APLICAÇÃO DE CONCEITOS MATEMÁTICOS PARA A COMPREENSÃO DE FENÔMENOS QUÍMICOS

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ensino de Química

Autores

Vieira, J.S.C. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA) ; Cavalcante, D.S. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA) ; Castro, W.S. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA) ; Sousa, J.A. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA) ; Silva, A.J.S. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA) ; Magalhães, A.N. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA) ; Sousa, F.H.S. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA) ; Rodrigues, M.R.M. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA) ; Castro, A.M.S. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA) ; Silva, M.M. (IFMA - CAMPUS ZÉ DOCA)

Resumo

A interação entre a Química e a Matemática é de suma importância na formação do educando. As atividades experimentais no cotidiano do acadêmico de Química ajudam a esclarecer os princípios teóricos, propiciam sua compreensão e motivam o interesse pela disciplina. Este trabalho teve por objetivo mostrar a importância da Matemática e sua articulação na construção e reconstrução de conhecimentos químicos. Os resultados revelados ao longo da caracterização Físico-Química dos óleos vegetais apontaram a influência dos conceitos matemáticos para tal compreensão. Portanto, pode-se afirmar a relação de dependência de conceitos químicos em relação à matemática, para que se possa conhecer o perfil de uma matéria-prima e dessa forma adequá-la para produção final a qual se destina.

Palavras chaves

Interdisciplinaridade; Contextualização; Interpretação de dados

Introdução

O atual contexto educacional requer um ensino de Química que desenvolva competências e habilidades diferenciadas, visando, principalmente, ao exercício da cidadania. Atividades interdisciplinares vêm se apresentando eficazes no ensino de Química, quando empregadas como estratégias que possibilitam aprendizagem significativa por parte dos alunos, pois integram de forma contextualizada vários saberes de diferentes áreas de conhecimento, como a Química e a Matemática (SILVA et al., 2011). O aprendizado da Química é de fundamental importância para o desenvolvimento da capacidade de observar fenômenos, raciocinar, redigir claramente, experimentar, impor argumentos convincentes para explicar as transformações químicas do dia a dia, quando o processo de aprendizagem permite ao discente (sujeito) tomar decisões eficazes na qualidade de cidadão (CLEMENTINA, 2011; BRASIL, 2000). Uma ligação interdisciplinar entre a Química e a Matemática constitui-se numa forma eficaz de aprender a apreender e dá sentido aos diversos conteúdos ministrados em Química. Cabe a quem ensina, o papel de orientar e a quem aprende, ser o sujeito ativo no processo ensino-aprendizagem (BEJANARO e SANTOS, 2010). A Matemática desempenha um relevante papel em nossas vidas, uma vez que nos permite desenrolar situações problemáticas do cotidiano, tem aplicações na sociedade, interfere na formação de capacidades intelectuais, na estrutura do pensamento e na construção do raciocínio dedutivo (HENRIQUE, 2004). Assim, ver-se que a Matemática é amplamente utilizada em Química. Portanto, de acordo com Walvy (2008), os conceitos matemáticos são a base para resolução de uma variedade de problemas teórico-experimentais em Química. Os principais conteúdos matemáticos empregados nas aulas de Química sejam de origem teórica, ou sejam de origem experimental são: razão e proporção, regra de três, equação do 1° grau, potenciação, percentagem e números decimais. Também a estatística simples é um ramo da Matemática importantíssimo na Química, pois em escala laboratorial há uma gama de conceitos estatísticos, como a média aritmética, percentagem e o desvio padrão. Tais cálculos são importantes para medir o grau de precisão e a exatidão de experimentos laboratoriais (BARBOZA, 2016). A Matemática tem um valor formativo que contribui com a estrutura do pensamento e com o raciocínio dedutivo. Ela é uma ferramenta que serve para a vida cotidiana e para as tarefas específicas em quase todas as atividades humanas (BRASIL, 2002). Neste trabalho abordar-se-á a influência dos conceitos matemáticos nas atividades experimentais inerentes à formação do acadêmico de Licenciatura em Química. No decurso de suas atividades cotidianas nos laboratórios químicos didáticos, o acadêmico de Química, ao executar uma rota reacional visando ao conhecimento do perfil de determinado material, acaba gerando um resultado numérico, que por si só não lhe permite inferir a qualidade ou quantidade dos componentes contidos no material em estudo. Para tal, é necessário deduzir uma equação Matemática que contemple a rota reacional e, a partir daí, gerar dados fidedignos que caracterizem o material estudado. Nesse sentido, justifica-se a realização deste trabalho, por entender-se que a Química sendo uma Ciência totalmente experimental não pode ser compreendida quando ocorre a dissociação da dicotomia teórico-prática. A interpretação lógica e criativa dos resultados experimentais tem sido um dos pilares do conhecimento científico e tecnológico e a contextualização dos conceitos dos ramos da Química dentro da linguagem matemática proporciona o estreitamento da relação interdisciplinar para entendimento significativo de ambos os conhecimentos (SILVA et al., 2011). Dessa forma, surgiu a seguinte situação problema, norteadora desta pesquisa: existe uma dependência dos conceitos da Química em relação à Matemática para medir o grau de precisão e exatidão dos experimentos realizados pelos acadêmicos de Química ao longo de sua formação? Diante desta problemática levantaram-se as seguintes hipóteses: a) A falta de conhecimentos básicos dos conceitos de Matemática dificulta a interpretação dos fenômenos químicos; b) Com um domínio razoável de Matemática o acadêmico de Química enfrenta menos dificuldades para lidar com teorias e conceitos químicos; c) Os conceitos de Matemática são a base para a resolução de problemas teóricos e experimentais em Química. Sendo assim, a presente pesquisa teve como objetivo geral compreender o emprego da Matemática e sua articulação na construção e reconstrução de conhecimentos químicos no decorrer das aulas teórico-práticas. De forma específica pretendeu-se utilizar a Matemática como ferramenta para quantificar e interpretar fenômenos químicos, favorecer a construção de conhecimentos químicos através de problemáticas desafiadoras com auxílio da Matemática e reconhecer as aplicações conceituais de forma contextualizada.

