CONSTRUÇÃO DE UM pHMETRO DE BAIXO CUSTO PARA O ENSINO DE QUÍMICA

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ensino de Química

Autores

Pereira, W.S. (UFOPA) ; Gomes, S.O. (UFOPA) ; Gomes, V.V. (UFOPA) ; Costa, S.C. (UFOPA) ; Fernandes, J.C.B. (UFOPA)

Resumo

A carência de laboratórios e/ou equipamentos nas escolas públicas inviabiliza o ensino de química por experimentação. Para minimizar este problema, busca- se por materiais alternativos acessíveis. O objetivo deste trabalho foi construir um pHmetro de baixo custo para uso em aulas práticas. O equipamento foi montado dentro de uma gaiola de Faraday, onde utilizou-se um multímetro digital com uma interface para equiparação da impedância com o eletrodo de vidro e empregou-se um amplificador operacional de alta impedância na interface eletrônica. Calibrou-se e testou-se o equipamento, comparando os resultados com pHmetro comercial. Os resultados mostraram que o equipamento artesanal apresentou viabilidade operacional e econômica.

Palavras chaves

pHmetro; Materiais alternativos ; ensino de química

Introdução

Em geral, o desinteresse dos alunos no ensino de química deve-se à falta de aulas experimentais que possam fazer uma conexão entre a teoria com a prática. Pesquisadores na área de ensino, consideram que aulas de laboratório de química são fundamentais para o efetivo processo de ensino-aprendizagem, pois estimula a curiosidade e o espírito crítico do aluno (FRANCISCO JR., FERREIRA e HARTWIG, 2008). Embora as escolas públicas de ensino básico não possuam infraestrutura, nem espaço físico adequado (COSTA, 2005), estes empecilhos não devem ser limitantes para a realização de aulas experimentais nestas instituições de ensino, pois um laboratório de ensino de química não precisa ter equipamentos sofisticados, uma vez que os mesmos podem ser montados utilizando materiais de baixo custo (SILVA e MACHADO, 2008). Desta maneira, como forma de oferecer alternativas para as instituições de ensino básico, este trabalho propõe a construção de um pHmetro de baixo custo para ser utilizado em aulas experimentais de química.

Material e métodos

Na montagem do aparelho para medida de pH foi utilizado um multímetro digital e construiu-se uma interface para equiparação da impedância de entrada do multímetro e do eletrodo de vidro. Um amplificador operacional (OPamp) de ultrabaixo consumo de energia, código LMC6041 (NATIONAL, 2000), foi empregado na interface eletrônica. Este OPamp opera na faixa de 4,5 a 15,5 volts e apresenta ultrabaixa corrente de entrada de 2fA (femtoampère). O pHmetro artesanal foi montado dentro de uma "gaiola" de Faraday. O equipamento foi testado na titulação potenciométrica de ácido acético em vinagre e nas medidas de pH de tampões entre 2,5 e 7,0 usando um eletrodo combinado de vidro com eletrodo de referência Ag/AgCl/3M KCl. Os resultados foram comparados com aqueles obtidos com um aparelho comercial.

Resultado e discussão

Multímetros eletrônicos comerciais de baixo custo usados em medidas elétricas apresentam impedância de entrada da ordem de 20 MΩ (Mohms) a qual não é adequada para a associação com eletrodo de vidro. A Tabela 1 mostra como varia o erro relativo na medida do potencial elétrico de um sensor de pH em função da impedância elétrica de entrada do milivoltímetro eletrônico considerando a medida de potencial de 800mV (SKOOG et al., 2006). Para minimizar o problema do erro na medida de milivoltagem com esses multímetros comerciais montou-se uma interface com amplificador operacional de alta impedância, o LMC6041, onde o eletrodo de vidro foi conectado a entrada não inversora do OPamp e o de referência ligado ao Terra. Para proteger o equipamento de interferência elétrica externa, ou seja, ruídos elétricos, o mesmo foi montado dentro de uma gaiola de Faraday. Atualmente, o preço de um simples multímetro digital varia na faixa de R$ 20,00 a R$50,00 reais e o OpAmp proposto neste projeto custa entre R$ 5,00 e R$ 9,00 reais, valor este, dependendo do volume do componente eletrônico adquirido. Os testes comparativos entre o aparelho comercial e o proposto neste trabalho, mostraram a viabilidade da montagem do pHmetro artesanal.

Implicações da resistência do milivoltímetro nas medidas de voltagem (SKOOG et al.2006).

Conclusões

O desenvolvimento de tecnologia de basto custo é de grande importância para o atendimento de escolas sem grandes recursos financeiros. Esta proposta possibilita a inserção de aulas experimentais sobre o conceito de pH, o qual é um dos conceitos mais relevantes do conteúdo de química, pois está associado com o equilíbrio ácido-base. O pHmetro artesanal baseado em multímetro-opamp de alta impedância apresentou um custo dez vezes menor que o comercial, com resultados similares. Além disso, ele pode ser empregado em comunidades carentes para o controle da qualidade de sua água de abastecimento.

Agradecimentos

UFOPA

Referências

COSTA, T.S.; Ornelas, D. L.; Guimarães, P.I.C.; Merçon, F.; A corrosão na
abordagem da cinética química. Química Nova na Escola. N° 22, p. 31-34, 2005;
FRANCISCO JR., W. R.; FERREIRA, L. H.; HARTWIG, D. R. Experimentação Problematizadora: Fundamentos Teóricos para a Aplicação em Salas de Aula de Ciências. Química Nova na Escola. N° 30, p. 34-41, 2008.
NATIONAL SEMICONDUCTOR. LMC6041 CMOS Single Micropower Operational Amplifier, 2000. Disponível em: http://www.promelec.ru/pdf/LMC6041.pdf>, Acesso em: 13 jul. 2017.
SILVA, R. R.; MACHADO, P. F. L. Experimentação no ensino médio de química: a necessária busca da consciência ético-ambiental no uso e descarte de produtos químicos – um estudo de caso. Ciência & Educação, v. 14, n 2, 2008.
SKOOG, D. A.; WEST, D. M.; HOLLER, J. F.; CROUCH, S. R. Fundamentos de Química Analítica. 8ed. Cengare Learning, São Paulo-SP, 2006. 578p.