Estrela Verde: uma métrica holística para avaliação da verdura química de atividades laboratoriais TÂNIA CRISTINA PIRES Departamento de Química e Bioquímica Faculdade de Ciências, Universidade do Porto FEVEREIRO, 2013

CONTEÚDOS O QUE É A ESTRELA VERDE (EV)? COMO SE CONSTRÓI A EV? ÍNDICE DE PREENCHIMENTO DA ESTRELA, IPE(%) VANTAGENS E LIMITAÇÕES DA MÉTRICA EV

O QUE É A ESTRELA VERDE? A “Estrela Verde” (EV) é uma métrica holística, de natureza gráfica, que cobre todos os princípios da Química Verde (QV) aplicáveis em cada situação sob estudo, permitindo comparações visuais fáceis. Os 12 principios da QV são qualitativos e devem ser todos considerados na avaliação da verdura, uma vez que alteraçoes nas condições de execução de reações podem ter diferentes consequencias em respeito a diferentes principios – a verdura pode aumentar em relação a alguns mas piorar em relação a outros.

O QUE É A ESTRELA VERDE? “ESTRELA VERDE” (EV) MÉTRICA HOLÍSTICA DE NATUREZA GRÁFICA TODOS OS PRINCÍPIOS DA QUÍMICA VERDE (QV) PERMITE COMPARAÇÕES VISUAIS FÁCEIS A “Estrela Verde” (EV) é uma métrica holística, de natureza gráfica, que cobre todos os princípios da Química Verde (QV) aplicáveis em cada situação sob estudo, permitindo comparações visuais fáceis. Os 12 principios da QV são qualitativos e devem ser todos considerados na avaliação da verdura, uma vez que alteraçoes nas condições de execução de reações podem ter diferentes consequencias em respeito a diferentes principios – a verdura pode aumentar em relação a alguns mas piorar em relação a outros. Ribeiro, M. G. T. C.; Costa, D. A.; Machado, A. A. S. C.; “Green Star”: a holistic Green Chemistry metric for evaluation of teaching laboratory experiments; GC Letters & Reviews. 2010, 3, 149-159.

PRINCÍPIOS DA QV APLICÁVEIS O QUE É A ESTRELA VERDE? “ESTRELA VERDE” (EV) GRÁFICO RADIAL: Nº de PONTAS = PRINCÍPIOS DA QV APLICÁVEIS A “Estrela Verde” (EV) é uma métrica holística, de natureza gráfica, que cobre todos os princípios da Química Verde (QV) aplicáveis em cada situação sob estudo, permitindo comparações visuais fáceis. Os 12 principios da QV são qualitativos e devem ser todos considerados na avaliação da verdura, uma vez que alteraçoes nas condições de execução de reações podem ter diferentes consequencias em respeito a diferentes principios – a verdura pode aumentar em relação a alguns mas piorar em relação a outros. Ribeiro, M. G. T. C.; Costa, D. A.; Machado, A. A. S. C.; “Green Star”: a holistic Green Chemistry metric for evaluation of teaching laboratory experiments; GC Letters & Reviews. 2010, 3, 149-159.

COMPRIMENTO DE CADA PONTA = CUMPRIMENTO DO PRINCÍPIO O QUE É A ESTRELA VERDE? “ESTRELA VERDE” (EV) GRÁFICO RADIAL: COMPRIMENTO DE CADA PONTA = CUMPRIMENTO DO PRINCÍPIO A “Estrela Verde” (EV) é uma métrica holística, de natureza gráfica, que cobre todos os princípios da Química Verde (QV) aplicáveis em cada situação sob estudo, permitindo comparações visuais fáceis. Os 12 principios da QV são qualitativos e devem ser todos considerados na avaliação da verdura, uma vez que alteraçoes nas condições de execução de reações podem ter diferentes consequencias em respeito a diferentes principios – a verdura pode aumentar em relação a alguns mas piorar em relação a outros. Ribeiro, M. G. T. C.; Costa, D. A.; Machado, A. A. S. C.; “Green Star”: a holistic Green Chemistry metric for evaluation of teaching laboratory experiments; GC Letters & Reviews. 2010, 3, 149-159.

