Quantificação do teor de água no etanol combustível

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
QUANTIFICAÇÃO DO TEOR DE ÁGUA NO ETANOL COMBUSTÍVEL
	Alunos:
Camila Ferreira Souza Rodrigues
Fabiano Margotta Teixeira
Izabela Fernandes Resende
Jefferson Cascardo Pinto
Lavras-MG
 Abril/2015
1 – Introdução
A densidade determina a quantidade de matéria que está presente em uma unidade de volume, ela é calculada da seguinte forma: Densidade = Massa / Volume, ela nos auxilia na caracterização de uma substância. A densidade dos sólidos e líquidos é expressa em gramas por centímetro cúbico (g/cm3). Assim sendo a densidade da água destilada ou do etanol, por exemplo, é a mesma para qualquer amostra nas mesmas condições de temperatura e pressão. Porém é importante ressaltar que a densidade depende do tipo de substância a ser analisada, e sofre variações por temperatura e pressão, pois a estrutura microscópica da substância é reestruturada por essas grandezas físicas. 
Outro conceito bastante utilizado em laboratório é a densidade relativa. Que é a relação entre a densidade de determinada substância e a densidade da substância de referência (a água é comumente utilizada como referência). É uma grandeza sem unidades, e, portanto é um número que representa sua relação com a densidade de referência. 
A densidade da água no CNTP (condições normais de temperatura e pressão) é de 1,00 g/cm³, já o etanol (anidro) possui no CNTP uma densidade de 0,789g/cm³. A crescente importância do etanol na estrutura de produção e no consumo de combustíveis surge no cenário internacional, pois os efeitos ambientais decorrentes da queima de hidrocarbonetos fósseis vêm criando uma série de externalidades negativas, que ameaçam desestabilizar o meio ambiente, em face dos impactos do aquecimento do planeta, principalmente por essa queima. 
Já existe uma mobilização para consolidar o álcool como primeira alternativa de combustível renovável limpo. Essa proposição encontra-se na ordem do dia em vários países, inclusive já contando com interesses e experiências do uso do álcool em mistura. 
2 – Objetivos
Determinar a concentração de água em diferentes soluções de Etanol, com concentrações conhecidas e, depois calcular a concentração através de um gráfico e a densidade de uma quinta solução.
3–Parte Experimental
3.1 – Materiais:
1 – Béquer 50 mL
2 – Picnômetro de 50 mL
3- Balança analítica
4- Água destilada
5- Etanol 95, 50 e 20%
3.2 – Procedimentos: 
O professor realizou, mediante toda a turma, a medição da densidade da água destilada, através de um densímetro comercial.
• Foi pesado o picnômetro vazio na balança analítica e anotada a sua massa. (É importante ressaltar a presença de gotículas de água no interior do picnômetro).
Calibração do picnômetro: Averiguou-se o volume exato de líquido que cabia dentro dele, através de diferença de massa do picnômetro cheio de água destilada para o picnômetro vazio. 
• Foi enchido o Béquer de 50 mL com uma determinada solução de Etanol e transportado até um local adequado para a transferência do líquido para o picnômetro. 
• Foi adicionada a solução de etanol ao picnômetro e o mesmo foi tampado, de forma que o liquido excedente escorresse. Foi enxuta a parte externa do picnômetro com um papel toalha.
• Pesou-se novamente o picnômetro, agora com o líquido, anote sua nova massa.
• O picnômetro foi esvaziado, lavado com água e enxuto.
• Os procedimentos foram repetidos com as demais soluções de etanol disponíveis.
• A diferença entre a massa do picnômetro cheio e a massa do picnômetro vazio será a massa da solução. Como o volume da solução corresponde ao volume do picnômetro, fica fácil determinar sua densidade.
3.3 – Resultados e Discussões:
3.3.1 – Resultados:
Com os dados em mãos uma tabela foi montada com os resultados das medidas feitas por vários grupos. A média e o desvio-padrão dos dados foram calculados.
Para o cálculo da média a seguinte fórmula foi usada:
 
Para o cálculo do desvio-padrão (s):
 
