Experiência de saponificação

Propriedades do sabão

PREPARAÇÃO DO SABÃO http://www.cdcc.sc.usp.br/quimica/experimentos/sabao.html

Este experimento tem como objetivo a preparação de um sabão simples.QUESTÃO PRÉVIA

Os sabões são produzidos a partir de óleos e gorduras através de reações de saponificação. Sabendo-se disto, como é possível o próprio sabão retirar "sujeiras" em geral, gorduras e óleos dos utensílios domésticos?TEMPO PREVISTO

Aproximadamente 50 minutos.MATERIAL E REAGENTES

• 23 mL de óleo vegetal
• 1 béquer de 300 mL (copo de vidro incolor)
• 20 mL de etanol (álcool comum)
• 1 bastão de vidro (colher de sopa)
• 80 mL de solução de NaOH 25% (soda caústica)
• 1 funil
• 150 mL de solução saturada de NaCl (sal de cozinha)
• 1 papel de filtro (coador de café)
• ácido acético (vinagre)
• água gelada

PROCEDIMENTO
1. PREPARAÇÃO DO SABÃO

1. Transferir 23 mL de óleo vegetal para um béquer de 300 mL.
2. Adicionar 20 mL de etanol e 80 mL de NaOH 25%.
3. Adicionar lentamente ácido acético e controlar o pH entre 6 e 7 com a ajuda de papel indicador (ou papel de tornassol).
4. Aquecer lentamente em banho-maria, agitando constantemente com um bastão de vidro. Seja cuidadoso, pois o álcool é inflamável.
5. Após cerca de 20 minutos o odor do álcool deverá desaparecer, indicando o final da reação. Deverá se observar a formação de uma massa pastosa, contendo sabão, glicerol e excesso de NaOH.
6. Usar um banho de gelo para resfriar o béquer.
7. Para precipitar, ou "salt out" o sabão, adicionar 150 mL de solução saturada de NaCl, agitando vigorosamente. Este processo aumenta a densidade da solução aquosa e o sabão irá flutuar.
8. Filtrar e lavar com l0 mL de água gelada.

Preparo das Soluções

• Solução Saturada de NaCl - Adicionar 150 mL de água à cerca de 150 gramas de sal de cozinha. Agitar bem.
• Solução de NaOH 25% - Adicionar 25 gramas de NaOH em 100 mL de água. Agitar até a dissolução total. Cuidado a reação é exotérmica!

PROPRIEDADES DO SABÃO

Este experimento tem como objetivo verificar algumas propriedades do sabão produzido anteriormente.QUESTÃO PRÉVIA

"As donas de casa normalmente associam a eficiência de um detergente ou sabão com a quantidade de espuma que a mesma provoca."

Para um químico, a frase acima está correta ou incorreta? Por que?TEMPO PREVISTO

Aproximadamente 30 minutos.MATERIAL E REAGENTES

• tubos de ensaio
• suporte para tubos de ensaio
• papel indicador

PROCEDIMENTO
2. PROPRIEDADES DO SABÃO
2.1. PROPRIEDADES EMULSIFICANTES

1. Agitar 5 gotas de óleo mineral num tubo de ensaio contendo 5 mL de água. Observe a formação temporária de uma emulsão água-óleo.
2. Repetir o mesmo teste, adicionando um pequeno pedaço do seu sabão antes de agitar. O que acontece com a emulsão água-óleo?

2.2. TESTE DE ALCALINIDADE

Usar o tubo do ítem 2 do teste anterior, testando com papel indicador. Qual é o pH aproximado de sua solução?
RESULTADOS E DISCUSSÕES

Ao contrário do que se pensa, o sabão por si só não limpa coisa alguma. Essa aparente contradição pode ser entendida quando se sabe que os detergentes - entre os quais a forma mais simples e conhecida é o sabão - são agentes umectantes que diminuem a tensão superficial observada nos solventes, permitindo maior contato dos corpos com os líquidos, que realmente limpa.

O sabão é obtido fazendo-se reagir ácidos graxos com óleos, numa reação chamada saponificação. Os ácidos graxos normalmente usados são o oléico, o esteárico e o palmítico, encontrados sob a forma de ésteres de glicerina (oleatos, estearatos e palmitatos) nas substâncias gordurosas.

A saponificação é feita à quente. Nela a soda ou potassa atacam os referidos ésteres, deslocando a glicerina e formando, com os radicais ácidos assim liberados, sais sódicos ou potássicos. Esses sais são os sabões, que, passando por um processo de purificação e adição de outros ingredientes, transformam-se nos produtos comerciais. Os sabões produzidos com soda são chamados de duros, e os produzidos com potassa, moles.

Embora a maior parte dos detergentes seja destinada à limpeza com água, existem alguns produzidos para limpeza com outros solventes, como no caso dos óleos para motores, onde a água não pode ser usada. Nesse caso, o sódio e o potássio são substituídos por metais, como o chumbo ou o cálcio.

