Relatorio sobre Despolimerização do PET

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ÍNDICE 
RESUMO	................................................................................................................	2	
INTRODUÇÃO	.......................................................................................................	3	
OBJECTIVOS	........................................................................................................	4	
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	..........................................................................	5	
Reacções de SN1 ........................................................................................................ 6 
Reações de SN2 ......................................................................................................... 6 
MATERIAIS E REAGENTES	..............................................................................	7	
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL	................................................................	8	
RESULTADOS	.....................................................................................................	10	
DISCUSSÃO DOS RESULTADOS	....................................................................	13	
CONCLUSÃO	.......................................................................................................	17	
BIBLIOGRAFIA	...................................................................................................	18	
ANEXOS	...............................................................................................................	19	
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESUMO 
 
Nesta prática analisou-se a despolimerização do PET através da reacção de 
substituição nucleófilica bimolecular ou de segunda ordem, para a obtenção 
do ácido tereftálico. O ácido tereftálico é um sólido incolor que tem seu uso 
principal como percursor na formação do polímero poliéster PET em 
combinação com o etilenoglicol. 
Após a realização da reação foram utilizadas as técnicas de aquecimento, 
acidificação, filtração a vácuo, para a obtenção do PET, que foi caracterizado 
por intermédio da espectroscopia de infravermelho. 
No final calculou-se o rendimento relativo ao PET, desenvolveu-se o 
mecanismo da reação, e fez-se a interpretação dos espectros de infravermelho 
do produto da reação. 
Palavras chave: Despolimerização do PET, poliéster, substituição nucleófilica 
bimolecular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUÇÃO 
 
A introdução da embalagem de PET (polietileno tereftalato) na sociedade 
moderna trouxe o desafio de sua reciclagem. Tanto a degradação ambiental 
quanto os factores econômicos (preço da matéria prima) estimulam o 
desenvolvimento da reciclagem deste plástico. A reciclagem do PET por 
decomposição química se fundamenta na reversibilidade da reação de 
polimerização, onde o PET é hidrolisado e despolimerizado em seus 
monômeros, sendo o de maior importância o ácido tereftálico. (SOLOMONS, 
2005) 
O poli (tereftalato de etileno) (PET) é o membro comercialmente mais 
importante da família dos poliésteres. Ao longo dos anos, observou-se um 
extraordinário crescimento do mercado de PET devido à versatilidade de suas 
propriedades e da enorme gama de possíveis aplicações, incluindo 
principalmente a produção de fibras têxteis e de recipientes para bebidas 
carbonatadas, mas também a fabricação de filmes para fotografia, de 
embalagens e de componentes automotivos. (ROSU, 1999) 
A decomposição química do PET (reciclagem terciária) se fundamenta na 
reversibilidade da reação de polimerização e pode ser feita pelos processos 
químicos de hidrólise, glicólise, metanólise e aminólise podendo ser catalisada 
por ácidos, bases, ou catalisadores neutros. Sendo em meio alcalino, a 
ausência de iões hidrogénios para estabilizar o grupo carbonilo é compensada 
pela presença de um reagente mais nucleófilo, normalmente um hidróxido 
(OH), ao invés da água. O catião da base, mais forte que os poucos iões 
hidrogénio gerados pela ionização da água, completa a reação. Dessa forma, 
na hidrólise básica não é regra, como na hidrólise ácida e neutra, a 
quantidades iguais de finais carboxílicos e hidroxílicos, podendo gerar no 
limite da degradação, um sal do ácido tereftálico. (SOUZA, 2008) 
 
 
 
 
 
