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Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA
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Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013
Relatos de Sala de Aula
Recebido em 22/12/2011, aceito em 28/08/2012
Fábio Junior M. Novaes, Daniel L. M. de Aguiar, Milena B. Barreto e Júlio C. Afonso
Alterações em fatores como a concentração de reagentes, temperatura, ativação e inibição catalítica são
observadas cotidianamente no escurecimento de legumes, frutas e tubérculos. Todos eles estão relacionados
à ação cinética (químico-enzimática) da enzima polifenoloxidase (PFO). O simples armazenamento sob
refrigeração é capaz de retardar o fenômeno, assim como outros fatores podem acelerá-lo. Desse modo,
a proposta central deste trabalho é fornecer uma aula experimental econômica e operacionalmente viável,
em que sejam observadas essas alterações em uma batata (Solanum tuberosum L), permitindo um estudo
agradável e instigante da cinética enzimática química.
batata, cinética químico-enzimática, práticas de química
Atividades Experimentais Simples para o Entendimento
de Conceitos de Cinética Enzimática:
Solanum tuberosum – Uma Alternativa Versátil
A ideia de que a química é distante do
cotidiano é uma constante para aqueles
que não têm consciência da abrangência e
aplicabilidade da ciência em geral. Desse
modo, reconhecer que os organismos
vivos se mantêm por meio de reações
químicas pode ser uma estratégia relevante
na inserção da química no dia a dia dos
alunos.
P
ara o estudante de ciências, a realização de experi-
mentos didáticos pode ser uma estratégia importante
de criação de situações reais, nas quais os conheci-
mentos adquiridos em sala de aula se aplicam. Ademais,
práticas experimentais estimulam
o questionamento investigativo
(Guimarães, 2009). Nesse sen-
tido, o conceito de laboratório
precisa ser expandido também
para ambientes nos quais o alu-
no está cotidianamente inserido,
mas que tradicionalmente não
seriam úteis para realização de
atividade experimentais. Assim,
a cozinha, o jardim, a sala de aula
e a biblioteca da escola passam a
ser ambientes férteis para o desen-
volvimento de experimentos que propelem nos educandos
o caráter investigativo (Silva et al., 2010). Sabidamente,
conteúdos descontextualizados são difíceis, assépticos e
distantes, ou seja, o ensino sem a realização de experimentos
pode tornar-se desmotivante e o discurso do professor passa
a ser entendido como dogma de fé (Zanon e Paliarini, 1995).
O elevado custo de materiais/equipamentos específicos
para a realização dos experimentos parece sobrepor-se ao
interesse do professor na execução das aulas práticas.A falta
de infraestrutura adequada para realização de experimentos
parece ser uma barreira intransponível no ensino de ciências
e especialmente no da química. Desse modo, viabilizar
experimentos que sejam financeira e operacionalmente aces-
síveis à realidade das escolas brasileiras é uma necessidade
pungente, e o uso de experimentos simples relacionados ao
cotidiano favorece a inculturação
nos alunos de uma atitude crítica
e empreendedora, já que estes
passam a entender que a ciência
faz parte do dia a dia (Valadares,
2001).
Etmologicamente, a origem da
palavra cinética provém do grego
kine, que significa movimento.
Cinética química é, portanto, o
estudo da velocidade das reações,
de processos químicos e também
dos fatores que afetam essas rea-
ções/processos. O estudo de reações resolvidas no tempo,
ou seja, da cinética química, é feito em sua maioria baseado
em aulas expositivas que desconsideram o conhecimento
prévio dos alunos. Isso tende a tornar o estudo enfadonho e
distante (Lima et al., 2000).
A ideia de que a química é distante do cotidiano é uma
constante para aqueles que não têm consciência da abran-
gência e aplicabilidade da ciência em geral. Desse modo,
reconhecer que os organismos vivos se mantêm por meio
de reações químicas pode ser uma estratégia relevante na
inserção da química no dia a dia dos alunos. Grande parte
Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA
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Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013
das reações químicas in vivo é catalisada por enzimas, logo,
correlacionar o estudo de cinética química com processos
que ocorrem em organismos vivos fornece aos alunos a
oportunidade de compreender questões inter-relacionando
química, biologia e nutrição.
A batata (Solanum tuberosum L.) é um dos alimentos
mais consumidos no mundo e intensamente incorporada à
gastronomia brasileira. No Brasil, a produção do tubérculo é
estimada em aproximadamente 3,3 milhões de toneladas por
ano, o que faz dela um alimento
de fácil acesso em todo território
nacional.
Diversos trabalhos já foram
publicados envolvendo a batata
como objeto de estudo para com-
preensão de temas abordados em
sala de aula no ensino médio para
as disciplinas de química e biolo-
gia (Lima et al., 2000; Hioka et al.,
2000; Freitas Filho e Celestino,
2010; Carvalho et al., 2005),
assim como no ensino superior
para cursos de farmácia e engenharia de alimentos (Silva e
Silva, 1997; Rodrigues e Oliveira, 2009). Isso demonstra a
versatilidade da batata como ferramenta de baixo custo para
experimentos didáticos de ensino. Por exemplo, Souza e
Neves (2007) publicaram no site da UNESP uma aula prá-
tica denominada Fatores que afetam a atividade enzimática,
utilizando batata e catecol (1,2-diidroxibenzeno).
A proposta central deste trabalho é fornecer alternati-
vas experimentais econômica e operacionalmente viáveis,
dentro do contexto da realidade do ensino médio e médio
técnico público brasileiro, onde os objetivos principais
desses experimentos são a contextualização da cinética
químico-enzimática aprendida em sala de aula, empregando
materiais do cotidiano, baratos e de fácil acesso. Para isso,
foram propostas aulas experimentais que foram ministradas
após as aulas de cinética química ou enzimática de turmas de
alunos do 2º ou 3º anos do ensino médio regular ou técnico
em escolas da rede pública de ensino da cidade do Rio de
Janeiro. Nessas aulas, foram feitas alterações em parâmetros
como concentração de reagentes, temperatura, ativação e
inibição catalítica, tendo como material de trabalho um
tubérculo de batata.
Descrição dos experimentos
Nos experimentos descritos a seguir, as atividades ex-
perimentais podem ser feitas no refeitório ou na cozinha
da própria instituição por demonstrações pelo professor
auxiliado por uma cozinheira ou merendeira, utilizando a
estrutura disponível (fogão, forno, geladeira e freezer). A
turma foi dividida em grupos de quatro alunos. A avaliação
é feita por meio da elaboração de um relatório, com regis-
tro das atividades desenvolvidas juntamente com a análise
e interpretação dos resultados e as respostas das questões
propostas, cuja entrega ocorre na aula seguinte. Para auxi-
liar na elaboração do relatório, os alunos recebem no dia da
aula uma lista de referências (livros, artigos, jornais etc.)
disponíveis na biblioteca da escola ou na internet.
Efeito da concentração na velocidade de uma reação química
Como noção inicial, uma reação química se processa pelo
número de choques efetivos que há entre as entidades que
participam dela (os reagentes).
