DOI:10.22201/fq.18708404e.2019.1.64110

Determinação do grau de saponificação de óleo residual: uma experiência no ensino de Química sob as perspectivas CTSA e Química Verde

Flávia de Mello[a*] Sandra Inês Adams Angnes Gomes[b], Edneia Durli Giusti[b], Marilei Casturina Mendes Sandri[c] y Samuel Robaert[d]

Introdução

O óleo vegetal empregado em repetidos processos de frituras pode causar problemas à saúde, uma vez que, quando é submetido a elevadas temperaturas, começa a sofrer um processo de degradação que se dá através de reações de oxidação e hidrólise ocasionadas pelo superaquecimento, contato com ar e a água liberada pelos alimentos. Além disso, quando o óleo residual é descartado incorretamente em pias, no solo ou diretamente em águas superficiais pode ocasionar entupimentos nas tubulações de esgoto, enchentes, poluição do solo e da água, encarecer o tratamento de efluentes, além de diversos outros prejuízos tanto para o ambiente quanto para a saúde (RAMOS JUNIOR et al., 2011; RABELO & FERREIRA, 2008, p. 2). Esta constatação torna-se ainda mais preocupante, quando consideramos que os “brasileiros consomem aproximadamente três bilhões de litros de óleo de cozinha por ano” (MARTINS, 2007 apud SEGATTO, 2013, p. 2123) e que “um litro de óleo de cozinha que flui para um corpo hídrico tem potencial para contaminar um milhão de litros de água, o equivalente ao consumo de uma pessoa em 14 anos” (RABELO & FERREIRA, 2008, p. 2).

Movidos por essa problemática “socioambiental” “o projeto” de extensão Fábrica Escola de Detergentes do Instituto Federal do Paraná, “campus Palmas” considerou viabilizar a produção de sabão ecológico para amenizar impactos ambientais provocados pelo descarte de óleo residual. Entretanto, para tornar a produção do sabão ainda mais eficiente do ponto de vista econômico e ambiental, fez-se necessário avaliar seu índice de saponificação (I.S) para minimizar desperdícios com gastos de reagentes, incorporar átomos dos reagentes nos produtos e evitar danos à saúde, conforme prevêem os princípios da Química Verde (QV). Como campo de interesse da Educação Química ainda recente, a QV, segundo Anastas e Kirchhoff (2002), tem como função, desenvolver processos químicos mais eficientes e aperfeiçoar os já existentes, para que estes sejam menos nocivos ao ambiente.

Nesse sentido, “os professores” em parceria com os acadêmicos do curso de licenciatura em “Química” promoveram um projeto que integrou ensino, pesquisa e extensão e buscou cumprir os seguintes objetivos específicos: a) coletar óleo residual de frituras na cidade de Palmas - PR; b) otimizar a formulação do sabão a partir do cálculo do índice de saponificação e aplicação de métricas de verdura química; c) produzir sabão a partir do óleo residual coletado; d) permitir o trabalho interdisciplinar entre componentes curriculares do curso a fim de construir conceitos químicos ligados à prática da produção de sabão; e) construir conhecimentos sobre os princípios da Química Verde; f) difundir saberes relacionados à problemática socioambiental em questão e à obtenção de sabão ecológico por meio de minicursos para acadêmicos do curso de licenciatura em Química, alunos do Ensino Médio e comunidade local; g) promover reflexões acerca das possibilidades da (re)utilização de óleo residual e da mudança de atitudes frente a problemas ambientais causados pelos descarte incorreto de óleo de fritura.

Dessa forma, a produção de sabão ecológico, ao permitir a articulação de inúmeros conceitos químicos em torno de um problema da vida real, permitiu o desenvolvimento do ensino em uma perspectiva CTSA, que se relacionou com a QV, colaborando para uma formação no viés da sustentabilidade socioambiental.