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OBJECTIVOS 
 
• Sintetizar o ácido tereftálico a partir da reacção de despolimerização 
do PET; 
• Avaliar o efeito da concentração da solução de NaOH na reacção de 
despolimerização; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
Quimicamente os plásticos são compostos de moléculas encadeadas de 
elevada massa molecular, chamadas de polímeros, que são formados a partir 
de produtos químicos mais simples, denominados monómeros. Desse modo, 
muitos monómeros são combinados para resultar em um polímero. (ENGEL, 
2013) 
Polimerização é a reação química que dá origem aos polímeros. As unidades 
estruturais que dão origem às macromoléculas polímeros são denominadas 
monômeros. O PET - poli (tereftalato de etileno) é um polímero 
termoplástico com estrutura parcialmente alifática e aromática, 
semicristalino e membro comercialmente mais importante da família dos 
poliésteres desenvolvido por dois químicos britânicos Whinfielde Dickson em 
1941, formado pela reacção entre o ácido tereftálico e o etilenoglicol 
originando um polímero termoplástico. Sua nomenclatura em IUPAC é 1,4-
benzoldicarboxílico e utiliza-se principalmente na forma de fibras para 
tecelagem e de embalagens para bebidas. Possui propriedades termoplástica, 
isto é, pode ser reprocessado diversas vezes pelo mesmo ou por outro processo 
de transformação. Quando aquecidos a temperatura adequadas, esses 
plásticos amolecem, fundem e podem ser novamente moldados. (BURROWS, 
2004) 
Etilenoglicol (monoetileno glicol, nome IUPAC: etano-1,2-diol) é um álcool 
com dois grupos OH (um diol), um composto químico largamente utilizado 
como anticongelante automotivo. Na sua forma pura, é um composto inodoro, 
incolor, xaroposo, líquido com sabor doce e tóxico. (VOLLHARDT, 1994) 
Assim, por meio de hidrólise (quebra de molécula da água), o PET é 
despolimerizado em seus monômeros, sendo o de maior importância comercial 
o ácido tereftálico (TPA), que purificado, pode ser repolimerizado. A reacção 
de despolimerização do PET ocorre via SN2. (SOUZA, 2008) 
 
 
 
 
 
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Substituição nucleófilica é um tipo de reacção de substituição em que um 
nucleófilo (rico em electrões) substitui em uma posição eletrófila (pobre em 
electrões), de uma molécula a um átomo ou grupo. É um tipo de reacção 
fundamental em química orgânica, onde a reacção se produz sobre compostos 
orgânicos covalentes, que podem ser substituição nucleófila em carbonos 
saturados e em carbonos insaturados. Isto é, reacções de SN1 e SN2. 
(VOLLHARDT, 1994) 
Reacções de SN1 
Substituição nucleófilica unimolecular é um tipo de reacção química na qual 
um grupo nucleófugo é substituído por um grupo nucleófilo através de duas 
ou três etapas de reacções geralmente com perda da memória estérica do 
composto caso possua estereoisomeria, implica duas etapas. Na primeira é a 
etapa lenta na qual irá ocorrer uma dissociação heterolítica do reagente 
formando um carbocatião é geralmente lenta, endotérmica e, em termos de 
energia livre de Gibbs, uma etapa com aumento da energia. Portanto a etapa 
1 é a etapa determinante para a velocidade da reacção SN1. E como nessa 
etapa ocorre apenas uma transferência de electrões intramolecularno 
reagente a velocidade da reacção irá depender somente da concentração do 
reagente, sendo uma reacção de primeira ordem em relação ao reagente e de 
primeira ordem global. (SOLOMONS, 2005) 
Reações de SN2 
A reação de substituição nucleófilica bimolecular é um processo de segunda 
ordem: a velocidade é proporcional à concentração do substrato e do 
nucleófilo. Ocorre em halogenetos primários ou metílicos (possuem 
preferência por serem instáveis). O nucleófilo ataca o carbono pela 
retaguarda, isto é, ao lado oposto ao grupo retirante. É um processo 
concertado, ou seja, a reacção ocorre em uma única etapa, com a formação de 
um estado de transição. Um mecanismo consistente com a cinética deve ser 
bimolecular. (SOLOMONS, 2005) 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS E REAGENTES 
 
Colocou-se 100 mL da solução de NaOH (13.5M) num balão com duas 
tabuladoras, um agitador magnético e refluxo, para o aumento da 
temperatura usou-se uma placa de aquecimento, uma balança semi-analítica 
para medir a massa do PET (9,998 g), em seguida adicionou-se o PET a 
solução de NaOH e aqueceu-se a mistura durante uma hora e 30 minutos. 
Colocou-se a mistura de tereftalato dissódico e etilenglicol em banho de gelo 
foi se gotejando H2SO4 com a bureta. 
Fez-se o uso de uma bomba de vácuo para a filtração com lavagem em água, 
em seguida secou-se o produto no estufa e foi pesado a massa final seca com 
o uso da balança semi-analítica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
1. Num balão com duas tabuladoras, agitação magnética e refluxo, 
colocou-se 100 mL da solução de NaOH (13.5M). Ligou-se o 
aquecimento até a temperatura de 110°C; 
2. Quando temperatura foi estabilizada, adicionou-se 9,998 g de PET em 
flocos. A partir desse momento, iniciou-se a contagem do tempo de 
reacção. Deixou-se reagir durante 1h:30min. 
3. Acabado o tempo de refluxo (1h:30m) interrompeu-se o aquecimento e 
deixou-se a mistura arrefecer até cerca de 70 °C. Adicionou-se cerca de 
30 ml de água ao balão que contém a mistura reaccional e agitou-se até 
dissolver completamente o sólido branco que se encontrava em 
suspensão usando o agitador magnético. 
4. A mistura deve ser manteve-se a 60 – 70 °C até à dissolução completa 
do sólido. Filtrou-se à vácuo para separar o PET que não reagiu; 
5. Introduziu-se o filtrado contendo etilenoglicol, tereftalato dissódico 
num béquer e de seguida colocou-se a mistura num banho de gelo para 
facilitar a formação dos cristais do TPA; 
6. Acidificou-se a solução, adicionando gota a gota e com agitação 
constante uma solução de ácido sulfúrico 50%. Interrompeu-se a adição 
da solução de ácido sulfúrico quando se deixou de verificar a 
precipitação de cristais brancos de ácido tereftálico; 
7. Realizou-se a filtração a vácuo, com lavagem em água; 
8. Testou-se as águas-mães com uma ou duas gotas da solução de ácido 
sulfúrico, para verificar se a precipitação de ácido tereftálico foi 
completa. Até que se verificou precipitação de ácido 
tereftálico adicionando solução de ácido sulfúrico até que pare a 
precipitação, e filtrou-se o sólido obtido. 
9. Secou-se o precipitado na estufa à 50°C durante 1h; 
10. Pesou-se o produto e determinou-se o rendimento. 
 
