Proposta de uma atividade experimental para a determinação do ph no Ensino Médio

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1 Proposta de uma atividade experimental para a determinação do ph no Ensino Médio Márjore Antunes¹* (IC), Maria Alice R. Pacheco¹ (PQ), Marcelo Giovanela¹ (PQ) 1 Departamento de Física e Química, Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade de Caxias do Sul, Rua Francisco Getúlio Vargas, 1130, CEP , Caxias do Sul-RS. * mantunes@ucs.br Palavras Chave: ph em solos, experimentação no Ensino Médio, interdisciplinaridade. Resumo: De acordo com os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio, os conteúdos de aprendizagem devem partir de temas que possibilitem a contextualização e a relação entre as diferentes áreas do conhecimento. Devido à dificuldade de os alunos estabelecerem relações entre o ph e o seu cotidiano, o presente trabalho teve por objetivo propor uma metodologia para a determinação deste parâmetro em amostras de solos, a fim de criar um ambiente de aprendizagem em que o aluno pudesse estabelecer relações entre questões vinculadas ao meio ambiente e o referido conteúdo. A metodologia proposta consiste em adicionar uma solução de CaCl 2 0,01 M a uma determinada massa de solo seco, moído e peneirado e, após decantação por 30 min e filtração, determinar o ph de modo qualitativo, com o auxílio de papel de tornassol e fenolftaleína, e quantitativo com papel indicador universal. INTRODUÇÃO De acordo com os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNs) (portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/ciencian.pdf), os conteúdos abordados no ensino de Química não devem se resumir à mera transmissão de informações, definições e leis isoladas que não possuem qualquer relação com o cotidiano do aluno, seus interesses e suas vivências, exigindo deste quase sempre a pura memorização dos conteúdos, restrita a baixos níveis cognitivos, impossibilitando uma aprendizagem significativa. Sendo assim, os conteúdos de aprendizagem poderiam partir de temas que permitissem a contextualização e a relação entre diferentes áreas do conhecimento. A fragmentação do conhecimento em disciplinas isoladas produz nos estudantes a falsa impressão de que o conhecimento e o próprio mundo são fragmentados (Guerra et al., 1998). Um dos conteúdos abordados no Ensino Médio que, em raras exceções, é relacionado com as outras áreas do conhecimento e com a própria vivência do aluno é o potencial hidrogeniônico (ph). Como, na maioria das vezes, a sua aplicação e importância não são contextualizadas, os alunos acabam por considerar o conteúdo sem sentido já que não conseguem estabelecer relações com o seu cotidiano. Em função disso, passam a apenas memorizar os conceitos e as fórmulas matemáticas. Dentro deste contexto, a realização de experiências para demonstrar na prática o que é o ph pode ser uma maneira de estimular a motivação dos alunos a aprender o conteúdo significativamente. De acordo com Vanin (apud Arroio et al., 2006), os experimentos demonstrativos ajudam a enfocar a atenção do estudante nos comportamentos e propriedades de substâncias químicas e auxiliam, também, a aumentar o conhecimento e a consciência do estudante. A experimentação formal em laboratórios didáticos, por si só, não soluciona o problema de ensino-aprendizagem em Química. Há que se ter em mente que o desenvolvimento de qualquer atividade necessita a realização de períodos pré e pós-atividade, com o intuito de

