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Universidade Federal do Amazonas – UFAM Instituto de Ciências Exatas – ICE Departamento de Química - DQ QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL Manaus- AM 2021 PRÁTICA 01: SOLUBILIDADE DE AÇÚCAR E ÓLEO VEGETAL Relatório apresentado para obtenção de nota parcial na disciplina Química Orgânica Experimental (IEQ 047), oferecida para o curso de Licenciatura em Química, Departamento de Química do Instituto de Ciências Exatas da Universidade Federal do Amazonas. Manaus- AM 2021 PRÁTICA 1: SOLUBILIDADE DE AÇÚCAR E ÓLEO VEGETAL 1. INTRODUÇÃO A Solubilidade é a propriedade física das substâncias de se dissolverem, ou não, em um determinado líquido (ATKIINS, 2012), ou seja é a capacidade que um determinado solvente (substância onde o soluto é disperso, ou seja, é a parte que se apresenta em maior quantidade em uma solução) apresenta de dissolver certa quantidade de soluto (substância que está dispersa em um meio, ou seja, é a substância que será dissolvida em um solvente, a fim de formar uma solução homogênea). A dissolução química é o processo de dispersão do soluto em um solvente, dando a origem a uma solução. Esse processo está relacionada com dois fatores: Quantidade de solvente, pois o solvente sempre possui um limite de soluto que consegue dissolver. Se aumentarmos a quantidade de solvente, mantendo a quantidade de soluto, o solvente tende a dissolver todo o soluto utilizado; e Temperatura, porque a temperatura é o único fator capaz de modificar a solubilidade de um soluto em um determinado solvente sem que a quantidade deste seja alterada. Ao abordar sobre solubilidade de compostos orgânicos com a água devemos considerar alguns fatores importantes, como a polaridade, as forças de atração intermolecular e o tamanho da cadeia carbônica (SOLOMONS, 2012). Em relação a polaridade, existe uma tendência de substâncias polares dissolverem substâncias polares e substâncias apolares dissolverem substâncias apolares, ou seja, semelhante dissolve semelhante, mas há exceções à essa regra. Assim, a maioria dos compostos orgânicos é insolúvel ou pouco solúvel em água, porque a maioria é apolar, e a água é um composto polar. Outro fator importante para analisar a solubilidade de compostos orgânicos são as forças intermoleculares. Quando essas forças estabelecidas entre soluto e solvente são mais fortes ou iguais às estabelecidas entre as moléculas do próprio solvente e entre as do próprio soluto, a tendência de dissolução aumenta. Quanto maior essa diferença de força, maior a solubilidade. Além da semelhança de polaridade e das interações intermoleculares, o tamanho aproximado das moléculas também contribui para uma maior solubilidade, pois quanto maior a parte apolar carbônica menos solúvel é o composto orgânico. Desse modo, a prática realizada tende avaliar a solubilidade dos diferentes tipos de açúcar (cristal, refinado e mascavo) e óleo de soja em água fervente e à temperatura ambiente. 2. MATERIAIS E REAGENTES 8 copos de vidro Açúcar cristal Açúcar refinado Açúcar mascavo Água Óleo de soja Colher de sobremesa 3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.1 Experimento 1 (Copo 1) 1 – Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar cristal em um copo de vidro. 2 – Logo em seguida foi adicionado 1 dedo de água (aproximadamente 30 mL) e agitado por um minuto. 3 – Após agitar por 1 minuto foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por mais um minuto. 4 – Logo depois, foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por um minuto. 3.2 Experimento 2 (Copo 2) 1 – Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar cristal em um copo de vidro. 2 – Logo em seguida foi adicionado 1 dedo de água fervente (aproximadamente 30 mL) e agitado por um minuto. 3 – Após agitar por um minuto, foi adicionado mais um dedo de água fervente, e agitado por um minuto. 