Síntese do biodiesel ( Marcelo costa e Alexandre ferreira )

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INSTITUTO FEDERAL DE ENSINO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PIAUÍ
CAMPUS TERESINA-CENTRAL
DIRETORIA DE ENSINO
DEPARTAMENTO DE FORMAÇÃO DE PROFESSORES, LETRAS E CIÊNCIAS
DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL EXPERIMENTAL II
PROF. RAFAEL LISANDRO P. ROCHA
CATÁLISE BÁSICA (SÍNTESE DE BIODIESEL)
Alexandre Ferreira 
Marcelo Costa 
Teresina-PI, março de 2017.
RESUMO 
No experimento foi realizado um processo de catalise básica, onde o biodiesel obtido a partir do óleo de babaçu foi sintetizado através de uma reação de transesterificação. O experimento subdividido em 4 etapas, a primeira (A) etapa consistiu na abordagem dos conceitos de substancias solúveis (miscíveis) e substancias insolúveis (imiscíveis), a segunda (B) parte foi efetuado processo de síntese do biodiesel, onde foi feito o processo de transesterificação e filtragem, para obtenção do biodiesel, a terceira parte (B) , foi feito teste de viscosidade do biodiesel em comparação ao óleo de babaçu , a parte final (D) , foi o teste de queima .
 
INTRODUÇÃO 
Uma reação química se caracteriza como a transformação da matéria em que ocorrem mudanças qualitativas na composição química de uma ou mais substâncias reagentes, resultando em um ou mais produtos. É o processo na qual uma substância é transformada em uma ou mais substâncias novas. Este procedimento envolve mudanças relacionadas à alteração nas ligações entre os átomos ou íons, na geometria das moléculas das espécies reagentes ou ainda na conversão dos tipos de energias entre dois isômeros. Algumas dessas reações químicas estão presentes diariamente em nosso cotidiano, a ferrugem e o fogo são alguns dos mais variados exemplos. O modo como se prepara a solução para a análise, depende da natureza peculiar de cada substância e do método a ser usado na determinação do constituinte que se queira chegar. Cada reação química tem suas condições que devem ser analisadas e satisfeitas para que seja possível obter a sua realização (ATKINS, 2012).
Solução é uma mistura homogênea de um soluto (substância a ser dissolvida) distribuída através de um solvente (substância que efetua a dissolução). Existem soluções nos três estados físicos: gás, líquido ou sólido. Ar é uma solução gasosa de N2, O2 e quantidades muito menores de outros gases. As soluções mais familiares são aquelas no estado líquido, especialmente as que usam água como solvente. Soluções aquosas são as mais importantes para nossos propósitos em Química Analítica. Um dos aspectos mais importantes é a preparação e a expressão da concentração de soluções. (ATKINS, 2012).
A ocorrência de uma reação química é indicada pelo surgimento de novas substâncias, diferentes das existentes. Quando as substâncias reagem, ocorrem alguns fatos visíveis que confirmam a reação, entre estes, podemos citar a liberação de gás e luz, mudança de cor e cheiro, formação de precipitados. As experiências para evidenciar as reações químicas fundamentam-se em reações de formação, simples troca e de dupla troca ou substituição. Estes experimentos são muito rápidos e podem ser realizados em simples tubos de ensaio, sem a necessidade efetiva de utilização de controle do tempo da reação (KOTZ, 2005).
Catálise é o nome dado para a reação que ocorre na presença de um catalisador. O catalisador é adicionado a uma solução com a finalidade de acelerar uma reação, ele faz com que as moléculas presentes reajam com uma velocidade maior. Catalisadores são espécies químicas que possuem a propriedade específica de aumentar a velocidade de uma reação e que podem ser classificadas em duas reações diferentes, a catálise homogênea, em que o catalisador e os reagentes constituem uma única fase e a catálise heterogênea onde o catalisador e os reagentes possuem mais de uma fase. Existem ainda os tipos de catálise, dentre estas estão as catálises ácidas que são provocadas por íons de hidrogênio ou por substância de natureza ácida que são realizadas através de um solvente prótico. As catálises básicas que são provocadas por íons de hidroxila ou por substância de natureza básica. (CHANG, 2010).
