ISBN 978-85-85905-19-4
Área
Ensino de Química
Autores
Sá, E.R.A. (UFPI) ; Sá, E.L.A. (IFPI) ; Filho, L.B.S. (IFTO) ; Lima, F.C.A. (UESPI)
Resumo
O presente trabalho busca mostrar quais temas e técnicas são mais utilizados no contexto científico a cerca de interfaces coloidais, abordando informações que ajudarão no desenvolvimento teórico e prático da disciplina de coloides e superfícies. O trabalho foi desenvolvido através da análise de 173 artigos científicos publicados nas mais diferentes revistas e áreas do conhecimento entre os anos de 2010 a 2014, utilizando a base de dados ScienceDirect para o desenvolvimento da pesquisa, onde a busca foi restrita as palavras “colloids and interfaces”. Com isso foi possível obter dados importantes sobre o estado da arte de interfaces coloidais, aprofundar o conhecimento sobre os principais campos de aplicação, contribuindo para o desenvolvimento dos estudantes no ensino de química.
Palavras chaves
Ensino de química; Coloides e superfícies; Estado da arte
Introdução
Nos últimos anos tem se produzido um conjunto significativo de pesquisas conhecidas pela denominação “estado da arte” ou “estado do conhecimento”, que consiste no nível mais alto e atual do desenvolvimento, de um aparelho, de uma técnica ou de uma área científica naquela referido tempo. Definidas como de caráter bibliográfico, elas parecem trazer em comum o desafio de mapear e de discutir o nível de uma produção acadêmica em diferentes campos do conhecimento, tentando responder que aspectos e dimensões vêm sendo destacados e privilegiados em diferentes épocas e lugares, de que formas e em que condições têm sido produzidas certas dissertações, teses, publicações em periódicos e comunicações em anais de congressos e de seminários. (FERREIRA, 2002). A ciência de interfaces abrangem problemas presentes em vários tipos de atividades humanas, industriais e agrícolas, bem como de problemas gerados a partir de considerações sobre o meio ambiente. Existe um grande número de interfaces relacionado às ciências e tecnologias de solos, ciências da atmosfera, de macromoléculas, de materiais, de adesão, com a física da matéria condensada, a biofísica molecular, a eletroquímica e, em menor escala, outras áreas do conhecimento. (GALEMBECK, 2001). A abordagem da ciência Química de coloides e superfície nas universidades e faculdades visa à familiarização dos estudantes com conceitos e fundamentos básicos da área de interfaces e materiais coloidais, e com a sua aplicação direta no conhecimento e compreensão de processos e técnicas usados no cotidiano, na indústria, nas aplicações biomédicas e farmacêuticas, nas nanociências e nanotecnologia, e em modernas tecnologias em geral. (FACULDADE, 2013). São relatados abaixo alguns objetivos específicos da disciplina “Química de coloide e superfície” quando ministrada nos cursos de graduação em regime regular. (FACULDADE, 2013). • Identificar e caracterizar diferentes tipos de sistemas coloidais e interfaces de interesse em química e em diferentes tecnologias, das quais são exemplos: micelas, lipossomas, monocamadas e filmes nanoestruturados, membranas biológicas, emulsões, nano e microtúbulos, cristais líquidos e géis poliméricos; • Relacionar a organização e as interações supramoleculares dos sistemas com as suas propriedades e comportamento macroscópicos; • Analisar o modo em que as propriedades dos sistemas coloidais são usadas em interfaces, por exemplo, em sistemas biológicos na regeneração de tecidos, novos materiais (biomateriais e nanomateriais) e diversas aplicações práticas, tais como detergência, emulsificação, entrega controlada de fármacos, terapia génica não viral e alimentos; • Conhecer técnicas experimentais importantes para caracterização de coloides e interfaces, assim como a familiarização com novos equipamentos. Ao final de uma disciplina de Química de Coloides e Superfície espera se que o aluno tenha adquirido algumas competências e saberes, dentre os quais: • Identificar os diferentes tipos de sistemas coloidais e suas propriedades genéricas; • Caracterizar os principais aspectos das interfaces; • Racionalizar a relação estrutura-função em diversos sistemas e materiais coloidais em química e em suas tecnologias; • Compreender e constatar experimentalmente com algumas técnicas de caraterização de materiais coloidais; • Compreender aspectos essências do mecanismo de funcionamento de diversos produtos e materiais usados no cotidiano e que envolvem conceitos de interfaces e coloides; • Desenvolver capacidades de pesquisa autónoma; partilhar e comunicar informação sobre os conhecimentos. (FACULDADE, 2013). Portanto o presente trabalho tem por objetivo realizar uma revisão da literatura na área de interface coloidais, demonstrando os principais temas, técnicas e aplicações que vêm sendo utilizados para produção científica de artigos entre os anos de 2010 a 2014. Permitindo assim a comunidade acadêmica tomar conhecimento dos níveis das pesquisas nos dias atuais a partir de tais informações, e incrementar os avanços e as novas temáticas a disciplina de Química de Coloides e Superfície no Ensino Superior a fim de alcançar uma abordagem atualizada e relevante. Diante disso, a pesquisa compreendeu, de maneira mais restrita, uma busca de artigos, patentes, eventos e livros publicados na área de interfaces, assim com a preocupação de categorizar os temas mais abordados no referido período analisado, mas que ainda deve ser complementada, sendo considerada em primeiro momento, apenas como uma abordagem geral sobre o tema.