AVALIAÇÃO POR CRITÉRIOS O QUE É A ESTRELA VERDE? “ESTRELA VERDE” (EV) GRÁFICO RADIAL: AVALIAÇÃO POR CRITÉRIOS PRÉ-DEFINIDOS ESCALA 1-3 (MÁXIMO) A “Estrela Verde” (EV) é uma métrica holística, de natureza gráfica, que cobre todos os princípios da Química Verde (QV) aplicáveis em cada situação sob estudo, permitindo comparações visuais fáceis. Os 12 principios da QV são qualitativos e devem ser todos considerados na avaliação da verdura, uma vez que alteraçoes nas condições de execução de reações podem ter diferentes consequencias em respeito a diferentes principios – a verdura pode aumentar em relação a alguns mas piorar em relação a outros. Ribeiro, M. G. T. C.; Costa, D. A.; Machado, A. A. S. C.; “Green Star”: a holistic Green Chemistry metric for evaluation of teaching laboratory experiments; GC Letters & Reviews. 2010, 3, 149-159.

VISÃO SEMI-QUANTITATIVA DA VERDURA GLOBAL DA ATIVIDADE O QUE É A ESTRELA VERDE? “ESTRELA VERDE” (EV) GRÁFICO RADIAL: VISÃO SEMI-QUANTITATIVA DA VERDURA GLOBAL DA ATIVIDADE A “Estrela Verde” (EV) é uma métrica holística, de natureza gráfica, que cobre todos os princípios da Química Verde (QV) aplicáveis em cada situação sob estudo, permitindo comparações visuais fáceis. Os 12 principios da QV são qualitativos e devem ser todos considerados na avaliação da verdura, uma vez que alteraçoes nas condições de execução de reações podem ter diferentes consequencias em respeito a diferentes principios – a verdura pode aumentar em relação a alguns mas piorar em relação a outros. Ribeiro, M. G. T. C.; Costa, D. A.; Machado, A. A. S. C.; “Green Star”: a holistic Green Chemistry metric for evaluation of teaching laboratory experiments; GC Letters & Reviews. 2010, 3, 149-159.

VERDURA QUÍMICA CRESCENTE O QUE É A ESTRELA VERDE? ÁREA VERDE FORNECE UMA VISÃO GLOBAL DA VERDURA A área preenchida da EV fornece uma visão global da verdura da atividade quanto maior a área preenchida, mais verde é a atividade VERDURA QUÍMICA CRESCENTE Ribeiro, M. G. T. C.; Costa, D. A.; Machado, A. A. S. C.; “Green Star”: a holistic Green Chemistry metric for evaluation of teaching laboratory experiments; GC Letters & Reviews. 2010, 3, 149-159.

10 PRINCÍPIOS APLICÁVEIS 6 PRINCÍPIOS APLICÁVEIS O QUE É A ESTRELA VERDE? ATIVIDADE DE SÍNTESE  10 PRINCÍPIOS APLICÁVEIS EV DE 10 PONTAS ATIVIDADE SEM SÍNTESE  6 PRINCÍPIOS APLICÁVEIS EV DE 6 PONTAS A EV de sintese é representada apenas com dez dimensões, cada uma referentes a um princípio da QV – os princípios 4 e 10 foram excluídos, já que no ensino não se costuma realizar a planificação de novos produtos químicos, à qual estes princípios se aplicam. Ensino

EXAMINAR O PROTOCOLO EXPERIMENTAL COMO SE CONSTRÓI A EV? 1. EXAMINAR O PROTOCOLO EXPERIMENTAL INVENTARIAR TODAS AS SUBSTÂNCIAS INTERVENIENTES: REAGENTES PRODUTOS COPRODUTOS CATALISADORES SOLVENTES AGENTES DE PURIFICAÇÃO SECANTES RESÍDUOS FORMADOS Examinar o protocolo experimental e inventariar todas as substâncias intervenientes: reagentes, produtos e coprodutos obtidos, catalisadores, solventes, agentes de purificação, secantes e resíduos formados

RECOLHER INFORMAÇÃO SOBRE AS SUBSTÂNCIAS COMO SE CONSTRÓI A EV? 2. RECOLHER INFORMAÇÃO SOBRE AS SUBSTÂNCIAS PERIGOS PARA A SAÚDE HUMANA PERIGOS PARA O AMBIENTE PERIGOS DE POTENCIAL ACIDENTE QUÍMICO DEGRADABILIDADE RENOVABILIDADE Recolher informação para cada uma das substâncias envolvidas acerca

PONTUAR AS SUBSTÂNCIAS QUANTO AOS PERIGOS COMO SE CONSTRÓI A EV? 3. PONTUAR AS SUBSTÂNCIAS QUANTO AOS PERIGOS PONTUAÇÃO 1  BENIGNIDADE MÁXIMA PONTUAÇÃO 3  PERIGO MÁXIMO A cada substância é atribuída uma pontuação de 1 (benignidade máxima) a 3, de acordo com o levantamento de informações realizado no ponto anterior, seguindo critérios que foram definidos (Doc. 2 - tabela 1) CONSULTAR TABELA 1 DO DOC. 2.