As reações de transesterificação são caracterizadas pela obtenção de um éster por meio de outro éster. Esse método é bastante eficiente porque ocorre em apenas uma etapa, e ainda se processa de modo rápido na presença de um catalisador, sendo realizada ainda em pressão ambiente. A transesterificação pode ser realizada em meio ácido ou básico e por se tratar de um equilíbrio, o álcool é empregado como solvente, o que favorece a formação de um novo éster. Podemos utilizar de catalisadores como hidróxido de sódio e ácido clorídrico, principalmente para obtenção de biodiesel em que se usa esta reação (GERIS, 2007).
A reação de transesterificação de óleos vegetais na presença de catalisadores alcalinos homogêneos é uma reação relativamente simples e eficiente, que pode ocorrer à pressão atmosférica e temperaturas amenas, porém possui uma desvantagem que é a formação de sabões. A saponificação ocorre devido à presença de água ou ácidos graxos livres no meio reacional que acaba diminuindo o rendimento da transesterificação e dificulta os processos de separação do glicerol e a purificação do biodiesel. Assim, o uso de catalisadores homogêneos em reações de transesterificação envolve um número maior de etapas na produção de biodiesel, elevando os custos com o aumento da produção de resíduos provenientes da purificação do produto e de recuperação da glicerina (ALVES, 2012).
Mecanismo reação de transesterificação em meio básico
Fonte: arquivo pessoal
O uso de catalisadores heterogêneos por outro lado, não produz sabões por neutralização de ácidos graxos livres, oferecendo a possibilidade de realizar a transesterificação e a esterificação simultaneamente. Porém, uma desvantagem do uso de catalisadores heterogêneos é a formação de 3 (três) fases na reação, o óleo, o álcool e o catalisador, que pode diminuir a taxa global da reação. O problema da dificuldade da transferência de massa é amenizado quando se utilizam co-solventes, que ajudam na miscibilidade do óleo e do metanol aumentando a taxa global da reação. Uma das principais vantagens do uso de catalisadores sólidos é o baixo consumo do catalisador (ALVES, 2012).
O óleo de babaçu é obtido das amêndoas contidas nos frutos da palmeira de babaçu de nome científico Orbignya martiana. Esta árvore, originária do Brasil, alcança entre 10 e 20 metros de altura. Considerada a segunda maior do mundo, a floresta brasileira de palmeiras de babaçu é formada por 25 bilhões de árvores e ocupa grandes extensões territoriais que abrangem os estados do Maranhão, Piauí, Pará e Tocantins, totalizando área de cerca de 200 mil km2. O principal produto extraído do babaçu no qual possui valor mercantil e industrial, são as amêndoas que estão contidas em seus frutos em que seu principal destino são as indústrias produtoras de óleo bruto e refinado. Uma amêndoa pode conter até 70% de óleo em sua composição. O óleo de babaçu possui ampla diversidade de ácidos graxos, dentre os quais podemos citar o ácido láurico, ácido mirístico, ácido oleico, etc. O óleo de babaçu é matéria-prima para a fabricação de produtos de higiene, cosméticos, gorduras especiais, margarina e óleo comestível (JORGE, 2009).
OBJETIVO
Conceituar os termos miscíveis e imiscíveis
Sintetizar o Biodiesel tendo como matéria prima o óleo de babaçu
Verificar e comparar a viscosidade relativa do biodiesel , água e óleo de babaçu
Analisar o resultado da queima do óleo de babaçu e biodiesel
PARTE EXPERIMENTAL
Materiais 
Os seguintes materiais, disponíveis no laboratório de Química do Instituto Federal do Piauí – Teresina Campus Central foram utilizados neste experimento:
Balança analítica
Béquer
Enlermeyer
Espátula
Estante para tubos de ensaio
Palitos de Fósforo
Funil de decantação
Papel de filtro
Pêra
Pipeta graduada em 5 mL
Suporte universal
Tenaz
Tubos de ensaioReagentes
Os seguintes reagentes, disponíveis no laboratório de Química do Instituto Federal do Piauí – Teresina Campus Central foram utilizados neste experimento:
CH3(CH2)4CH3 – Hexano
CH3CH2OH – Metanol
CH3OH – Etanol
NaCl – Cloreto de sódio ( saturado)
NaOH – Hidróxido de sódio
Sulfato de sódio ( H2SONa)
PROCEDIMENTO
O experimento da síntese do biodiesel foi dividido em 04 (quatro) partes. A primeira para visa a formação de emulsão e sua estabilidade. Identifica-se quatro tubos de ensaio e adiciona-se no tubo A: 2 mL de água e 2 mL de óleo vegetal; Tubo B: 2 mL de água, 2 mL de óleo vegetal e 1 gota de detergente; Tubo C: 2 mL de solução saturada de NaCl e 2 mL de óleo vegetal; Tubo D: 2 mL de solução saturada de NaCl, 2 mL de óleo vegetal e 1 gota de detergente. Agita-se os tubos e deixa-se em repouso por 20 min. Observa-se o comportamento das fases aquosa e de óleo. 