Material e métodos
Para a realização da pesquisa a cerca da quantidade de artigos e livros referentes ao tema interfaces, foi padronizado como fonte principal, o banco de dados da ScienceDirect. Realizou-se uma busca avançada nessa base de dados, tendo como objetivo localizar as palavras: “colloids” and “interfaces”, estando elas presentes no resumo, no título e nas palavras- chave de 173 artigos publicados entre os anos de 2010 a 2014. O trabalho deu-se em várias etapas. Na primeira buscou os artigos por meio de uma pesquisa na base definida e observando o volume de publicações por ano. De acordo com os dados obtidos, foi possível a construção dos gráficos, contendo número de publicações, temas e técnicas mais frequentes. A segunda destinou-se a investigação do número de livros publicados na área. Neste caso, também foi elaborado um gráfico para demonstrar a variação da quantidade de publicações no período da pesquisa. Com base nos gráficos produzidos, efetivou-se um estudo qualitativo, apresentando a relevância dos dados sobre o tema para a comunidade científica e como estes seriam importantes para o ensino de química voltado para a área de interface. Com o uso da base de dados ScienceDirect, houve a verificação dos artigos coletados para o período investigado e observou-se em cada ano qual periódico apresentou o maior número de publicações, construindo-se assim um gráfico a partir dos dados coletados, sendo realizado em seguida um análise qualitativa sobre os temas abordados. Em seguida fez-se a leitura da parte experimental de cada artigo e foram detectadas quais as técnicas mais abordadas no estudo de interfaces em cada ano do período descrito. Os resultados obtidos mostraram as técnicas mais importantes no período de análise. Para verificar o número de patentes sobre as interfaces coloidais, realizaram-se pesquisas nos bancos de dados virtuais do Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI), Web of science. Esta busca foi necessária para avaliar as novidades na área de interfaces. Por fim, foi realizada a pesquisa orçamentária para a construção de um laboratório de interfaces coloidais para o desenvolvimento do ensino superior. A metodologia adotada foi a de buscar os equipamentos essenciais para a realização das análises mais comuns apresentadas nos artigos pesquisados no intervalo de tempo proposto.
Resultado e discussão
Quando se almeja determinar a melhor forma para tratar o tema interface
coloidal no ensino de química, deve-se verificar como este tema tem evoluído
nos últimos anos e quais são os requisitos básicos necessários para que o
aluno iniciante na área compreenda as discussões que existem no meio
acadêmico a cerca do assunto. Para um pesquisador ou um simples estudioso da
área, mais importante que um estudo de livros com temas tradicionais é um
estudo de prospecção.
A forma de buscar as inovações é através das diversas bases de dados
existentes. No caso, foi escolhida a ScienceDirect, por ser esta relevante,
reconhecida, representativa e abrangente no meio científico. Inicialmente,
foi verificado o número de artigos publicados no tema, utilizando como
métodos de refinamento o uso dos termos “colloids” and “interfaces”. O
resultado a cerca da busca esta apresentado na Figura 1.
De posse dos dados, verifica-se que entre 2010 a 2014, houve publicação de
respectivamente: 29, 34, 37, 35 e 38 artigos por ano. Estes valores mostram
que há um acréscimo anual no número de publicações sobre o tema interfaces
coloidais, o que demonstra um aumento do interesse dos pesquisadores por tal
área de estudo.
