UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FERNANDO REINOLDO SCREMIN PROPOSIÇÃO DE AULA PRÁTICA POTENCIAL ENERGÉTICO DOS ALIMENTOS: CONTEXTUALIZANDO A TERMOQUÍMICA Trabalho entregue como forma de avaliação da disciplina de Orientação pedagógica do curso de Doutorado em Química da Universidade de São Paulo. SÃO PAULO Dezembro de 2008
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FERNANDO REINOLDO … · de um bomba calorimétrica: 1 Figura 1: Bomba calorimétrica a volume constante. 1. O processo a ser investigado, como por exemplo,
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
FERNANDO REINOLDO SCREMIN
PROPOSIÇÃO DE AULA PRÁTICA
POTENCIAL ENERGÉTICO DOS ALIMENTOS: CONTEXTUALIZANDO A
TERMOQUÍMICA
Trabalho entregue como forma de avaliação da disciplina de Orientação pedagógica do curso de Doutorado em Química da Universidade de São Paulo.
SÃO PAULODezembro de 2008
1. Introdução
1.1 Energia dos alimentos
Caloria é a quantidade de calor o alimento libera após sua digestão e metabolização,
sendo então a energia armazenada nas ligações químicas dos alimentos. A energia química é
liberada no organismo através do metabolismo dos nutrientes absorvidos pelo sistema
digestório. É ela responsável por todas as atividades vitais dos seres vivos. 3
Os alimentos energéticos ou calóricos são aqueles que quando metabolizados
liberam energia química aproveitável pelo organismo. Esta energia é quantificada através da
unidade caloria, que é a quantidade de energia necessária para elevar de 1°C um grama de
água. Costuma-se utilizar a quilocaloria, que equivale a 1000 calorias. Para simplificar, a
quilocaloria também é chamada de Caloria. 3
Os alimentos fornecem diferentes quantidades de energia. A determinação da
quantidade de energia que está armazenada em cada alimento é importante, especialmente
no planejamento de uma dieta para balancear a quantidade de energia que é ingerida e que
é gasta. As calorias em excesso se acumulam em forma de gordura. 3
A determinação do valor energético pode ser realizada por meio de calorimetria direta.
Para tanto, as amostras devem ser desidratadas pois a água é desprezada, uma vez que ela
tem índice calórico igual a zero.A amostra é colocada em uma bomba calorimétrica e a
quantidade de energia é obtida pelo aumento da temperatura da água. A análise
comparativa dos valores energéticos pode ser feita entre os valores obtidos por calorimetria
direta e os informados nos rótulos dos produtos.3
Dessa forma uma porção de alimentos a queima de um grama de carboidrato libera
4,1 kcal, um grama de proteína produz 5,6 kcal e um grama de gordura libera 9,5 kcal.
Em termos práticos, utiliza-se uma tabela de composição química de vários alimentos
que apresenta os valores já calculados
1.2 Conceitos de termodinâmica
O trabalho é a propriedade fundamental da Termodinâmica. Há trabalho quando um
corpo é deslocado contra uma força que se opõe ao deslocamento. A capacidade de um
sistema realizar trabalho é denominada de energia interna do sistema, U. 1
A energia de um sistema pode variar de diversas maneiras que não envolvem
trabalho. Em um sistema, quando a energia se modifica decorrente da diferença de
temperatura entre o sistema e sua vizinhança se diz que a energia foi transferida na forma
de calor. Uma fronteira que não permite a passagem de energia na forma de calor é dita
adiabática. 1
A energia transferida na forma de calor é medida em joules, contudo a unidade
muito utilizada é a caloria, onde em sua definição original, 1 cal correspondia a energia
necessária para elevar de 1°C a temperatura de 1 g de água. Na definição moderna tem-se: 2
1 cal= 4,184J
Em um processo onde calor é liberado para a vizinhança é denominado de processo
exotérmico, como por exemplo, as reações de combustão. As reações que absorvem calor
da vizinhança são denominadas endotérmicas, como por exemplo, a vaporização. 2
O único modo de variar a energia interna de um sistema fechado é transferir energia
para ele como calor ou trabalho. Se um sistema está isolado, isso não é possível, ou seja, a
energia interna não pode variar. Esse fato é conhecido como a primeira lei da
termodinâmica onde: a energia interna de um sistema isolado é constante. Se w é o trabalho
feito sobre o sistema e q for a energia transferida como calor para o sistema, então a
variação de energia é ∆U= q+w. 2
Sendo este o enunciado matemático da primeira lei da termodinâmica, uma vez que
resume a equivalência entre o calor e o trabalho mostra que a energia interna é constante
em um sistema isolado. 1
Uma aplicação desta lei é a calorimetria, onde se utiliza um calorímetro para estudar
as trocas de calor em um sistema. Na figura 01 abaixo se pode observar uma representação
de um bomba calorimétrica: 1
Figura 1: Bomba calorimétrica a volume constante. 1
O processo a ser investigado, como por exemplo, uma reação química, é disparado
no interior de um vaso a volume constante (bomba calorimétrica). O vaso é mergulhado em
um banho de água e o conjunto de montagem é o denominado calorímetro. Este opera
mergulhado em um banho externo e as temperaturas dos dois banhos são acompanhadas
permanentemente e mantidas iguais. Logo não há perda nem ganho de calor do calorímetro
paras as vizinhanças, operando adiabaticamente. A variação de temperatura é proporcional
ao calor que a reação absorve ou libera. 1
2. Justificativa.
A contextualização da termodinâmica em qualquer fase do aprendizado não é uma
tarefa muito trivial, é comum dificuldade do receptor de perceber que energia interna do
sistema pode ser transferida na forma de calor ou como trabalho e entender suas relações.
Dessa forma a elaboração de práticas palpáveis e contextualizadas é uma boa
alternativa para conduzir à um bom entendimento.
Apresenta-se aqui uma proposta de aula prática que busca trazer conceitos básicos
de termodinâmica, como entalpia de combustão e liberação de energia na forma de calor a
partir de um experimento muito simples com materiais rotineiros.
A proposta é a montagem de um calorímetro com embalagens longa vida e a
verificação de potenciais energéticos de alguns alimentos.
Apresenta-se em anexo um modelo do que poderia ser o roteiro para a prática
proposta.
3. Teste do Experimento:
O experimento proposta para a prática foi testado o calorímetro montado pode ser
visto na figura 2:
Fi gura 2:
Calorímetro proposto para realização do experimento.
O experimento seguiu o procedimento detalhado no roteiro em anexo. Foi utilizado
como amostra biscoito a base de leite, torrada a base de fibras e pipoca doce todas as
amostras comerciais e os resultados obtidos estão descritos na tabela 1:
Tabela 1: resultados obtidos na para a queima das 3 amostras sendo amostra 1 torrada, amostra 2 biscoito e amostra3 pipocaTubo/g Amostra/g Temp1 /oC Temp2 /oC Qmed /cal Qmed /Kcal Qmed/J Qmed/KJ μq/Kcalg-1 μqmédio/Kcalg-1 μq/KJg-1 μqmédio/KJg-1