Metodologia

Este trabalho foi realizado por professores e estudantes do curso de licenciatura em Química do IFPR, com o objetivo de vincular atividades do projeto de extensão Fábrica Escola de Detergentes de forma interdisciplinar e contextualizada com a pesquisa aplicada no ensino dos componentes curriculares de Química Tecnológica, Química Orgânica e Estágio Supervisionado de Campo. Nesta perspectiva, o trabalho foi dividido em 04 etapas:

• 1a etapa - coleta do óleo residual - lanchonetes, doações da prefeitura municipal e em um colégio estadual.
• 2a etapa - adaptação e otimização da formulação do sabão pela determinação do I.S do óleo residual, que indica o número de miligramas de hidróxido de sódio (NaOH) necessários para saponificar um grama de óleo ou gordura, sendo o excesso de base determinado por titulação (BORSATO et al., 2004; UCHIMURA, 2007).
• 3a etapa - avaliação da verdura química das formulações por meio das métricas holísticas, Matriz Verde (MV) e Estrela Verde (EV) e as métricas de massa, Economia Atômica (Ea) e Fator E, (MACHADO, 2014). A MV baseia-se na análise SWOT para avaliação de cumprimento de objetivos ou critérios previamente definidos. Nessa análise, após definidos os critérios identificam-se os pontos fortes e fracos e as oportunidades e ameaças que se colocam ao cumprimento desses objetivos. O conjunto dos pontos fortes e fracos corresponde à análise interna, enquanto as possibilidades e ameaças se constituem na análise externa. Para construção da MV é necessário fazer o inventário de todos os reagentes por meio da avaliação das fichas de informações de segurança de produtos químicos (FISPQ), das condições experimentais e avaliar o cumprimento ou não dos princípios e critérios da QV, detalhados no Quadro 1.

Quadro 1. Princípios e critérios para construção da Matriz Verde.Fonte: Adaptado de Costa, Ribeiro e Machado (2012).

A MV permite verificar os pontos fortes, os pontos fracos, as ameaças do experimento e propor possibilidades para otimização de processos intrinsicamente mais seguros, com menos riscos à saúde, físicos e ambientais, bem como o gerenciamento de resíduos e priorizar o princípio da precaução, buscando promover a educação ambiental e a educação para a sustentabilidade socioambiental (SANDRI, 2016).

Igualmente, a métrica EV considera os mesmos princípios da QV vistos no Quadro 1. Entretanto, esta métrica de natureza gráfica permite simples comparações visuais. Conforme Ribeiro, Costa e Machado (2010, p. 759), “a métrica é constituída por uma estrela de tantas pontas quantos os Princípios da QV envolvidos no problema em análise, e o comprimento da ponta vai ser proporcional ao cumprimento do respectivo princípio”. Para a construção da EV e os cálculos de massa, Fator E (razão de massas entre a totalidade de massa dos resíduos produzidos e a massa do produto desejado) e a Ea (métrica que mede a incorporação de átomos dos reagentes estequiométricos nos produtos, calculada pela razão entre a massa do produto e a soma de todos os compostos produzidos na reação) (MACHADO, 2014), utilizou-se a plataforma disponível em www.educa.fc.up.pt que permite uma análise automática das referidas métricas, a partir do preenchimento das informações acerca do experimento.

• 4a etapa - aplicação do projeto no ensino de Química e minicursos para comunidade. As ações de ensino, pesquisa e extensão foram conduzidas pela problematização contínua do tema produção de sabões com óleo residual de frituras a partir dos conhecimentos prévios dos estudantes sobre possíveis problemas ambientais, provocados pelo descarte incorreto do óleo e possibilidades de reutilização. Todas as atividades foram voltadas para o contexto de sociedade, tecnologia e ambiente com enfoque na QV. Dessa forma, a produção de sabão ecológico foi contextualizada com o conteúdo específico apoiado em aulas teóricas e experimentais investigativas, leitura e discussão de textos e artigos, recursos condizentes com o conteúdo, para posterior execução de minicursos para os estudantes do ensino superior e da educação básica e oficinas para a comunidade local.

Resultados e discussão

Adaptação e otimização da formulação de sabão ecológico pelo I.S

A fórmula de sabão em barra proposta por Borsato et al. (2004), adaptada pela substituição de 50% de gordura animal por óleo residual de frituras, indica o uso de 175 g de NaOH, (0,233 g NaOH/ 1 g de gordura). Após o I.S da matéria graxa, otimizou-se a fórmula com o uso de apenas 64,87 g de NaOH, (0,0865 g NaOH/ 1 g de gordura). O I.S mostrou que o excesso de NaOH pode ser evitado nas formulações de sabões, para isso, as formulações devem ser readequadas toda vez que se tem matéria graxa oriunda de diferentes fontes, pois sabões com alto teor de NaOH tornam-se inseguros e podem trazer riscos à saúde de quem o manuseia.

