décadas."

Leia mais: O que é e como se forma a chuva ácida

Comente então que o gás nitrogênio compõe 78% do ar atmosférico, e que em condições normais de temperatura e pressão, ele não sofre nenhuma reação com outros elemento. No entanto submetido a altas temperaturas ele sofre processo de combustão. É o que acontece nos motores dos carros, por exemplo.

O que explicar para a turma

A gasolina utilizada como combustível não é um produto puro, contém substâncias como átomos de nitrogênio de origem do próprio petróleo. Quando essa gasolina sofre combustão, as substâncias nitrogenadas presentes dão origem a óxidos nitrosos.

Em altas temperaturas, um dos produtos desta reação de combustão é o gás monóxido de nitrogênio (NO), que reage facilmente com o oxigênio presente no motor originando o gás dióxido de nitrogênio (NO2), castanho e de odor forte.

É nesse ponto que se forma o nitrogênio ativo, ou seja, na forma de óxidos gasosos. Esses gases são capazes de reagir com a água da chuva, rios e lagos, dando origem ao ácido nítrico, responsável pela chuva ácida.

Pergunte então aos alunos porque esses compostos ativos, à base de nitrogênio, estão aumentando na atmosfera. Caso eles não acertem a resposta comente que, com o aumento de carros nas ruas e outros meios de transportes que utilizam derivados de petróleo como combustível, a tendência é que a quantidade desses óxidos na atmosfera aumente, gerando, portanto, cada vez mais chuvas ácidas que levam o composto para o solo, mares, rios, lagos e águas do subsolo.

A acidez da chuva ácida, por sua vez, prejudica o meio ambiente, tanto queimando as plantas, como impedindo o crescimento de outros vegetais. É por isso que temos, na presença excessiva de nitrogênio, zonas costeiras mortas. Isso acontece porque o nitrogênio ativo isto é, na forma de ácido nítrico (HNO3), reduz o pH do solo, causando queimaduras das plantas locais e impedindo o crescimento da vegetação local. Já no mar, a chuva ácida reduz o pH da água levando à morte dos peixes que não estão habituados a viver em meio ácido.

Por outro lado, o nitrogênio é um nutriente fundamental para o crescimento das plantas. Na forma de gás N2, ele é aproveitado apenas por um tipo de bactéria e algumas algas cianofíceas que conseguem transformá-lo e incorporá-lo às suas moléculas orgânicas. Exceto esse processo, o N2 não é aproveitado diretamente pela natureza mas está inserido em um grande ciclo na natureza que envolve vegetação, animais, atmosfera e mesmo o homem.

Ciclo do Nitrogênio
O nitrogênio está presente na estrutura molecular das proteínas, substância existente em todos os organismos vivos. Tais proteínas são moléculas grandes, e, portanto, quando entram em contato com o solo por meio da decomposição de tecidos vegetais e animais, por exemplo, são atacadas por bactérias e fungos que as transformam em novas substâncias que contém o íon amônio (NH4 +) . Nessa forma iônica, bactérias nitrificantes residentes nas raízes das plantas e no próprio solo transformam o amônio em nitratos (NO3-) e então, desta forma , o nitrogênio é absorvido pelas raízes das plantas, passando a fazer parte de sua composição, formando novas proteínas. Quando um animal se alimenta dessa planta ele ingere as proteínas, ele também as distribui para o homem, ou as devolve ao solo.

É bom informar seus alunos que no solo há outras bactérias capazes de realizar a desnitrificação, ou seja, retiram nitrogênio do amônio e dos nitratos transformando esse nitrogênio no gás N2, devolvendo-o futuramente para a atmosfera na sua forma inerte. E assim, o ciclo do nitrogênio é fechado como mostra a figura no início do plano. 

Demonstre à sala o ciclo do nitrogênio e solicite que participem em localizar as fontes de proteínas, as bactérias transformadoras de substâncias grandes a substâncias menores, e também, a etapa ruim do nitrogênio, aquela que transforma o gás em compostos químicos, tema amplamente discutido durante a conferência Rio + 20.

Aula 2
Peça para que a classe identifique o elemento químico da tabela periódica que forma o gás nitrogênio. Mostre, por meio de um desenho em lousa, que o elemento é formado por cinco elétrons na última camada, e que, para completar oito elétrons - sua forma estável, ele compartilha três pares de elétrons com outro átomo de nitrogênio, fazendo três ligações covalentes.

Explique então, que a ligação covalente é aquela em que os elétrons compartilhados circulam pela nuvem eletrônica dos dois átomos envolvidos. Sendo assim, nesse caso, teremos três pares de elétrons se movimentado ao redor dos átomos, garantindo a sua estabilidade e formando o gás com a seguinte fórmula estrutural:

Descrição da imagem



O gás formado é inerte, incolor e inodoro, difícil de ser reconhecido na atmosfera, mas fácil de ser retirado dela. De todos os gases presentes no ar, o nitrogênio representa 78% da mistura. Assim, apenas quando resfriado a menos 196 graus, o nitrogênio atinge a sua temperatura de liquefação, isto é, passa de gás para líquido.

Conte aos alunos que, qualquer volume de ar colocado em recipiente fechado e inserido em galões cujas temperaturas cheguem a -196 graus Celsius resultará apenas em nitrogênio líquido.

Fale um pouco sobre o uso desse gás nos carrinhos de sorveteiros, por exemplo, usado para manter a temperatura bem baixa dentro do carrinho permitindo que o sorveteiro ande por horas em dia de calor sem que os sorvetes derretam.

Dê outros exemplos de substâncias com ligação covalente como o gás oxigênio, e explique que o número dois, que aparece ao lado do elemento químico oxigênio é chamado de atomicidade, que corresponde ao número de átomos que compõem a molécula da substância gasosa.

Pergunte aos alunos qual é a atomicidade do gás nitrogênio. Deverão responder que também é dois. E o ozônio? Três é a atomicidade desse gás que também existe na atmosfera.

Mostre as reações químicas envolvidas no processo de obtenção do nitrogênio ativo. Na forma de ácido nítrico, H+ NO3-, é utilizado para fabricação de explosivos.

N2(g) + O2(g) ----∆--------> 2NO (g)

 

2 NO(g) + O2(g) -----∆------> 2NO2(g)

NO2(g) + H2O(L) -----∆------> 2 H+(aq) + NO3 -(aq) (ácido nítrico)


Pergunte então aos seus alunos, o que pode acontecer, na atmosfera, em um dia de descarga elétrica causada pelos raios. Os raios favorecem um ambiente parecido com o descrito acima, aquecendo muito o gás nitrogênio e dando origem ao monóxido e, posteriormente, ao dióxido de nitrogênio que em contato com a água, produz o ácido nítrico (HNO3).

Avaliação

Faça algumas perguntas para que seus alunos respondam em seus cadernos.

01.Qual a relação entre a transformação do nitrogênio por processos não naturais com o parágrafo extraído do texto da Veja.

02. Para o nitrogênio se tornar ativo, o que é necessário?

Depois divida a sala em três grupos e solicite que cada grupo elabore uma apresentação corporal sobre:
• Transformação do nitrogênio através do calor, até chegar no ácido.
• Ciclo do nitrogênio com bactérias desnitrificantes.
• Ciclo do nitrogênio por bactérias nitrificantes.

Verifique se, por meio das respostas, os alunos conseguiram compreender os conceitos do ciclos de nitrogênio, suas diferentes utilizações e principais reações dos quais participa. Veja também se além dos processos químicos eles conseguiram compreender por que este elemento é tão importantes na manutenção da vida e do meio ambiente.

 

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