Os sabões e os detergentes possuem as mais diversas aplicações, que vão desde a limpeza doméstica até industrial. Sua tecnologia, pouco desenvolvida até 1934, evolui bastante a partir dessa época, tornando sua produção altamente industrializada.
Fig. 1 - À esquerda: Óleo quente e álcalis concentrados são misturados. Aquecida com vapor, a mistura sofre um processo químico chamado de saponificação. Centro: Salmoura fresca é adicionada a mistura, a fim de separar da solução o sabão formado. No fundo do recipiente acumula-se uma mistura de salmoura e glicerina, chamado de Barrela. A direita o sabão grosso é submetido à fervura para que todo o sal seja removido. Menos dura que os resíduos, sobrenada uma camada de sabão puro.

Fig. 2 - A molécula do sabão consiste em uma longa cadeia de átomos de carbono e hidrogênio (branco e preto) com átomos de sódio e oxigênio (azul e vermelho) em uma de suas pontas. Esta estrutura molecular é responsável pela diminuição da tensão superficial da água.

Os sabões e os detergentes são compostos de moléculas que contêm grandes grupos hidrocarbônicos, os grupos hidrofóbicos (que não tem afinidade pela água), e um ou mais grupos polares, os grupos hidrofólicos (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. A capacidade de limpeza dos sabões e detergentes 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 (Fig. 3). Partículas sólidas de sujeira dispersam na emulsão.
Fig. 3 - Interface da micela com um meio polar. Emulsificação de óleo em água por sabões. As cadeias hidrocarbônicas não-polares dissolvem-se em óleo e os grupos iônicos polares em água. As gotículas carregadas negativamente repelem-se mutuamente.

Os sabões, mistura dos sais de sódio dos ácidos graxos em C₁₂ e superiores, são ineficientes em água dura (água contendo 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 (note, por exemplo, o 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, por exemplo,
CH₃(CH₂)₁₀CH₂OSO₃^-Na⁺(Lauril-sulfato de sódio) conhecidos como detergentes, são eficientes mesmo em água dura. Estes detergentes contêm cadeias alquídicas lineares como as gorduras naturais. Como são metabolizados por bactérias nas estações de tratamento de esgotos, chamam-se detergentesbiodegradáveis.

CURIOSIDADES

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 ácido é chamada uma reação de saponificação. Um subproduto da manufatura de sabões é a glicerina, da qual pode-se obter a nitroglicerina, um poderoso explosivo. Durante a I e II Guerras Mundiais, as donas de casa guardavam o excesso de óleo e gorduras de cozinha e o devolviam para a recuperação da glicerina.

Os detergentes e o problema da poluição: Nos EUA é ilegal a comercialização de detergentes não-biodegradáveis. No começo da década de 60 enormes quantidades de detergentes que continham cadeias alquídicas ramificadas estavam sendo usadas. Estes detergentes não eram degradados pelas bactérias e apareciam na descarga dos esgotos nos rios, fazendo com que mesmo os grandes rios como o Mississipi se tornassem imensas bacias de espumas.

Vários detergentes muito eficientes não espumam em água. Embora os trabalhos de laboratório tenham mostrado que o grau de formação de espuma tem muito pouco a ver com a eficiência do detergente, mas as donas-de-casas geralmente associam a espuma com a eficiência. Por isto, os fabricantes freqüentemente adicionam agentes espumantes aos seus produtos.
QUESTÕES

1. O que são grupos hidrofóbicos e hidrofólicos?
2. Como ocorre o processo de eliminação da "sujeira" (gordura)?
3. Qual a finalidade de se adicionar ácido durante a preparação do sabão?
4. Comparar a aparência das duas emulsões realizadas no item 2.1. (Propriedades Emulsificantes).

RESPOSTAS

1. Grupos hidrofóbicos são aqueles grupos que não tem afinidade pela água, ou seja, moléculas que contêm grandes grupos hidrocarbônicos, e grupos hidrofólicos são aqueles que têm afinidade pela água, ou seja, são os grupos polares.
2. 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 (Fig. 3), e então as partículas sólidas de sujeira dispersam na emulsão.
3. A finalidade de se adicionar ácido durante a preparação é controlar o pH na faixa da neutralidade, pois não é aconselhável utilizar sabões que contenham pH muito básicos ou muito ácidos.
4. No sistema água-sabão observa-se apenas uma fase com a formação da espuma. Já no sistema água-óleo observa-se duas fases e ao adicionar-se o sabão não se observa a formação da espuma.

BIBLIOGRAFIA
- Allinger, Norman L. Química Orgânica. Segunda edição, Editora Guanabara, Rio de Janeiro, 1976.
- Civita, Victor. Enciclopédia do Estudante. Volume 8, Editora Abril Cultural, São Paulo, 1974.