Avaliação da verdura química do sabão ecológico adaptado e otimizado

A MV da produção de sabão ecológico adaptado (Quadro 2), possibilitou verificar 08 pontos fortes e 16 pontos fracos dos 24 critérios avaliados. A partir disso, foi possível avaliar as ameaças experimentais e apresentar possibilidades para otimização da formulação, que se deu pelo I.S, tornando o produto final mais seguro. As melhorias aplicadas no processo de saponificação contribuíram principalmente com o gerenciamento de resíduos e a priorização do princípio da precaução, aumentando para 13 os pontos fortes da produção experimental do sabão otimizado. Além do mais, o próprio reaproveitamento de óleo residual de frituras para produção de sabão adaptado, biodegradável no meio ambiente, contempla plenamente o princípio P10 da Química Verde, que trata da planificação de degradação de substâncias nocivas a inócuas.

Quadro 2. Matriz verde para produção de sabão ecológico adaptado e otimizado.
Fonte: Autoria própria

Durante a avaliação da MV, nota-se que os critérios que mais contribuíram com a verdura da reação de saponificação otimizada foram: a) o cálculo do I.S da matéria graxa melhorou os critérios do princípio P1, o qual trata de experimentos quimicamente mais seguros e a redução de geração de resíduos. Isso foi verificado através do Fator E, que passou de 0,0061 para 0, indicando a não geração de resíduos na formulação de sabão otimizado. Todo o NaOH da formulação foi totalmente incorporado na saponificação da matéria graxa, evitando o uso de 169,77 % de excesso desta base. Avaliar estes critérios demonstrou que a quantidade NaOH necessária no processo de fabricação de sabão deve ser cuidadosamente medida para evitar problemas de pH, alta alcalinidade no sabão, problemas na manipulação e até mesmo para evitar o desperdício de base; b) O princípio P2, que trata da economia atômica e redução do emprego de excesso de reagentes foi integralmente cumprido, garantindo que 100% dos átomos reagentes fossem incorporados no produto final da fórmula otimizada; c) O princípio P3, que visa a síntese de produtos menos perigosos, com menores riscos físicos, ambientais e a saúde, mostra-se parcialmente positivo pela saponificação do óleo residual. Contudo, o risco da manipulação do NaOH permanece, mesmo eliminando os excessos, não pontuando nas EVs (Figuras 1 e 2), conforme critérios estabelecidos por Machado (2014); d) O princípio P10 trata da planificação para a degradação, que foi possível pela incorporação de todo o NaOH no sabão que é biodegradável no meio ambiente; e) Também verificou-se melhorias no princípio P12, que trata de uma química segura, quando se propõe a substituição do aquecimento com chamas por chapa aquecedora, a substituição de vidrarias por material de plástico e o uso de equipamentos de segurança individuais e coletivos. Apesar da apresentação destas possibilidades, o uso do NaOH é uma das ameaças experimentais, não vindo a pontuar na estrela verde (Figuras 1 e 2).

Figura 1 (esquerda). EV do sabão adaptado (IPE 50%)

Figura 2 (direita). EV de sabão otimizado (IPE 65%)

O sabão ecológico adaptado (Figura 1) mostra índice de preenchimento da EV (IPE) em 50%, atendendo integralmente os princípios P8 (não houve formação de derivados), P9 (não se fez o uso de catalisadores) e P10 (sabão biodegradável). Os princípios: P2 (economia atômica 94,378 %), P5 (uso de etanol como auxiliar), P6 (uso de aquecimento) e P7 (uso de etanol e óleo que são renováveis), foram atingidos parcialmente. Os P1, P3 e P12 não foram contemplados pelo uso do NaOH que causa riscos, forma resíduos e devido a questões de segurança, respectivamente. A EV do sabão otimizado (Figura 2), com IPE 65%, mostra melhorias significativas e visíveis graficamente nos P1 e P2 devido a redução do excesso de NaOH e consequente redução de riscos para os manipuladores do produto final (Fator E = 0).