5 – Logo depois foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por mais um minuto. 3.3 Experimento 3 (Copo 3) 1 – Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar refinado em um copo de vidro. 2 – Logo em seguida foi adicionado 1 dedo de água (aproximadamente 30 mL) e agitado por um minuto. 3 – Após agitar por 1 minuto foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por mais um minuto. 4 – Logo depois, foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por um minuto. 3.4 Experimento 3 (Copo 4) 1 – Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar refinado em um copo de vidro. 2 – Logo em seguida foi adicionado 1 dedo de água fervente (aproximadamente 30 mL) e agitado por um minuto. 3 – Após agitar por um minuto, foi adicionado mais um dedo de água fervente, e agitado por um minuto. 4 – Logo depois foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por mais um minuto. 3.5 Experimento 4 (Copo 5) 1 – Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de a açúcar mascavo em um copo de vidro. 2 – Logo em seguida foi adicionado 1 dedo de água (aproximadamente 30 mL) e agitado por um minuto. 3 – Após agitar por 1 minuto foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por mais um minuto. 4 – Logo depois, foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por um minuto. 3.6 Experimento 4 (Copo 6) 1 – Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar mascavo em um copo de vidro. 2 – Logo em seguida foi adicionado 1 dedo de água fervente (aproximadamente 30 mL) e agitado por um minuto. 3 – Após agitar por um minuto, foi adicionado mais um dedo de água fervente, e agitado por um minuto. 4 – Logo depois foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por mais um minuto. 3.7 Experimento 5 (Copo 7) 1 – Foi adicionado 3 colheres de sobremesa de óleo de soja em um copo de vidro. 2 – Logo depois foi adicionado 2 dedos de água (aproximadamente 60 mL), e agitado por um minuto e deixado em descanso por mais um minuto. 3 – Logo após o tempo de descanso foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por um minuto, deixado em descanso por um minuto. 4 – Logo depois foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por um minuto. 3.8 Experimento 6 (Copo 8) 1 – Foi adicionado 3 colheres de sobremesa de óleo de soja em um copo de vidro. 2 – Logo depois foi adicionado 2 dedos de água fervente (aproximadamente 60 mL) e agitado por um minuto. E logo em seguida deixado em descanso por 1 minuto. 3 – Foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por um minuto, e deixado em descanso por 1 minuto. 4 – Logo em seguida foi adicionado mais um dedo de água, e agitado por um minuto. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Experimento 1 (Copo 1) No primeiro procedimento foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar cristal em um copo (imagem 3), ao adicionar 1 dedo de água (aproximadamente 30 mL) e agitado por um minuto o soluto não se dissolveu totalmente, apresentando alguns cristais no fundo do copo, e uma coloração amarela (imagem 4). Ao adicionar mais um dedo de água e agitar a solução por mais um minuto foi observado, alguns cristais no fundo do copo (imagem 5). Ao adicionar mais um dedo de água e agitar a solução foi por mais um minuto, foi observado que o soluto se dissolveu completamente, não apresentando nenhum cristal no fundo do copo, e ficou mais clara. No segundo procedimento foram seguidos os mesmos passos e obtido os mesmo resultados e observações. Levando-se em conta o que foi observado, o açúcar cristal é um pouco menos processado do o açúcar refinado, com grãos maiores e transparentes. Segundo Martins et al. Imagem 3 Imagem 4 Imagem 5 (2013) a “solubilidade de uma substância orgânica está diretamente relacionada com a estrutura molecular, especialmente com a polaridade das ligações e da espécie química” ou seja, a solubilidade do açúcar cristal é possível, pois ele é polar,assim como a água. Martins et al (2013) também afirma que “um maior número de grupos OH em uma cadeia carbônica implica no incremento das ligações de hidrogênio entre o soluto e a água, aumentando a solubilidade”, ou seja, o açúcar se dissolve bem na água, porque possui vários grupos OH em sua estrutura, que realizam ligações de hidrogênio com as moléculas de água, o que facilita sua dissolução. 