Material e métodos

COLETA DE DADOS Os dados numéricos foram coletados no decorrer das disciplinas Análise Instrumental, Química Geral Experimental e Operações Unitárias e serviram para alimentar planilhas que facilitaram a interpretação dos dados obtidos.Tais dados se tornaram informações de alta relevância, resultantes das atividades cotidianas dos acadêmicos de Química, no decorrer de sua formação profissional. Entretanto, estes dados, por si só, não permitem que os acadêmicos tenham de imediato, respostas conclusivas acerca de suas atividades experimentais. Por isso, faz-se necessária a interdisciplinaridade, conjuntamente com o auxílio da Matemática, através da dedução de equações Matemáticas que contribuam com a interpretação real e significativa dos parâmetros de qualidade em análise. Os dados coletados alimentaram planilhas elaboradas a partir do programa Microsoft Excel, versão 2010. Para cada parâmetro de qualidade foi criada uma planilha envolvendo a determinação das médias e desvio-padrão, que permitiram aos acadêmicos de Licenciatura em Química interpretar os resultados estatísticos obtidos e compará-los com as especificações vigentes, além disso, permitiram verificar a eficácia do analista em termos de exatidão e precisão. ALIMENTAÇÃO DAS PLANILHAS As principais técnicas de qualificação e quantificação do perfil dos materiais estudados neste trabalho foram titulação e secagem, para determinação dos parâmetros de qualidade: Índice de Acidez (IA), Teor de Ácidos Graxos Livres (AGL), Índice de saponificação (IS), densidade (d) e Teor de Umidade (% H2O) relacionada à amostra de óleo vegetal, para obtenção de biodiesel. No decorrer da investigação do perfil oleoquímico dos óleos vegetais realizados pelos acadêmicos de Química Licenciatura do IFMA Campus Zé Doca, foram coletados óleos de gongo na sua forma in natura e na sua forma tratada (esterificada). Nesta etapa, pretendeu-se destacar a importância da utilização de fórmulas Matemáticas desenvolvidas especificamente para cada tipo de ensaio realizada visando a permitir ao acadêmico de Químico interpretar os resultados obtidos comparando-os com a legislação vigente e, dessa forma, conhecer a qualidade do material estudado e sua possível aplicação para a fabricação de biocombustíveis (VIEIRA et al.,2017). Após alimentarem-se as planilhas com os resultados numéricos revelados durante as atividades experimentais e realizar-se o tratamento estatístico através da média aritmética e desvio padrão é necessário que sejam comparados os resultados finais com as legislações especificas que avaliam se a qualidade da matéria-prima estudada atende ao fim a que se destina. Nesse caso especifico pretende-se avaliar se o perfil oleoquímico da matéria-prima estudada (óleo vegetal) está propicio para produção de biodiesel. Neste trabalho, pretende-se destacar a influência da Matemática como coadjuvante da Química, para facilitar a atuação do profissional da Química em suas atividades laboratoriais.