Desse modo, quanto mais entida-
des contidas em um determinado
espaço físico, maior a probabili-
dade de que esse choque efetivo
ocorra. Assim, espera-se que
quanto maior a concentração de
um determinado reagente, maior
a velocidade da reação. É impor-
tante recordar que, dependendo
do mecanismo na qual a reação
se processa, um reagente pode
ter maior ou menor influência na
velocidade de um determinado processo.
Experimento n° 1
Material
•	 300 mL de água em temperatura ambiente (~25°C);
•	 Uma batata inglesa lavada;
•	 Uma faca;
•	 Um copo transparente de vidro ou plástico de 500
mL.
Procedimento
No copo, adicionar 300 mL de água à temperatura
ambiente. Descasque a batata e divida-a em quatro peda-
ços. Adicione um dos pedaços dentro do copo com água e
mantenha um segundo pedaço exposto ao ar. Acompanhe
a coloração da batata por 40 minutos nas duas situações.
Questões
1.	 Em qual dos casos, na batata exposta ao ar ou na
água, a evolução da coloração ocorreu com maior
velocidade?
2.	 Existe alguma causa que justifique a diferença nas
velocidades de reação?
3.	 A banana e a maçã escurecem quando pedaços são
expostos ao ar. Qual a razão desse fenômeno?
4.	 Por que razão alguns alimentos após serem descasca-
dos, como o aipim (mandioca), devem ser mantidos
sob água?
Experimento n° 2
Material
•	 Uma batata inglesa;
A proposta central deste trabalho é
fornecer alternativas experimentais
econômica e operacionalmente viáveis,
dentro do contexto da realidade do ensino
médio e médio técnico público brasileiro,
onde os objetivos principais desses
experimentos são a contextualização da
cinética químico-enzimática aprendida em
sala de aula, empregando materiais do
cotidiano, baratos e de fácil acesso.
Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA
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Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013
•	 Sistema para aquecimento de água (fogão a gás ou
resistência elétrica);
•	 Recipiente de metal para aquecimento de água (panela
ou leiteira);
•	 200 mL de água;
•	 Xícara de vidro;
•	 Prato de vidro;
•	 Freezer.
Procedimento
Aqueça 250 mL de água até
ebulição. Enquanto esta é aque-
cida, corte uma batata descascada
em três pedaços. Em um prato,
deixe um dos pedaços à tem-
peratura do laboratório; leve o
segundo ao freezer, mantendo-o
por 5 a 10 minutos; e coloque o
terceiro na água fervente e deixe por 5 a 10 minutos. Em
seguida, cesse o aquecimento e, com auxílio de um garfo,
retire o tubérculo e o exponha sobre o prato junto com
aquele exposto à temperatura do laboratório. Faça o mesmo
com o tubérculo exposto ao freezer. Aguarde cerca de 30
minutos para tirar suas observações acerca das colorações
dos pedaços de batata.
Questões
1.	 Em qual dos experimentos a reação ocorreu com
maior velocidade?
2.	 Existe alguma causa que justifique a diferença nas
velocidades de reação?
Catalisadores e inibidores de reação química
O mecanismo pelo qual uma reação química se pro-
cessa é um dos fatores que afeta a velocidade das reações.
Catalisadores são espécies químicas que aceleram a ve-
locidade média reacional ao criar mecanismos de reação
alternativos e com barreiras energéticas menores, sem serem
consumidos na reação em que participam. Espera-se que
reações catalisadas sejam mais rápidas que as que não têm
catalisador.
Experimento no
3
Material
•	 Uma batata inglesa;
•	 Um frasco novo de 100 mL de peróxido de hidrogênio
(H2
O2
) a 3% m/m (10 volumes);
•	 Três copos de vidro transparentes de 300 mL;
•	 Faca;
•	 Sistema para aquecimento de água (fogão a gás ou
resistência elétrica);
•	 Recipiente de metal para aquecimento de água (panela
ou leiteira);
•	 250 mL de água;
Procedimento
Descasque uma batata e a corte em cubos iguais de apro-
ximadamente 1 cm3
. Aqueça 250 mL de água até ebulição.
Coloque 50% dos cubos na água fervente e deixe por 5-10
minutos.
Nos três copos de vidro trans-
parentes, adicione volume su-
ficiente de solução de H2
O2
de
modo a formar uma coluna de
líquido de aproximadamente 5
cm de altura. Adicione os cubos
de batata mantidos na temperatura
do laboratório em um dos copos
e, em um segundo copo, os cubos
que foram colocados na água
fervente. O terceiro copo (H2
O2
sozinha) será tomado como refe-
rência. Observe as transformações
ocorridas nos três recipientes.
Questões
1.	 Em qual dos experimentos a reação ocorreu com
maior velocidade?
2.	 Existe alguma causa que justifique a diferença nas
velocidades de reação?
3.	 Por que o mesmo desprendimento gasoso é observado
ao adicionar água oxigenada em ferimentos?
Temperatura
Grosso modo, o número de choques efetivos entre os
reagentes é diretamente proporcional à velocidade na qual
a reação se processa. Uma maneira de aumentar a proba-
bilidade de choques efetivos é aumentar a energia cinética
média dos reagentes, ou seja, a temperatura.
Experimento n° 4
Material
•	 Uma batata inglesa;
•	 Sistema para aquecimento (forno elétrico ou a gás);
• 	 Sistema para resfriamento (geladeira);
• 	 Três pratos de vidro;
• 	 Faca.
Procedimento
Descasque e corte a batata em três pedaços de mesmo ta-
manho. Coloque cada um deles sobre um pires e exponha-os
aos diferentes ambientes: ambiente do laboratório, geladeira
(± 4 °C) e forno aquecido a 50-60 °C. Aguarde cerca de 40
minutos para concluir a respeito da coloração dos pedaços
de batata.
Questões
1. 	Em qual dos experimentos a reação ocorreu com
maior velocidade?
O mecanismo pelo qual uma reação
química se processa é um dos fatores
que afeta a velocidade das reações.
Catalisadores são espécies químicas que
aceleram a velocidade média reacional ao
criar mecanismos de reação alternativos
e com barreiras energéticas menores,
sem serem consumidos na reação em que
participam.
Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA
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Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013
2. 	Existe alguma causa que justifique a diferença nas
velocidades de reação?
3. 	Porque as batatas fritas congeladas vendidas em
supermercados não ficam escuras?
Discussão
Procedimentos experimentais simples nem sempre são
explicados por um arcabouço teórico trivial. O detalha-
mento dos mecanismos enzimáticos foge do escopo deste
trabalho, visto que, além de ser complexo, em muitos casos,
é pouco conhecido (Lima e Angnes, 1999). Enzimas são
biomacromoléculas sustentadas
por diversos tipos de interação,
as quais determinam a estrutura
espacial (tridimensional) da en-
zima (Santos Filho e Alencastro,
2003). A Figura 1 mostra a es-
trutura tridimensional da enzima
polifeniloxidase (PFO), presente
na batata, e que tem papel central
nos experimentos descritos neste
trabalho.
