Saponificação Orgânica II

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Universidade Estácio de Sá 
Relatório de Química Orgânica II
Professora 
Reação de Saponificação 
2017
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Relatório de Aula Pratica 02:
REAÇÃO DE SAPONIFICAÇÃO
Introdução
Os sabões são compostos de moléculas que contém grandes grupos hidrocarbônicos, os grupos hidrofóbicos (que não têm afinidade com a água), e um ou mais grupos polares, os grupos hidrofílicos (que têm afinidade pela água). As partes não-polares de tais moléculas dissolvem-se em gorduras e óleos e as porções polares são solúveis em água (ALLINGER; 2011). 
O primeiro registro escrito sobre a preparação de sabão deve-se aos romanos, que descreveram o procedimento desenvolvido pelos fenícios há aproximadamente cinco mil anos, segundo o qual se utilizavam sebo de cabra e cinzas (BARBOSA; 2011). 
Os sabões são feitos pela saponificação de gorduras e óleos. (Qualquer reação de um éster com uma base para produzir um álcool e o sal de um ácido é chamada uma reação de saponificação ). Um subproduto da manufatura de sabões é a glicerina (ALLINGER; 2011); A glicerina separada do sabão no processo industrial é utilizada tanto por fabricantes de resina e explosivos como pela indústria de cosméticos. Devido a isso, seu preço, depois de purificada, pode superar o do sabão (NETO; 1995).
Para compreender como atua o sabão, é necessário conhecer o conceito de tensão superficial, uma propriedade dos líquidos que se relaciona intimamente com as forças de atração e repulsão entre as moléculas. Quanto maiores as forças de atração existentes entre as moléculas do líquido, maior será a tensão superficial. Estas moléculas estarão mais atraídas umas pelas outras, conferindo ao líquido uma maior viscosidade e uma menor tendência a esparramar-se. Fisicamente, a tensão superficial seria a energia, na forma de trabalho, necessária para expandir a superfície de um líquido. Podemos dizer, que, quanto mais coesas estiverem as moléculas do líquido, maior será o trabalho necessário para aumentar a distância entre elas. Logo, maior será a tensão superficial deste líquido (NETO; 1995).
As moléculas que constituem o sabão possuem característica polar e apolar. Estas moléculas, quando entram em contato com líquidos, polares ou apolares, dissolvem-se, interagindo com as moléculas deste líquido. Ocorre, então, uma redução do número de interações entre as moléculas do líquido dissolvente e, como consequência, reduz-se amplamente sua tensão superficial. Por esse motivo, sabões e detergentes são chamados de substâncias tensoativas, o efeito, pode ser observado quando colocamos sabão em água e agitamos a solução, forma -se espuma em sua superfície (NETO; 1995).
Imagem 01: Representação da cadeia carbônica de um sabão: Podemos dizer que a cadeia apolar de um sabão é hidrófoba (possui aversão pela água) e que a extremidade polar é hidrófila (possui afinidade pela água).
A capacidade de limpeza dos sabões depende de sua capacidade de formar emulsões com materiais solúveis na gordura. Na emulsão, as moléculas de sabão envolvem a sujeira de modo a colocá-la em um envelope solúvel em água, a micela (ALLINGER; 2011). A superfície interna da micela é pouco polar e dissolve gorduras e outros compostos pouco polares. Já a superfície externa é muito polar, o que possibilita a solubilização do sabão em meio aquoso (BARBOSA; 2011).
 
Imagem 02: Esquema do mecanismo da limpeza usando sabão: (A) Representação simplificada para o ânion de ácido carboxílico presente num sabão. (B) Uma superfície suja com uma substância apolar, por exemplo óleo, é exposta à água. (C) Sabão é adicionado à água. (D) Quando os ânions do sabão se aproximam da sujeira, a cadeia apolar interage com ela, e a extremidade polar continua a interagir com a água. (E) Forma-se uma micela, facilmente removida ao enxaguar o material.
É importante ressaltar que os sabões, misturas de sais de sódio dos ácidos graxos em C12 e superiores, sã o ineficientes em água dura (água que contém sais de metais mais pesados, especialmente ferro e cálcio). Os sabões são precipitados da água dura na forma de sais insolúveis de cálcio ou ferro (por exemplo, no anel amarelado das banheiras). Por outro lado, os sais de cálcio e ferro de hidrogeno-sulfatos de alquila são solúveis em água, e os sais de sódio destes materiais, conhecidos como detergentes, são eficientes mesmo em água dura (ALLINGER; 2011). 
