Novembro de 2005. Ana Paula Ramos da Matta. Conceição Marilene. Emanuel Lucena. Márcia Helena Magalhães. Mônica Martins. Nilsa M. A. Marconsin.

1- Objetivos Gerais: Fazer com que o aluno consiga compreender os conceitos, princípios e leis da Química; reconhecer aspectos químicos relevantes na interação individual e coletiva do ser humano com o ambiente, bem como as relações entre o desenvolvimento científico e tecnológico envolvido nos aspectos sócio-político-culturais, particularmente aqueles ligados a tecnologias e descobertas mais recentes, a fim de que o docente possa utilizá-los no dia-a-dia para interpretar os fenômenos relacionados a essa ciência. Instigar a curiosidade e despertar o desejo de aprender uma ciência extremamente vinculada a realidade e através desses parâmetros, desenvolver a reflexão e o senso crítico que contribuirão para a sua formação como cidadão. Reconhecer os limites éticos e morais que podem estar envolvidos no desenvolvimento desta ciência. Capacitar o aluno a entender e descrever os experimentos de laboratório, vinculando seus resultados macroscópicos, para só então ser capaz de abordar os níveis microscópico e representacional, se utilizando para isso da seqüência lógica do método científico e da investigação sob todos os aspectos químicos, aliando-a a um modo didático-pedagógico a fim de que o aluno em questão seja capaz de perceber a presença da Química no cotidiano, bem como a sua importância no sistema produtivo, industrial e até mesmo rural. Criar pontes entre o conhecimento teórico e prático-cotidiano, contribuindo para o ensino, esperando que seu aprendizado torne-se mais fácil, eficiente e prazeroso!

2- Introdução: Este trabalho, de acordo com as orientações curriculares atuais, tem como público alvo o aluno do segundo ano de segundo grau, podendo ser sugerido o aprofundamento do assunto: sabões e detergentes no terceiro ano. Ele não tem a pretensão de abranger todo o conteúdo programático de química orgânica pertinente a esta série, mas tão somente de propiciar uma aula mais dinâmica e interativa. O professor também poderá trabalhar o conceito de polaridade das moléculas, interações inter-moleculares, pontes de hidrogênio, solubilidade, PH ácido e alcalino envolvidos no conteúdo do 1º e 2º anos, e mais especificamente: Hidrólise alcalina de glicerídeos, mais comumente conhecidas como reações de saponificação e também temas transversais como sabões e detergentes biodegradáveis ou não e sua interferência no meio ambiente. Esperamos com esta aula prática, (precedida de algum conteúdo teórico) que o aluno seja capaz de desenvolver empiricamente o método científico como etapa preliminar das descobertas científicas. Ao aluno caberá seguir normas de segurança e organização de laboratório, tendo em vista o perigo envolvido na manipulação de alguns reagentes. Para tanto, deverá ter um comportamento maduro e responsável. Uma aula prática tem como objetivo principal instigar a curiosidade e induzir a pesquisa, bem como despertar o interesse pela ciência e tecnologia mescladas no nosso dia-a-dia. Depois de cumprir o roteiro prático e estudos específicos de assuntos pertinentes, o aluno deverá ser capaz de responder satisfatoriamente um questionário proposto ao término deste trabalho.

3-Procedimentos Metodológicos: A turma deverá ser organizada em pequenos grupos de no máximo 05

alunos. Os alunos deveram estar trajados de acordo com as normas de segurança

(tênis, calça jeans, jaleco e luvas de borracha). O professor deverá utilizar-se de pelo menos 03 aulas para apresentar o

assunto: 01 aula de embasamento teórico e pelo menos 02 aulas para a prática e discussão final. São pré-requisitos para que o aluno flua bem no decorrer da matéria

relativa a este experimento: reconhecer o que é um ácido e uma base, bem como suas principais características e diferenças; saber o que vem a ser um ácido graxo saturado e insaturado; o que vem a ser um sal; pH e pOH; molécula polar e apolar; interações moleculares; ponte de hidrogênio; solubilidade e fatores que podem influenciá-la; conceito de hidrófobo e hidrófilo; o que vem a ser uma micela, tensão superficial da água, balanceamento de reação, conhecimento das funções orgânicas bem como de reações de hidrólise. O aluno deverá seguir um roteiro prático proposto, com supervisão do

professor, anotando todos os resultados devidamente. Se necessário for, deverá lançar mão do uso de fórmulas e cálculos na especificação das quantidades de reagentes requeridas. Ao término da aula prática (já de posse de bagagem teórica) o aluno

deverá ser capaz de responder satisfatoriamente a um questionário a respeito do assunto. Se o professor quiser, ainda pode pedir que os alunos façam um relatório

sobre a aula prática. O professor poderá sugerir que o sabão produzido em sala de aula

poderá ser ofertado na forma de presente. Leis de segurança e organização de um laboratório deveram ser

abrangidas pelo professor antes mesmo de iniciar sua aula prática. Se durante a aula prática, apesar de terem sido tomados os devidos cuidados, ainda assim ocorrer um acidente, caberá ao professor tomar as medidas de primeiros socorros e se julgar necessário encaminhar a um hospital.