Estes artigos estão distribuídos em variados periódicos com diferentes
fatores de impacto. Abordando o tema de interfaces coloidais, verificou-se
que a revista científica que apresentou o maior número de publicações foi o
Journal of Colloids and Interface Science, como pode ser visto na Figura 2
Na análise da Figura 2, verifica-se que entre os anos de 2010 a 2014, o
periódico descrito publicou respectivamente: 12, 8, 12,13 e 11 artigos por
ano. Estes resultados demonstram certa estabilidade no número de
publicações, o que pode ser esperado, já que a quantidade de artigos
publicados por edição em geral era constante.
Tais constatações mostram que o ramo de estudos de interfaces coloidais é
bastante rico, sendo possível desenvolver muitas pesquisas científicas, como
também voltadas para o ensino de química, já que anualmente existe uma vasta
gama de informações a cerca de definições, propriedades e técnicas
utilizadas para caracterizar estas superfícies.
Para apresentar ao corpo discente pontos que correspondam com a realidade,
deve-se analisar quais as técnicas laboratoriais de caracterização mais
atuais que devem ser conhecidas, tanto para a leitura quanto para a
compreensão de artigos científicos, adquirindo assim conhecimento de quais
as análises devem ser feitas para que determinada pesquisa seja adequada.
Observou-se após a análise da parte experimental dos artigos as técnicas
mais utilizadas entre os anos de 2010 a 2014, sendo estas relacionadas a
seguir:
• Espectroscopia de correlação de fluorescência (FCS);
• Potencial zeta;
• Termogravimetria (TG);
• Difração de raios-X (PXRD);
• Microscopia eletrônica de varredura (MEV);
• Microscopia óptica;
• Dispersão de Raman (SERS);
• Espalhamento de luz dinâmico (DLS);
• Cryo-FESEM;
• Espectroscopia UV-Vis;
• Microscopia de Força Atômica (AFM);
• Espectroscopia de RMN 1H;
• Espectroscopia de absorção UV-Vis;
• Microscópia de força atômica (AFM);
• Langmuir-Blodgett;
• Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X.
As técnicas apresentadas acima corresponde aos tipos de análises que devem
ser priorizadas nos cursos com o objetivo dos alunos familiarizarem com
equipamentos e métodos que vem sendo utilizado nas diversas pesquisas
relacionado à interface, dessa forma o aluno ou profissional que almejem
trabalhar nesta área, encontrarão muitos trabalhos que serão expostos o uso
destes métodos, além de que o próprio estudo de química faz-se pelo
entendimento dos avanços científicos e consequentes análises, em que uma
técnica corrobora com outra, coletando assim o maior número de informações.
Outro grupo de dados importante é referente aos temas mais abordados em
artigos e livros publicados sobre a ciência das interfaces nos anos entre
2010 a 2014, já que este dado pode gerar uma previsão sobre quais temas
serão discutidos em um futuro próximo e quais são os mais relevantes. Abaixo
segue a relação com os temas mais abordados nos artigos publicados entre os
anos de 2010 a 2014:
• Perspectivas sobre modelos numéricos que descrevem dispersões,
estabilizados por tensoativos e partículas coloidais;
• Fabricação e caracterização de filmes Langmuir e Langmuir-Blodgett;
• Investigação e caracterização de interações no nível molecular em filmes
de Langmuir-Blodgett;
• Métodos numéricos: Euleriana ou uma Lagrangiana para o fluido e para o
agente tensoativo/coloide;
• Interações trifásicas e fenômeno de transporte interfacial em sistema
óleo/água e coacervado;
• Estudo do fluxo e da deformação dos materiais;
• Determinação da área superficial e porosidade;
• Aplicações e propriedades de Nanocelulose em coloides e interfaces;
• Reologia interfacial;
• Presença de partículas hidrofílicas de sílica na interface óleo/água;
• Interface polímero/água;
• Mecanismos de retenção de coloides em meios porosos parcialmente
saturados;
• Estudo quantitativo sobre a molhabilidade coloidal;
• Aplicação em semicondutores;
• Aplicações e propriedades de Nanocelulose em coloides e interfaces
• Nanobiotecnologia;
• Monocamadas de Langmuir como modelos físicos exclusivos;
• Caracterização de nanomateriais;
• Cargas superficiais e interações com proteínas em solução.
