Autores

Carvalho, S.R. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PIAUÍ) ; Sá, J.L.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PIAUÍ) ; França, A.A.C. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PIAUÍ) ; Sales, G.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ) ; Costa, A.C.S. (SECRETARIA ESTADUAL DE EDUCAÇÃO DO PIAUÍ - SEDUC)

Resumo

Extratos de três diferentes flores foram utilizados como material de partida para a criação de tabelas de pH colorimétricas, aplicadas na disciplina de química experimental II. C. roseus, A. cathartica e Hibiscus sp. Os extratos gerados geraram tabelas de pH com diferentes faixas de pH, a partir da adição de soluções padrão com pH 1,0, 3,0, 5,0, 7,0, 9,0 e 11,0. Na tabela de Hibiscus sp um espectro de cores mais claro que as outras espécies de flores. Enquanto o extrato de A. cathartica apresentou a menor alteração de cor. Estas tabelas permitiram avaliar soluções de problemas na disciplina de química experimental II. Um estudo aplicado que envolve diferentes aprendizados: efeito da variação floral, técnicas de extração, padronização de soluções, etc.

Palavras chaves

Extratos; tabelas colorimétricas de; estudo aplicado

Introdução

No contexto científico e escolar da disciplina de química, as substâncias conhecidas atualmente podem ser caracterizadas como ácidos ou bases, de acordo com suas propriedades. Para elaboração desses conceitos é levado em consideração, principalmente, três teorias ácido-base que são amplamente aceitas no meio educacional, a teoria de Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis (SILVA et al., 2020). Essas teorias juntamente com os conteúdos de pH, equilíbrio químico, equilíbrio ácido e base e indicadores de pH são apresentados aos alunos tanto no ensino superior quanto no ensino médio, no entanto, o processo de ensino e aprendizagem desses temas ainda possui inúmeras dificuldades em relação à absorção e compreenssão dos assuntos por parte dos estudantes (SUAREZ; FERREIRA; FATIBELLO-FILHO, 2007). Diante disso, a utilização de materiais alternativos para produção de experimentos de química pode ser uma alternativa para demonstrar os conteúdos de forma visual e compreensível, melhorando assim o aprendizado dos alunos em relação aos assuntos. Entre todos os processos experimentais envolvendo as teorias de ácido e base que podem ser realizados em sala de aula para melhoria do ensino, a demonstração experimental simples do caráter ácido ou básico de algumas substâncias possivelmente encontradas em domicílio, como: água sanitária, leite, refrigerantes, vinagres e sucos, são estudos bastante recorrentes que facilitam a aprendizagem, por parte dos alunos, e auxiliam os professores na abordagem em sala de aula. (SUAREZ; FERREIRA; FATIBELLO-FILHO, 2007). Além do baixo custo financeiro, esses materiais que fazem parte do nosso dia a dia, permitem o desenvolvimento de uma ampla rede de estudos que envolvem vários conceitos dessa área, e, principalmente, da disciplina de química. (DE OLIVEIRA et al., 2020) A caracterização do meio ocorre a partir da utilização de alguns indicadores de pH que, geralmente, são clássicos e comerciais, como as fitas de pH, a fenolftaleína ou os pHmetros. Os indicadores podem ser classificados como substâncias químicas que apresentam para o pesquisador uma análise de caráter qualitativo de um determinado meio, solução ou composto, essa análise ocorre por meio de uma alteração na coloração do meio, sendo que essas alterações decorrem das características químicas de cada substância, gerando informações como estimativa de pH e características visuais (TERCI e ROSSI, 2002). No entanto, as ferramentas laboratoriais e comerciais podem não ser encontradas com facilidade e tem custo elevado, o que dificulta o uso no ambiente escolar por parte dos profissionais da educação, e assim, é possível optar por meteodologias alternativas, como a utilização de indicadores naturais, feitos a partir de extratos de grãos ou produtos vegetais, como é o caso do repolho roxo, feijão preto e algumas flores (NUNES, JANSEN & QUINÁIA, 2021). Os extratos possuem substâncias químicas que geram características específicas de cada indicador natural. Um dos princípios ativos presentes neles são as antocianinas, substâncias químicas que caracterizam os pigmentos da cor nas folhas, frutos e flores das plantas. (SILVA et al., 2020). A utilização de materiais alternativos é um fator que gera um impacto na aprendizagem, pois é fácil para o educador aliar teoria e prática, mostrando aos alunos como a disciplina está presente no seu dia a dia. Nesse contexto, a utilização de indicadores naturais se apresenta como uma alternativa viável e imprescindível como novo recurso didático, oferecendo para os alunos de todos os estágios escolares uma experiência rica em informações na construção do conhecimento individual (SOUTO et al., 2013). Essa apresentação detalhada pode ser evidenciada a partir da construção de recursos que facilitam a visualização do conteúdo por parte dos alunos, como a construção das tabelas com faixas de cores distintas e soluções com variação de pH utilizando-se indicadores naturais. Sendo assim, são levados em consideração alguns conceitos e equações encontrados dentro da área da química analítica, como o cálculo de pH de acordo com a Eq. 1, e diluição de soluções para o preparo das demais soluções de uma escala colorimétrica com uma variação de pH, Eq. 2 (SILVA et al., 2020).