A segunda parte visa a síntese do biodiesel. Usa-se a seguinte quantidade de catalisador (NaOH): 1,0% m/m, considerando 50,0 g de óleo vegetal. Em um erlenmeyer de 125 mL seco, adiciona-se 14,0 mL de metanol P.A. na capela e, em seguida, a massa adequada do catalisador. Insere-se a barra magnética no erlenmeyer, cubra-se a boca do frasco com papel alumínio e inicia-se a agitação. Atenção: se seu agitador também aquece, verifique que o aquecimento esteja desligado. Após a completa dissolução do NaOH no metanol, interrompa-se a agitação e adiciona-se 50,0 g de óleo de soja ao frasco. Anota-se suas observações. Cubra-se novamente a boca do erlenmeyer compapel alumínio. Agita-se a mistura moderadamente por 40 min. Anota-se os tempos de mudanças de coloração e homogeneidade da mistura durante a reação. Transfira-se o conteúdo do erlenmeyer para um funil de decantação de 100 mL. Acompanha-se a separação de fases 30 a 50 min. Usando uma pipeta graduada, retira-se 2 alíquotas de 2 mL da fase inferior e da fase superior. Testa-se a miscibilidade dessas fases com etanol e hexano (éter de petróleo). Anota-se suas observações. Qual fase é o biodiesel? Adiciona-se 10 mL de água. Agita-se muito levemente a mistura. Anota-se as características da fase aquosa. Adiciona-se pequenas porções de solução saturada de NaCl, agitando suavemente. Espere as fases separarem e reserva-se para posterior teste de viscosidade. 
Para terceira parte, estimando as viscosidades relativas do biodiesel e óleo de babaçu, preencha-se uma pipeta graduada de 10 mL com água e meça-se o tempo de escoamento. Repita-se esse procedimento em duplicata. Lava-se a pipeta com etanol e seque-a. Utilizando o biodiesel obtido e lavado com solução saturada de NaCl (Parte B), preencha-se a pipeta graduada de 10 mL (limpa e seca) com biodiesel e meça o tempo de escoamento. Repita-se esse procedimento em duplicata, repetindo tudo para o óleo vegetal. Calcula-se a razão entre os tempos médios de escoamento do biodiesel e óleo vegetal e o tempo médio obtido para o escoamento da água, os resultados representam as viscosidades relativas dos líquidos. Faça-se uma tabela com todos os resultados e discuta as diferenças de viscosidade relativa. 
Para parte quatro, na comparação da queima do biodiesel e do óleo de vegetal, verifica-se se não há mais nenhuma reação em andamento ou restos de metanol ao redor de sua bancada. Só depois disso dê início ao experimento de queima do biodiesel. Molha-se um pequeno pedaço de papel de filtro com biodiesel e com auxílio de um tenaz de aço inflame o papel no bico de Bunsen. Faça o mesmo para o óleo vegetal. Compara-se a queima desses líquidos.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
PARTE A - Verificando a formação de emulsão e sua estabilidade
Tabela 1- Tubos de A a D, materiais contidos nos tubos e observações após 20 minutos.
	Tubos
	Materiais contidos
	Observações
	A
	2 mL de água + 2 mL de óleo vegetal.
	Mistura heterogênea, água em baixo e óleo em cima.
	B
	2 mL de água + 2 mL de óleo vegetal + 1 gota de detergente.
	Água em baixo, óleo no meio e bolhas em cima.
	C
	2 mL de NaCl + 2 mL de óleo vegetal.
	NaCl em baixo e óleo em cima.
	D
	2 mL de NaCl + 2 mL de óleo vegetal + 1 gota de detergente.
	NaCl em baixo, óleo vegetal em cima, ambos esbranquiçados.
No tubo A verificamos que o solvente, que no caso é a água, não conseguiu dissolver o soluto que é o óleo vegetal ocasionando uma mistura heterogênea, resultado da emulsão que retornou para seu estado estável. 
No tubo B verificamos a formação de bolhas e da mistura heterogénea de água juntamente com o óleo vegetal, foi possível observar que a presença de detergente, estabiliza a emulsão, pois este é um agente emulsificante que aumenta a estabilidade cinética e mantém a homogeneidade da mistura por algum tempo.
