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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 15, MAIO 2002Petróleo: um tema para o ensino de química

Recebido em 4/4/00, aceito em 20/12/01

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�Não restam dúvidas quanto à

importância do ensino de Quí-mica, uma vez que situações

relacionadas com a disciplina estãopresentes no dia-a-dia de todas aspessoas. A partir de um bom aprendi-zado de Química, o aluno pode tornar-se um cidadão com melhores condi-ções de analisar mais criticamente situ-ações do cotidiano. Pode, por exem-plo, colaborar em campanhas de pre-servação do meio ambiente, solicitarequipamentos de proteção em suaárea de trabalho, evitar exposição aagentes tóxicos etc. Pode, portanto, serum cidadão capaz de interagir deforma mais consciente com o mundo.

Infelizmente, os alunos do EnsinoMédio não percebem essa importân-cia, talvez porque a Química ensinadanos colégios nem sempre tenha atrati-vos para eles. Um dos motivos podeser a metodologia tradicional de ensi-no, baseada em memorização defórmulas, regras de nomenclatura eclassificação de compostos, diminuin-do assim o interesse dos alunos. Porque não ensinar Química partindo da

Luiz Claudio de Santa Maria, Marcia C. Veiga Amorim, Mônica R. Marques Palermo de Aguiar,Zilma A. Mendonça Santos, Paula Salgado C.B. Gomes de Castro e Renata G. Balthazar

O petróleo é um assunto em evidência e muitas pessoas sabem da sua importância para a sociedade. Mas, o quepoucos conhecem é a enorme variedade de conceitos que podem ser desenvolvidos, em sala de aula, a partir dessetema. O artigo descreve um relato de como associar os tópicos de Química Orgânica às informações do petróleo,além de sugerir atividades experimentais.

petróleo e derivados, refino, ensino de Química

realidade dos alunos, escolhendotemas que são do seu interesse?

Atualmente, o petróleo é um dosrecursos naturais dos quais a nossasociedade é bastante dependente.Pode-se facilmente comprovar issovendo os inúmeros materiais que sãofabricados a partir dessa matéria-prima. Além disso, o petróleo é umassunto constantemente discutido natelevisão e nos jornais devido à sua in-fluência na economia,sendo um tema defácil abordagem inter-disciplinar.

Neste trabalho, oassunto petróleo é uti-lizado como tema in-centivador na apren-dizagem de tópicosdo programa de Quí-mica, como o estudode hidrocarbonetos(principalmente alcanos), propriedadesfísicas das substâncias (ponto de ebu-lição e solubilidade) e processo de se-paração de misturas líquidas (destila-ção simples e fracionada).

As sugestões para o uso desse te-ma, descritas neste artigo, foram apli-cadas com os alunos da 3a série doEnsino Médio do Colégio EstadualGomes Freire de Andrade, no bairro daPenha, na cidade do Rio de Janeiro(RJ). As aulas foram ministradas poralunos de licenciatura em Química doInstituto de Química da UniversidadeEstadual do Rio de Janeiro - IQ/UERJ -(participantes do Programa de Inicia-

ção à Docência), coma supervisão dos pro-fessores do IQ/UERJ,juntamente com o re-gente da turma emquestão.

A participação dosalunos durante as au-las foi muito grande efoi notado que o entu-siasmo pelo assuntopetróleo continuou

mesmo nas aulas seguintes, nas quaisos alunos ainda faziam perguntas ecomentavam o tema. Além disso,aumentou muito o interesse dos alunospelos tópicos do programa abordadodurante as aulas com o tema (como,por exemplo, compostos do tipoA seção “Relatos de sala de aula” socializa experiências e construções vivenciadas nas aulas de química ou a elas

relacionadas.

