Universidade de São PauloInstituto de Química

QFL5925 - Prática de Ensino de Química e Bioquímica

Como criar planilhas eletrônicas: Um complemento para o ensino

de Química Analítica

Guilherme Lopes Batista

São Paulo2008

Introdução

A inserção do uso de softwares no ensino é uma tendência que vem se consolidando mais a

cada dia devido às grandes possibilidades de ilustrações e auxílio a cálculos que os computadores

oferecem, a cada dia mais acessíveis para o uso pessoal e acadêmico. Ademais, é interessante que o

aluno tenha contato com ferramentas do gênero, uma vez que estas provavelmente serão

interessantes ou até mesmo imprescindíveis em situações profissionais e/ou acadêmicas.

O uso de planilhas eletrônicas para o auxílio do aprendizado de Química não é uma idéia

recente, especialmente em Química Analítica: simulações de equilíbrios químicos podem ser

realizadas através de planilhas como CurTiPot1 e TitGer2, que apresentam recursos sofisticados para

o tratamento de dados pelos alunos e favorecem a visualização de situações diversas, como

titulações, facilitando a compreensão acerca de sistemas químicos em equilíbrio.

Contudo, até onde se tem conhecimento, os trabalhos já realizados neste tema se restringem

ao uso de ferramentas prontas por parte dos alunos, que apenas alteram variáveis e colhem

resultados a partir de cálculos ou algoritmos já pré-programados. Constatou-se durante a disciplina

que alguns alunos do curso não possuem familiaridade com a confecção de planilhas eletrônicas, e

em alguns casos observou-se inclusive interesse dos mesmos em aprender a lidar com elas. Vale

salientar a inexistência de uma disciplina na currículo dos alunos da farmácia que lide com este tipo

de assunto3.

Este trabalho propõe uma atividade de orientação aos alunos para a criação de planilhas

eletrônicas utilizando o OpenCalc (planilha eletrônica do pacote open source OpenOffice,

disponível para download na internet4), que se aplicam a experimentos realizados em laboratório,

visando melhorar o entendimento de conceitos da disciplina (bem como conceitos estatísticos

tangentes a mesma) por parte dos alunos, bem como aumentar a familiaridade dos alunos a

programação em planilhas eletrônicas e com a suíte OpenOffice.

Metodologia

O curso de Química Analítica ministrado para o curso noturno de Farmácia e Bioquímica

(QFL230) pode ser dividido em duas partes. Na primeira, são abordados aspectos de química

analítica qualitativa, na qual os alunos realizam diversas reações em escala reduzida com o intuito

de constatar a presença ou a ausência de íons específicos em amostras sólidas. Nesse primeiro

momento os alunos são introduzidos a uma série de procedimentos para tais testes, demandando do

aluno capacidade de organização e memorização das reações apresentadas na disciplina.

No intuito de estimular o aluno a estudar e organizar suas idéias, é proposta a confecção de

uma planilha eletrônica capaz de indicar quais os testes possíveis para a identificação de um íon em

uma amostra, da seguinte maneira: o aluno insere, em uma célula, o nome (ou fórmula) do íon a ser

testado; a planilha verifica em seu banco de dados (uma tabela com as reações utilizadas, montada

pelo próprio aluno) qual teste conhecido pode ser utilizado para realizar aquela identificação. Uma

segunda tabela é montada para que se possa buscar, pelo nome do teste, como deve se proceder e

quais os seus possíveis interferentes.

Para viabilizar a confecção desta planilha, a atividade deve começar logo ao começo do

curso: em uma das primeiras aulas (preferencialmente antes dos primeiro dia de testes), o uso de

planilhas deve ser introduzido aos alunos durante uma aula expositiva (de maneira breve, algo em

torno de 20 minutos em meio a uma aula introdutória), dispondo os monitores para auxiliar no

entendimento do uso do software em algum horário extra-aula, caso os alunos tenham dúvidas neste

primeiro momento. Os alunos, a partir de então, devem começar a montar tabelas catalogando as

reações, correlacionando-as aos íons a serem analisados, de maneira similar a tabela a seguir:

Tabela 1A B C D

1 Íon Teste (1) Teste (2) (…)2 Na+ ChamaNa3 K+ ChamaK Cobaltinitrito4 (…) (…) (…) (…)

Tabela 1 – Tabela com reações catalogadas

Paralelamente deve ser criada uma tabela correlacionando os testes com seus procedimentos

e os possíveis interferentes, a fim de auxiliar na execução dos procedimentos supracitados,

conforme ilustra tabela abaixo:

