Relatório prática III (1) preparo do sabão

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1. INTRODUÇÂO (3,0 pontos)
Tem se o conhecimento do sabão desde no mínimo o ano de 600 a.C. , onde os fenícios já haviam preparado um determinado material pastoso fervendo a gordura da cabra na época, com extratos de cinzas das madeiras queimadas. Entretanto suas propriedades de limpeza não eram conhecidas, na verdade sua utilização como produto de higienização não foi difundida até o século XVIII. Quimicamente, o sabão consiste em um mistura de sais de sódio ou de potássio dos ácidos graxos de cadeia longa, eles são produzidos através da hidrólise de gorduras animais ou de óleos vegetais, com uma base, tal reação é denominada reação de saponificação. No caso dos sabões produzidos nos tempos passados, as cinzas eram as fontes de bases obtidas na época. As gorduras e os óleos vegetais usados na produção de sabão na época e atualmente são triglicerídeos, que nada mais são do que triésteres de glicerol com três cadeias extensas de ácido carboxílico denominados de ácidos graxos. (1)
A solubilidade dos sabões é mista em virtude de suas estruturas anfipáticas. Por possuírem uma cadeia hidrocarbônica longa, uma espécie de “calda hidrofóbica”, a região que contém essa porção de hidrocarbonetos nas moléculas desses sais, tende a interagir melhor com espécies apolares, como as gorduras. No entanto, por possuírem também uma região iônica em uma de suas extremidades, uma espécie de “cabeça polar”, que é o grupamento carboxilato, os sabões também são capazes de interagir com moléculas de água. Esses sais se agregam em água como aglomerados esféricos, conhecidos como micelas. As gorduras são revestidas pelas caldas polares das moléculas de sabão no centro das micelas, e são então dissolvidas em água proporcionando a limpeza. (2)
Dentre os triglicerídeos existentes, um óleo vegetal comestível muito importante, é o óleo de soja, ele apresenta em sua composição de ácidos graxos 15,85% em peso de ácidos saturados, contra 84,15% de ácidos insaturados, e é também sujeito a reações de saponificação. Suas cadeias de ácidos saturados variam seu número de carbonos de 14 a 22 átomos, ao passo que os insaturados variam entre 14 e 18 contendo de 1 até 3 insaturações em suas estruturas. (3)
2. OBJETIVO (0,5 ponto)
Preparar um sabão de carboxilato através da reação do óleo de soja de cozinha com a base NaOH.
Observar as propriedades e características dos sabões de carboxilatos, discutindo pontos relevantes de sua utilização, vantagens e desvantagens.
Calcular o índice de saponificação do processo de produção dos sabões de potássio com óleo de soja.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL (1,0 ponto)
Inicialmente pesou-se 1,5 g de NaOH em um vidro de relógio, e seguidamente dissolveu-se esta base em um pequeno béquer com cerca de 2 mL de água. Foi também pesado 5 g de um óleo de soja comum de cozinha, em um béquer de 100mL. Este recipiente foi colocado em cima de uma chapa aquecedora, e o óleo foi brandamente aquecido. Após o aquecimento, foi adicionado ao óleo em pequenas porções, a solução de NaOH feita anteriormente com um constante agito da mistura com um bastão de vidro. Após toda a solução de NaOH ter sido adicionada, foi mantido o aquecimento por aproximadamente mais 5 minutos onde a substância formada foi retirada do aquecimento, foi deixada esfriando um pouco, e observou-se sua textura. Para a análise de suas propriedades, cerca de 2 g dessa substância formada foi pesada e colocada em um béquer contendo 100 mL de água para a avaliação de sua solubilidade, o béquer foi levado ao aquecimento e foi observado o que ocorreu. Da solução aquosa formada na analise de sua solubilidade foram retiradas três alíquotas de 5 mL que foram despejadas em três tubos de ensaios, no primeiro tubo foi adicionado cerca de 1 mL de uma solução de HCl a 3 M, no segundo 1 mL de uma solução de MgSO4, e no terceiro foi adicionado 1 mL de uma solução de CaCl2 a 0,1 M. Após a adição dessas soluções, a agitação da mistura, e a observação do ocorrido, foi pesado em outro béquer, com o novamente cerca de 2 g do óleo de soja, essa quantia foi despejada em um balão de fundo redondo no qual também foi adicionado com o auxílio de uma proveta 20 mL de uma solução alcóolica de KOH a 4%. O balão foi colocado em uma manta aquecedora e foi adaptado a um condensador de refluxo. A mistura foi aquecida à ebulição branda por aproximadamente 30 minutos. Após isto a solução final foi deixada esfriando um pouco, até o momento em que ela foi transferida para um erlenmeyer, onde lhe foram adicionadas duas gotas de fenolftaleína e foi realizada a sua titulação com HCl 0,5 N. Paralelamente em outro erlenmeyer também foi realizada essa titulação com o branco, que nada mais é do que outros 20 mL da solução de KOH a 4 % utilizada, que porém não foi ao balão contendo o óleo de soja para o aquecimento.
4. RESULTADO E DISCUSSÃO (3,5 pontos)