A reação de saponificação
Uma vez que óleos e gorduras são ésteres, eles sofrem reação de hidrólise ácida ou básica. A hidrólise ácida produzirá simplesmente o glicerol e os ácidos graxos constituintes. Já a hidrólise básica produzirá o glicerol e os sais desses ácidos graxos. Pois bem, esses sais são o que chamamos de sabão (PERUZZO; 2003).
Imagem 03: Reação de Saponificação. A equação acima representa a hidrólise alcalina de um óleo (glicerídeo). Dizemos que é uma hidrólise em razão da presença de água (H2O) e que é alcalina pela presença da base NaOH (soda cáustica). O símbolo ∆ indica que houve aquecimento durante o processo. Produtos da reação de Saponificação: sabão e glicerol (álcool).
Assim, aquecendo gordura em presença de uma base, realizamos uma reação química que produz sabão. Essa reação, a hidrólise básica de um triéster de ácidos graxos e glicerol, é chamada de saponificação. O uso de KOH no lugar de NaOH permite obter sabões potássicos, empregados, por exemplo, na fabricação de cremes de barbear (PERUZZO,2003).
Óleo ou gordura + base → glicerol + sabão
Em muitas localidades do Brasil é comum, ainda hoje, encontrar pessoas que fazem o chamado sabão de cinza. Para fabricá-lo, deve-se ferver gordura animal (banha de vaca, por exemplo) ou vegetal (gordura de coco, por exemplo) junto com água de cinzas, também conhecida como lixívia. Após cerca de duas horas de fervura, está pronto o sabão de cinza. Esse processo é o mesmo usado em fábricas de sabão, sendo a cinza um substituto para o NaOH ou KOH. O caráter básico da água de cinza se deve à presença de carbonato de potássio (K2CO3), que reage com a água dando origem a íons OH– (PERUZZO,2003).
Impacto ambiental de sabões e detergentes
Diariamente, sabões e detergentes usados nas residências atingem o sistema de esgotos e acabam indo parar em rios e lagos. Lá, com o movimento das águas, formam uma camada de espuma na superfície, que impede a entrada de oxigênio, essencial para a vida dos peixes (VASCONCELLOS; 2008).
Sabões são fabricados a partir de substâncias presentes na natureza viva (os óleos e as gorduras) e existem muitos microrganismos capazes de degradá-los. Todo sabão é biodegradável. Após algum tempo, esses resíduos de sabões são decompostos sob a ação dos microrganismos que vivem no ambiente aquático. A esse processo damos o nome de biodegradação (PERUZZO;2003)
Já os detergentes sintéticos podem ou não ser biodegradáveis. Experiências mostram que os detergentes de cadeia carbônica não-ramificada são biodegradáveis, ao passo que os de cadeia ramificada não são. A legislação atual exige que os detergentes sejam biodegradáveis. Em certas regiões a água é rica em íons Ca2+ e/ou Mg2+. Esse tipo de água é chamado de água dura. Nela, os sabões não atuam de modo satisfatório, pois ocorre uma reação entre esses cátions e o ânion do sabão, formando um precipitado (composto insolúvel). Isso pode diminuir ou até mesmo anular completamente a eficiência da limpeza (AZEVEDO, 2009).
Para resolver esse problema, os fabricantes adicionam ao produto uma substância conhecida como agente sequestrante, cuja função é precipitar os íons Ca2+ e Mg2+ antes que eles precipitem o sabão. Um dos agentessequestrantes mais usados é o tripolifosfato de sódio Na5P3O10. Há, no entanto, um inconveniente no uso desses agentes. Eles são nutrientes de algas e, quando vão parar num lago, favorecem a proliferação delas. Esse crescimento exagerado impede a entrada de luz solar; assim, as algas do fundo morrem (por falta de luz) e começam a apodrecer. Esse apodrecimento consome oxigênio da água, o que, por sua vez, acarreta a morte dos peixes. Esse processo é chamado de eutrofização do lago (do grego eu, "bem", e trophein, "nutrir") (SILVA, 2011). 
Objetivo
Esta prática tem como objetivo realizar a reação de saponificação com eficiência, produzindo sabão próprio para o uso.