A estrutura global das bio-
macromoléculas é responsável
pelo encaixe do substrato com elas. Assim, existem regiões
definidas da enzima que estão comprometidas com a catálise
de um substrato específico, e a forma espacial assumida pela
enzima é sumariamente importante para sua correta ativi-
dade (Lehninger, 2006). Desse modo, fatores que alterem a
configuração espacial de uma enzima são fortemente correla-
cionados com a atividade enzimática desta, ou seja, existem
faixas de temperaturas e de pH nos quais uma determinada
enzima apresenta melhor atividade e fora dos quais ela pode
estar pouco ativa e até mesmo inativa (Vollhardt, 2004). À
total perda de atividade enzimática, dá-se o nome de desna-
turação. Desse modo, uma enzima desnaturada não é capaz
de catalisar a reação a que se destina (Stryer, 2008). Outro
fator importante a ser considerado na atividade enzimática
é a presença ou ausência de cofatores enzimáticos: por
exemplo, as polifenoloxidases dependem do íon Cu2+
para
que tenham a atividade biológica esperada (Lertész, 1957)
para a hidroxilação de fenóis a di-
fenóis (hidroxilases) e a oxidação
de difenóis a quinonas (oxidases).
Concentração de reagentes
É escopo de estudo da cinética
química a influência da concentra-
ção dos reagentes de uma reação
química, bem como da tempera-
tura na qual ela se processa. Em
reações que são biocatalisadas,
outro fator pungente é a questão da
bioquímica envolvida nos processos. Dessa maneira, a dis-
cussão desses conceitos, tanto cinéticos quanto bioquímicos,
pode ser estruturada pelos resultados dos experimentos 1 e
2.A polifenoloxidase (Carvalho, 2005), enzima presente na
batata, é responsável pela oxidação de compostos fenólicos.
O escurecimento de tubérculos, frutas e legumes provém
da ação enzimática oxidativa da polifeniloxidase em presença
de oxigênio molecular nos compostos fenólicos naturais
desses alimentos, formando quinonas. Estas, por sua vez,
sofrem polimerização, formando pigmentos insolúveis de
cor escura, denominados melaninas, ou reagem de modo não
enzimático com aminoácidos, proteínas e outros compostos
fenólicos, também formando melaninas (Araujo, 1995).
No experimento 1, os cortes de batata foram submetidos
a dois ambientes: imerso em água e exposto ao ar. Observou-
se experimentalmente que o pedaço de batata exposto ao
ar ficou mais escuro que aquele imerso em água. Isso vem
ao encontro do mecanismo de funcionamento da polifeni-
loxidase, visto que ela catalisa uma reação dependente de
oxigênio molecular (Figura 2). Acontece que a disponibi-
lidade de O2
na água é muito menor que no ar: na água (a
20ºC), a concentração de oxigênio gira em torno de 3,16
x10-3
% v/v (1,98 x 10-3
mmol L-1
) contra 20,95 % v/v no ar
Figura 1: Estrutura tridimensional da polifenoloxidase, PFO (PDB
id: 2p3z).
Figura 2: Reação de oxidação enzimática de compostos fenólicos pela polifenoloxidase (PFO).
[...] fatores que alterem a configuração
espacial de uma enzima são fortemente
correlacionados com a atividade
enzimática desta, ou seja, existem faixas
de temperaturas e de pH nos quais uma
determinada enzima apresenta melhor
atividade e fora dos quais ela pode
estar pouco ativa e até mesmo inativa
(Vollhardt, 2004).
Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA
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Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013
(Weast, 1982), logo a reação
no tubérculo imerso em água
é mais lenta.
A polifenoloxidase cata-
lisa a introdução de oxigê-
nio na posição orto de um
anel aromático e a oxidação
subsequente de difenóis às
quinonas correspondentes
(Figura 2). Estas, por sua
vez, por conta de seu caráter
altamente eletrofílico, são
capazes de se polimerizar
e formar pigmentos insolú-
veis e escuros (Poggi et al.,
2003). O fato de o oxigênio ser reagente na catálise promo-
vida pela enzima e o produto final da reação enzimática ser
colorido permite caracterizar uma maior extensão reacional
para o tubérculo exposto ao ar em relação àquele imerso
em água apenas ao observar a coloração de ambos (Figura
3). Isso explica porque o aipim descascado é conservado
sob água. Outro aspecto relevante do experimento é o fato
de a batata estar cortada. A polifeniloxidase é uma enzima
compartimentalizada em células, ou seja, a enzima está mais
exposta no caso do tubérculo cortado, assim como também
no caso da maçã ou da banana.
No experimento 2, foi proposto um aumento da con-
centração enzimática no tubérculo pela exposição de cortes
deste em dois ambientes com temperaturas diferentes. Os
resultados experimentais (Figura 4) evidenciaram que o
corte exposto ao freezer
teve o maior escurecimento
seguido pelo exposto ao ar.
O acentuado escureci-
mento enzimático do tubér-
culo exposto ao freezer é
devido ao fato de a polife-
noloxidase ser uma enzima
citoplasmática. Assim, ao
levar os cortes de batata para
o freezer, os cristais de gelo
formados são capazes de
romper as células e liberar
o conteúdo citoplasmático
para o meio intersticial – que
está em contato direto com o oxigênio atmosférico. O rom-
pimento da parede celular é resultado da menor densidade
do gelo em relação à água, resultando numa expansão do
volume com o resfriamento da massa de água. Dessa ma-
neira, o maior escurecimento enzimático do corte submetido
às baixas temperaturas é fruto de uma maior quantidade de
enzima em contato com o O2
do ar. É importante ressaltar
que o rompimento de qualquer tecido, seja animal ou vege-
tal (por superexposição ao oxigênio molecular), promoverá
reações paralelas e não enzimáticas, as quais contribuem
não só para alteração de cor, mas também de sabor, odor,
pH e consistência.
Catalisador
A água oxigenada é uma solução que contém peróxido
de hidrogênio (H2
O2
), comercializada em farmácias com
diversas finalidades (especialmente como antisséptico).
Quimicamente, o peróxido de hidrogênio é caracterizado
pela reatividade da ligação entre os dois oxigênios, a cha-
mada ligação peróxido.
Vendido em concentrações entre 2 a 60% m/m em frascos
plásticos, o peróxido de hidrogênio é estável se devidamente
armazenado (no escuro e longe de fontes de calor). Sua
decomposição libera água, oxigênio molecular e calor. Em
soluções diluídas, a água presente absorve o calor liberado.
A decomposição do peróxido de hidrogênio é acelerada por
metais, pela alcalinidade (aumento do pH), pelo incremento
da temperatura, pela presença de catalisadores, dentre outros
fatores (Mattos et al., 2003).
