XIV Encontro Nacional de Ensino de Química (XIV ENEQ)
EX
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 95070-560, Caxias do Sul-RS.
* [email protected]
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
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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 CaCl2 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 CaCl2 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):
CaCO3(s) + 2H+(aq)
CaCO3(s) + H2O(l)
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Ca2+(aq) + CO2(g) + H2O(l)
Ca2+(aq) + CO32–(aq)
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CO32– (aq) + H2 O(l)
HCO3-(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:
FeSO4(s) + 2OH–(aq)
Fe(OH)2(s) + SO42–(aq)
E em presença do ar:
4Fe(OH)2(s) + 2H2 O(l) + O2(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.
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Figura 1: estrutura da fenolftaleína em diferentes meios (ácido e básico, respectivamente) (adaptado de
http://www.ufpa.br/quimicanalitica/sindicador.htm).
- 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 (www.prp.unicamp.br/pibic/congressos/xiiicongresso/
paineis/017033.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
(http://www.escola.agrarias.ufpr.br/arquivospdf/experimentotecasolos7.pdf); também podem ser
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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.
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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 CaCl2 0,01 M, às massas de solo pesadas previamente, com o auxílio de uma seringa.
As misturas devem ser agitadas ocasiona lmente 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.
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Tabela 1: questões a serem respondidas individualmente pelos alunos ao término da atividade prática.
Pergunta
Objetivo
O solo analisado tem caráter ácido ou básico?
Justifique a sua resposta.
Relacionar a grandeza pH com os conceitos de
acidez e basicidade.
Utilizando o valor do pH encontrado no
Saber utilizar relações matemáticas para
experimento, calcule a concentração de íons H+
determinar a concentração das espécies em
e OH- presente no filtrado analisado.
questão.
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 Estabelecer relações entre as diferentes áreas do
preparar o solo para plantio. Depois da primeira
conhecimento.
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?
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.
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