2 construir conceitos (portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/ciencian.pdf), ou seja, toda a atividade deve ser planejada pelo professor e este deve ser o guia do processo de ensino e aprendizagem e também o mediador, já que o aluno deve ser sujeito ativo no processo de construção de conhecimento. Com base nisso e como conseqüência de um projeto de pesquisa que vem sendo desenvolvido no Departamento de Química da Universidade de Caxias do Sul, desde 2005, e que trata especificamente da avaliação das características físico-químicas e do teor de metais em sedimentos coletados na Microbacia do Arroio Marrecas, este trabalho teve por objetivo propor uma metodologia para a determinação do ph em solos, de tal modo que a mesma pudesse ser realizada no Ensino Médio, a fim de criar um ambiente de aprendizagem em que o aluno possa estabelecer relações entre questões ligadas ao meio ambiente e o referido conteúdo. O PH DOS SOLOS Os solos podem ser naturalmente ácidos em função da própria pobreza em bases do material de origem ou devido a processos de formação que favorecem a remoção de elementos básicos como K, Ca, Mg, Na. A acidez dos solos pode ser aumentada por meio de cultivos e adubações que levam a tal processo (Lopes et al., 1991). Geralmente, os solos apresentam um caráter levemente ácido, visto que apenas uma pequena parte de sua acidez encontra-se dissociada na fase líquida, a qual é denominada acidez ativa. Esta representa a atividade dos íons H + na solução do solo (Rossa, 2006), podendo ser medida através do ph. A escala de ph varia de zero a 14. Em solos podem ser encontrados valores de 3 a 10, com variações mais comuns em solos brasileiros entre 4 a 7,5, segundo Lopes et al. (1991). Solos com ph abaixo de 7 são considerados ácidos e com ph acima de 7 alcalinos ou básicos. O ph em solução de cloreto de cálcio 0,01 M foi introduzido por Schofield e Tylor (apud Rossa, 2006) e sua determinação apresenta algumas vantagens em relação à determinação do ph em água, conforme descrito por Peech (apud Rossa, 2006): O ph em CaCl 2 é pouco afetado pela relação entre o solo e a solução; A concentração salina de 0,01 M é suficiente para padronizar as variações de sais entre amostras, evitando variações estacionais de ph; A suspensão de solo em CaCl 2 é floculada, o que minimiza os erros provenientes do potencial de junção líquida, uma vez que o eletrodo de referência permanece em um sobrenadante isento de partículas de solo; A concentração salina utilizada é semelhante à concentração de sais observada em solução de solo de boa fertilidade; Precisão e estabilidade do aparelho de leitura. De acordo com artigo publicado pelo GEPEC (1998), a dissolução de alguns minerais, assim como o uso de alguns fertilizantes, podem tornar o solo ácido, prejudicando o crescimento de alguns vegetais como a soja, o feijão e o trigo, e diminuir a ação de microorganismos presentes neste compartimento. Em regiões áridas e com pouca chuva também pode ocorrer de o solo se tornar alcalino, o que pode ser prejudicial ao crescimento das plantas. As formas de se corrigir o ph do solo a um valor que possibilite o plantio, por exemplo, são as seguintes: Para diminuir a acidez utiliza-se a calagem (adição de materiais calcários que contenham cálcio e magnésio); as possíveis reações que ocorrem no solo estão representadas abaixo (GEPEC, 1998): CaCO 3(s) + 2H + (aq) CaCO 3(s) + H 2 O (l) Ca 2+ (aq) + CO 2(g) + H 2 O (l) Ca 2+ 2 (aq) + CO 3 (aq)

3 CO 3 2 (aq) + H 2 O (l) HCO 3- (aq) + OH (aq) Desta forma, os íons carbonato, hidroxila e bicarbonato formados podem reagir com os íons H + presentes no solo e, assim, aumentar o ph do mesmo. Para diminuir a alcalinidade, podem ser adicionados ao solo sulfato de ferro (II), sulfato de alumínio ou sulfato de cálcio diidratado. Assim, podem ocorrer as seguintes reações químicas que poderão diminuir o ph do meio: FeSO 4(s) + 2OH (aq) Fe(OH) 2(s) + SO 4 2 (aq) E em presença do ar: 4Fe(OH) 2(s) + 2H 2 O (l) + O 2(g) 4Fe(OH) 3(s) INDICADORES ÁCIDO-BASE Os indicadores ácido-base ou indicadores de ph são substâncias orgânicas fracamente ácidas (indicadores ácidos) ou fracamente básicas (indicadores básicos) que apresentam cores diferentes para suas formas protonadas e desprotonadas (Terci e Rossi, 2002): Indicadores ácidos: são os que apresentam hidrogênios ionizáveis em sua estrutura; quando o meio está ácido, a molécula de