Tabela 2A B C

1 Teste Procedimento Interferentes2 ChamaNa Queima do sal em bico de bünsen, resultando em chama de

coloração amarela3 Cobaltinitrito Precipitação do cátion em solução através de formação sal

K3[Co(NO2)6] ou (NH4)3[Co(NO2)6]NH4

+; K+

4 (…) (…) (…)Tabela 2 – Tabela com a descrição dos testes e seus possíveis interferentes

Uma vez que as tabelas começam a ser confeccionadas, pode ser interessante um

esclarecimento maior da maneira de se utilizar a planilha eletrônica (introduzindo o uso de fórmulas

e ferramentas de formatação) através de uma aula extra dada por monitores ou mesmo através de

algum texto explicativo, elaborado de acordo com o grau de familiaridade dos estudantes para com

o software. Nesse momento é bastante interessante a disponibilidade de um monitor para

saneamento das eventuais dúvidas que os alunos possam ter.

A partir da programação lógica, os alunos devem construir uma planilha capaz de verificar

as tabelas construídas com as informações dos testes e procedimentos, de maneira que haja uma

tabela “mestra” para consulta, na qual as reações utilizadas para a identificação de um dado íon seja

retornada a partir do valor de uma célula que identifica o íon em questão, conforme ilustrado

abaixo:

Tabela 3A B C D

1 Íon a ser identificado: (inserir nome de íon aqui)2 Testes: Teste (1) (a partir de Tabela 1) Teste (2) (a partir de Tabela 1) (…)3 Procedimento: Desc. (1) (a partir de Tabela 2) Desc. (2) (a partir de Tabela 2) (…)4 Interferentes: Int. (1) (a partir de tabela 2) Int. (2) (a partir de tabela 2) (…)

Tabela 3 – Tabela final, capaz de gerar resultados para consulta

A tabela mestra se baseia no uso de uma função do OpenCalc e do MS-Excel chamada

PROCV(Parâmetro; MatrizDePesquisa; Índice; OrdemDeClassificação), com a qual pode-se efetuar

buscas em tabelas a partir de um parâmetro desejado. No caso da tabela acima, a programação

poderia ser realizada da seguinte maneira (o código deve ser escrito no corpo da célula indicada):

Célula B2: =PROCV(B1; Tabela_1.A1: Tabela_1.Xn; 2; 0)Célula C2: =PROCV(B1; Tabela_1.A1: Tabela_1.Xn; 3; 0)Célula X2: =PROCV(B1; Tabela_1.A1: Tabela_1.Xn; n; 0)

Célula B3: =PROCV(B2; Tabela_2.A1: Tabela_2.Cn; 2; 0)Célula C3: =PROCV(C2; Tabela_2.A1: Tabela_2.Cn; 2; 0)Célula X3: =PROCV(X2; Tabela_2.A1: Tabela_2.Cn; 2; 0)

Célula B4: =PROCV(B2; Tabela_2.A1: Tabela_2.Cn; 3; 0)Célula C4: =PROCV(C2; Tabela_2.A1: Tabela_2.Cn; 3; 0)Célula X4: =PROCV(X2; Tabela_2.A1: Tabela_2.Cn; 3; 0)

Nota: A letra X se trata de um índice hipotético, que consiste na letra correspondente ao número de colunas da Tabela 1, bem como o índice n, que corresponde ao número de linhas de cada uma das tabelas citadas anteriormente.

A planilha deve ser entregue para ser corrigida uma semana antes da avaliação prática

(análise de amostra hipotética com os íons). Além das tabelas, deve constar na planilha uma

explicação da lógica utilizada (explicitando cada fórmula, como feito acima, além de comentários

sobre as mesmas), bem como a bibliografia utilizada para o levantamento de dados realizado nas

tabelas.

A segunda parte da disciplina QFL230 trata de aspectos de química analítica quantitativa, na

qual os alunos devem internalizar conceitos de cálculos químicos e proporções, considerando

também erros e incertezas das medidas realizadas em laboratório. Uma vez que este momento do

curso dispende de uma série de cálculos matemáticos, alguns alunos apresentam dificuldade na

estruturação de um raciocínio conciso e na resolução de problemas em âmbito quantitativo. É

interessante salientar que os alunos fazem, paralelamente a disciplina QFL230, uma disciplina de

estatística ministrada pelo Instituto de Matemática e Estatística (MAE0116 – Noções de

Estatística)4.

Durante as aulas experimentais, os alunos realizam determinação da acidez de uma amostra

de ácido clorídrico (em mol/L) e de vinagre (em mg/L e % em massa) por titulação ácido-base,

determinação do percentual de cálcio em uma casca de ovo (% em massa) por titulação ácido-base e

por complexometria e a determinação de íons Cu2+ por iodometria.