4-Pequeno histórico sobre o sabão : As referências mais antigas aos sabões remontam ao início da Era cristã. O sábio romano Plínio, o Velho (Gaius Plinius Secundus, 23 ou 24-79 d.C), autor da célebre História Natural, menciona a preparação do sabão a partir do cozimento do sebo de carneiro com cinzas de madeira. De acordo com sua descrição, o procedimento envolve o tratamento repetido da pasta resultante com sal, até o produto final. Segundo Plínio, os fenícios conheciam a técnica desde 600 aC. O médico grego Galeno (130-200 dC), que fez carreira, fama e fortuna em Roma, também descreve uma técnica segundo a qual o sabão podia ser preparado com gorduras e cinzas, apontando sua utilidade como medicamento para a remoção de sujeira corporal e de tecidos mortos da pele. O alquimista árabe Geber (Jabir Ibn Hayyan), em escrito do século VIII da Era Cristã, também menciona o sabão como agente de limpeza. No século XIII, a indústria de sabão foi introduzida na França, procedente da Itália e da Alemanha. No século XIV, passou a se estabelecer na Inglaterra. Na América do Norte o sabão era fabricado artesanalmente até o século XIX. A partir daí surgem as primeiras fábricas. No Brasil, a indústria de sabões data da segunda metade do século XIX. Dois grandes avanços químicos marcam a revolução na produção de sabões. Em 1791, Nicolas Leblanc (1742-1806) concluiu o desenvolvimento do método de síntese da barrilha (carbonato de sódio) a partir da salmoura (solução de cloreto de sódio). Michel Eugéne Chevreul (1786-1889), entre 1813 e 1823, esclareceu a composição química das gorduras naturais. Assim, os fabricantes do século XIX puderam ter uma idéia do processo químico envolvido, bem como dispor de matéria-prima necessária.

5-Prática de sabão : Objetivo do Experimento : 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? SABÃO NEUTRO OU SABÃO DE ÁLCOOL:

Material e Reagentes : Forminha de empada ou copo de cafezinho.

Balança doméstica, Palito de sorvete 40g de gordura animal (banha) 18mL de óleo de soja 10g de soda cáustica 30mL de água morna 50mL de etanol (álcool comum)

Béquer ou copo de geléia, Panela.

Procedimento para fazer o sabão à frio: 1 - derreter a gordura. 2 - acrescentar o óleo de soja. 3 - esfriar um pouco. Juntar o álcool, a soda (dissolvida em um pouco de água) e o restante da água. 4 - homogeneizar e deixar descansar. Depois de dois dias retirar o sobre – nadante (sabão), colocar em uma forminha de empada ou copinho de cafezinho e deixar secar bem por mais três dias.

Procedimento para fazer o sabão à quente: Aquecer a mistura formada (1 ao 3) em banho Maria por vinte minutos e repetir o procedimento 4 , (obtêm-se um melhor rendimento).

Tempo de preparo do sabão:

Aula prática do sabão a frio: 20 minutos.

Aula prática do sabão a quente: 50 minutos.

Formação e separação do sabão: 03 dias.

Modelagem e secagem final: 02 dias.

Tempo total: 05 dias.

SABÃO DE COCO À FRIO: O sabão de óleo de coco de babaçu é de rápido preparo e secagem.

5,3 g de óleo de coco de babaçu 2,7 g da solução de NaOH preparada anteriormente (o que dá aproximadamente: 30,2% P/P de NaOH)

Adicione a soda lentamente, agitando a solução em uma única direção com um palito de sorvete, quando toda soda for incorporada, despeje em uma forma e deixe secar por 5 horas.

PREPARAÇÃO DA SOLUÇÂO DE NaOH:

Solução de NaOH 30% - Adicionar 30 gramas de NaOH em 100 mL de água. Agitar até a dissolução total. Cuidado, a reação é exotérmica!