indicador mantém seus hidrogênios, devido ao efeito do íon comum. Quando o meio está básico, os hidrogênios do indicador são fortemente atraídos pelos grupos OH - (hidroxila) para formarem água, e neste processo são liberados os ânions do indicador (que possuem coloração diferente da coloração da molécula). Indicadores básicos: possuem o grupo ionizável OH - (hidroxila); portanto, em meio alcalino, as moléculas do indicador mantêm-se não-ionizadas, e em meio ácido os grupos hidroxila são retirados das moléculas do indicador para a formação de água. Neste processo são liberados os cátions (de coloração diferente da coloração da molécula). São exemplos de indicadores de ph: - Tornassol: o litmato de cálcio (tornassol), destinado à avaliação do ph de uma solução aquosa foi, inicialmente, comercializado sob a forma de grãos mais ou menos esféricos na cor vermelha (faixa ácida) ou azul (faixa básica) e era obtido a partir da calcinação de pequenos crustáceos. Na década de 1930, porém, surgiu uma alternativa para o tornassol sólido: a tintura de tornassol, a qual é impregnada em papel por meio de difusão (Afonso e Aguiar, 2004). - Fenolftaleína: utilizada freqüentemente em titulações, na forma de suas soluções alcoólicas, mantém-se incolor em soluções ácidas e torna-se cor-de-rosa em soluções básicas, sendo que a sua cor varia na faixa de ph entre 8,2 e 9,8. A mudança na sua estrutura quando em ph básico pode ser visualizada na Figura 1.

4 XIV Encontro Nacional de Ensino de Química (XIV ENEQ) Figura 1: estrutura da fenolftaleína em diferentes meios (ácido e básico, respectivamente) (adaptado de - Papel indicador universal: surgiu inicialmente apenas para estimativas pouco precisas de ph, nas quais a rapidez da obtenção do resultado era primordial. Posteriormente, os papéis indicadores de ph universal passaram pela formulação de kits de soluções, contendo vários indicadores de ph bem delineados e com coloração característica (a escala colorimétrica). A impregnação dos indicadores em papel, assim como o que ocorreu com o tornassol, e o refinamento das misturas dos mesmos permitiram obter os papéis de ph universal, bastante utilizados desde a década de 1950 (Gama e Afonso, 2007). De acordo com Sampaio e Rossi ( paineis/ pdf), as flores de hortênsia são ótimos indicadores naturais das condições de ph do solo: solos ácidos favorecem a presença de Fe2+, o qual interage com as antocianinas das flores, resultando em uma coloração azulada; já em meio alcalino, o íon Fe2+ é facilmente oxidado a Fe3+, que por sua vez pode precipitar sob a forma de hidróxido, evitando a disponibilidade de Fe2+ para interagir com as antocianinas das hortênsias que, assim, ficam rosadas. PROPOSTA DE M ETODOLOGIA PARA A D ETERMINAÇÃO DO PH Cabe ressaltar que antes da realização do experimento, o professor deverá ter construído com os alunos alguns conceitos básicos sobre ph, e que são pertinentes ao entendimento da atividade prática. Para poder ser realizado no Ensino Médio, a metodologia para a determinação de ph em solos (Figura 2) foi adaptada do método proposto por Cotta (2003), no qual são adicionados 25 ml de cloreto de cálcio 0,01 M a uma massa de 10 g de solo seco, moído e peneirado. Caso o professor e/ou a escola não disponham do sal de cálcio para o preparo da solução, a experiência pode ser realizada com a adição de 25 ml de água, de preferência destilada. O mesmo pode ocorrer no caso do papel de tornassol e da solução de fenolftaleína: se necessário, pode ser utilizado o extrato de repolho roxo como indicador no lugar destes, de acordo com Yoshioka e Lima ( também podem ser

5 XIV Encontro Nacional de Ensino de Química (XIV ENEQ) utilizados como indicadores de ph alternativos extratos de pétalas de flores, de feijão preto, e de frutas como a amora, a jabuticaba e a uva (Soares et al., 2001; Terci e Rossi, 2002). Figura 2: esquema da metodologia proposta para a determinação do ph em solos no Ensino Médio.