No tubo C percebemos que a solução saturada de NaCl juntamente com o óleo vegetal formou uma mistura heterogênea, pois pudemos verificar a olho nu suas fases distintas.
No tubo D percebemos que as soluções estavam separadas em menor escala em relação a C, com aparência esbranquiçada, isso se dá por conta do detergente estar procurando a estabilidade e o NaCl saturado estar fazendo o contrário, por conta da solução salina estar disputando a água do meio, ocasionando uma desestabilidade à emulsão.
PARTE B - Síntese do biodiesel
O NaOH (0,5 g) após ser diluído em Metanol (14 mL) com o auxilio do agitador Magnético , deu origem há uma solução incolor , que ao entrar em contado com os 50 mL de óleo de babaçu a formou uma solução imiscível ( duas fazes) , uma a faze alcoólica outa a fase contendo óleo . Após alguns instantes de agitação, as duas substâncias que até eram imiscíveis, deram origem mistura miscível, uma emulsão de cor leitosa como se pode observar na figura (1).
 Fonte: arquivo pessoal 
 Figura (1) 
 
A substância continuou em agitação por cerca de 40 min, no decorrer do tempo, observou-se a mudança de coloração da substância , da fase em emulsão de cor leitosa para uma cor amarela mais clara , como se pode observar na figura (2), após o termino dos 40 min de agitação a mistura foi colocada em um funil de decantação . Em cerca de 20 minutos pode se perceber a aparição de três fases como se pode observar na figura (3).
 
 Figura (2) Figura (3)
 Fonte: arquivo pessoal
A fase inferior da mistura na figura (3) é formada de um liquido imiscível em hexano, porém miscível em etanol, enquanto que a fase superior é miscível em ambos , seja em hexano ou em etanol. Sendo assim a se inferior trata-se de uma substância polar e a fase superior apolar. Segundo a literatura, diferentemente do óleo de babaçu, o biodiesel é solúvel em metanol e etanol. A figura (4) a seguir mostram os testes feitos com Etanol e Hexano respectivamente:
 Fonte: arquivo pessoal
 Figura (4) 
Observe que no etanol formou uma substância miscível, já no hexano imiscível. 
 Desse modo conclui-se que a fase inferior se trata do glicerol, a fase superior o biodiesel. A imagem a seguir apresenta a figura (5) com a distinção de fases, onde a seta em vermelho indica fase superior (biodiesel) e a seta em amarelo a fase inferior (Glicerol):
 Fonte: arquivo pessoal
Figura (5)
O álcool fica distribuído entre as fases glicerol e 1biodiesel. A remoção do álcool (metanol) é necessária porque mesmo em quantidade, sua presença pode reduzir o ponto de fulgor fortemente. Essa redução pode fazer com que o Biodiesel tenha um baixo ponto de combustão como o que acontece coma a gasolina. O metanol é vantajoso na reação de transesterificação, pois permite a separação espontânea do glicerol, tornando o processo empregado mais simples, com um alto rendimento quando empregados com metóxidos, ou hidróxido de sódio/potássio. Comparado ao etanol o metanol apresenta teor de umidade inferior ao etanol, mas por outro lado o metanol apresenta elevada toxidade. 
A participação do NaOH como catalisador na reação de transesterificaçãodar-se através da reação entre o metanol com o ânion hidroxila, formando uma quantidade de ânions metóxido no sistema . Observe a reação abaixo:
Mecanismo da reação entre o metanol e o catalizador NaOH , uma substituição nucleofílica 
A transesterificação catalisada por base é uma reação mais rápida, em virtude do ânion metóxido ser um nucleófilo muito mais ativo que o metanol, facilitando o ataque ao grupo éster do trigilicerídeo, resultando na formação mais rápida e eficaz do biodiesel.
Uma vez que o NaOH atua como catalizador atuando assim na cinética da reação , o aumento de sua quantidade iria aumentar a velocidade de formação de produtos . De fato isso é verdade, porem com seu aumenta iria favorecer a formação de mais subprodutos indesejáveis, dificultado no processo de purificação, implicando na diminuição no processo de rendimento do biodiesel. Na catalise básica de produção de biodiesel, pode acorrer além da reação de transesterificação a reação de saponificação que é a formação de sabão, que pode ser em virtude do alto teor de radicais livres contidos no óleo vegetal ( babaçu ) . A reação seguir representa a saponificação de um éster metílico:
O aumento da quantidade de catalisador aumenta a quantidade de agua , ocorrendo a hidrolise no biodiesel , formando sabão . Esse sabão pode dificultar de limpeza , pois o mesmo ocasionando emulsão e separação de fases . Então utiliza-se a solução saturada de NaCl , para remoção não só de sabão , como também os resíduos de metanol . As figuras (6) e (7) a seguir mostram os processo de limpeza, a figura (6) mostra a emulsão, mostrando a presença de sabão, e a figura (7) o biodiesel pronto.