4.2 Experimento 2 (Copo 2) Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar cristal em um copo (imagem 6), ao adicionar 1 dedo de água fervente (aproximadamente 30 mL) e agitado por um minuto o açúcar cristal foi dissolvido completamente em poucos segundos, e a solução ficou com uma coloração amarela (imagem 7). Ao adicionar as duas vezes um dedo de água e agitar a solução foi por mais um minuto, a solução apenas ficou mais clara (imagem 8). No segundo procedimento dessa prática foram seguidos os mesmos passos e obtido os mesmo resultados e observações (imagem 9). Imagem 6 Imagem 7 Imagem 8 Tendo em vista os aspectos observados, o açúcar cristal se dissolveu mais rápido, se comparado com o experimento do copo 1, isso ocorre porque o aumento da temperatura favorece a solução e, assim, aumenta a solubilidade do açúcar, corroborando com a fala de Martins et al (2013) que a “solubilidade é uma propriedade do sistema soluto/solvente que admite graus e é muito dependente da temperatura”. Portanto se o soluto for endotérmico, ele consegue dissolver uma maior massa, desde que o solvente esteja em uma temperatura maior que a temperatura ambiente. Quanto mais quente estiver o solvente, mais soluto será dissolvido. Se o Soluto for exotérmico ele consegue dissolver uma maior massa, desde que o solvente esteja em uma temperatura menor que a temperatura ambiente. Quanto mais frio estiver o solvente, mais soluto será dissolvido. No caso do açúcar cristal, ele é um soluto endotérmico, que se dissolve com o mais facilidade se o solvente tiver em maior temperatura. 4.3 Experimento 3 (Copo 3) Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar refinado em um copo (imagem 10). Ao adicionar 1 dedo de água (aproximadamente 30 mL) e agitar a solução por um minuto ela ficou turva e com alguns cristais no fundo do copo (imagem 11). Ao adicionar mais um dedo de água, e agitar por mais um minuto, o soluto se dissolveu completamente, não apresentando nenhum cristal no fundo do copo, e ficou mais clara. Ao adicionar mais um dedo de água, e agitar por um minuto, o açúcar refinado dissolveu completamente (imagem 12). Imagem 9 Imagem 10 Imagem 11 Imagem 12 No segundo procedimento foram seguidos os mesmos passos e obtido os mesmo resultados e observações. Levando-se em conta o que foi observado, o açúcar refinado é obtido a partir do açúcar cristal. O processo de refinação do açúcar tem início com a dissolução do açúcar cristal, passando em seguida por etapas de clarificação e filtração. O processo de refinamento promove a remoção de vitaminas e minerais, restando apenas sacarose. O processo de dissolução do açúcar refinado é parecido com do açúcar cristal, a diferença é que o processo de dissolução do açúcar refinado foi mais rápido. Isso ocorre pois o açúcar refinado como já dito é a dissolução do açúcar cristal, ou seja ele é um cristal menor, assim tendo em seu favorecimento maior superfície de contato para acelerar a dissolvatação. 