6 No procedimento experimental proposto neste trabalho (Figura 2), a turma de alunos seria, inicialmente, dividida em cinco grupos, sendo que cada grupo ficaria responsável por uma etapa do experimento. Desta forma, os alunos poderão desenvolver o espírito de trabalho em equipe, liderança, organização, bem como a observação das transformações ocorridas durante o experimento. O primeiro grupo ficaria responsável pela coleta das amostras de solo com o auxílio de uma pá de jardim e, posteriormente, pela secagem ao ar do material coletado em uma bandeja de plástico. O grupo dois deveria moer as amostras com o auxílio de um pilão de caipirinha, peneirá-las com uma peneira ou coador, a fim de remover as partículas maiores presentes no material, assim como de impurezas (galhos, folhas, grandes fragmentos), e, por fim, pesar uma massa de, aproximadamente, 10 g de solo (equivalente à medida de uma colher de sopa rasa) e adicioná-la a um copo de plástico transparente. O experimento deve ser realizado em triplicata. Posteriormente, os grupos três e quatro ficariam responsáveis pela adição de 25 ml da solução de CaCl 2 0,01 M, às massas de solo pesadas previamente, com o auxílio de uma seringa. As misturas devem ser agitadas ocasionalmente por 30 min com o auxílio de um palito de picolé. Transcorrido este tempo, após a decantação das misturas, os alunos deveriam filtrá-las com um funil e papel de filtro para café. Em seguida, o grupo cinco faria a determinação qualitativa do ph dos filtrados: no primeiro copo, o ph deveria ser medido com o auxílio de papel de tornassol (azul ou vermelho), e no segundo copo deveria ser adicionada a solução de fenolftaleína (5 ml). A determinação quantitativa com o papel indicador universal deveria ser realizada com o filtrado do terceiro copo. Cabe salientar que os alunos de todos os grupos ficariam responsáveis por providenciar os materiais necessários a serem utilizados na atividade experimental. O grupo cinco, por sua vez, deveria pesquisar qual a coloração adquirida pelos indicadores ácido-base (tornassol e fenolftaleína) quando em diferentes condições de ph do meio. É muito importante a participação do professor em cada etapa do processo, para que ele possa auxiliar os alunos na realização das tarefas. O professor deve solicitar aos grupos que façam anotações sobre o procedimento realizado. Estas informações deverão ser socializadas para toda a turma ao fim do experimento. Posteriormente, como uma forma de fechamento da atividade experimental e elaboração de uma conclusão sobre a determinação de ph em solos, os alunos deveriam responder individualmente às questões presentes na Tabela 1. CONSIDERAÇÕES FINAIS Por meio da metodologia proposta neste trabalho, é possível fazer a determinação de ph em solos no Ensino Médio, devido ao baixo custo envolvido no experimento e à facilidade do método, o qual pode ser realizado pelos próprios alunos. O tema solos é interdisciplinar, tendo em vista que engloba várias áreas do conhecimento, como pode ser observado pelas questões apresentadas na Tabela 1. Desta forma, o assunto ph dos solos permite aos alunos estabelecer relações sobre um mesmo assunto sob diferentes aspectos. Através desta atividade prática, os alunos são estimulados a desenvolver o trabalho em equipe, a liderança e, de certa forma, as relações interpessoais, a organização, a observação crítica dos fenômenos e a relação entre as diversas áreas do conhecimento, percebendo assim que o conhecimento não é fragmentado, ou seja, que as diversas ciências se complementam. Para finalizar, vale ressaltar que a construção do conhecimento sobre ph, a partir desta atividade prática, depende do grau de entendimento prévio que o aluno tem sobre o assunto, sendo necessária uma aula sobre o tema (em que os alunos constróem juntos com o professor conceitos referentes ao ph), antes de se partir para a prática e o fechamento da atividade, que pode ser realizada mediante a análise das questões apresentadas anteriormente.