O petróleo, um dosrecursos naturais dos quais

a nossa sociedade ébastante dependente, é um

assunto constantementediscutido na televisão e nos

jornais devido à suainfluência na economia,sendo um tema de fácil

abordagem interdisciplinar

RELATOS DE SALA DE AULA

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hidrocarboneto e ponto de ebulição).Em duas aulas, os alunos aprende-

ram e discutiram sobre o tema e sobrea relação deste com os tópicos doprograma. Foram utilizados recursosaudiovisuais trazidos pelo professor(como filmes de vídeoe cartazes) e amo-stras de petróleo eseus derivados. Alémdisso, foram reali-zadas duas experiên-cias. Os filmes Do po-ço ao posto, quemostra o petróleodesde a formação eprodução até o refino,e O refino, que abordamaiores detalhes so-bre a obtenção dosderivados do petró-leo, auxiliaram oaprendizado, aumentando a motivaçãopelo tema. Esses vídeos podem sersolicitados à Petrobrás (conformedescrito nas Referências bibliográ-ficas). As amostras de petróleo e deri-vados foram manuseadas por todos osalunos, que foram estimulados aperceber as diferenças de coloração,textura e viscosidade (fluidez).

A primeira aula foi iniciada com aseguinte questão: “Qual a importânciado petróleo?”. Discutiu-se a importân-cia desse recurso citando alguns dosseus derivados. Ao final da discussão,mostrou-se o óleo bruto aos alunos,explicando a sua composição: fluidoviscoso de cor preta (essa coloraçãopode ser esverdeada), o petróleo - ouóleo de pedra - é uma mistura com-plexa de hidrocarbonetos. Foi grandea curiosidade dos alunos, pois a maio-ria nunca viu o petróleo bruto. Em se-guida, foram abordadas a origem, a for-mação e a produção de petróleo, coma apresentação do filme de vídeo (Dopoço ao posto).

O tema petróleo se presta ao estí-mulo à pesquisa, dando oportunidadeao professor de desenvolver com osalunos estudos sobre o tema. O resul-tado da pesquisa pode então ser dis-cutido em sala de aula, por meio dohistórico sobre o tema no Brasil, áreasde produção, conflitos relacionadoscom a exploração etc.

O petróleoA utilização do petróleo vem de

épocas bem remotas. O petróleo eraconhecido por diversos nomes, entreeles: betume, azeite, asfalto, lama,

múmia, óleo de rocha.No Egito, esse óleoteve grande importân-cia na iluminação no-turna, na impermeabili-zação das moradias,na construção das pi-râmides e até mesmono embalsamamentode múmias. O petróleoera conhecido desdeessa época, quandoaflorava naturalmentena superfície.

Alexandre, O Gran-de ficou maravilhadocom o fogo que ema-

nava de forma inextinguível do petróleona região de Kirkuk (atual região doIraque), onde atualmente há umacrescente produção petrolífera.

Milênios antes de Cristo, o petróleoera transportado, vendido e procuradocomo útil e precioso produto comercial.No entanto, foi apenas no século XIX,nos EUA, que o petróleo teve seu mar-co na indústria moderna. Isso graçasà iniciativa do americano Edwin L.Drake, que, após varias tentativas deperfuração, encontrou petróleo.

Durante essa abordagem, foi res-saltado em sala de aula que as regiõesonde o petróleo já era utilizado tambémestão associadas a atuais áreas deexploração do produto.

A formaçãoAo longo de milhares de anos,

restos de animais e vegetais mortosdepositaram-se no fundo de lagos emares e, lentamente, foram cobertospor sedimentos (pó de calcário, areiaetc). Mais tarde, esses sedimentos setransformaram em rochas sedimenta-res (calcário e arenito). As altas press-ão e temperatura exercidas sobre essamatéria orgânica causaram reaçõesquímicas complexas, formando o pe-tróleo. A idade de uma jazida podevariar de 10 a 400 milhões de anos.Dessa forma, o petróleo está localizadoapenas nas bacias sedimentares. Jun-

to desse recurso mineral, encontram-se associados a água e o gás natural(metano e etano).

Nessa parte da discussão, forammostradas (no quadro e em cartazes)as estruturas químicas de diferentessubstâncias presentes no petróleo. Osalunos foram levados a perceber quehavia uma semelhança entre essas es-truturas e, só então, foi mostrado a elesque essas estruturas pertenciam aogrupo dos alcanos. A seguir, foram dis-cutidas a função alcanos, sua estruturae nomenclatura.