H2
O2(aq)
→ H2
O(l)
+ ½ O2(g)
+ energia
O experimento proposto visou observar a reação de de-
composição do peróxido de hidrogênio (solução 3% m/m)
na presença do tubérculo como catalisador. Os resultados
são facilmente compreensíveis pelo desprendimento do
gás oxigênio (Figura 5). Os copos contendo o peróxido de
hidrogênio compreendem um controle ou um branco (H2
O2
somente), padrão positivo (H2
O2
+ tubérculo) e padrão nega-
tivo (H2
O2
+ tubérculo cozido). Nesse último caso, devido ao
Figura 3: Tubérculo exposto a diferentes concentrações de
oxigênio: a) início do experimento; b) final do experimento.
Figura 4: Escurecimento do tubérculo a partir de diferentes con-
centrações enzimáticas: a) exposição ao ar (~25°C); b) exposição
à fervura (100°C); e c) exposição à temperatura de freezer (-4°C).
O fato de o oxigênio ser reagente na catálise
promovida pela enzima e o produto final da reação
enzimática ser colorido permite caracterizar uma
maior extensão reacional para o tubérculo exposto
ao ar em relação àquele imerso em água apenas
ao observar a coloração de ambos (Figura 3). Isso
explica porque o aipim descascado é conservado
sob água. Outro aspecto relevante do experimento
é o fato de a batata estar cortada. A polifeniloxidase
é uma enzima compartimentalizada em células,
ou seja, a enzima está mais exposta no caso do
tubérculo cortado, assim como também no caso da
maçã ou da banana.
Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA
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cozimento do tubérculo, houve desnaturação e consequente
inativação das enzimas. Sem as enzimas, essa reação não
ocorre, pois a decomposição do H2
O2
é extremamente lenta
sem o concurso destas.
O mesmo desprendimento gasoso é observado ao usar o
H2
O2
sobre ferimentos. Esse é resultado da ação de catalase,
uma enzima presente nas células do sangue e em tecidos
animais e vegetais (Rodrigues e Barboni, 1998).
Temperatura
Nesse experimento, foi pro-
posta a exposição de cortes do
tubérculo a ambientes em tem-
peraturas diferentes. Os resul-
tados experimentais (Figura 6)
evidenciaram que o corte exposto
ao ar teve o maior escurecimento,
seguido pelo exposto ao calor e,
posteriormente, exposto à refri-
geração (geladeira).
Ao pedaço refrigerado, não
houve indícios de escurecimento
enzimático. Silva (2000) afirma
que temperaturas abaixo das condições do ambiente são
utilizadas para retardar as reações químicas e enzimáticas
de forma que quanto menor for a temperatura, menor será a
ação enzimática. Já no caso do corte de tubérculo exposto ao
ambiente, já explicado anteriormente, é facilmente observado
o produto da reação enzimática. Menos visível é o aspecto
do tubérculo exposto ao calor: a polifeniloxidase tem sua
atividade diminuída em função da desnaturação enzimática
provocada pelo calor. Em temperaturas elevadas, como a de
cozimento, a atividade enzimática é totalmente suprimida.
Essa é a razão que justifica o não escurecimento da batata
pré-frita congelada comercializada nas redes de supermer-
cados e nas lanchonetes. Estas sofrem dois processos de
cozimento: o branqueamento pelo banho e pela fervura em
água (às vezes, com suco de limão); e fritura a 150-180°C
em gordura vegetal (SEBRAE, 2012).
Figura 5: Decomposição do peróxido de hidrogênio: (da esquerda
para a direita) branco (H2
O2
), positivo (H2
O2
+ batata), negativo
(H2
O2
+ batata cozida).
Figura 6: Escurecimento do tubérculo a partir de diferentes
temperaturas: exposição ao calor, à temperatura do laboratório
e à refrigeração.
Considerações finais
O ensino teórico e prático de química tem mostrado aos
alunos, e principalmente aos professores, a necessidade dessa
interação, uma vez que a consolidação dos conhecimentos
adquiridos, da percepção da relação direta entre a química e
o meio ambiente em que vivemos e até a desmitificação de
que a química é uma ciência para superdotados são conse-
quências obtidas por essa parceria. O entendimento de um
processo químico pode advir da observação e da análise de
um experimento real. A simples
observação visual da alteração de
alimentos como a batata permite a
explicação de conceitos de química
nesse processo. Aulas desse tipo
podem ser estruturadas para um
período de aula, visto que aguça a
inculturação nos alunos de uma ati-
tude crítica e empreendedora para
o saber e mostra a inter-relação
da química com outras áreas do
conhecimento humano. Esse é o
resultado mais importante obtido
neste trabalho, pois os alunos,
em geral, não suspeitavam que
experimentos tão simples pudessem mostrar conceitos que
seriam bem mais difíceis de serem explicados em uma aula
expositiva convencional.
Fábio Junior Moreira Novaes (fabiojmnovaes@yahoo.com.br), licenciado em Quí-
mica e mestre em Química Orgânica pelo Instituto de Química da Uni¬versidade
Federal do Rio de Janeiro (IQ/UFRJ), é professor de Química da rede estadual
no Rio de Janeiro (RJ). Rio de Janeiro, RJ – BR. Daniel Lima Marques de Aguiar
(daniel_lma@ yahoo.com.br), farmacêutico pela Universidade Federal do Espírito
Santo (UFES), mestre em Química pelo IQ/UFRJ, é doutorando em Química de
Produtos Naturais pelo NPPN/UFRJ. Rio de Janeiro, RJ – BR. Milena Barbosa
Barreto (milabbto@yahoo.com.br), licenciada em Química pela Universidade Es-
tadual do Ceará (UECE), mestre em Química Orgânica pela Universidade Federal
do Ceará (UFC), é doutoranda em Química de Produtos Naturais pelo NPPN/
UFRJ. Rio de Janeiro, RJ – BR. Júlio Carlos Afonso (julio@iq.ufrj.br), graduado
em Química e Engenharia Química e doutor em Engenharia Química pelo IRC/
CNRS (França), é professor associado do Departamento de Química Analítica do
Instituto de Química da UFRJ. Rio de Janeiro, RJ – BR.
O entendimento de um processo químico
pode advir da observação e da análise de
um experimento real. A simples observação
visual da alteração de alimentos como a
batata permite a explicação de conceitos
de química nesse processo. Aulas desse
tipo podem ser estruturadas para um
período de aula, visto que aguça a
inculturação nos alunos de uma atitude
crítica e empreendedora para o saber e
mostra a inter-relação da química com
outras áreas do conhecimento humano.
Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA
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Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013
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fundamental de ciências. Química Nova na Escola, n. 2, p. 15-
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Para saber mais
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TUNES, I. F.; BRANDÃO, N.; SILVEIRA, E. P. DA; OSÓRIO,V.
A. eAUGUSTIN, E.Atividade de peroxidase e polifenoloxidase
na resistência do feijão à antracnose. Pesquisa Agropecuária
Brasileira, Brasília, v. 39, n. 7, p. 637-643, 2004.
PDB. Protein Data Bank. Disponível em: http://www.rcsb.
org/pdb.