Material e métodos

Reagentes e equipamentos A experimentação foi desenvolvida no laboratório de química da UESPI com a turma de Química Experimenta. Foram utilizados os seguintes materiais: hidróxido de sódio (NaOH), ácido clorídrico (HCl), pétalas de C. roseus, A. Cathartica e Hibiscus sp. - coletadas no próprio campus da universidade, álcool etílico hidratado 70° INPM (solvente extrator), 3 garrafas plásticas, balança analítica, espátula, vidro de relógio, pisseta, pisseta graduada (10 mL e 5 mL) e água destilada. Preparação dos extratos Para a preparação dos extratos foi realizado o metódo de extração alcóolica utilizando-se álcool etílico comercial 70° INPM como solvente extrator e três garrafas distintas com volume de 50 mL, uma para cada espécie de flor utilizada. Sendo assim, no processo de preparação dos extratos das flores, foram usadas seis pétalas de vincas (A), três pétalas de dedal-de-dama (B) e três pétalas de hibisco (C), as quais foram mantidas imersas em 50 mL do solvente, durante 24 h ao abrigo da luz e em temperatura ambiente, Fig 1. (NUNES, JANSEN & QUINÁIA, 2021). Escala de cores em diferentes valores de pH Foram preparadas duas soluções padrão de HCl com concentração de aproximadamente 0,1 mol L-1 e NaOH a 10-3 mol L-1. A solução ácida (pH ≈ 1,0) e a solução básica (pH ≈ 11,0) foram diluídas com água destilada para pH 3, 5 e 9 e utilizadas na construção das escalas de cores. Para identificação de pH neutro (7) foi utilizada a água destilada (BACCAN & ANDRADE, 2001). Foram utilizados 18 (dezoito) tubos de ensaio, 6 (seis) para cada extrato, a cada um deles foi adicionado 3 mL das soluções com pH definido entre 1,0 e 11,0. Em seguida foi adicionado 1 mL de cada um dos indicadores a cada tubo de ensaio. Aplicação prática da pesquisa no ensino Além da construção das tabelas utilizando os componentes naturais das três espécies de flores, outra proposta do estudo foi a utilização de indicadores naturais pelos alunos dentro da disciplina de Química Orgânica Experimental do curso de química da Universidade Estadual do Piauí. Para isso, foi feita a pesquisa por parte dos alunos sobre qual componente de origem natural utilizar na preparação dos extratos e aplicação na construção de uma escala de cores utilizando soluções com valores de pH distintos. A turma foi dividida em dois grupos para tornar o processo experimental mais proveitoso. O grupo 1 utilizou a espécie Syzygium aromaticum, conhecida popularmente como Cravo-da-Índia, e o grupo 2 utilizou o extrato de Hibiscus rosa-sinensis. Ambos os grupos utilizaram também o extrato de A. cathartica.