Resultado e discussão

A Tabela 1 mostra o valor médio obtido para o Índice de Acidez e para o teor de ácidos Graxos Livres do óleo extraído do gongo (Pachymerus nucleorum). Nela, observa-se um valor médio de 1,08 mg/KOH/g da amostra e desvio padrão ± 0,00 indicando que esses resultados, à luz da estatística, foram exatos e precisos. No tocante à Química pode-se inferir que o óleo refinado extraído do gongo está propício para a produção de biodiesel. De modo análogo, o teor de AGL revelado para o óleo de gongo encontra-se dentro da especificação para produção de biodiesel, conforme é mostrada na referida Tabela. A Tabela 2 destaca os valores médios obtidos durante os ensaios para determinação do teor de umidade contido nas amostras do óleo de gongo purificado. A literatura de (Vieira, 2017; Meloni et al, 2011; Melero et al, 2006; Lima, 2013) requer que um óleo ideal para produção de biodiesel seja isento de água ou contenha, no máximo, 0,25%. Isso porque a água hidrolisa os catalisadores durante as reações químicas, formando sabão e diminui o rendimento do biodiesel. Na Tabela 9 observa-se que o valor médio do teor de água contido nas amostras do óleo analisado foi de 0,4% (± 0,00). Matematicamente, observa-se que os resultados obtidos estão condizentes, exatos e precisos. Quanto à perspectiva da Química, nota-se que a matéria-prima estudada necessita de um tratamento de desumidificação eficiente para adequá-lo à obtenção de biodiesel. Com o auxílio da Matemática, tornou-se possível adequar os dados coletados ao longo das rotas reacionais, realizadas nos laboratórios químicos didáticos e a partir desses dados, confrontar-se com as especificações, para confirmar a viabilidade ou não da matéria-prima para obtenção de biocombustível. Os resultados numéricos iniciais gerados das experimentações não permitiram que o analista químico (acadêmico) tivesse uma visão ampla do perfil qualitativo da matéria-prima em estudo. Para tal seria necessário contextualizar tais resultados com dados matemáticos (dedução de fórmulas) e dessa forma chegar à condições de interpretar, comparar e concluir se a matéria-prima atende às especificações para o que se destina. Neste sentido, é notório a importância da Matemática, para a tomada de decisões eficazes do acadêmico de Química, além disso, fica claro a dependência do químico em relação à Matemática, no exercício de sua formação acadêmica. Ao utilizar fórmulas matemáticas o acadêmico ainda constrói saberes e competências para lidar com média ponderada, aritmética, média e desvio-padrão que lhe permite inferir a ocorrência de exatidão e precisão no decorrer de suas experiências laboratoriais. O conhecimento matemático é de fundamental importância para todos os ramos do saber, quer seja pela sua aplicação politico-sócio-econômica, quer seja por sua capacidade de formar cidadãos críticos, conscientes de seus direitos e deveres, no contexto da sociedade em que vive.

Tabela 2- Teor de umidade do óleo de gongo purificado


Tabela 1- Índice de Acidez e Teor de Ácidos

Conclusões

No decurso deste trabalho, os resultados obtidos nos laboratórios didáticos de Química do IFMA-Campus Zé Doca, apontaram para a forte influência da Matemática como ferramenta para desmistificar o perfil quantitativo de materiais oleaginosos nos Laboratórios Químicos Didáticos. Diante do exposto, pode-se inferir que: Os resultados obtidos e discutidos são capazes de demonstrar que a Matemática exerce relevante importância nos resultados laboratoriais que são catalogados pelo acadêmico de Química, a partir de uma rota reacional. É possível perceber a dependência do acadêmico em relação à Matemática, quando está em plena atividade experimental, pois os resultados iniciais exigem a utilização da mesma como ferramenta para a determinação dos parâmetros de qualidade dos materiais em estudo. A Matemática relaciona-se diretamente com o dia a dia do acadêmico e também está presente nas atividades experimentais. Os resultados revelados ao longo da caracterização físico-química dos óleos vegetais estudados apontam a importância da interdisciplinaridade entre a Química e a Matemática. Nesse sentido, foi possível inferir que pela perspectiva da Matemática, a interpretação dos dados apresentou-se de forma eficaz, uma vez que os cálculos foram realizados com precisão e exatidão. No entanto, no domínio aos olhos da Química às vezes esses dados não atenderam às especificações vigentes, que caracterizam um óleo propício para a produção de biocombustível. Essa situação demonstrou quanto um resultado na Química, depende da aplicação do domínio da Matemática para que um analista químico consiga chegar a resultados mais exatos. Portanto, é notória a relação de dependência entre a área de conhecimento de domínio do analista químico e a Matemática, para que possa conhecer o perfil de uma matéria-prima, de forma, adequá-la ou produto final, ao qual se destina, com valores ou muito aproximados.

Agradecimentos

Os autores agradecem pelo apoio concedido pelo IFMA-Campus Zé Doca e pelo Grupo de Pesquisas em Análises Químicas Sustentáveis (GPAQS) para a realização deste trabalho.

Referências

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