Abstract: Simple experimental activities for the understanding of concepts on enzymatic kinetics: Solanum tuberosum L. – a versatile alternative. Changes
in experimental parameters such as concentration of reactants, temperature, catalytic activation and inhibition are currently observed through darkening of
vegetables, fruits and tubercles. All are related to the chemical-enzymatic action of the enzyme polyphenol oxydase (PPO). Storage in a refrigerator retards
this phenomenon, whereas other factors can accelerate it. The main objective of this work is to prepare a viable class based on inexpensive materials which
allows the students to study in a pleasant manner the chemical-enzymatic kinetics based on the visual changes on potato samples (Solanum tuberosum L).
Keywords: Potato, chemical-enzymatic kinetics, chemical practice.

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Experimentos cinética

  • 1. Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA 27 Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013 Relatos de Sala de Aula Recebido em 22/12/2011, aceito em 28/08/2012 Fábio Junior M. Novaes, Daniel L. M. de Aguiar, Milena B. Barreto e Júlio C. Afonso Alterações em fatores como a concentração de reagentes, temperatura, ativação e inibição catalítica são observadas cotidianamente no escurecimento de legumes, frutas e tubérculos. Todos eles estão relacionados à ação cinética (químico-enzimática) da enzima polifenoloxidase (PFO). O simples armazenamento sob refrigeração é capaz de retardar o fenômeno, assim como outros fatores podem acelerá-lo. Desse modo, a proposta central deste trabalho é fornecer uma aula experimental econômica e operacionalmente viável, em que sejam observadas essas alterações em uma batata (Solanum tuberosum L), permitindo um estudo agradável e instigante da cinética enzimática química. batata, cinética químico-enzimática, práticas de química Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de Conceitos de Cinética Enzimática: Solanum tuberosum – Uma Alternativa Versátil A ideia de que a química é distante do cotidiano é uma constante para aqueles que não têm consciência da abrangência e aplicabilidade da ciência em geral. Desse modo, reconhecer que os organismos vivos se mantêm por meio de reações químicas pode ser uma estratégia relevante na inserção da química no dia a dia dos alunos. P ara o estudante de ciências, a realização de experi- mentos didáticos pode ser uma estratégia importante de criação de situações reais, nas quais os conheci- mentos adquiridos em sala de aula se aplicam. Ademais, práticas experimentais estimulam o questionamento investigativo (Guimarães, 2009). Nesse sen- tido, o conceito de laboratório precisa ser expandido também para ambientes nos quais o alu- no está cotidianamente inserido, mas que tradicionalmente não seriam úteis para realização de atividade experimentais. Assim, a cozinha, o jardim, a sala de aula e a biblioteca da escola passam a ser ambientes férteis para o desen- volvimento de experimentos que propelem nos educandos o caráter investigativo (Silva et al., 2010). Sabidamente, conteúdos descontextualizados são difíceis, assépticos e distantes, ou seja, o ensino sem a realização de experimentos pode tornar-se desmotivante e o discurso do professor passa a ser entendido como dogma de fé (Zanon e Paliarini, 1995). O elevado custo de materiais/equipamentos específicos para a realização dos experimentos parece sobrepor-se ao interesse do professor na execução das aulas práticas.A falta de infraestrutura adequada para realização de experimentos parece ser uma barreira intransponível no ensino de ciências e especialmente no da química. Desse modo, viabilizar experimentos que sejam financeira e operacionalmente aces- síveis à realidade das escolas brasileiras é uma necessidade pungente, e o uso de experimentos simples relacionados ao cotidiano favorece a inculturação nos alunos de uma atitude crítica e empreendedora, já que estes passam a entender que a ciência faz parte do dia a dia (Valadares, 2001). Etmologicamente, a origem da palavra cinética provém do grego kine, que significa movimento. Cinética química é, portanto, o estudo da velocidade das reações, de processos químicos e também dos fatores que afetam essas rea- ções/processos. O estudo de reações resolvidas no tempo, ou seja, da cinética química, é feito em sua maioria baseado em aulas expositivas que desconsideram o conhecimento prévio dos alunos. Isso tende a tornar o estudo enfadonho e distante (Lima et al., 2000). A ideia de que a química é distante do cotidiano é uma constante para aqueles que não têm consciência da abran- gência e aplicabilidade da ciência em geral. Desse modo, reconhecer que os organismos vivos se mantêm por meio de reações químicas pode ser uma estratégia relevante na inserção da química no dia a dia dos alunos. Grande parte
  • 2. Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA 28 Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013 das reações químicas in vivo é catalisada por enzimas, logo, correlacionar o estudo de cinética química com processos que ocorrem em organismos vivos fornece aos alunos a oportunidade de compreender questões inter-relacionando química, biologia e nutrição. A batata (Solanum tuberosum L.) é um dos alimentos mais consumidos no mundo e intensamente incorporada à gastronomia brasileira. No Brasil, a produção do tubérculo é estimada em aproximadamente 3,3 milhões de toneladas por ano, o que faz dela um alimento de fácil acesso em todo território nacional. Diversos trabalhos já foram publicados envolvendo a batata como objeto de estudo para com- preensão de temas abordados em sala de aula no ensino médio para as disciplinas de química e biolo- gia (Lima et al., 2000; Hioka et al., 2000; Freitas Filho e Celestino, 2010; Carvalho et al., 2005), assim como no ensino superior para cursos de farmácia e engenharia de alimentos (Silva e Silva, 1997; Rodrigues e Oliveira, 2009). Isso demonstra a versatilidade da batata como ferramenta de baixo custo para experimentos didáticos de ensino. Por exemplo, Souza e Neves (2007) publicaram no site da UNESP uma aula prá- tica denominada Fatores que afetam a atividade enzimática, utilizando batata e catecol (1,2-diidroxibenzeno). A proposta central deste trabalho é fornecer alternati- vas experimentais econômica e operacionalmente viáveis, dentro do contexto da realidade do ensino médio e médio técnico público brasileiro, onde os objetivos principais desses experimentos são a contextualização da cinética químico-enzimática aprendida em sala de aula, empregando materiais do cotidiano, baratos e de fácil acesso. Para isso, foram propostas aulas experimentais que foram ministradas após as aulas de cinética química ou enzimática de turmas de alunos do 2º ou 3º anos do ensino médio regular ou técnico em escolas da rede pública de ensino da cidade do Rio de Janeiro. Nessas aulas, foram feitas alterações em parâmetros como concentração de reagentes, temperatura, ativação e inibição catalítica, tendo como material de trabalho um tubérculo de batata. Descrição dos experimentos Nos experimentos descritos a seguir, as atividades ex- perimentais podem ser feitas no refeitório ou na cozinha da própria instituição por demonstrações pelo professor auxiliado por uma cozinheira ou merendeira, utilizando a estrutura disponível (fogão, forno, geladeira e freezer). A turma foi dividida em grupos de quatro alunos. A avaliação é feita por meio da elaboração de um relatório, com regis- tro das atividades desenvolvidas juntamente com a análise e interpretação dos resultados e as respostas das questões propostas, cuja entrega ocorre na aula seguinte. Para auxi- liar na elaboração do relatório, os alunos recebem no dia da aula uma lista de referências (livros, artigos, jornais etc.) disponíveis na biblioteca da escola ou na internet. Efeito da concentração na velocidade de uma reação química Como noção inicial, uma reação química se processa pelo número de choques efetivos que há entre as entidades que participam dela (os reagentes). Desse modo, quanto mais entida- des contidas em um determinado espaço físico, maior a probabili- dade de que esse choque efetivo ocorra. Assim, espera-se que quanto maior a concentração de um determinado reagente, maior a velocidade da reação. É impor- tante recordar que, dependendo do mecanismo na qual a reação se processa, um reagente pode ter maior ou menor influência na velocidade de um determinado processo. Experimento n° 1 Material • 300 mL de água em temperatura ambiente (~25°C); • Uma batata inglesa lavada; • Uma faca; • Um copo transparente de vidro ou plástico de 500 mL. Procedimento No copo, adicionar 300 mL de água à temperatura ambiente. Descasque a batata e divida-a em quatro peda- ços. Adicione um dos pedaços dentro do copo com água e mantenha um segundo pedaço exposto ao ar. Acompanhe a coloração da batata por 40 minutos nas duas situações. Questões 1. Em qual dos casos, na batata exposta ao ar ou na água, a evolução da coloração ocorreu com maior velocidade? 2. Existe alguma causa que justifique a diferença nas velocidades de reação? 3. A banana e a maçã escurecem quando pedaços são expostos ao ar. Qual a razão desse fenômeno? 4. Por que razão alguns alimentos após serem descasca- dos, como o aipim (mandioca), devem ser mantidos sob água? Experimento n° 2 Material • Uma batata inglesa; A proposta central deste trabalho é fornecer alternativas experimentais econômica e operacionalmente viáveis, dentro do contexto da realidade do ensino médio e médio técnico público brasileiro, onde os objetivos principais desses experimentos são a contextualização da cinética químico-enzimática aprendida em sala de aula, empregando materiais do cotidiano, baratos e de fácil acesso.