CUIDADO COM: Hidróxido de Sódio: O hidróxido de sódio é um dos álcalis mais fortes de uso comum. Em estado líquido ou em suas soluções aquosas, principalmente quando quentes ou concentradas, produz queimaduras severas e destruição dos tecidos animais. É muito higroscópico (absorve rapidamente a água), é usado como secante em laboratórios e na indústria. Os materiais que contêm silício como o vidro, a sílica, a cerâmica, a porcelana e os esmaltes vitrificados são atacados pela soda cáustica, com a formação de silicatos de sódio. À temperatura ambiente, a velocidade de ataque é lenta nas soluções fracas e produz rápida desintegração com soluções concentradas à quente. Álcool Etílico: O etanol (álcool etílico) é inflamável e tem um odor característico. O ponto de fusão do etanol sólido é de –114.1°C, e o de ebulição é de 78.5°C. O etanol é uma substância tóxica, e o organismo inicia o processo de excreção desta substância tão logo ela seja consumida. Em caso de contacto com os olhos, lavar imediata e abundantemente com água e consultar um especialista.

Segurança no laboratório ou sala de aula experimental:

Para trabalhar no laboratório de química ou realizar um experimento em sala de aula, é fundamental que o aluno tenha consciência dos RISCOS inerentes às atividades de laboratório. O trabalho exige o máximo de concentração, atenção e responsabilidade. Considerando que a segurança INDIVIDUAL é uma conquista COLETIVA, ao trabalhar no laboratório, atente para as seguintes observações:

É proibido fumar no laboratório ou em qualquer outro lugar que possa por em risco a segurança ou saúde das pessoas;

Use sempre o guarda-pó de algodão de mangas compridas, na altura dos joelhos e fechados; bem como calçados fechados, de couro ou similar;

As substâncias inflamáveis devem ser manipuladas longe do fogo;

Evite contato de qualquer substância com a pele. Seja particularmente cuidadoso quando manusear ácidos e bases concentrados;

Sempre que realizar a diluição de um ácido concentrado, adicione-o lentamente, com agitação, sobre a água, e nunca ao contrário, pois a reação pode ser muito violenta;

Use a capela sempre que trabalhar com solventes voláteis, tóxicos e reações perigosas, explosivas ou tóxicas;

Não beba e não coma no laboratório; Não leve a mão à boca ou aos olhos quando estiver manuseando produtos químicos;

Caminhe com atenção e nunca corra no laboratório; Brincadeiras são absolutamente proibidas nos laboratórios;

Quando for testar algum produto químico pelo odor, não coloque o frasco sob o nariz. Desloque com a mão, para sua direção, os vapores que se desprendem do frasco;

Ao aquecer um tubo de ensaio contendo qualquer substância, não volte a extremidade aberta do mesmo para si ou para uma pessoa próxima;

Evite pipetar com a boca, pipete usando pêras ou seringas;

Lentes de contato não devem ser usadas em laboratórios, pois podem absorver produtos químicos e causar lesões nos olhos;

Sempre que possível trabalhe com óculos de proteção;

Nunca jogue reagentes ou resíduos sólidos de reações na pia, procure o frasco de descarte ou neutralize os mesmos antes de despejar no esgoto;

Ao final de cada aula, as vidrarias utilizadas durante o trabalho de laboratório devem ser esvaziadas nos frascos de descarte e enxaguadas com água antes de serem enviadas para limpeza;

Vidrarias trincadas, lascadas ou quebradas devem ser descartadas e o técnico ou responsável deve ser avisado;

Antes de manipular qualquer reagente deve-se ter conhecimento de suas características com relação à toxicidade, inflamabilidade e explosividade;

Não utilize reagentes não rotulados;

Siga corretamente o roteiro de aula e não improvise, pois improvisações podem causar acidentes, use sempre materiais e equipamentos adequados;

As aulas práticas deverão ter o acompanhamento contínuo do professor durante todo o seu desenvolvimento e em caso de acidentes, de qualquer espécie, independente de gravidade, mantenha a calma, avise o professor ou técnico responsável e siga as suas instruções.

Caixa de Primeiros Socorros:

Em um laboratório de química é importante a existência de uma caixa de primeiros socorros, sendo de importância a sua localização em um local de fácil acesso. Alguns artigos são de importância em seu interior:

Vaselina; azeite; solução aquosa de ácido acético a 1%; pomada para queimaduras; solução aquosa de cloreto férrico a 1%; borracha cirúrgica; etanol, glicerina e soro fisiológico; solução aquosa de bicarbonato de sódio a 1%; solução aquosa de ácido bórico a 1%; gaze; esparadrapo; algodão; atadura; tesoura e pinça metálica.

É também importante a presença de extintores de incêndio, sendo estes em suas várias categorias, mas principalmente o de pó químico e o de gás carbônico, isso será determinado de acordo com os materiais de uso dos laboratórios.