Tabela 1 - Resultados obtidos para o cálculo das densidades das soluções de etanol utilizando o picnômetro.
	Solução etanol
	Concentração% (V/V)
	Massa do picnômetro vazio (g)
	Massa do picnômetro + solução(g)
	Massa da solução (g)
	Densidade obtida com o picnômetro (g/cm³)
	1
	95
	36,211
	76,742
	40,531
	0,810
	2
	50
	36,211
	82,460
	46,249
	0,924
	3
	20
	36,211
	84,889
	48,678
	0,973
	4*
	0
	-
	-
	-
	0,999
	5*
	96
	36,211
	76,655
	40,444
	0,808
(*) As soluções 4 e 5 são água destilada e amostra de etanol combustível, respectivamente.
Tabela 2 - Resultados das medidas de densidade feitas em laboratório por vários grupos e dos cálculos das médias e desvios-padrões.
	Grupo
	Densidade da Solução de etanol
	
	1
	2
	3
	5
	1
	0,811
	0,923
	0,973
	0,803
	2
	0,811
	0,924
	0,972
	0,806
	3
	0,812
	0,924
	0,973
	0,807
	4
	0,810
	0,924
	0,973
	0,808
	5
	0,810
	0,923
	0,972
	0,807
	6
	0,811
	0,924
	0,972
	0,809
	Média
	0,810
	0,923
	0,972
	0,806
	Desvio
	8,33x10^-4
	6,66x10^-4
	5,0x10^-4
	1,6x10-3
	
	
	
	
	
Com a média e o desvio-padrão em mãos vamos construir um gráfico Densidade x Concentração usando regressão linear. (Em folha milimetrada anexada). 
O gráfico Densidade x Concentração é uma reta, portanto é da forma y = ax + b, onde y é a densidade e x é a concentração de Etanol, a é conhecido como coeficiente angular e b como coeficiente linear.
Um dos problemas propostos pode ser resolvido agora, já que expressamos a Densidade X Concentração analiticamente. Portanto, já temos a densidade da solução X que é 0,808 g/cm³ e observou-se através do gráfico em anexo, a concentração que foi 96%. 
Outro problema proposto foi a observação, segundo os resultados obtidos no gráfico, se o etanol analisado se encontra dentro das normas da ANP:
- Intervalo de 0,8076 a 0,8112 g/cm³
- Intervalo de 0,7998 a 0,8027 g/cm³, e é considerado Etanol Premium.
- Concentração máxima de água = 4,9% (V/V).
De acordo com os resultados obtidos, segundo os quais a concentração foi 96% e a densidade 0,808 g/cm³, pode-se considerar a amostra analisada, dentro dos padrões da ANP.
3.3.2–Discussão:
A análise do gráfico mostra que as medidas feitas pelos vários grupos não tiveram grandes discrepâncias. Os valores médios ficaram muito próximos dos valores obtido pelo grupo 4, que é o grupo dos alunos que escrevem este relatório. Uma das prováveis explicações para o grupo 4 estar com valores próximo dos valores médios é que as instrumentações utilizadas por eles estivessem mais bem calibradas.
O valor encontrado para a solução que tinha concentração desconhecida é razoável. Tínhamos uma densidade de 0,808 g/cm³ e encontramos uma concentração de 96%. Sobre o cálculo da densidade do Etanol, o valor obtido em comparação com a literatura consultada é discrepante. Os erros aleatórios observados, são passíveis de explicações, sendo elas:
• Evaporação do líquido durante a pesagem.
• Temperatura durante o experimento (que claramente era maior do que 20ºC).
• Presença de bolhas de ar.
• Pequena amostra de dados. 
4 – Conclusão:
A densidade é uma propriedade intrínseca de uma substância e, por isso, é utilizada em muitas situações, como por exemplo, na identificação de substâncias puras e na preparação de soluções. Ou seja, a densidade é importante em laboratório e até economicamente, portanto deve ser medida com cuidado. A proposta didática do experimento foi cumprida; entretanto, em uma situação real que exigisse uma experimentação mais exata, por exemplo, na produção de artigos científicos ou em transações econômicas (comercialização de alguma substância), deveríamos ter levado em conta diversos outros fatores que influenciam no resultado final. Além disso, há outras formas mais elaboradas para se medir a densidade de substâncias no estado líquido, como densímetro.
5 – Referência Bibliográfica:
1 - http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed081p14 Acessoem 30 de Março de 2015. 
2 - http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/351601.pdf Acesso em 30 de Março de 2015.
.
3 – USBERCO, João. SALVADOR, Edgard. Química Essencial – Volume único. 4ª.ed. São Paulo. Editora Saraiva, 2007. 168-179p.
5 - http://guiadoestudante.abril.com.br Acesso em 30 de Março de 2015