4.4 Experimento 3 (Copo 4) Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar refinado em um copo. Ao adicionar 1 dedo de água fervente (aproximadamente 30 mL) o açúcar se dissolveu rapidamente, e ao agitar por um minuto a solução ficou turva e com poucos cristais no fundo do copo (imagem 13). Ao adicionar mais um dedo de água fervente, e agitar por mais um minuto, o açúcar se dissolveu completamente, sem nenhum cristal no fundo do copo. E ao adicionar mais um dedo de água, e agitar por mais um minuto, a solução apenas ficou mais clara (imagem 14). No segundo procedimento, dessa prática, foram seguidos os mesmos passos e obtido os mesmo resultados e observações (Imagem 15). Imagem 13 Imagem 14 Tendo em vista os aspectos observados, o açúcar refinado se dissolveu mais rápido com agua fervente do que com água em temperatura ambiente, e mais rápido do que o açúcar cristal. Isso ocorreu por conta que o açúcar refinado é mais fino que o açúcar cristal, e no processo de dissolução ocorreu o mesmo que no do açúcar cristal ao adicionar agua fervente. A água fervente auxiliou na dissolução do soluto, pois como já vimos a temperatura é um fator que favorece a solubilidade de certa quantidade de soluto em solvente (ATKINS, 2012). Influencia diretamente na velocidade em que ocorre a reação, visto que para a mesma quantidade de açúcar e água envolvidos no processo de dissolução, a temperatura pode interferir na quantidade de soluto que será dissolvido. 4.5 Experimento 4 (Copo 5) Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de a açúcar mascavo em um copo de vidro (imagem 16). Ao adicionar 1 dedo de água (aproximadamente 30 mL) e agitado por um minuto. Foi observado que o açúcar mascavo não se devolveu completamente, e comparando com os outros açucares, esse foi o que mais ficou com cristais no fundo do copo (imagem 17). Ao adicionar mais um dedo de água, e agitar por mais um minuto, a solução ainda continha cristais de açúcar no fundo do copo (imagem 18). E ao adicionar mais um dedo de água, e agitar por mais um minuto, a solução ainda continha uma pequena quantidade de cristais de açúcar mascavo no fundo do copo (imagem 19). Imagem 15 Imagem 16 Imagem 17 Imagem 18 Imagem 19 Através dessas observações, devemos levar em conta que o açúcar mascavo é um açúcar bruto, escuro e úmido. Ele é extraído depois do cozimento do caldo de cana. Diferente do açúcar refinado, o açúcar mascavo retém a grande maioria do minerais. Por esse motivo, mesmo adicionando as três medidas de água ele não se dissolveu completamente como os demais açúcares. 4.6 Experimento 4 (Copo 6) Foi adicionado 1 colher de sobremesa (aproximadamente 6 g) de açúcar mascavo em um copo (imagem 20). Ao adicionar 1 dedo de água fervente (aproximadamente 30 mL) e agitar por um minuto, o açúcar não se dissolveu completamente, apresentando alguns cristais no fundo do copo. Ao adicionar mais um dedo de água fervente, e agitar por um minuto, o açúcar não se dissolveu completamente, apresentando poucos cristais no fundo do copo (imagem 21). E ao adicionar mais um dedo de água fervente, e agitar por mais um min, o açúcar não se dissolveu completamente, a solução ainda continha uma pequena quantidade de cristais de açúcar mascavo no fundo do copo. No segundo procedimento foram seguidos os mesmos passos e obtido os mesmo resultados e observações (imagem 22). Imagem 20 Imagem 21 Nessa etapa do experimento foi adicionado água fria e quente em um copo americano com açúcar mascavo. Foi observado que ao contrário dos açúcares anteriormente utilizados, a solubilidade da substância foi menor, mesmo após a adição de 3(três) dedos de água, o açúcar não solubilizou totalmente, e foi possível observar também, conforme o copo 5(cinco) demonstra, a presença de algumas possíveis impurezas. Em vista dos argumentos apresentados, diversos fatores determinam e influenciam na solubilidade de diversas substâncias, entre elas a pressão, a temperatura do meio reacional e a superfície de contato dessa substância, por essa razão já observou-se a tendência de solubilidade crescer da seguinte forma: AÇÚCAR MASCAVO < AÇÚCAR CRISTAL < AÇÚCAR REFINADO SOLUBILIDADE Já que no soluto açúcarrefinado os grãos de sacarose são mais finos expondo uma maior superfície de contato que é envolvido pelas moléculas de água até a dissolução