 Figura (6) Figura (7)
Após o biodiesel ser limpo , no erlenmeyer contendo-o adicionou-se sulfato de sódio , que possui a função secante , o mesmo ficou em contato com o biodiesel por algumas horas , para que então fosse retirado numa filtração simples , para que com isso fosse eliminado esses hidratos.
PARTE C - Estimando as viscosidades relativas H2O , biodiesel e óleo de babaçu. 
Os testes de escoamento das 3 substâncias foram feitas em duplicata . Os seguintes tempos foram obtidos e expressados na tabela a seguir:
Tabela 2 :
	Tempo (s)
	H2O
	Biodiesel
	Óleo de babaçu
	1
	6
	10,09
	51
	2
	7
	 12,74 52,06
O biodiesel em relação à água não apresenta uma grande diferença no tempo de escoamento, já comparando o tempo de escoamento do biodiesel com o do óleo de babaçu, apresenta uma diferença grande, uma vez que o óleo apresenta uma viscosidade muito maior que a do biodiesel.
PARTE D - Comparação da queima do biodiesel e do óleo de vegetal.
A tabela a seguir mostra o tempo de queima do Biodiesel e do óleo de Babaçu:
Tabela 3:
	Substâncias
	Tempo de queima em (s)
	Óleo de babaçu
Biodiesel
	45
19
A queima do óleo de babaçu ocorre de forma lenta em virtude de sua baixa volatilidade que quando comparada a do biodiesel. O biodiesel apresentou em sua queima uma pequena quantidade de “fumaça preta” denominada de fuligem, comparada ao diesel a emissão de fuligem é bem menor, favorecendo assim o meio ambiente. Essa diferença de quantidade de fuligem liberada no biodiesel, seda pelo fato que o mesmo não possuir compostos aromáticos, e possuir em sua estrutura molecular um grupo de éster, que favorece a queima mais completo, formando CO2 e água. 
CONCLUSÃO
O experimento realizado em laboratório proporcionou um entendimento sobre síntese básica e sobre a reação de transesterificação para produção de biodiesel a partir do óleo de babaçu, além de um melhor entendimento sobre emulsão e sua estabilidade, viscosidade da água, óleo vegetal e biodiesel, uma vez que o biodiesel é um combustível vegetal de grande potencial .
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ATKINS, Peter. Princípios de química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente/ Peter Atkins, Loretta Jones. – 5ª. ED. – Porto Alegre: Bookman, 2012.
CHANG, Raymond. Química geral: conceitos essenciais/ Raymond Chang; tradução: Maria José Ferreira Rebelo... [et al.]. –4. Ed. – Porto Alegre: AMGH, 2010.
GERIS, R., DOS SANTOS, N. A. C., AMARAL, B. A., MAIA, I. DE S., CASTRO, V. D.Andamp; CARVALHO, J. R. M. 2007. Biodiesel de Soja – Reação de Transesterificação para Aulas Práticas de Química Orgânica. Química Nova. Vol. 30, No. 5, 1369-1373.
ALVES, C.T. – Transesterificação de Óleos e Gorduras Residuais via rotas metílica e etílica utilizando o catalisador Aluminato de Zinco, em presença ou não de CO2 supercrítico / Carina Tondo Alves. Tese de D.Sc., PEI/EP/UFBA, 2012.
JORGE, Neuza. Química e tecnologia de óleos vegetais / Neuza Jorge.– São Paulo: Cultura Acadêmica : Universidade Estadual Paulista, Pró-Reitoria de Graduação, 2009. 
KOTZ, John C. Química Geral e Reações Químicas/ John C. Kotz, Paul M. Treichel Jr. – São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2005.
GERIS, R., DOS SANTOS, N. A. C., AMARAL, B. A., MAIA, I. DE S., CASTRO, V. D.Andamp; CARVALHO, J. R. M. 2007. Biodiesel de Soja – Reação de Transesterificação para Aulas Práticas de Química Orgânica. Química Nova. Vol. 30, No. 5, 1369-1373