  • 3. Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA 29 Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013 • Sistema para aquecimento de água (fogão a gás ou resistência elétrica); • Recipiente de metal para aquecimento de água (panela ou leiteira); • 200 mL de água; • Xícara de vidro; • Prato de vidro; • Freezer. Procedimento Aqueça 250 mL de água até ebulição. Enquanto esta é aque- cida, corte uma batata descascada em três pedaços. Em um prato, deixe um dos pedaços à tem- peratura do laboratório; leve o segundo ao freezer, mantendo-o por 5 a 10 minutos; e coloque o terceiro na água fervente e deixe por 5 a 10 minutos. Em seguida, cesse o aquecimento e, com auxílio de um garfo, retire o tubérculo e o exponha sobre o prato junto com aquele exposto à temperatura do laboratório. Faça o mesmo com o tubérculo exposto ao freezer. Aguarde cerca de 30 minutos para tirar suas observações acerca das colorações dos pedaços de batata. Questões 1. Em qual dos experimentos a reação ocorreu com maior velocidade? 2. Existe alguma causa que justifique a diferença nas velocidades de reação? Catalisadores e inibidores de reação química O mecanismo pelo qual uma reação química se pro- cessa é um dos fatores que afeta a velocidade das reações. Catalisadores são espécies químicas que aceleram a ve- locidade média reacional ao criar mecanismos de reação alternativos e com barreiras energéticas menores, sem serem consumidos na reação em que participam. Espera-se que reações catalisadas sejam mais rápidas que as que não têm catalisador. Experimento no 3 Material • Uma batata inglesa; • Um frasco novo de 100 mL de peróxido de hidrogênio (H2 O2 ) a 3% m/m (10 volumes); • Três copos de vidro transparentes de 300 mL; • Faca; • Sistema para aquecimento de água (fogão a gás ou resistência elétrica); • Recipiente de metal para aquecimento de água (panela ou leiteira); • 250 mL de água; Procedimento Descasque uma batata e a corte em cubos iguais de apro- ximadamente 1 cm3 . Aqueça 250 mL de água até ebulição. Coloque 50% dos cubos na água fervente e deixe por 5-10 minutos. Nos três copos de vidro trans- parentes, adicione volume su- ficiente de solução de H2 O2 de modo a formar uma coluna de líquido de aproximadamente 5 cm de altura. Adicione os cubos de batata mantidos na temperatura do laboratório em um dos copos e, em um segundo copo, os cubos que foram colocados na água fervente. O terceiro copo (H2 O2 sozinha) será tomado como refe- rência. Observe as transformações ocorridas nos três recipientes. Questões 1. Em qual dos experimentos a reação ocorreu com maior velocidade? 2. Existe alguma causa que justifique a diferença nas velocidades de reação? 3. Por que o mesmo desprendimento gasoso é observado ao adicionar água oxigenada em ferimentos? Temperatura Grosso modo, o número de choques efetivos entre os reagentes é diretamente proporcional à velocidade na qual a reação se processa. Uma maneira de aumentar a proba- bilidade de choques efetivos é aumentar a energia cinética média dos reagentes, ou seja, a temperatura. Experimento n° 4 Material • Uma batata inglesa; • Sistema para aquecimento (forno elétrico ou a gás); • Sistema para resfriamento (geladeira); • Três pratos de vidro; • Faca. Procedimento Descasque e corte a batata em três pedaços de mesmo ta- manho. Coloque cada um deles sobre um pires e exponha-os aos diferentes ambientes: ambiente do laboratório, geladeira (± 4 °C) e forno aquecido a 50-60 °C. Aguarde cerca de 40 minutos para concluir a respeito da coloração dos pedaços de batata. Questões 1. Em qual dos experimentos a reação ocorreu com maior velocidade? O mecanismo pelo qual uma reação química se processa é um dos fatores que afeta a velocidade das reações. Catalisadores são espécies químicas que aceleram a velocidade média reacional ao criar mecanismos de reação alternativos e com barreiras energéticas menores, sem serem consumidos na reação em que participam.