Degradáveis com produtos de degradação inócuos COMO SE CONSTRÓI A EV? Características Critérios Pontuação (p) Estrela verde Degradabilidade Não degradáveis e que não possam ser tratados para se obter a sua degradação em produtos de degradação inócuos 3 Não degradáveis mas que possam ser tratadas para se obter a sua degradação em produtos de degradação inócuos 2 Degradáveis com produtos de degradação inócuos 1 Renovabilidade Não renováveis Renováveis TABELA 2 A cada substância é atribuída uma pontuação de 1 (benignidade máxima) a 3, de acordo com o levantamento de informações realizado no ponto anterior, seguindo critérios que foram definidos (Doc. 2 - tabela 1) TABELA 1

PONTUAR AS SUBSTÂNCIAS QUANTO AOS PERIGOS AUSÊNCIA DE INFORMAÇÃO COMO SE CONSTRÓI A EV? 3. PONTUAR AS SUBSTÂNCIAS QUANTO AOS PERIGOS AUSÊNCIA DE INFORMAÇÃO  PONTUAÇÃO COM PENALIZAÇÃO MÁXIMA PONTUAÇÃO 3  PERIGO MÁXIMO No caso das informações recolhidas não serem consistentes para algum dos aspectos, usa-se o valor mais penalizador, por razões de segurança

PONTUAR OS PRINCÍPIOS DA QV VERDURA QUÍMICA CRESCENTE COMO SE CONSTRÓI A EV? 4. PONTUAR OS PRINCÍPIOS DA QV PONTUAÇÃO 1 VERDURA QUÍMICA CRESCENTE PONTUAÇÃO 2 A EV é construída atribuindo a pontuação 1, 2 ou 3 (máximo de verdura) a cada um dos Doze Princípios da QV, de acordo com os critérios definidos (Doc. 2 – Tabela 2). No caso de não haver informações suficientes para pontuar algum dos princípios, atribui-se-lhe a pontuação 1, considerando a situação mais desfavorável ou de maior risco PONTUAÇÃO 3 CONSULTAR TABELA 2 DO DOC. 2.

P1 - PREVENÇÃO p = 3 p = 2 p = 1 TODOS OS RESÍDUOS SÃO INÓCUOS. COMO SE CONSTRÓI A EV? P1 - PREVENÇÃO p = 3 TODOS OS RESÍDUOS SÃO INÓCUOS. p = 2 RESÍDUOS QUE ENVOLVAM UM PERIGO MODERADO PARA A SAÚDE E AMBIENTE. Exemplo da atribuição das pontuações correspondentes ao P1 p = 1 FORMAÇÃO DE PELO MENOS UM RESÍDUO QUE ENVOLVA UM PERIGO ELEVADO PARA A SAÚDE E AMBIENTE.

COMO SE CONSTRÓI A EV? Princípio da QV Critérios p P1 – Prevenção Todos os resíduos são inócuos (p=1, tabela 1) 3 Resíduos que envolvam perigo moderado para a saúde e ambiente (p=2, tabela 1, pelo menos para uma substância, sem substâncias com p=3 2 Formação de pelo menos um resíduo que envolva um perigo elevado para a saúde e ambiente (p=3, tabela 1) 1 P2 – Economia atómica Reações sem reagentes em excesso (≤10%) e sem formação de coprodutos Reações sem reagentes em excesso (≤10%) e com formação de coprodutos Reações com reagentes em excesso (>10%) e sem formação de coprodutos Reações com reagentes em excesso (>10%) e com formação de coprodutos P3 – Sínteses menos perigosas   Todas as substâncias envolvidas são inócuas (p=1, tabela 1) As substâncias envolvidas apresentam um perigo moderado para a saúde e ambiente (p=2, tabela 1, pelo menos para uma substância, sem substâncias com p=3) Pelo menos uma das substâncias envolvidas apresenta um perigo elevado para a saúde e ambiente (p=3, tabela 1) P5 – Solventes e outras substâncias auxiliares mais seguras Os solventes e as substâncias auxiliares não existem ou são inócuas (p=1, tabela 1) Os solventes e as substâncias auxiliares usadas envolvem um perigo moderado para a saúde e ambiente (p=2, tabela 1, pelo menos para uma substância, sem substâncias com p=3) Pelo menos um dos solventes ou uma das substâncias auxiliares usadas envolve um perigo elevado para a saúde e ambiente (p=3, tabela 1) Aqui está a tabela com os critérios correspondentes a cada princípio e as respetivas pontuações. Tab. 2 – Doc. 2