Materiais 
Óleo vegetal 
Solução hidróxido de potássio ou sódio a 25 
Solução saturada de NaCl 
Solução de cloreto de cálcio a 10% 
Etanol 
Vidrarias e Aparelhagem 
Becher de 100 mL 
Bastão de vidro 
Tubo de ensaio 
Placa de aquecimento 
Banho maria 
Procedimento Experimental 
Colocou-se 10 g de óleo e em um bécher de 300 mL.
Adicionou-se 20 mL de etanol e 20 mL de NaOH ou KOH a 25% ao bécher.
 Aqueceu-se a mistura lentamente em placa de aquecimento até que a mistura começou a entrar em ebulição. 
Agitou-se a mistura com bastão de vidro para prevenir que a mistura reacional saísse do bécher. 
Após 10 a 15 minutos testou-se a saponificação. 
Transferiu-se algumas gotas da mistura para um tubo de ensaio contendo 5mL de água, aqueceu-se a solução com agitação em banho maria.
 Ao termino do processo de saponificação adicionou-se 15 mL de solução saturada de NaCl para aumentar a densidade da solução aquosa e fazer com que o sabão flutuasse e deixou-se a mistura em repouso para esfriar. 
Uma camada de sabão se se separou da solução. 
Ao esfriar o sabão endureceu. 
Propriedades do Sabão
1. Misturou-se 0,7 g do sabão preparado com 50 mL de água deionizada quente. Evitou-se gerar espuma (Solução 1).
2. Misturou-se 0,7 g de um sabão líquido comercial com 50 mL de água deionizada quente. Evitou-se gerar espuma (Solução 2).
3. Misturou-se 0,7 g de detergente comercial com 50 mL de água deionizada quente. Evitou-se gerar espuma (Solução 3).
Teste de pH 
Pegou-se quatro tubos de ensaio. No primeiro tubo, colocou-se 10 mL da solução de sabão preparada no laboratório (solução 1).
No segundo tubo, colocou-se 10 mL da solução de sabão comercial (solução 2).
No terceiro tubo, introduziu-se 10 mL da solução de detergente (solução 3).
No quarto tubo, adicionou-se 10mL de água deionizada (que será o controle). 
Com um bastão de vidro, mexeu-se cada solução e depois tocou-se a haste em um pedaço de papel de pH. 
Registrou-se o pH de cada solução. 
Teste da Espuma 
Tampou-se cada um dos quatro tubos (item 1 do Teste de pH) e agitou-se continuamente por aproximadamente 10 segundos. Observou-se e registrou-se a quantidade de espuma que cada sabão produziu.
 
Precipitação de Sabões de Cálcio tubo 1: 
Ao segundo tubo de ensaio adicionou-se 1mL de sabão e depois adicionou-se cloreto de cálcio a 10% gota a gota até notar o aparecimento de um precipitado de sabões de cálcio.
Repetiu-se o processo para o sabão comercial e o detergente.
Precipitação por Excesso de Eletrólitos tubo 2: 
Ao terceiro tubo de ensaio adicionou-se 1mL de sabão e igual volume de solução saturada de cloreto de sódio. Observou-se a formação de um precipitado de sabão por excesso de sais neutros, sendo explicada pelo efeito do íon comum, que reprime a dissociação dos sabões fazendo que as micelas percam a carga e precipitem.
Repetiu-se o processo para o sabão comercial e o detergente.
Resultados
Na preparação do sabão podemos perceber que ocorre uma reação exotérmica ao dissolver o hidróxido de sódio em água. 
Mecanismo da reação
Imagem 04: A reação ocorre da seguinte maneira: a hidroxila (-OH) funciona como nucleófilo atacando carbono ligado aos oxigênios, uma das ligações carbono-oxigênio é rompida e o par eletrônico passa para o oxigênio. Em seguida, a ligação dupla se refaz e uma ligação carbono-oxigênio ligado a um radical é rompida formando o álcool glicerol e um sal de ácido graxo, ou sabão.
Teste de pH 
Solução controle: 6,0
Solução 1: 13,0
Solução 2: 6,0
Solução 3: 6,0
Observamos que o sabão produzido no laboratório possui um pH extremamente básico. Enquanto que os sabões comerciais possuem pH neutro, provavelmente obtido após a regulação do seu pH durante a produção dos mesmos. 
Teste de Espuma
No teste da espuma podemos observar que o sabão produzido (solução 01) é o que produz a maior quantidade de espuma, seguido pelo sabão liquido (solução 02) e por ultimo produzindo menor quantidade de espuma está o detergente (solução 03).