Resultado e discussão

A partir do preparo dos extratos e das soluções ácidas e alcalinas utilizadas nesse estudo foi possível ser feita a construção de três escalas colorimétricas, produzidas a partir da exposição dos extratos a diferentes valores de pH, as informações qualitativas apresentadas foram de suma importância para o estudo com os indicadores de pH naturais das flores de C. roseus, A. cathartica e Hibiscus sp.. Sendo assim, pode-se destacar que a tabela de cores para o extrato das flores de Hibiscus sp. foi a que apresentou uma variação colorimétrica mais acentuada, já o extrato de C. roseus, apresentou uma variação menos expressiva, e, por fim, na prática realizada com o extrato de A. cathartica não foi obtida uma variação de cor significativa para o estudo. Isso ocorreu devido ao fato de que as diferentes espécies de vegetais apresentam teores distintos de antocianinas,[1] as quais são os pigmentos responsáveis pela mudança de coloração em função de uma alteração nos valores de pH de um determinado meio. A Fig. 2 (A ~ C) apresentam uma escala de pH de forma crescente, com valores de 1,0; 3,0; 5,0; 7,0; 9,0 e 11,0. A Fig. 2 (A) apresenta a escala de cores obtida para o extrato de Hibiscus sp. após a análise experimental feita nos seis valores de pH distintos. A variação de cores para esse extrato saiu de um cor rosa (pH = 1,0) e foi até uma cor verde (pH = 11,0), ou seja, esse indicador pode ser utilizado para indicar valores de pH em uma escala de 1,0 a 11,0 para diferentes valores de pH. A Fig. 2 (B) apresenta a escala de cores obtida para o extrato das flores de A. cathartica após a análise feita nos valores de pH em estudo. Ao analisar a Fig. 2 (B) acima, observa-se que a variação de coloração dentro dos valores de pH determinados para o extrato de A. cathartica em cada solução, variou dentro da faixa da coloração amarela, saindo de um amarelo mais claro até um amarelo mais intenso, no entanto, essa variação, para o estudo realizado neste trabalho, não é uma variação significativa, pois, a faixa de cores que esse indicador abrange é limitada para uma variação significativa de pH. A Fig. 2 (C) mostra o resultado experimental obtido para o último indicador natural analizado nesse trabalho, o extrato de C. roseus, conhecidas popularmente como vincas. A partir dos resultados com o extrato das flores de vincas, nota-se que esse também oferecera uma resposta satisfatória para o estudo realizado, pois a variação da coloração nas diferentes soluções indica que o extrato dessa flor apresenta uma quantidade significativa de compostos que caracterizam a cor do meio, as antocioninas presentes nas flores. Logo, esse indicador, além da boa representação qualitativa dos resultados, possui também boas respostas em meios com faixas estimáveis de pH, podendo ser considerado como um bom indicador natural de pH. Ao analisar a Fig. 2 (D) observa-se que o extrato de Cravo-da-Índia apresentou um resultado qualitativo com variação de cor não muito expressiva para valores de pH em meios com características ácidas, neutras e valores de pH em torno de 9,0, pois a variação da coloração ao utilizar o extrato natural de Cravo-da- Índia foi mínima para essas faixas da escala. No entanto, para valores de pH em torno de 11,0, meios com pH básico alto, a variação de cor foi bastante expressiva, evidenciando a facilidade reacional do indicador em meios com características básicas. Na Fig. 2 (E) está apresentado o resultado obtido para o extrato de Hibiscus rosa-sinensis feito pelo grupo 2 da turma da disciplina de Química Experimental. Analisando a imagem, observa-se que o extrato da flor de Hibisco apresentou variação expressiva de cor e tem potencialidade para ser utilizado como indicador nos valores de pH próximos a 1,0 e 11,0. Na faixa de pH entre os valores 3,0 e 9,0 a mudança de cor não foi tão intensa, demonstrando que esse indicador não possui potencialidade para ser usado nessa faixa de pH. A existência de muitos indicadores diferentes com diferentes cores e valores de faixa de viragem também fornece uma maneira conveniente de estimar o pH de uma solução sem usar um medidor de pH eletrônico caro e um frágil eletrodo de pH, principalmente quando se trata do ensino de química, o que demanda muitas aulas para turmas distintas e a probabilidade de danificar um equipamento se torna maior do que a facilidade se aplicarem indicadores naturais (CORTES, RAMOS & CAVALHEIRO, 2007).