  • 4. Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA 30 Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013 2. Existe alguma causa que justifique a diferença nas velocidades de reação? 3. Porque as batatas fritas congeladas vendidas em supermercados não ficam escuras? Discussão Procedimentos experimentais simples nem sempre são explicados por um arcabouço teórico trivial. O detalha- mento dos mecanismos enzimáticos foge do escopo deste trabalho, visto que, além de ser complexo, em muitos casos, é pouco conhecido (Lima e Angnes, 1999). Enzimas são biomacromoléculas sustentadas por diversos tipos de interação, as quais determinam a estrutura espacial (tridimensional) da en- zima (Santos Filho e Alencastro, 2003). A Figura 1 mostra a es- trutura tridimensional da enzima polifeniloxidase (PFO), presente na batata, e que tem papel central nos experimentos descritos neste trabalho. A estrutura global das bio- macromoléculas é responsável pelo encaixe do substrato com elas. Assim, existem regiões definidas da enzima que estão comprometidas com a catálise de um substrato específico, e a forma espacial assumida pela enzima é sumariamente importante para sua correta ativi- dade (Lehninger, 2006). Desse modo, fatores que alterem a configuração espacial de uma enzima são fortemente correla- cionados com a atividade enzimática desta, ou seja, existem faixas de temperaturas e de pH nos quais uma determinada enzima apresenta melhor atividade e fora dos quais ela pode estar pouco ativa e até mesmo inativa (Vollhardt, 2004). À total perda de atividade enzimática, dá-se o nome de desna- turação. Desse modo, uma enzima desnaturada não é capaz de catalisar a reação a que se destina (Stryer, 2008). Outro fator importante a ser considerado na atividade enzimática é a presença ou ausência de cofatores enzimáticos: por exemplo, as polifenoloxidases dependem do íon Cu2+ para que tenham a atividade biológica esperada (Lertész, 1957) para a hidroxilação de fenóis a di- fenóis (hidroxilases) e a oxidação de difenóis a quinonas (oxidases). Concentração de reagentes É escopo de estudo da cinética química a influência da concentra- ção dos reagentes de uma reação química, bem como da tempera- tura na qual ela se processa. Em reações que são biocatalisadas, outro fator pungente é a questão da bioquímica envolvida nos processos. Dessa maneira, a dis- cussão desses conceitos, tanto cinéticos quanto bioquímicos, pode ser estruturada pelos resultados dos experimentos 1 e 2.A polifenoloxidase (Carvalho, 2005), enzima presente na batata, é responsável pela oxidação de compostos fenólicos. O escurecimento de tubérculos, frutas e legumes provém da ação enzimática oxidativa da polifeniloxidase em presença de oxigênio molecular nos compostos fenólicos naturais desses alimentos, formando quinonas. Estas, por sua vez, sofrem polimerização, formando pigmentos insolúveis de cor escura, denominados melaninas, ou reagem de modo não enzimático com aminoácidos, proteínas e outros compostos fenólicos, também formando melaninas (Araujo, 1995). No experimento 1, os cortes de batata foram submetidos a dois ambientes: imerso em água e exposto ao ar. Observou- se experimentalmente que o pedaço de batata exposto ao ar ficou mais escuro que aquele imerso em água. Isso vem ao encontro do mecanismo de funcionamento da polifeni- loxidase, visto que ela catalisa uma reação dependente de oxigênio molecular (Figura 2). Acontece que a disponibi- lidade de O2 na água é muito menor que no ar: na água (a 20ºC), a concentração de oxigênio gira em torno de 3,16 x10-3 % v/v (1,98 x 10-3 mmol L-1 ) contra 20,95 % v/v no ar Figura 1: Estrutura tridimensional da polifenoloxidase, PFO (PDB id: 2p3z). Figura 2: Reação de oxidação enzimática de compostos fenólicos pela polifenoloxidase (PFO). [...] fatores que alterem a configuração espacial de uma enzima são fortemente correlacionados com a atividade enzimática desta, ou seja, existem faixas de temperaturas e de pH nos quais uma determinada enzima apresenta melhor atividade e fora dos quais ela pode estar pouco ativa e até mesmo inativa (Vollhardt, 2004).
  • 5. Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA 31 Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013 (Weast, 1982), logo a reação no tubérculo imerso em água é mais lenta. A polifenoloxidase cata- lisa a introdução de oxigê- nio na posição orto de um anel aromático e a oxidação subsequente de difenóis às quinonas correspondentes (Figura 2). Estas, por sua vez, por conta de seu caráter altamente eletrofílico, são capazes de se polimerizar e formar pigmentos insolú- veis e escuros (Poggi et al., 2003). O fato de o oxigênio ser reagente na catálise promo- vida pela enzima e o produto final da reação enzimática ser colorido permite caracterizar uma maior extensão reacional para o tubérculo exposto ao ar em relação àquele imerso em água apenas ao observar a coloração de ambos (Figura 3). Isso explica porque o aipim descascado é conservado sob água. Outro aspecto relevante do experimento é o fato de a batata estar cortada. A polifeniloxidase é uma enzima compartimentalizada em células, ou seja, a enzima está mais exposta no caso do tubérculo cortado, assim como também no caso da maçã ou da banana. No experimento 2, foi proposto um aumento da con- centração enzimática no tubérculo pela exposição de cortes deste em dois ambientes com temperaturas diferentes. Os resultados experimentais (Figura 4) evidenciaram que o corte exposto ao freezer teve o maior escurecimento seguido pelo exposto ao ar. O acentuado escureci- mento enzimático do tubér- culo exposto ao freezer é devido ao fato de a polife- noloxidase ser uma enzima citoplasmática. Assim, ao levar os cortes de batata para o freezer, os cristais de gelo formados são capazes de romper as células e liberar o conteúdo citoplasmático para o meio intersticial – que está em contato direto com o oxigênio atmosférico. O rom- pimento da parede celular é resultado da menor densidade do gelo em relação à água, resultando numa expansão do volume com o resfriamento da massa de água. Dessa ma- neira, o maior escurecimento enzimático do corte submetido às baixas temperaturas é fruto de uma maior quantidade de enzima em contato com o O2 do ar. É importante ressaltar que o rompimento de qualquer tecido, seja animal ou vege- tal (por superexposição ao oxigênio molecular), promoverá reações paralelas e não enzimáticas, as quais contribuem não só para alteração de cor, mas também de sabor, odor, pH e consistência. Catalisador A água oxigenada é uma solução que contém peróxido de hidrogênio (H2 O2 ), comercializada em farmácias com diversas finalidades (especialmente como antisséptico). Quimicamente, o peróxido de hidrogênio é caracterizado pela reatividade da ligação entre os dois oxigênios, a cha- mada ligação peróxido. Vendido em concentrações entre 2 a 60% m/m em frascos plásticos, o peróxido de hidrogênio é estável se devidamente armazenado (no escuro e longe de fontes de calor). Sua decomposição libera água, oxigênio molecular e calor. Em soluções diluídas, a água presente absorve o calor liberado. A decomposição do peróxido de hidrogênio é acelerada por metais, pela alcalinidade (aumento do pH), pelo incremento da temperatura, pela presença de catalisadores, dentre outros fatores (Mattos et al., 2003). H2 O2(aq) → H2 O(l) + ½ O2(g) + energia O experimento proposto visou observar a reação de de- composição do peróxido de hidrogênio (solução 3% m/m) na presença do tubérculo como catalisador. Os resultados são facilmente compreensíveis pelo desprendimento do gás oxigênio (Figura 5). Os copos contendo o peróxido de hidrogênio compreendem um controle ou um branco (H2 O2 somente), padrão positivo (H2 O2 + tubérculo) e padrão nega- tivo (H2 O2 + tubérculo cozido). Nesse último caso, devido ao Figura 3: Tubérculo exposto a diferentes concentrações de oxigênio: a) início do experimento; b) final do experimento. Figura 4: Escurecimento do tubérculo a partir de diferentes con- centrações enzimáticas: a) exposição ao ar (~25°C); b) exposição à fervura (100°C); e c) exposição à temperatura de freezer (-4°C). O fato de o oxigênio ser reagente na catálise promovida pela enzima e o produto final da reação enzimática ser colorido permite caracterizar uma maior extensão reacional para o tubérculo exposto ao ar em relação àquele imerso em água apenas ao observar a coloração de ambos (Figura 3). Isso explica porque o aipim descascado é conservado sob água. Outro aspecto relevante do experimento é o fato de a batata estar cortada. A polifeniloxidase é uma enzima compartimentalizada em células, ou seja, a enzima está mais exposta no caso do tubérculo cortado, assim como também no caso da maçã ou da banana.