COMO SE CONSTRÓI A EV? Princípio da QV Critérios p P6 – Planificação para conseguir eficácia energética Temperatura e pressão ambientais 3 Pressão ambiental e temperatura entre 0ºC e 100ºC que implique arrefecimento ou aquecimento 2 Pressão diferente da ambiental e/ou temperatura muito afastada da ambiental 1 P7 – Uso de matérias primas renováveis Todos os reagentes/matérias-primas envolvidos são renováveis (p=1, tabela 2) Pelo menos um dos reagentes/matérias-primas envolvidos é renovável, não se considera a água (p=1, tabela 2) Nenhum dos reagentes/matérias-primas envolvidos é renovável, não se considera a água (p=3, tabela 2) P8 – Redução de derivatizações   Sem derivatizações ou só uma etapa Usa-se apenas uma derivatização ou duas etapas Usam-se várias derivatizações ou mais do que duas etapas

COMO SE CONSTRÓI A EV? Princípio da QV Critérios p P9 – Catalizadores   Não se usam catalisadores ou os catalisadores são inócuos (p=1, tabela 1) 3 Utilizam-se catalisadores que envolvem um perigo moderado para a saúde e ambiente (p=2, tabela 1) 2 Utilizam catalisadores que envolvem um perigo elevado para a saúde e ambiente (p=3, tabela 1) 1 P10 – Planificação para a degradação Todas as substâncias envolvidas são degradáveis com os produtos de degradação inócuos (p=1, tabela 2) Todas as substâncias envolvidas que não são degradáveis podem ser tratados para obter a sua degradação com os produtos de degradação inócuos (p=2, tabela 2) Pelo menos uma das substâncias envolvidas não é degradável nem pode ser tratado para obter a sua degradação com produtos de degradação inócuos (p=3, tabela 2) P12 – Química inerentemente mais segura quanto à prevenção de acidentes As substâncias envolvidas apresentam um baixo perigo de acidente químico (p=1, tabela 1, considerando os perigos para a saúde e perigos físicos) As substâncias envolvidas apresentam um perigo moderado de acidente químico(p=2, tabela 1, pelo menos para uma substância, sem substâncias com p=3, considerando os perigos para a saúde e perigos físicos) As substâncias envolvidas apresentam um perigo elevado de acidente químico (p=3, tabela 1, considerando os perigos para a saúde e perigos físicos)

3 PARA TODOS OS PRINCÍPIOS 1 PARA TODOS OS PRINCÍPIOS COMO SE CONSTRÓI A EV? EV de área (verdura) máxima e EV de área (verdura) mínima Relação entre a área preenchida e a verdura da atividade/reação MÁXIMO DE VERDURA 3 PARA TODOS OS PRINCÍPIOS ÁREA (VERDURA) MÁXIMA MÍNIMO DE VERDURA 1 PARA TODOS OS PRINCÍPIOS ÁREA (VERDURA) MÍNIMA

ÍNDICE DE PREENCHIMENTO DA ESTRELA, IPE QUAL A ATIVIDADE COM MAIOR VERDURA QUÍMICA? Apesar do seu aspeto gráfico e das fáceis comparações visuais, nem sempre é fácil olhar para duas estrela e compará-las, ou seja, saber qual é a corresponde a uma atividade mais verde. Ou ter mesmo uma ideia de qual será a percentagem de área verde.. Neste caso qual acham q é a percentagem de área verde? 40%? 50%? 70%? ATIVIDADE 1 ATIVIDADE 2

QUAL A ATIVIDADE COM MAIOR VERDURA QUÍMICA? ÍNDICE DE PREENCHIMENTO DA ESTRELA, IPE QUAL A ATIVIDADE COM MAIOR VERDURA QUÍMICA? As duas estrelas têm igual área verde. 50% da área está preenchida. Ou seja, têm uma área verde de 50%. ATIVIDADE 1 ATIVIDADE 2 IPE = 55,00 IPE = 55,00

QUAL A ATIVIDADE COM MAIOR VERDURA QUÍMICA? ÍNDICE DE PREENCHIMENTO DA ESTRELA, IPE(%) QUAL A ATIVIDADE COM MAIOR VERDURA QUÍMICA? AS DUAS ATIVIDADES TÊM IGUAL VERDURA QUÍMICA. As duas estrelas têm igual área verde. 50% da área está preenchida. Ou seja, têm uma área verde de 50%. ATIVIDADE 1 ATIVIDADE 2 IPE = 55,00 IPE = 55,00