Extratos com as pétalas das flores


Extratos com as pétalas das flores Hibiscus sp. (A), \r\nA. Catártica (B), C. roseus (C), Syzygium aromaticum \r\n(D) Hibiscus rosa-sinensis (E)

Conclusões

O trabalho propõe uma alternativa para o ensino de conteúdos voltados à disciplina de química nas instituições de ensino superior e ensino médio, destacando o uso de materiais alternativos como uma maneira viável para alcançar uma melhoria no processo de ensino e aprendizagem dos alunos. Portanto, para alcançar esses objetivos, neste estudo foram utilizados extratos de componentes vegetais com o intuito de analisar o comportamento dessas plantas como indicadores de pH. Dentre os extratos analisados, os das flores de C. roseus e Hibiscus sp. foram os que apresentram resultados mais satisfatórios para o estudo em questão, apresentando colorações mais específicas em determinados valores de pH, fato que pôde ser observado a partir da análise das tabelas de cor dessas espécies. Essa variação de coloração deve-se ao fato de as pétalas dessas plantas apresentarem uma cor mais próxima a faixa da coloração vermelha, e, segundo a base teórica a qual foi consultada, (SILVA et al., 2020), isso é uma característica de um alto teor de antocianinas presentes na composição dessas flores, logo, espécies vegetais com essa peculiaridade possuem resultados consideráveis para a utilização dessas flores em estudos relacionados ao tema de indicadores naturais de pH. A preparação e utilização dos extratos por parte dos alunos para o repasse do conteúdo dentro da disciplina do curso mostrou-se como uma metodologia com verdadeiro potencial dentro do ensino, pois a aplicação desses experimentos com os materiais alternativos facilitou o entendimento e comprensão dos educandos, relacionando a teoria vista em sala com a prática dentro do laboratório. Além disso, vale ressaltar que a utilização de experimentos no ensino proporciona para os alunos um olhar investigativo sobre o conteúdo, e isso foi evidenciado durante a prática experimental realizada, através das discussões e das boas relações interpessoais durante o processo.

Agradecimentos

À turma de Química Experimental do bloco 5° da Universidade Estadual do Piauí, ao monitor G. O. Silva, e ao professor J. L. S. Sá pela ajuda no desenvolvimento e aplicação do estudo.

Referências

BACCAN, N.; ANDRADE, J. C.; Química Analítica Quantitativa Elementar, 3. ed., Edgard Blucher Ltda: São Paulo, 2001.

CORTES, M. S.; RAMOS, L. A.; CAVALHEIRO, É. T. G. Titulações espectrofotométricas de sistemas ácido-base utilizando extrato de flores contendo antocianinas. Química Nova, v. 30, n. 4, p. 1014-1019, ago. 2007. https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000400045

DE OLIVEIRA, D. E. T. B. et al. Curcumina como indicador natural de pH: Uma abordagem teórica-experimental para o ensino de química. Química Nova, v. 44, n. 2, p. 217–223, 2020.

NUNES, C.; JANSEN, A.; QUINÁIA, S. Otimização da extração de antocianinas presentes no feijão-preto e impregnação do extrato em matriz polimérica natural para uso como indicador de pH. Química Nova, 2021. https://doi.org/10.21577/01004042.20170825

SILVA, J. et al. EXTRATOS DE Lilium sp., Agapanthus sp. E Hydrangea sp.: comportamento como indicadores naturais em diferentes faixas de pH. Química Nova, 2020. https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170459

SOUTO, I. D. et al. Uso de extrato de flores e folhas como indicadores naturais. In: Congresso Norte-Nordeste de Química, n. 5, 2013, Natal.

SUAREZ, W. T.; FERREIRA, L. H.; FATIBELLO-FILHO, O. Padronização de Soluções Ácida e Básica Empregando Materiais do Cotidiano. Química Nova na Escola, n. 25, p. 3, 2007.

TERCI, D. B. L.; ROSSI, A. V. Indicadores naturais de pH: usar papel ou solução?. Química Nova, v. 25, n. 4, p. 684-688, 2002.