Visando fortalecer os conceitos de proporcionalidade e buscando integrar melhor as duas

disciplinas citadas (que, apesar de possuírem grande correlação e serem ministradas no mesmo

semestre, não são tratadas de maneira integrada), propõe-se a confecção de outra planilha, capaz de

lidar com os cálculos das análises realizadas considerando-se as incertezas dos instrumentos

utilizados. Neste caso, a planilha será avaliada junto ao relatório relativo ao experimento referido,

realizado pelo aluno.

A planilha, para cada método realizado, deve conter uma tabela com células de entrada dos

dados obtidos experimentalmente e das incertezas dos instrumentos utilizados, e duas células de

saída, contendo o resultado nominal do cálculo efetuado e a margem de erro da determinação em

um dado intervalo de confiança, respectivamente. Novamente, o papel dos monitores para

esclarecimento de dúvidas e um momento para monitoria seriam bastante interessantes para auxiliar

os estudantes na programação das planilhas. Espera-se que a planilha confeccionada possua formato

semelhante a anexo 1.

Conclusão

Não foi possível obter dados experimentais deste projeto, uma vez que este precisaria ser

realizado de maneira integrada com a disciplina desde o começo do curso (e a constatação das

dificuldades e a concepção das alternativas propostas foram realizadas ao decorrer do mesmo). No

entanto, esta proposta se apresenta como um complemento do curso de Química Analítica para

Farmácia (QFL230), podendo favorecer a compreensão dos alunos acerca de temas abordados em

sala, além de ampliar a capacidade do aluno de lidar com ferramentas computacionais de amplo uso

no meio científico e acadêmico.

Bibliografia

1. http://www2.iq.usp.br/docente/gutz/Curtipot.html, acessado em 01/12/2008

2. Oliveira, A. F.; Silva, A. F. S.; Tenan, M. A.; Olivo, S. L.; Química Nova, Vol. 30, No. 1, 224-228, 2007

3. http://www.fcf.usp.br/Ensino/Graduacao/Grade/09012%20-%202008.pdf, acessado em 01/12/2008

4. http://www.broffice.org, acessado em 01/12/2008

Anexo 1

Cálculo do Percentual de Cálcio na Casca de OvoTitulação com EDTA

Medidas Incerteza das medidasMassa de casca de ovo calcinada/g 1,0000 0,0001 ← Inserir ValoresVolume de EDTA/L 0,2250 0,001 ← Inserir Valores

0,1000 0,0001 ← Inserir Valores

41,40% 0,37%

Como foi realizado o cálculo da medida--> Medidas obtidas experimentalmente; incertezas nominais dos instrumentos--> A complexação do Cálcio pelo EDTA ocorre segundo a seguinte reação:

--> O número de mols de Cálcio que reagiram é igual ao número de mols de EDTA

--> A massa de cálcio pode ser calculada pela fórmula MCa = NCa * MMCa, (MMCa = 40g/mol)--> Sendo o calcinado 46% da massa total da massa de ovo,o percentual de Cálcio na casa, em massa, é dado por:

--> Condensando todas as expressões em uma única fórmula (partindo das variáveis medidas), tem-se:

Como foi realizado o cálculo das incertezas--> O erro relativo total é calculado pela soma dos quadrados dos erros relativos de cada medida:

--> A incerteza relativa de cada medida é calculada, dividindo-se a medida obtida pela incerteza nominal:

--> A partir da incerteza relativa e do intervalo de confiança desejado, pode-se calcular oslimites mínimos e máximos de incerteza:

Como foi programada a célula--> As células programadas foram as células B8 (Com o valor final calculado) e C8 (com a incertezado valor), seguindo os cálculos explicitados acima. Os códigos utilizados foram os seguintes:

Programação da célula B8:((B5 * B6) * 40) / (B4 / 0,46)

Programação da célula C8:(RAIZ(SOMAQUAD(C4 / B4; C5 / B5; C6 / B6))) * ((B5 * B6) * 40) / (B4 / 0,46) * 1,96)

As funções utilizadas, além dos operadores “*” e “/”, foram:

Concentração de EDTA/mol.L-1

Percentual de Ca2+ (m/m)

Ca2+ + EDTA → [CaEDTA]2+

NCa = Nedta = Cedta * Vedta

%Mca = Mca/(Movo/0,46)

%Mca = [(Vedta * Cedta) * MMCa]/(Movo/0,46)

ErelT = (Σ(Erel)2)1/2

Erel = Einst / Medida

%MCa = %Mca ± (ErelT *Mf * ti%)

RAIZ(num): Retorna a raiz de numSOMAQUAD(lista): Retorna a soma dos quadrados de uma lista de valores