  • 6. Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA 32 Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013 cozimento do tubérculo, houve desnaturação e consequente inativação das enzimas. Sem as enzimas, essa reação não ocorre, pois a decomposição do H2 O2 é extremamente lenta sem o concurso destas. O mesmo desprendimento gasoso é observado ao usar o H2 O2 sobre ferimentos. Esse é resultado da ação de catalase, uma enzima presente nas células do sangue e em tecidos animais e vegetais (Rodrigues e Barboni, 1998). Temperatura Nesse experimento, foi pro- posta a exposição de cortes do tubérculo a ambientes em tem- peraturas diferentes. Os resul- tados experimentais (Figura 6) evidenciaram que o corte exposto ao ar teve o maior escurecimento, seguido pelo exposto ao calor e, posteriormente, exposto à refri- geração (geladeira). Ao pedaço refrigerado, não houve indícios de escurecimento enzimático. Silva (2000) afirma que temperaturas abaixo das condições do ambiente são utilizadas para retardar as reações químicas e enzimáticas de forma que quanto menor for a temperatura, menor será a ação enzimática. Já no caso do corte de tubérculo exposto ao ambiente, já explicado anteriormente, é facilmente observado o produto da reação enzimática. Menos visível é o aspecto do tubérculo exposto ao calor: a polifeniloxidase tem sua atividade diminuída em função da desnaturação enzimática provocada pelo calor. Em temperaturas elevadas, como a de cozimento, a atividade enzimática é totalmente suprimida. Essa é a razão que justifica o não escurecimento da batata pré-frita congelada comercializada nas redes de supermer- cados e nas lanchonetes. Estas sofrem dois processos de cozimento: o branqueamento pelo banho e pela fervura em água (às vezes, com suco de limão); e fritura a 150-180°C em gordura vegetal (SEBRAE, 2012). Figura 5: Decomposição do peróxido de hidrogênio: (da esquerda para a direita) branco (H2 O2 ), positivo (H2 O2 + batata), negativo (H2 O2 + batata cozida). Figura 6: Escurecimento do tubérculo a partir de diferentes temperaturas: exposição ao calor, à temperatura do laboratório e à refrigeração. Considerações finais O ensino teórico e prático de química tem mostrado aos alunos, e principalmente aos professores, a necessidade dessa interação, uma vez que a consolidação dos conhecimentos adquiridos, da percepção da relação direta entre a química e o meio ambiente em que vivemos e até a desmitificação de que a química é uma ciência para superdotados são conse- quências obtidas por essa parceria. O entendimento de um processo químico pode advir da observação e da análise de um experimento real. A simples observação visual da alteração de alimentos como a batata permite a explicação de conceitos de química nesse processo. Aulas desse tipo podem ser estruturadas para um período de aula, visto que aguça a inculturação nos alunos de uma ati- tude crítica e empreendedora para o saber e mostra a inter-relação da química com outras áreas do conhecimento humano. Esse é o resultado mais importante obtido neste trabalho, pois os alunos, em geral, não suspeitavam que experimentos tão simples pudessem mostrar conceitos que seriam bem mais difíceis de serem explicados em uma aula expositiva convencional. Fábio Junior Moreira Novaes (fabiojmnovaes@yahoo.com.br), licenciado em Quí- mica e mestre em Química Orgânica pelo Instituto de Química da Uni¬versidade Federal do Rio de Janeiro (IQ/UFRJ), é professor de Química da rede estadual no Rio de Janeiro (RJ). Rio de Janeiro, RJ – BR. Daniel Lima Marques de Aguiar (daniel_lma@ yahoo.com.br), farmacêutico pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), mestre em Química pelo IQ/UFRJ, é doutorando em Química de Produtos Naturais pelo NPPN/UFRJ. Rio de Janeiro, RJ – BR. Milena Barbosa Barreto (milabbto@yahoo.com.br), licenciada em Química pela Universidade Es- tadual do Ceará (UECE), mestre em Química Orgânica pela Universidade Federal do Ceará (UFC), é doutoranda em Química de Produtos Naturais pelo NPPN/ UFRJ. Rio de Janeiro, RJ – BR. Júlio Carlos Afonso (julio@iq.ufrj.br), graduado em Química e Engenharia Química e doutor em Engenharia Química pelo IRC/ CNRS (França), é professor associado do Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da UFRJ. Rio de Janeiro, RJ – BR. O entendimento de um processo químico pode advir da observação e da análise de um experimento real. A simples observação visual da alteração de alimentos como a batata permite a explicação de conceitos de química nesse processo. Aulas desse tipo podem ser estruturadas para um período de aula, visto que aguça a inculturação nos alunos de uma atitude crítica e empreendedora para o saber e mostra a inter-relação da química com outras áreas do conhecimento humano.
  • 7. Atividades Experimentais Simples para o Entendimento de ConceitosQUÍMICA NOVA NA ESCOLA 33 Vol. 35, N° 1, p. 27-33, FEVEREIRO 2013 Referências ARAÚJO, M.A. Química de alimentos.Teoria e prática.Viçosa: Imprensa Universitária da Universidade Federal deViçosa, 1995. BERG, J.M.; TYMOCZKO, J.L. e STRYER, L. Bioquímica. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. CARVALHO, L.C.; LUPETTI, K.O. e FATIBELLO-FILHO, O. Um estudo sobre a oxidação enzimática e a prevenção do escurecimento de frutas no ensino médio. Química Nova na Escola, n. 22, p. 48-50, 2005. FILHO, J.R.F. e CELESTINO, R.M.C.S. Investigação da cons- trução do conceito de reação química a partir dos conhecimentos prévios e das interações sociais. Ciências & Cognição, v. 15, n. 1, p. 187-198, 2010. GUIMARÃES, C.C. Experimentação no ensino de química: caminhos e descaminhos à aprendizagem significativa. Química Nova na Escola, n. 31. p. 198-202, 2009. 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Storage in a refrigerator retards this phenomenon, whereas other factors can accelerate it. The main objective of this work is to prepare a viable class based on inexpensive materials which allows the students to study in a pleasant manner the chemical-enzymatic kinetics based on the visual changes on potato samples (Solanum tuberosum L). Keywords: Potato, chemical-enzymatic kinetics, chemical practice.