De acordo com os dados listado acima, pode-se notar o estudo das
propriedades reológicas, tensão superficial e interfacial, modelos
matemáticos sobre distribuição de tamanhos de partículas e estudo de
surfactantes. Sendo alguns dos temas mais abordados e possivelmente a ser
mantidos, já que o número de artigos que os citam por ano tem aumentado
segundo a análise do material em estudo. Estes temas são também os mais
discutidos em congressos, em encontros científicos da área de interfaces e
em eventos relacionados à química e a ciência dos materiais.
A importância mundial do tema interfaces é tão amplo que pode-se verificar,
segundo o banco de dados Web of Science, que o período de 2010 a 2014 são
produzidas 112 patentes especificamente sobre o tema. Mas ao mesmo tempo,
mostra que o tema deve ser estudado de forma melhor no Brasil, pois segundo
os dados obtidos no site do INPI, neste mesmo período, não houve registro de
patentes sobre o tema em território brasileiro, sendo a última no ano de
2006.
Para mudar este contexto, deve-se aumentar a quantidade de estudos sobre o
tema, não apenas com a criação de disciplinas nos cursos de graduação e pós-
graduação, como também com a implementação de laboratórios de pesquisa que
aproximem os jovens pesquisadores das técnicas e propiciem o desenvolvimento
de tecnologias.
Neste trabalho foi realizado um levantamento a partir das análises dos
artigos a cerca dos equipamentos mais utilizados nas práticas experimentais
e constatou-se que para a implementação de um laboratório para o
desenvolvimento de estudos e tecnologias sobre o fenômeno da interfaces
coloidais seria necessário estrutura-lo com os seguinte equipamentos:
• Microscópio Eletrtônico de Varredura de Alta Resolução (MEV)
• Microscópio de Força Atômica (AFM)
• Zetasizer Nano
• Laser He-Ne 633 nm
• Espectrômetro de Fluorescência de Raios X por Energia Dispersiva (EDX)
Em suma, para realizar uma pesquisa adequada sobre o tema, demanda a
elaboração de um projeto que vise o desenvolvimento do conhecimento pela
criação de disciplinas que viabilizem a transmissão de conhecimentos sobre o
tema e a construção de laboratórios que permitam avanço na área de pesquisa
de interfaces coloidais.
Gráfico representativo do número de artigos publicados entre os anos de 2010 a 2014
Gráfico representativo do número de artigos publicados pelo periódico Journal of Colloids and Interface Science entre os anos de 2010 a 2014
Conclusões
Foi possível observar que há um aumento anual no número de publicações sobre o tema interfaces coloidais durante os últimos 5 anos, sendo que a área de estudo de coloides como um todo vem crescendo durante as duas últimas décadas, o que corroborou o levantamento realizado. A pesquisa feita, com o intuito de obter uma visão ampla do estado da arte das interfaces coloidais, se mostrou produtiva, haja vista, que interface é apenas um dos fenômenos dentro da ampla ciência Química de coloides e superfície, sendo possível atingir os objetivos no que diz respeito aos principais campos de aplicação, materiais estudados, técnicas mais utilizadas, além do enriquecimento do conhecimento sobre a área em estudo, com uma visão multidisciplinar do conteúdo que mostra o importante crescimento e penetração da área de interfaces coloidais nos mais diversos campos de estudo. O material obtido a partir do levantamento realizado se apresenta como uma importante ferramenta não só para o estudante e pesquisador que está iniciando seus trabalhos nesta área em questão, mas também como um material interessante tanto para ser aplicado em um curso de coloides e superfícies, a nível informativo, como para ministrar aulas a respeito, visando mostrar aos alunos o estado da arte na área de interfaces coloidais e sua multidisciplinaridade.
Agradecimentos
CAPES, UFPI, UESPI e IFTO.
Referências
FACULDADE DE CIÊNCIAS. A ciência de hoje é mais que a tecnologia de amanhã. [2013]. Disponível em:<http://sigarra.up.pt/fcup/pt/ucurr_geral.ficha_uc_viewpv_ocorrencia_id=336939>. Acesso em: 25 jun. 2015.
FERREIRA, N. S. As pesquisas denominadas “estado da arte”. Educação & Sociedade, Faculdade de Educação da UNICAMP. Campinas, 2002.
GALEMBECK, F. Curso de Físico - Química de Colóides e Superfícies. 2001.
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