mais rápida e eficiente. No entanto, para finalizarmos a discussão a respeito do açúcares, é fundamental também, entendermos os percentuais de composição de sacarose presentes em cada tipo de açúcar e o processo fabril de cada um deles. Segundo Messa (2017), os teores permitidos/ adequados de percentual de sacarose nos tipos de açúcares, são os seguintes: 99,3% no açúcar cristal, 95,5% no açúcar refinado e 90,0% no açúcar mascavo. Outro fator importante de ser destacado é o processo de fabricação (tabela 1), pois, isso influencia nas características físico-química do tipo de açúcar e por consequência em sua solubilidade. O açúcar cristal durante sua produção é um dos mais processados, onde o caldo de cana passa por processos de purificação, evaporação, cristalização, centrifugação e secagem. A partir do açúcar cristal são produzidos o açúcar refinado e o de confeiteiro. Já o processo de refinação do açúcar tem início com a dissolução do açúcar cristal, passando em seguida por etapas de clarificação e filtração. O processo de refinamento promove a remoção de vitaminas e minerais, restando apenas sacarose, e justamente por restar somente a sacarose (molécula bastante polarizada) e sua superfície de contanto que é o mais solúvel de todos. E por último, e não menos importante há o açúcar mascavo, onde de todos é o menos processado, sendo retirado logo após o cozimento do caldo de cana, ele é rico em diversos sais minerais, é bem mais úmido, bruto e escuro, parecendo o caldo de cana. Por essas razões e por sua menor quantidade de sacarose e presença de impurezas em sua composição o açúcar mascavo ´menos solúvel em água, quer seja ela quente ou fria, no entanto, é possível observar que mesmo que o teor de solubilidade dele seja menor, por possui sacarose ocorre a formação de polos de cargas Imagem 22 parcial positivas e negativas, que possibilitam a dissociação do açúcar em água e havendo a formação de ligações de hidrogênio. Desta forma, apesar de ambos os açúcares serem utilizados com a mesma função de atribuir sabor doce aos alimentos, cada um deles possuem propriedades distintas, características essas atribuídas pelo seu processo de obtenção e constituição. Relacionando o objetivo do nosso experimento, finaliza-se afirmando que todos são solúveis em água, porém, em água quente, devido o meio reacional estar com temperatura elevada, o processo de solubilidade é alterado, fazendo com que a solubilidade seja elevada, mas ainda assim, seguindo o mesmo padrão de solubilidade já visto antes. Obs: O aumento da temperatura aumenta a cinética das partículas, fazendo com que o grau de agitação seja maior e por consequência aumentando a solubilidade de moléculas polares em solventes polares. Destacando que “semelhante dissolve semelhante” 4.7 Experimento 5 (Copo 7) Foi adicionado 3 colheres de sobremesa de óleo de soja em um copo de vidro (imagem 23). Ao adicionar 2 dedos de água (aproximadamente 60 mL), e agitar por um minuto e deixar em descanso por mais um. Foi observado que o óleo e a água não se misturaram, assim a água ficou em baixo e o óleo, que havia se dispersado com a agitação, se juntou imediatamente em cima da água (imagem 24). Ao adicionar mais um dedo de água, e agitar por um minuto, e deixado em descanso por um minuto a água e o óleo não se misturaram (imagem 25). Ao adicionar mais um dedo de água, e agitar por mais um minuto, não ocorreu a mistura da água e do óleo, e sucedeu que o óleo após seu tempo de descanso se juntou rapidamente em cima da água (imagem 26). Imagem 23 Imagem 24 Imagem 25 Imagem 26 Diante as observações feitas, a água nitidamente é um bom solvente para os açúcares, mas não para o óleo. Em virtude de termos substâncias diferentes, sendo a água polar e o óleo apolar não se pôde verificar alguma solubilidade. Dente os fatores apresentados como temperatura e capacidade de solubilidade, nenhum