ÍNDICE DE PREENCHIMENTO DA ESTRELA ÍNDICE DE PREENCHIMENTO DA ESTRELA, IPE(%) ÍNDICE DE PREENCHIMENTO DA ESTRELA RAZÃO ENTRE A ÁREA DA EV DA ATIVIDADE E A ÁREA MÁXIMA DA EV (%) IPE - é a razão entre a área da EV da atividade e a área máxima da EV, expressa em percentagem O IPE permite caracterizar quantitativamente a verdura química de uma atividade Ribeiro, M. G. T. C.; Costa, D. A.; Machado, A. A. S. C.; “Green Star”: a holistic Green Chemistry metric for evaluation of teaching laboratory experiments; GC Letters & Reviews. 2010, 3, 149-159.

VANTAGENS E LIMITAÇÕES DA MÉTRICA EV FÁCIL AVALIAÇÃO DA VERDURA QUÍMICA  PROTOCOLO FÁCIL COMPARAÇÃO DA VERDURA QUÍMICA DE VÁRIOS PROTOCOLOS EXPERIMENTAIS  ANÁLISE VISUAL + IPE IDENTIFICAÇÃO RÁPIDA DOS PRINCÍPIOS DA QV A OTIMIZAR VISÃO HOLÍSTICA FUNDAMENTAL NA QV Fácil avaliação da verdura química de uma atividade, a partir do seu protocolo, sem ser necessária a sua realização. Identificação rápida dos princípios da QV que podem ser otimizados para aumentar a verdura da atividade. Visão holística que tem de ser tida em consideração aquando da avaliação da verdura química de uma atividade, já que envolve os aspetos mais relevantes dos 12 princípios da QV de uma forma global e sistemática. Ribeiro, M. G. T. C.; Costa, D. A.; Machado, A. A. S. C.; “Green Star”: a holistic Green Chemistry metric for evaluation of teaching laboratory experiments; GC Letters & Reviews. 2010, 3, 149-159.

UTILIZAÇÃO DOS PRINCÍPIOS DA QV  AUXÍLIO DA SUA COMPREENSÃO VANTAGENS E LIMITAÇÕES DA MÉTRICA EV FÁCIL CONSTRUÇÃO UTILIZAÇÃO DOS PRINCÍPIOS DA QV  AUXÍLIO DA SUA COMPREENSÃO VISÃO DA NECESSIDADE DE USAR ABORDAGENS HOLÍSTICAS NA PRÁTICA DA QV FOMENTA UMA ATITUDE PROATIVA  TRANSFORMAÇÃO DA QUÍMICA EM QV E SUSTENTÁVEL A utilização de métricas holísticas é fundamental para a avaliação da verdura de reações e processos químicos e a sua utilização no ensino da química apresenta diversas vantagens: permite criar facilmente situações de utilização dos princípios da QV, aprofundando a sua compreensão dá uma visão da necessidade de usar abordagens holísticas na prática da QV e de utilização de instrumentos que permitam a confirmação de um aumento global da verdura, quando se fazem alterações com essa intenção e, ajuda a interiorizar na mente dos alunos uma atitude proativa para facilitar a transformação da Química numa QV e sustentável. Ribeiro, M. G. T. C., Machado, A. A. S. C.. Novas métricas holísticas para avaliação da verdura de reações de síntese em laboratório. Quím. Nova. 2012, 35, 1879-1883.

 DIFÍCIL OBTER TODA A INFORMAÇÃO NECESSÁRIA VANTAGENS E LIMITAÇÕES DA MÉTRICA EV  DIFÍCIL OBTER TODA A INFORMAÇÃO NECESSÁRIA PARA A CONSTRUÇÃO  DEGRADABILIDADE  ESCALA DE PONTUAÇÕES DOS PRINCÍPIOS DA QV (1–3)  POUCO FINA NA AVALIAÇÃO DE ALGUNS PRINCÍPIOS Em certos casos, é difícil de obter toda a informação necessária para a sua construção, nomeadamente sobre a degradabilidade das substâncias envolvidas. A escala de pontuações dos princípios da QV (1 – 3) torna-se, em alguns casos, pouco fina na avaliação da atividade segundo alguns princípios. Ribeiro, M. G. T. C., Machado, A. A. S. C.. Novas métricas holísticas para avaliação da verdura de reações de síntese em laboratório. Quím. Nova. 2012, 35, 1879-1883.