Queimaduras em laboratório:

Caso ocorra alguma queimadura leve, é possível a aplicação de pomadas para queimaduras, no entanto, podem ocorrer queimaduras do tipo mais graves, com formação de empolas, ou bolhas, sendo nestes casos, importante a aplicação de solução de bicarbonato a 1% e a procura de um médico, sendo importante a não retirada de roupas ou outros materiais que estejam "colados" no local da queimadura. É importante evitar o choque térmico no local. Durante a condução do acidentado até um médico é fundamental manter o paciente aquecido. As queimaduras em um laboratório de química, podem ser de dois tipos diferentes, sendo possível a queimadura térmica e a queimadura química, que pode ser causada por reagentes químicos. Queimaduras químicas causadas por ácidos - deve-se lavar o local, imediatamente, com muita água e depois, com solução de bicarbonato de sódio a 1% e com água novamente. Nos casos mais sérios, devem fazer um tratamento do local com etanol aquoso a 70% e secar o local, aplicando pomada para queimaduras. causadas por bases - deve-se lavar o local, imediatamente, com bastante água e depois, com solução de ácido acético a 1% e novamente, lavar o local com água.

6-Introdução Teórica : Definição de sabão: Do ponto de vista químico, a palavra sabão é usada para definir qualquer sal de ácido graxo. Quanto a classificação: Existem vários critérios que podem ser usados para classificar os sabões. Entre eles, a solubilidade e o processo de fabricação são os mais importantes.

Sabões feitos à frio: É o processo mais simples. Em geral, óleos de origem láurica são emulsificados com soda cáustica de concentração adequada, em reatores de batelada transferidos para formas de 400 a 600 Kg, onde a reação de saponificação ocorre. O tempo requerido para saponificação e resfriamento do sabão é da ordem de 72 a 96 Horas. Como não há possibilidade de ajuste final das concentrações de ácidos graxos ou alcalinidade livre no produto, as quantidades de reagentes devem ser calculadas com cuidado.

Uma das principais desvantagens desse processo de saponificação está relacionada com a não possibilidade de se recuperar a glicerina, produto com excelente mercado e de alto valor comercial.

Sabões feitos à quente: São aqueles produzidos mediante processos que requerem o fornecimento de calor para que a reação de saponificação ocorra.

A vantagem é que se pode recuperar a glicerina no processo de refino.

Apolar Polar

Fig. 1 - 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 hidrofílicos (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. 2 - 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. Como atua o sabão? A água, por si só, não consegue remover certos tipos de sujeira, como, por exemplo, restos de óleo. Isso acontece porque as moléculas de água são polares e as de óleo, apolares. O sabão exerce um papel importantíssimo na limpeza porque consegue, por assim dizer, "jogar nos dois times" ou, com sugere o título deste trabalho, possui dupla "personalidade", no que diz respeito a sua polaridade.

Podemos dizer que a cadeia apolar de um sabão é hidrofóbica (possui aversão pela água, a repele) e que a extremidade polar é hidrófila

(possui afinidade pela água, a atrai). Dessa maneira, ao lavarmos um prato sujo de óleo, forma-se o que os químicos chamam de micelas, gotículas microscópicas de gordura envolvidas por moléculas de sabão, orientadas com a cadeia apolar direcionada para dentro (interagindo com o óleo) e a extremidade polar para fora (interagindo com a água). Vejamos agora como o sabão atua no processo de limpeza de gordura:

Diminuem a tensão superficial da água, de modo que esta possa "molhar melhor" os materiais (daí os sabões serem chamados de substâncias

tensoativas, ou seja, substâncias que abaixam a tensão superficial de um líquido).

Concentram-se as partículas de óleo ou gordura em micelas coloidais, que se

mantêm dispersas na água (daí os sabões serem chamados de substâncias emulsificantes ou surfactantes).

Impedem a aglomeração das micelas, que ficam protegidas por uma película e

se afastam por repulsão de cargas elétricas.

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 detergentes biodegradáveis.

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 se pode 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.

Questões:

1. O que são grupos hidrofóbicos e hidrofílicos?

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 hidrofílicos 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 básico ou muito ácido.

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 Janeiro1976.

- Civita, Victor. Enciclopédia do Estudante. Volume 8, Editora Abril Cultural, São Paulo, 1974.,

Sites sugeridos para consulta: -Water on the web http://www.waterontheweb.org/under/lakeecology/17%5Feutrophication.html -QMCWeb - Micelas e Surfactantes: uma aula virtual http://qmc.ufsc.br/qmcweb/micela/index.html -QMCWeb - Bolhas de Sabão http://qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/bolhas_sabao.html -QMCWeb - Lipídeos - as biomoléculas hidrofóbicas. http://qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/lipidios/lipidios.html -Ciência em Casa - Experimentos sobre Tensão Superficial http://cienciaemcasa.cienciaviva.pt/tensao.html