dos dois interferiu diretamente para que houvesse a dissolução do óleo em água. 4.8 Experimento 6 (Copo 8) Foi adicionado 3 colheres de sobremesa de óleo de soja em um copo de vidro (imagem 27), ao adicionar 2 dedos de água fervente (aproximadamente 60 mL) e agitar por um minuto. E logo em seguida deixado em descanso por 1 min, foi observado que, comparado com procedimento anterior, o óleo se dispersou na água e demorou mais a se juntarem cima da água (imagem 28). Ao adicionar mais um dedo de água fervente, e agitar por um minuto, e deixado em descanso por 1 min, o óleo se dispersou pela água e demorou a junta-se em cima da água (imagem 29). Ao adicionar mais um dedo de água fervente, e agitar por mais um minuto, ocorreu o mesmo que anteriormente. Como previsto a água e o óleo de soja não se misturaram, pois, ambas substâncias possuem densidades diferentes de 1g/cm3 e 0,891 g/cm3 respectivamente, sem falar que a água é polar e formada por ligações de hidrogênio, enquanto, o óleo é constituído por interações intermoleculares do tipo dipolo induzido, ou seja, molécula apolar. Durante a realização do experimento foi possível observar que o óleo em momento algum se misturou com a água, independente dela estar frio ou quente, no entanto, o óleo na presença de água quente adquiriu uma textura diferente, ficando com um aspecto mais turvo, onde as “bolhas” formadas não se tornaram homogêneas com no experimento anterior, segundo o Atkins (2012), esse aspecto é explicado pela tendência que os líquidos orgânicos possuem de ser pouco viscosos, no entanto, essa viscosidade diminui ainda mais com o aumento da temperatura, nesse caso, a água quente ao ser misturada. Imagem 27 Imagem 28 Imagem 29 Abaixo (imagem 30) apresenta-se as informações nutricionais do óleo de soja, e podemos ver que além desses possíveis óleos, a substância é formada também, por diversos outros compostos orgânicos, que devem influencia no comportamento do composto. Imagem 30 5. CONCLUSÃO Como o objetivo dos experimentos deram-se em analisar a solubilidade dos tipos de açúcar e óleo (imagem 33), faz-se importante levantarmos as principais diferenças entre eles que são responsáveis por essas diferenças tão claras quanto a sua solubilidade: A sacarose (imagem 31), cristal molecular, é formado por diversos grupos hidroxila (OH) o que permite que ele interaja com as moléculas de água e seja dissolvido com maior facilidade, já que a mesma é envolvida pelas moléculas de água através da atração soluto – solvente. Já as estruturas dos óleos oleico, linoleico e linolênico (imagem 32) são constituídas principalmente por átomos de -CH que caracterizam interações do tipo dipolo - induzido, ou seja, moléculas apolares. Ainda que haja o grupo -COOH nas extremidades, as moléculas são muito grandes, fazendo com que a polaridade total da molécula seja quase nula, dessa forma, os óleos são apolares, não permitindo que ocorra interação de solubilidade entre esses compostos. Referente a solubilidade em água fervente, afirma-se que todos são solúveis em água, e em água quente, devido ao meio reacional estar com alta temperatura, o processo de solubilidade é alterado, fazendo com que a solubilidade seja elevada, e ainda assim, seguindo o mesmo padrão de solubilidade já visto antes. Imagem 31 Imagem 32 Imagem 33 6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ATKINS, Peter. Princípios de Química a vida moderna e o meio ambiente. 5 ed. Porto Alegre : Editora Bookman, 2012. MARTINS, C. R.; LOPES, W. A.; ANDRADE, J. B. Solubilidade das substâncias orgânicas. Química Nova, v. 36, p. 1248-1255, 2013. MESSA,Sabrina; NESPOLO, Cássia Regina. Produção e composição de diferentes tipos de açúcar. Caderno Rural. ed. 202, 2017. SOLOMONS, T.W.G.; FRYHLE, C.B. Química Orgânica. 10ª Edição, vol. 2, Editora L.T.C., 2012.
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