Ensino de Química e Minicursos para a Comunidade

Destacamos que todas as ações práticas desenvolvidas neste trabalho, desde adaptação da formulação de sabão, a avaliação da verdura química do processo de saponificação e sua otimização foram atreladas aos conteúdos específicos das disciplinas de Química Tecnológica e Química Orgânica (SOLOMONS, 2009; BARBOSA, 2015; MC MURRY, 1997; BORSATO et al., 2004). No Fluxograma abaixo é possível visualizar os aspectos que puderam ser abordados durante a aplicação do projeto.

Fluxograma 1. Tópicos do ensino de química abordados no projeto

A prática da produção de sabão ecológico como proposta de Educação Química, conduzida na perspectiva CTSA, permitiu desenvolver um trabalho ambientalmente responsável, embasado nos pressupostos da Química Verde. Assim, pode-se contribuir para a formação de cidadãos críticos, conscientes e preocupados com a sustentabilidade do planeta. Neste contexto, acredita-se que a contextualização do ensino de Química com o enfoque CTSA, corrobora com o que Santos (2007) defende: a) o desenvolvimento de atitudes e valores em uma perspectiva humanística diante das questões sociais relativas à ciência e à tecnologia; b) que a contextualização auxilia na aprendizagem de conceitos científicos e de aspectos relativos à natureza da ciência; c) encoraja os alunos a relacionar suas experiências escolares em ciências com problemas do cotidiano.

Na mesma perspectiva, ministrar oficinas para comunidade local, permitiu o desenvolvimento da capacidade de tomada de decisão em um contexto de “problema da vida real” (SANTOS, et al., 2010, p. 76; VILCHES & PÉREZ, 2013). Segundo Santos et al. (2010, p. 75), “isso significa preparar o indivíduo a participar ativamente na sociedade democrática, na busca da solução de problemas que envolvam aspectos sociais, tecnológicos, econômicos e políticos”. Portanto, para além das questões técnicas e metodológicas, preocupou-se principalmente, em contribuir no preparo do cidadão para o uso dos espaços democráticos, em uma sociedade democrática e de forma a contribuir decisivamente na mudança da postura da comunidade em relação ao descarte dos resíduos de óleo de cozinha. Tais fatos consolidam o entendimento da necessidade de que o Ensino de Química seja diretamente relacionado com os problemas do cotidiano dos estudantes, e da necessidade da articulação dos conceitos, em processo de desenvolvimento, em torno de questões do dia-a-dia.

Conclusão

Diante dos resultados apresentados é possível inferir que o projeto tem grande potencialidade para trabalhar aspectos conceituais químicos na formação de professores e na Educação Básica. Permitindo incursionar por uma abordagem CTSA e Química Verde, ao trazer à tona uma problemática socioambiental de grande impacto, como o descarte inadequado de óleo residual.

Os aspectos científicos, tecnológicos, sociais e ambientais se entrelaçam nas etapas de desenvolvimento do trabalho e indicam que os conhecimentos químicos tomam significância, na medida em que permitem aos indivíduos reavaliar suas ações e intervir em sua realidade de modo a transformá-la para melhor. Tal intervenção vai ao encontro do que Chassot (2010) chama de alfabetização científica.

No que concerne a QV, o projeto permitiu explorar seus princípios - notadamente o princípio de prevenção à geração de resíduos. A abordagem da QV nesse trabalho de acordo com Sandri (2016) aproxima-se do que pode ser chamado como Modelo 3, por estar associado ao enfoque CTSA e à Educação Ambiental, e assim, à modelos de ensino mais críticos e progressistas (GOES, et al., 2013).

Dessa forma, ao integrar o ensino a pesquisa e a extensão, o estudo cumpriu um papel formativo de grande relevância, por permitir aos professores em formação, colocar em prática um ensino na perspectiva do enfoque CTSA aliado à QV e a Educação Ambiental e que remetem à alfabetização científica. Somado a isso, os minicursos e oficinas para produção de sabão ecológico voltado para a comunidade acadêmica e local mostraram que é possível um ensino que remete a conscientização sobre a ideia de conservação do meio ambiente, contribuindo com a sustentabilidade socioambiental.