 
 
 
 
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11. Pesou-se o PET que não reagiu; 
12. Efectuou-se a caracterização do produto formado através da medição 
do espectro de infravermelho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESULTADOS 
 
A reacção é do tipo SN2, ocorreu em apenas uma etapa, durante a reacção deu-
se a quebra de uma ligação e simultaneamente a formação de uma nova 
ligação com o nucleófilo (NaOH) isso tudo durante um único passo. Não a 
formação de qualquer intermediário. A substituição é o passo lento da SN. A 
velocidade da reacção depende da concentração de nucleófilo (NaOH). 
(SANTOS) 
Tabela nº 1 – Formulas Aplicadas 
Número Formula Legenda 
1 C = !´#!.!´ 
 
m´= Massa do PET inicial 
m.= Massa do PET que não reagiu 
2 R=!!´ 100% m´= Massa do PET inicial 
m = Massa Obtida de ácido 
 
Foram pesadas as massas abaixo e usadas concentraões de 7,5 M e 10,5 M e 
13,5M e 16,5M. Usou-se a formula 1 da tabela 1 para calcular o grau de 
conversão do PET. 
Tabela nº2 – Concentrações e massas obtidas. 
Nº do Grupo Concentração de 
Solução NaOH (M) 
Massa inicial 
Do PET (g) 
Massa do PET 
que não reagiu 
Conversão 
do PET 
14 7,5 10,005 3,796 0,621 
15 10,5 10,003 0,078 0,992 
9 13,5 9,998 2,168 0,783 
11 16,5 10,000 0 1 
 
 
 
 
 
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Utilizou-se a formula 2 da tabela de formulas para o calculo do rendimento , 
a massa obtida foi medido utilizando uma balança semi-analítica. 
Tabela nº3 – Rendimento das Amostras 
Nº do Grupo Concentração de 
Solução NaOH (M) 
Massa Obtida de 
Ácido 
Rendimento 
14 7,5 6,231 62,2788 
15 10,5 4,578 45,8% 
9 13,5 7,829 78,27% 
11 16,5 8,067 80,67% 
 
Foi apontado a evolução da temperatura em função do tempo para a reacção 
utilizando o NaOH 13,5 M concentrado. 
Gráfico de temperatura em função do tempo 
 
 
 
 
 
95
100
105
110
115
120
125
0 20 40 60 80 100
Temperatura / Tempo
 
 
 
 
 
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Calculou-se o grau de conversão as amostras de PET utilizando as soluções 
de 10,5 M e 13,5M e 16,5M. 
 
Gráfico de Grau de conversção em função da concentração 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Grau de Conversão / Concentração
 
 
 
 
 
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DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 
 
A reacção de despolimerização do PET ocorreu via SN2 onde o NaOH foi o 
nucleófilo e o PET foi o substrato, o esquema apresentado abaixo apresenta 
as etapas da reacção: 
 
Fig. 1- Mecanismo da reacção 
 
 
 
 
 