No decorrer da adição do NaOH ao óleo aquecido, a solução encontrava-se inicialmente em duas fases, devido ao fato da solução de hidróxido de sódio apresentar um caráter polar e o óleo um carácter apolar. O aquecimento por sua vez proporcionou a saponificação do óleo de soja, uma vez que com o decorrer do procedimento a mistura foi apresentando um aspecto turvo, escurecendo gradativamente a cada adição e mistura das porções de solução de NaOH. Após a retirada do sabão do aquecimento e de ter esperado um pouco seu resfriamento, seu aspecto tornou-se um pouco mais consistente. A reação ocorrida é representada em anexo na reação e mecanismo 1, ela ocorre através da hidrólise básica do éster dando origem ao glicerol e o sabão, uma típica reação de substituição nucleofílica de acila. O íon hidróxido oriundo da base se comporta como nucleófilo e se adiciona ao grupo carbonila do éster formando um intermediário tetraédrico. Logo em seguida ocorre a perda dos íons alcóxido gerando um ácido carboxílico, que é seguidamente desprotonado originado os íons carboxilatos. Os íons carboxilatos por sua vez se unem aos cátions de sódio presentes no meio, formando uma mistura de sais de cadeias longas, que foi o sabão obtido. (1)
O tamanho das cadeias carbônicas dos sais formados é equivalente ao tamanho das cadeias carbônicas dos ácidos graxos presentes no óleo. Os radicais representados por R1, R2 e R3 no anexo representam variadas cadeias de hidrocarbonetos com tamanhos e porcentagens de composição iguais a dos ácidos graxos presentes no óleo de soja. Tal aspecto quantitativo do sabão formado pode ser encontrado em anexo na tabela 1. (3)
Na análise das propriedades do sabão, observou-se que o sabão de sódio foi solúvel em água. O que mostra que grande parte do óleo foi realmente saponificada e agregada em micelas, restando pouco ou desprezível quantidade de substâncias apolares no sabão. Ao adicionar a solução de HCl à solução de sabão obtida, observou-se a formação de uma substância insolúvel, um precipitado no tubo de ensaio, o aspecto da solução ficou intensamente turvo após a dispersão do ácido no meio. Isso decorre da protonação que o ácido clorídrico promove aos íons carboxilatos oriundos do sabão. Essa reação que é representada na reação e mecanismo 2 do anexo, forma ácidos carboxílicos de longas cadeias de hidrocarbonetos, que por sua vez são apolares, sendo então insolúveis em água, além do NaCl que é amplamente solúvel neste meio. Ao realizar a análise com as soluções de MgSO4 e de CaCl2, observou-se a intensa formação de corpo de fundo em ambos os tubos de ensaio. Após a adição dessas substâncias aos tubos contendo a solução do sabão produzido, observou-se o intenso aspecto esbranquiçado da solução, e uma grande quantidade de sólido formado e retido no fundo dos tubos. Isso se origina do fato de que os sabões de carboxilatos são precipitados na presença de íons de água dura, que são os íons Mg2+ e Ca2+. Os sabões são convertidos em sais de magnésio e cálcio, que são sais metálicos bastante insolúveis em água. A reação de formação desses sais e suas estruturas são encontradas em anexo. Isso mostra que apesar de bastante útil, os sabões de carboxilatotambém apresentam desvantagens, onde muitas das vezes são substituídos por detergentes baseados em alcanossulfonatos e alquilsulfonatos que são limpadores que não sofrem desse problema de precipitação. (2)
Após o aquecimento à ebulição branda da mistura do óleo com a solução de KOH contida no balão de fundo redondo, a titulação da solução do sabão de potássio obtida, consumiu 11,5 mL do HCl, ao passo que a titulação do branco consumiu 27,5 mL, uma diferença de 16 mL entre as duas soluções. Dado o fator de correção do HCl utilizado 1, foi calculado o índice de saponificação do processo, e encontrado um valor de 224 ml/g. Em anexo encontra-se o cálculo.
5. CONCLUSÃO (1,0 ponto)
Através dos processos realizados, foi possível preparar um sabão de sódio, com uma relativa consistência e solubilidade, suas propriedades de sabão de carboxilato oriundo de um óleo vegetal contendo vários ácidos graxos de cadeia longa, foram evidenciados em análises de suas propriedades, mais especificamente na sua precipitação na presença de íons de água dura (Mg2+ e Ca2+), e na sua transformação em ácido carboxílico. Os resultados obtidos permitiram encontrar um valor para o índice de saponificação de Kosttstorfer do sabão de potássio oriundo do óleo vegetal de soja, de 224 mL/g.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1,0 ponto)
(1) : MCMURRY, J. Química Orgânica. Combo 7.ed. São Paulo: CENGAGE Learning, 2011, p. 760-761 e 993-994.
(2) : VOLLHARDT, P.; SCHORE, N. Química Orgânica Estrutura e Função. 6.ed. Porto Alegre: Bookman, 2013, p. 880,e 902-903.
(3) : FONSECA, H.; GUTIERREZ, L. E. Composição em Ácidos Graxos de Óleos Vegetais e Gorduras Animais. Anais da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Vol. 31, p. 485-490, 1974. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/aesalq/v31/38.pdf, acessado em 7 de Março de 2018.
Anexo
Reação e Mecanismo 1:
Reação e Mecanismo 2:
Reação de Precipitação do Sabão pelos Íons de Magnésio e Cálcio:
Estruturas dos Sais Metálicos de Magnésio e Cálcio Formados:
Tabela 1:
	
Cadeia Carbônica do Ácido Graxo (n° de carbono: n° de insaturações)
	
Porção em Peso do Total de Ácidos Graxos e suas Cadeias no Óleo de Soja e na Estrutura do Sabão (%)
	14:0
	0,2
	16:0
	11,35
	18:0
	4,15
	20:0
	0,15
	22:0
	0,0
	14:1
	0,0
	16:1
	0,05
	18:1
	25,30
	18:2
	50,60
	18:3
	8,20
Cálculo do Índice de Saponificação de Kosttstorfer: