Prática II - Destilação de gasolina

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Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro – UNIRIO
Centro de Ciências Biológicas e da Saúde – CCBS
Instituto Biomédico – IB
Disciplina: Química Experimental
Professora: Roberta Lourenço Ziolli
Aluno: Sofia Costa da Silva
Curso: Biomedicina Nº da prática: 2
Prática realizada no dia: 13 de julho de 2021
Destilação da gasolina
Rio de Janeiro, 2021_1
1 - INTRODUÇÃO
A destilação é uma operação na qual um líquido é aquecido à ebulição em
aparelhagem adequada, cujos vapores são condensados e recolhidos; processo
amplamente utilizado para separar misturas de líquidos, líquidos de sólidos e, mais
raramente, sólidos de sólidos. Formada por mais de quatrocentos compostos diferentes, a
gasolina é constituída por numerosas espécies de hidrocarbonetos — incluindo as classes
parafínica, olefínica, naftênica, aromática e, em menores quantidades, compostos
oxigenados e enxofre. Comumente, as cadeias carbônicas dos hidrocarbonetos da gasolina
apresentam quatro a doze átomos de carbono, e a faixa de ebulição desses compostos pode
variar de 30o a 220oC. Os ensaios de destilação relacionam a temperatura de ebulição com a
composição, as propriedades e o comportamento do combustível e a volatilidade como
parâmetro de maior relevância nesta análise, e possibilitam uma análise da qualidade do
biocombustível.
O processo de destilação é muito utilizado a nível industrial. A contemporaneidade
observa, a décadas, a marcante presença do processo da destilação na indústria de
bebidas, para a produção de vodka, uísque, cachaça; nas refinarias de petróleo na obtenção
da gasolina, querosene, óleo diesel; nas indústrias de cosméticos e perfumaria, para a
obtenção das essências, e em diversas outras indústrias químicas. Independente da técnica
ou equipamento, o princípio básico permanece o mesmo: um líquido é vaporizado de um
recipiente, seu vapor é resfriado, condensado e, em seguida, coletado noutro recipiente —
uma vez que alguns líquidos vaporizam mais facilmente do que outros, a composição do
vapor será mais rica no componente mais volátil, e a destilação se utiliza disso para separar
os componentes de uma mistura. Entretanto, uma das mais famosas utilizações do processo
de destilação está relacionada à obtenção de gasolina.
De modo geral, a obtenção da gasolina envolve uma série de processos
físico-químicos de separação, iniciando com a destilação fracionada do petróleo bruto, de
onde é extraída a maior parte do componente básico do combustível. Em sequência, são
aplicados processos de modificação das cadeias carbônicas que compõem o combustível —
num processo chamado de craqueamento catalítico, através do qual a gasolina adquire
importantes características, como o alto índice de octanagem, por exemplo. Vale ressaltar
que o índice de octanagem é um parâmetro utilizado para medir o grau de compressibilidade
de um combustível até o ponto da detonação dentro da câmara de combustão. Essa
propriedade é um indicativo da performance do combustível no motor. O desejável é que o
combustível apresente altos índices de octanagem, indicando que a energia térmica gerada
pela detonação deste terá altos níveis de conversão em energia de movimentos. (BEZERRA,
2016)
Além da composição de hidrocarbonetos da amostra de gasolina pelas suas
diferentes temperaturas de ebulição, por meio da destilação simples é possível avaliar a
acidez da amostra. O pH — ou potencial hidrogeniônico — é o cologaritimo da concentração
de íons hidrogênio em uma amostra, um parâmetro que indica a acidez, neutralidade ou
alcalinidade de uma solução aquosa. Os métodos disponíveis para determinação do pH são
fundamentalmente colorimétricos e eletrométricos, capazes de determinar a acidez,
neutralidade ou basicidade de uma amostra, inserindo-a à escala de pH, variando de 0 a 14.
Em 1909, Sören P. T. Sörensen (1868-1939), bioquímico dinamarquês, estabeleceu uma
maneira conveniente de expressar a acidez utilizando o logaritmo negativo da concentração
do íon hidrogênio: pH = -log [H+]. Denominou de expoente do íon hidrogênio representado
pelo símbolo pH “pondus hidrogenni”, o potencial de hidrogênio. (GAMA; AFONSO, 2006)
Nesse cenário, os métodos disponíveis para a determinação do pH de uma solução
são, fundamentalmente, colorimétricos e eletrométricos. Aplicado ao experimento a ser
realizado no presente experimento, o método utilizado será um indicador de acidez
colorimétrico, o alaranjado de metila. Amplamente utilizado em várias indústrias, incluindo as
indústrias têxtil, de papel, de impressão e de alimentos e, principalmente, descarregado em
águas residuais industriais, o alaranjado de metila é um indicador de pH frequentemente
empregado em titulação por conta de sua distinta variação de cor em diferentes valores de
pH. Todavia, ao contrário de outro indicador universal, o alaranjado de metila não possui um
espectro completo de mudança de cor, apesar de apresentar um ponto de viragem nítido: em
meios ácidos (pH < 7), apresenta-se em vermelho ou rosa; em meios básicos, em amarelo.
2 - OBJETIVO
O experimento busca avaliar a fração hidrocarbônica presente em maior quantidade
na gasolina utilizada e, também, a acidez do resíduo restante no processo de destilação
simples.
3 - MATERIAIS
- Água destilada
- Alaranjado de metila
- Argola
- Balão de fundo chato de 250 ml
- Bastão de vidro
- Béquer de 250 ml
- Cabeça de destilação
- Condensador de tubo reto
- Estante para tubo de ensaio
- Funil
- 2 garras
- Gasolina
- 2 mangueiras de silicone
- Manta de aquecimento
- 3 mufas
- Papel alumínio
- Pêra de sucção
- 4 pérolas de vidro
- Pipeta graduada de 5 ml
- Pissete
- Proveta graduada de plástico de 25 ml
- 2 provetas graduadas de vidro de 100 ml
- 3 suportes universais
- Tela de amianto
- Termômetro de 0 a 200oC
- Tripé
- Tubo de ensaio
- Unhas
4 - METODOLOGIA
4.1. Esquema de aparelhagem
O esquema de aparelhagem acima apresenta as vidrarias necessárias para a realização da
destilação simples da gasolina. É possível observar, na imagem, a presença de três suportes
universais (1), uma tela de amianto acima da argola (2), uma manta de aquecimento (3) e
um balão de fundo chato de 250 ml contendo a gasolina e as quatro pérolas de vidro (4). Em
ordem, nota-se a presença de uma cabeça de destilação (5), uma rolha para termômetro (6)
e um termômetro (7). Acoplados ao condensador (8), duas mangueiras de silicone são
responsáveis pela saída (8.1) e entrada (8.2) de água destilada do sistema. Por fim,
acoplada ao condensador, encontra-se a unha (9) e, para a coleta do destilado, uma proveta
de vidro de 100 ml (10).
4.2. Metodologia
Inaugura-se o experimento com a montagem do sistema. Inicialmente, quatro pérolas
de vidro foram acrescentadas ao interior do balão de fundo chato e, em seguida,
instalando-se um tripé de modo a sustentar a manta de aquecimento, contendo o balão, o
recipiente com a gasolina a ser destilada. Conecta-se o termômetro à cabeça de destilação,
seu bulbo ligeiramente abaixo da saída lateral da cabeça de destilação. Em seguida, deve
acoplar-se essa saída ao condensador de tubo reto, prendendo-o ao suporte universal com o
auxílio de garras e mufas. Uma unha será adicionada à saída do condensador, para a coleta
do destilado — utiliza-se, aqui, a mesma proveta graduada de vidro do início do
experimento, sem lavá-la ou secá-la. Sendo assim, o balão foi retirado para a coleta da
amostra.
A gasolina foi transferida de seu recipiente para um béquer graduado de 250 ml até
atingir a marca de, aproximadamente, 100 ml; em sequência, foi transferida para uma
proveta graduada com exatidão de 100 ml e, com o auxílio de um funil, adicionada ao balão
de fundo chato de 250 ml. Feito isso, adiciona-se ao balão quatro pérolas de vidro.
Retorna-se o balão ao sistema e, a ele, é encaixado novamente; coloca-se, sobre a cabeça
de destilação, uma rolha e, acoplado a ela, o termômetro de gradação entre 0 e 200oC.
Ademais, é adicionado um pedaço de papel alumínio entre a unha e a proveta graduada
para evitar perda de hidrocarbonetos no produto. Por fim, subiu-sea manta junto da tela de
amianto para finalizar o sistema, encaixando-a no balão.
A mata de aquecimento deve ser, então, ligada e, gradualmente, sua temperatura
deve ser aumentada — de modo que a primeira gota destilada atinja a proveta graduada
após 5 a 10 minutos. A partir deste momento foram aferidos tempos de destilação da
primeira gota e das temperaturas subsequentes a cada 5 ml de gasolina destilada recolhida
na proveta até alcançar o volume especificado de 90 ml. Ao final desse processo, após
atingir o volume de noventa milímetros, a manta deve ser desligada e, com cuidado, descida
do tripé; deve aguardar-se o resfriamento do balão de fundo chato para a desmontagem do
sistema e subsequente recolhimento do resíduo de gasolina, para a segunda etapa do
experimento.
Posicionou-se, após o resfriamento do resíduo, a proveta graduada na bancada e, a
ela, adicionou-se um volume de água destilada igual ao triplo do volume do resíduo de
gasolina, através do pissete. A proveta deve ser tampada com uma rolha e, em seguida,
agitada, de modo a misturar seu conteúdo. Em sequência, posteriormente à separação de
fases da mistura — em função da diferença de densidade entre os líquidos —, a solução
aquosa deve ser transferida para um tubo de ensaio, por meio do uso da pipeta graduada e
do pipetador (pêra de sucção). Por último, acrescenta-se uma gota de alaranjado de metila
ao tubo de ensaio, observando-se a coloração do líquido, registrando suas observações.
5 - RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Resultados
Observa-se, no presente experimento, que a primeira gota de gasolina foi destilada a
uma temperatura de 60oC, inaugurando uma sequência de medições: anotam-se, aqui, as
temperaturas de destilação da gasolina a cada 5 ml, de modo a atingir 90 ml de mistura
destilada. Os valores obtidos encontram-se discriminados na tabela abaixo.
Tabela 1. Volume de gasolina destilada 🇽 Temperatura
Observou-se, ademais, que, ao final do experimento, o volume do resíduo era de 3,0
milímetros. Posteriormente, a partir dos valores experimentais encontrados, elaborou-se um
gráfico contendo a curva de destilação — os pontos de ebulição dos hidrocarbonetos da
gasolina.
Gráfico. Curva de destilação
5.2. Discussões
A partir da curva de destilação da gasolina — gerada em função da temperatura
versus a porcentagem de destilado —, é possível estimar os rendimentos dos produtos que
serão obtidos no processo de destilação simples, fornecendo informações importantes
acerca do aspecto operacional do fracionamento da gasolina. A gasolina, assim, é composta
de uma mistura com grande número de substâncias (hidrocarbonetos), que podem ser
classificadas como: leves, médias e pesadas, de acordo com seus pesos moleculares. Ao
ser aquecida durante o processo de destilação, dessa forma, as substâncias vaporizam em
temperaturas diferentes, gerando uma curva de destilação ou vaporização.
Vale ressaltar, aqui, que a tendência de um líquido vaporizar numa dada temperatura
é determinada por sua pressão de vapor. A pressão de vapor é a pressão exercida pelo
vapor de uma substância quando esta se encontra em equilíbrio com sua fase líquida. Desse
modo, as moléculas do líquido alcançam uma energia cinética suficientemente forte para
vencer a força atrativa de suas vizinhas, vaporizando-as. Note, ademais, que a diferença
entre as pressões de vapor de diferentes líquidos depende apenas das diferentes forças de
interação entre suas moléculas: líquidos com forças intermoleculares maiores apresentarão
menores pressões de vapor, de mesmo modo que a quantidade de ramificações interfere na
volatilidade da amostra — quanto maior o número de ramificações, maior a sua volatilidade.
Portanto, o ponto de ebulição de uma mistura depende das pressões de vapor de seus
componentes — se o soluto for menos volátil do que o solvente ele irá aumentar o ponto de
ebulição, se for mais volátil irá diminuí-lo.
Nesse sentido, a pressão de vapor depende da substância e da temperatura: o
aumento da temperatura aumenta a pressão de vapor da substância, e vice-versa. Quando a
pressão de vapor do líquido se iguala à pressão externa, o líquido entra em ebulição e a
temperatura em que a pressão de vapor iguala a pressão atmosférica é chamada de ponto
de ebulição e encontra-se tabelada para um grande número de substâncias; conclui-se,
então, que quanto maior a volatilidade de uma substância, menor sua temperatura de
ebulição.
Além disso, sabe-se que o tamanho e as ramificações das cadeias carbônicas contém
considerável influência sobre os pontos de ebulição das frações da gasolina — o petróleo,
principal fonte de alcanos, possui variáveis pontos de ebulição. O ponto de ebulição de
alcanos apresenta uma tendência geral, determinando um aumento regular de 20 a 30oC por
átomo de carbono presente numa molécula. Dessa maneira, considerando um mesmo
número de átomos de carbono numa molécula, o ponto de ebulição de alcanos isômeros de
cadeia normal será maior do que aquele de cadeia ramificada, podendo alterar o resultado
final de uma análise da composição da gasolina. Nesse cenário, a destilação fracionada se
mostra mais eficiente do que a simples, uma vez que a diferença entre as temperaturas de
ebulição dos compostos pode ser inferior à 10oC.
Observando as informações apresentadas pela tabela abaixo, deve-se analisar os
dados obtidos anteriormente. A relação entre volume e temperatura, seu respectivo gráfico
contendo a curva de destilação da amostra de gasolina coletada para a prática e os pontos
de ebulição dos hidrocarbonetos acima, é possível constatar que considerável volume da
gasolina concentra-se entre as temperaturas de 60o e 80oC — um total de,
aproximadamente, 60 milímetros.
Tabela 2. Ponto de ebulição dos hidrocarbonetos da gasolina
Fonte: Aula 2 - Hidrocarbonetos | Profa. Samira Portugal
Retornando à tabela 2, nota-se que, dentre os hidrocarbonetos evidenciados, a
temperatura de ebulição do hexano encontra-se nesse intervalo de temperatura. Em
contrapartida, os demais 30 ml de mistura, seu ponto de ebulição variando entre 84o e
134oC, correspondem aos hidrocarbonetos heptano e octano, em sua grande maioria. Em
conclusão, a tabela acima permite averiguar — em conjunto com as demais informações
apresentadas no decorrer do experimento — que a fração carbônica presente na gasolina
em maior quantidade é o hexano.
Ademais, por meio do alaranjado de metila adicionado ao resíduo da destilação — 3
ml de gasolina somado a três vezes esse volume de água destilada —, descobriu-se a
acidez da mistura. Um indicador visual de acidez, quando adicionado à solução presente no
tubo de ensaio, o alaranjado de metila revelou a ausência de características ácidas, em
função da manutenção da coloração amarelo-médio da mistura. Essa conclusão é fruto do
conhecimento do funcionamento do alaranjado de metila, visto que esse indicador aponta a
acidez de um líquido quando sua coloração apresenta-se em tons rosa e vermelho.
6 - CONCLUSÕES
A verossimilhança no resultado de uma destilação simples requer, do experimento e
do indivíduo que o realiza, a correta montagem do sistema de aparelhagem: são os
pequenos detalhes aqueles capazes de modificar a obtenção de dados fidedignos à
metodologia científica — desperdícios e descuidos poderão interferir na aquisição de
volumes e temperaturas corretamente.
A destilação, portanto, é a principal técnica de purificação de líquidos, sendo a
destilação simples uma operação na qual um líquido é aquecido à ebulição em aparelhagem
adequada, cujos vapores são condensados e recolhidos. Sua importância se mostra visível
quanto à possibilidade de geração de uma curva de destilação, responsável pela
representação gráfica da temperatura de ebulição em função do volume destilado. Os
resultados de temperatura de ebulição são importantes na caracterização das amostras de
gasolina, uma vez que, a partir dos resultados da curva de destilação, é possível estabelecer
uma conexão entre a volatilidade do combustível e sua faixa total de ebulição. No caso da
gasolina,combustível formado por uma mistura de diversos compostos, a destilação ocorre
num intervalo de temperaturas diferentes, onde os compostos mais leves evaporam em
temperaturas menores e os mais pesados são destilados em temperaturas maiores.
Entretanto, os destilados obtidos pela destilação simples não encontram-se
totalmente puros, apenas mais concentrados do que a mistura original. Para obter graus de
pureza cada vez maiores, pode-se realizar sucessivas destilações do destilado.
7 - REFERÊNCIAS
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12 Disponível em:
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13 Disponível em: biblioteca.unirio.br. Acesso em: 18 jul. 2021.
14 Disponível em:
https://www.rbrvidros.com.br/rolha-de-borracha-com-furo-para-termometro/prod-6302043/.
Acesso em: 19 jul. 2021.