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O PET foi primeiramente hidrolisado em NaOH levando a formação de 
tereftalato de dissódico, em seguida o tereftalato de dissódico foi acidificado 
com H2SO4. As moléculas de PET na superfície da solução podem ser 
facilmente atacadas OH– e despolimerizadas, o anião tereftalato produzido 
retorna a forma aquosa e forma o tereftalato dissódico. 
V=K[C10H8O4 ][OH–] 
Lei da velocidade da Reacção 
A partir da lei da velocidade da reacção podemos concluir que quanto maior a 
concentração de nucleófilo maior será a velocidade da reacção. (SANTOS) 
Este facto verificou-se através dos resultados obtidos (excepto o grupo 14) , 
quanto maior a concentração do nucleófilo maior foi o rendimento da reacção, 
isto porque a reacção foi feita em aproximadamente uma hora e meia e neste 
tempo as reacções que usaram maior concentração de NaOH reagiram mais 
rápido, ou seja, houve uma maior quantidade de tereftalato dissódico neste 
intervalo de tempo levando assim a formação de uma maior quantidade de 
ácido tereftálico. 
Gráfico que relaciona massa, concentração e rendimento. 
 
0
20
40
60
80
100
Grupo 14 Grupo 15 Grupo 9 Grupo 11
Massa de PET [NaOH] Rendimento
 
 
 
 
 
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O rendimento elevado dogrupo 14 deve-se a presença de sais na amostra final 
sendo um dos possíveis sais o Na2SO4. Isto porque durante a filtração a vácuo 
nem todo o Na2SO4 dissolvido em água na forma de iões, 
Durante a pratica foi adicionado 30 ml de água para diminuir a concentração 
da base em excesso e manter o tereftalato dissódico no estado liquido (solução 
aquosa de tereftalato), o ácido sulfúrico foi adicionado em excesso para 
neutralizar o excesso base e fazer com que o hidrogênio substitua os iões sódio 
no tereftalato dissódico levando assim a formação do ácido tereftálico. 
Na análise dos resultados verificou-se que houve uma discrepância entre os 
valores de grau de conversão sendo que a amostra de concentração 10,5 teve 
um grau de conversão superior a amostras de concentração 13,5. Isto pode ser 
justificado a partir da massa que não reagiu sendo que para a amostra de 
maior concentração de NaOH (13,5) devia reagir uma maior quantidade de 
PET e este não foi o caso isto talvez porque as amostras de PET foram 
cortadas de modo a serem muito finas e assim quando se obteve o solido ainda 
que existissem estas partes que não reagiram não seriam visíveis pois eram 
muito pequenas e muito finas. 
 
Fig. 2 – Espectro de Infravermelho 
 
 
 
 
 
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A partir dos dados de infravermelha foi possível confirmar a existência das 
seguintes ligações. 
Número de Onda Grupo Funcional 
926,60 O-H 
1422,46 C-O de ác. carboxílicos 
1574,23 C=C de aromáticos 
1672,89 C=O de ác. carboxílicos 
 
E a partir da imagem abaixo podemos ver a existência das ligações. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3 – Molécula de Ácido Tereftálico 
 
 
 
 
 
 
1672,89 
1574,23 
926,60 
1422,46 
 
 
 
 
 
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CONCLUSÃO 
 
A despolimerização do PET em meio básico e na presença de certos 
catalisadores resulta na formação do ácido tereftálico, durante o processo 
quase todo o PET foi convertido a ácido tereftálico isso devido aos excessos de 
NaOH e de H2SO4. A produção do PET depende directamente da concentração 
de NaOH utilizada. 
A partir dos resultados do espectro de infravermelho foi possível confirmar a 
existência das ligações presentes no Ácido Tereftálico, sendo assim podemos 
afirmar que de forma geral a pratica foi bem executado e obtiveram-se 
resultados bons, resultados que correspondia (a maior parte deles) com o 
esperado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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BIBLIOGRAFIA 
 
ROSU. Química orgânica. 2. ed. Chicago: Adventure Works Press, 
v. II, 1999. 
SOLOMONS. Química Orgânica. 8. ed. Rio de Janeiro: [s.n.], v. I, 
2005. 
SOUZA. Despolimerização do pol i(tereftalato de etileno)- PET 
polímeros ciência e tecnologia. [S.l.]: [s.n.], 2008. 
BURROWS, H. D. Química dos polímeros. Coimbra: Fundação 
Monteiro Geral, 2004. 
ENGEL, R. G. Química orgânica experimental. 3º. ed. São Paulo: 
Cengage, v. II, 2013. 
VOLLHARDT. Polímeros. 3. ed. Barcelona: pp 171-173, v. I, 1994. 
SANTOS, P. P. Química Orgância. [S.l.]: PRESS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ANEXOS 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 4 – Soluções de NaOH 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5 – Amostra de PET 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6 – Bomba de Vácuo 
 
 
 
 
 
 
 
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Fig. 7 – Ácido Tereftálico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8 – Esquema da Síntese de TPA