Agradecimentos

Ao Instituto Federal do Paraná/IFPR

Referências

Anastas, P. T. Kirchhoff, M. M. (2002). Origins, current status, and future challenges of green chemistry. Accounts of chemical research, 35 [9], 686-694.

Anastas, P. T.; Warner, J. C. (1998). Green Chemistry: theory and practice. Oxford: Ed. University Press: Oxford.

Barbosa, A. B. Silva, R. R.(1995). Xampus. Química Nova na Escola, 2, 3-6.

Borsato, D. Moreira, I. Galao, O. F. (2004). Detergente Naturais e Sintéticos; um guia técnico. (2ªed) Londrina.

Costa, D. A.; Ribeiro, M. G. T. C.; Machado, A. A. S. C. Uma análise SWOT do contexto CTSS das atividades laboratoriais d ensino secundário. Informativo de Química 124 – jar.mar. 2012, p. 65-74.

Chassot, A. (2014). Alfabetização Científica. Questões e desafios para a educação. (6.ed) Ijuí: Uniju.

Goes, L. F. Leal, S. H. Cone, P. Fernandez, C. (2013). Aspectos do conhecimento pedagógico do conteúdo de química verde em professores universitários de químicaPCK aspects of Green Chemistry in university chemistry teachers. Educación química, 24, [1], 113-123.

Machado, A. A. S. C. (2014). Introdução às Métricas da Química Verde: uma visão sistêmica, Florianópolis, BR: Ed. UFSC.

Martins, H. Projeto transforma resíduos em oportunidades de negócios. Portal fator Brasil, 2007, consultado em 06 de novembro de 2017, em URL: https://www.revistafatorbrasil.com.br/ver_noticia.php?not=11650

McMurry, J. (1997). Química Orgânica. Rio de Janeiro, Brasil: LTC Rio de Janeiro.

Prado, A. G. S. (2003) Química verde, os desafios da química do novo milênio. Química Nova, 26, [5], 738-744.

Rabelo, R. A.; Ferreira, O. M. Coleta seletiva de óleo residual de fritura para aproveitamento industrial. UCG, 2008. Consultado em agosto de 2017, em URL: https://bit.ly/2ENBVsq>

Ramos Junior, A. Teixeira C. Amazonas V. J. Nava D. T. Moreira R. R. Zara R. F. Lobo V. S. Acidez em óleos e gorduras vegetais utilizados na fritura. In: Anais do III ENDICT – Encontro de Divulgação Científica e Tecnológica, 2011. Universidade Toledo: Tecnológica Federal do Paraná; 2011.

Ribeiro, M. G. T. C. Costa, D. A. Machado, A. A. S. C. (2010). Uma métrica gráfica para avaliação holística da verdura de reações laboratoriais - “Estrela Verde”, Química Nova. 33 [3], 759-764.

Sandri, M. C. M. (2016) Tese de Doutorado. Contribuições do enfoque CTSA e da QV na formação de licenciandos em Química. Universidade Estadual de Maringá, Maringá, BR.

Santos, W. L. P. Galiazzi, M. C. Junior, E. M. P. Souza, M. L. Portugal, S. E. (2010). O Enfoque CTS e a Educação Ambiental: possiblidades de “ambientalização” da sala de aula de ciências. in: Santos, W. L. P. dos; Maldaner, O. A. Ensino de Química em Foco. Ijuí, Brasil: UNIJUÍ.

Santos, W. L. P. (2007). Contextualização no ensino de ciências por meio de temas CTS em uma perspectiva crítica. Ciência & Ensino, 1, n.esp., 1-12.

Segatto, F. B. B. (2013). Conhecendo as formas de descartes do óleo saturado de cozinha para verificar a educação ambiental na escola. Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental, 10, [10], 2122-2129.

Solomons, G.; Fryhle, C. (1996). Química Orgânica. São Paulo, Brasil: LTC: Rio de Janeiro.

Vilches, A. Pérez, D. G. (2013). Ciencia de la sostenibilidad: Un nuevo campo de conocimientos al que la química y la educación química están contribuyendo. Educación química, 24, [2], 199-206.

Uchimura, M. S. (2007). Dossiê Técnico: Sabão. Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas, Instituto de Tecnologia do Paraná. 26 p.

Recepción: 11 de marzo de 2018. Aprobación: 27 de agosto de 2018