7 Tabela 1: questões a serem respondidas individualmente pelos alunos ao término da atividade prática. Pergunta O solo analisado tem caráter ácido ou básico? Justifique a sua resposta. Utilizando o valor do ph encontrado no experimento, calcule a concentração de íons H + e OH - presente no filtrado analisado. Na região das hortênsias (Gramado, Canela, Nova Petrópolis e São Francisco de Paula), localizada no Estado do Rio Grande do Sul, a coloração predominante deste tipo de planta é azul. Como pode ser explicada a coloração desta flor em termos de ph? Qual a influência da constituição geológica da região na coloração das hortênsias? As queimadas, agravantes do aquecimento global, são utilizadas na agricultura a fim de preparar o solo para plantio. Depois da primeira queimada, há um grande depósito de cinzas no solo, o que favorece o crescimento dos vegetais que serão ali plantados. Por que as cinzas das plantas fertilizam o solo? Objetivo Relacionar a grandeza ph com os conceitos de acidez e basicidade. Saber utilizar relações matemáticas para determinar a concentração das espécies em questão. Estabelecer relações entre as diferentes áreas do conhecimento. Em solos em que o ph é básico, há maior disponibilidade de cálcio, magnésio e fósforo para as plantas, o que favorece o seu desenvolvimento. Qual a função destes elementos a nível de metabolismo vegetal? AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Universidade de Caxias do Sul e à professora Lílian Inês G. Pedruzzi do Centro Tecnológico Universidade de Caxias do Sul pelas valiosas sugestões. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AFONSO, Júlio Carlos A., AGUIAR, Renata de M. A evolução dos reagentes químicos comerciais através dos rótulos e frascos. Química Nova, v. 27, n. 5, p , ARROIO, Agnaldo, HONÓRIO, Káthia M., WEBER, Karen C., HOMEM-de-MELLO, Paula, GAMBARDELLA, Maria Teresa do P., SILVA, Albérico B. F. da. O show da Química: motivando o interesse científico. Química Nova, v. 29, n. 1, p , COTTA, Jussara A. de O. Diagnóstico ambiental do solo e sedimento do Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira (PETAR). Dissertação de mestrado. São Carlos: Universidade de São Paulo, p.

8 GAMA, Michelle da S., AFONSO, Júlio Carlos. De Svante Arrhenius ao peagâmetro digital: 100 anos de medida de acidez. Química Nova, v. 30, n. 1, p , GEPEC. Experiências sobre solos. Química Nova na Escola, n. 8, p , GUERRA, Andréia, FREITAS, Jairo, REIS, José Cláudio, BRAGA, Marco Antonio. A interdisciplinaridade no ensino de Ciências a partir de uma perspectiva histórico-filosófica. Cad. Cat. Ens. Fís., v. 15, n. 1, p abr INDICADORES DE ph. Disponível em: < Acesso em: 22 abr LOPES, Alfredo Scheid, SILVA, Marcelo de Carvalho, GUILHERME, Luiz Robert G. Boletim técnico n 1: acidez do solo e calagem. 3. ed. São Paulo: ANDA, p. PARÂMETROS CURRICULARES NACIONAIS (ENSINO MÉDIO). Disponível em: < Acesso em 20 abr ROSSA, Uberson B. S. Estimativa de calagem pelo método SMP para alguns solos do Paraná. Dissertação de mestrado. Curitiba: Universidade Federal do Paraná, p. SAMPAIO, Patrícia Gisela, ROSSI, Adriana V. Aspectos analíticos de antocianinas extraídas de hortênsias: caracterização e aplicações. Disponível em: < congressos/xiiicongresso/paineis/ pdf> Acesso em: 22 abr SOARES, Márlon H. F. B., CAVALHEIRO, Éder Tadeu G., ANTUNES, Patrícia Alexandra. Aplicação de extratos brutos de flores de quaresmeira e azaléia e da casca de feijão preto em voltametria ácido-base: um experimento para cursos de análise quantitativa. Química Nova, v. 24, n. 3, p , TERCI, Daniela Brotto Lopes, ROSSI, Adriana Vitorino. Indicadores naturais de ph: usar papel ou solução? Química Nova, v. 25, n. 4, p , YOSHIOKA, Maria Harumi, LIMA, Marcelo Ricardo de. Experimentoteca de solos: ph do solo. Departamento de Solos e Engenharia Agrícola da UFPR. Disponível em: < Acesso em: 20 abr