Imagem 05: Teste de espuma: SL= Sabão liquido (solução 02); D = Detergente (solução 03); SN = Sabão preparado na aula pratica (solução 01).
Precipitação de Sabões de Cálcio
Observou-se a formação de precipitado no tubo 1 (solução 1) com apenas uma única gota de cloreto de cálcio, em correlação no tubo 2 (solução 2) foram necessárias 20 gotas até formação de precipitado e no tubo 3 (solução 3) 4 gotas foram suficientes.
Precipitação por Excesso de Eletrólitos
Podemos observar que no tubo 1 (solução 1) ocorreu a formação de um precipitado de densidade e solubilidade maior do que o precipitado formado nos outros tubos e também em relação ao precipitado formado com o cloreto de cálcio. Indicando que o sabão produzido no laboratório durante a pratica possui maior formação de sais neutros e de micelas em comparação com os outros tipos de sabões observados. No tubo 2 (solução 2) observamos que após a adição de cloreto de sódio o liquido adquiriu leve turgidez, indicando a formação de precipitado. E finalmente no tubo 3 (solução 3), foi observado do mesmo modo uma turgidez aparentemente mais acentuada se comparada com o tubo 2. 
Conclusão 
Com a prática podemos compreender que a preparação de sabões é bastante simples, sendo possível obter sabão de boa qualidade utilizando materiais considerados como resíduos, possibilitando a realização do experimento totalmente satisfatória e estando de acordo com os resultados comparados na literatura. Compreendemos as características das moléculas que constituem o sabão, podendo entender o motivo do seu funcionamento como agente de limpeza e distingui-lo de outros agentes de limpezas, com os detergentes. Além disso foram mostradas as propriedades dos sabões a partir das reações com sais inorgânicos, sendo os principais produtos das reações, substâncias insolúveis em água. 
Questionário 
1) Como ocorre o processo de eliminação da “sujeira” (gordura)? 
O processo de eliminação da sujeira depende da capacidade de limpeza dos sabões e detergentes, ou seja, depende da sua capacidade de formar emulsões com materiais solúveis nas gorduras. Na emulsão, as moléculas de sabão ou detergente envolvem a "sujeira" de modo a colocá-la em um envelope solúvel em água, a micela, e então as partículas sólidas de sujeira se dispersam na emulsão.
2) O que são surfactantes? 
Surfactante é qualquer composto que reduza a tensão superficial de uma solução, como os detergentes e emulsificantes.
3) O que são micelas? 
Estrutura globular formada por um agregado de moléculas em suspensão, ou seja, compostos que possuem características polares e apolares simultaneamente, no seio de um colóide.
4) Qual é a diferença entre um sabão e um detergente?
O sabão é derivado de óleo e gordura, já o detergente é um derivado do petróleo. O sabão é biodegradável, o detergente pode ser ou não biodegradável. O detergente produz mais espuma e facilita a remoção de gorduras. O sabão não espuma tanto, mas não prejudica o ambiente. 
 5) O que é um detergente biodegradável? 
Detergente biodegradável é um detergente facilmente oxidado por colônias de bactérias, ou seja, não prejudicial ao meio ambiente.Referência Bibliográfica 
ALLINGER, N. L.; CAVA, M. P.; JONGH, D. C. et al. Química Orgânica. 2. ed, Rio de Janeiro: LTC, 2011. 
AZEVEDO, Otoniel de A.; RABBI, Michel A.; NETO, Dorval M.C.; HARTUIQ, Micherl H. Fabricação de sabão a partir do óleo comestível residual: conscientização e educação científica. 2009.
BARBOS A, L. C. de A. Introdução à química orgânica. 2. Ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011. 
NETO; O. G. Z.; PINO, J. C. D. Trabalhando a química dos sabões e detergentes. Rio Grande do Sul: UFRGS, 1995. 
PERUZZO, Francisco M.; CANTO, Eduardo L. do. Sabões e Detergentes. Química na abordagem do cotidiano. ed, Moderna, 2003.
SILVA, Ana Paula P; ALVES, Daniela M; NÚNCIO, Fausto. et al AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DE DETERGENTES COMERCIAIS. VII ENTEC – Encontro de Tecnologia da UNIUBE, UBERABA, 2011
VASCONCELLOS, Erlete S. de. Abordagem de questões socioambientais por meio de tema CTS : análise de prática pedagógica no ensino médio de química e proposição de atividades. 2008.