Essa parte inicial pode ser aprovei-tada para um trabalho interdisciplinarcom os professores de Geografia e/ouHistória, em tópicos como eras geoló-gicas, tipos de rocha, áreas produtorasde petróleo e seus conflitos recentes.

Perfuração e produção

Figura 1: Esquema de uma torre de per-furação: 1- bloco de coroamento, 2 - bom-ba de lama, 3 - motores, 4 - peneira, 5 -tanque de lama, 6 - mesa rotativa, 7 - válvulade segurança, 8 - tubo de perfuração, 9 -tubo de revestimento e 10 - broca de perfu-ração.

Milênios antes de Cristo, opetróleo era transportado,vendido e procurado como

útil e precioso produtocomercial. No entanto, foiapenas no século XIX, nosEUA, que o petróleo teve

seu marco na indústriamoderna. Isso graças àiniciativa do americano

Edwin L. Drake, que, apósvarias tentativas de

perfuração, encontroupetróleo

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Na etapa de perfuração, obtém-sea certeza da presença ou não do pe-tróleo. A perfuração pode ser feita emterra ou no mar. Em terra, é feita pormeio de uma sonda de perfuração(Figura 1). No mar, as etapas deperfuração são idênticas. A diferençaé que são feitas por meio de platafor-mas marítimas. A profundidade de umpoço pode variar de 800 a 6.000 me-tros.

Atualmente, a bacia de Campos éresponsável por 80% da produçãonacional (730 mil barris de óleo/dia),sendo a mais importante do país. Noranking mundial dos países produtores,o Brasil está em 18o (produção de 1milhão de barris de óleo/dia).

Devido aos êxitos alcançados, amaior parte da produção é feita na ba-cia continental. O Brasil é recordistamundial em produção em águas pro-fundas, tendo atingido em 1998 a mar-ca de 1.853 metros de lâmina d’água.

Terminada a etapa de produção, opetróleo e o gás natural são transpor-tados por meio de dutos ou navios paraos terminais, onde são armazenados.Em seguida, o petróleo é transferidopara as refinarias, onde será separadoem frações, pois o óleo bruto pratica-mente não tem aplicação.

Na aula seguinte, foi abordado o as-sunto refino do petróleo, com a apre-sentação do filme O refino em uma pri-meira etapa e a realização de duasexperiências descritas a seguir.

Refino do petróleoA partir da apresentação do filme,

ficou esclarecido que o refino consisteem separar a complexa mistura de hi-drocarbonetos em frações desejadas,processá-las e industrializá-las emprodutos comerciáveis.

O processo utilizado para separaras frações do petróleo é a destilação.Essa separação envolve a vaporizaçãode um líquido por aquecimento, segui-da da condensação de seu vapor.Existem diferentes tipos de destilação:simples, fracionada etc. No caso dopetróleo, é empregada a destilação fra-cionada, que é executada com a utili-zação de uma coluna de fraciona-mento. Nas refinarias, essas colunassão substituídas por enormes torres,chamadas de torres de fracionamento.

A partir dessa discussão, foi abor-dado pelo professor o tópico de sepa-ração de misturas de líquidos - destila-ção. Foi realizada uma destilação sim-ples com a explicação de cada etapapara que os alunos visualizassem oprocesso. Nesse ponto da aula, podemser abordados também os conceitosde propriedades físicas, como pontode ebulição.

As propriedades físicas, como pon-to de ebulição e solubilidade, estãointimamente relacionadas com a estru-tura das substâncias e com as forçasque atuam entre as moléculas (forçasintermoleculares). Essas forças podemser: dipolo-dipolo, ligação hidrogênio,de van der Waals ouLondon. Para exempli-ficar o tópico de forçasintermoleculares, fo-ram realizados doisexperimentos (Figura2), descritos a seguir.

Teste de solubili-dade: testou-se a so-lubilidade do álcool(composto polar) e doquerosene (compostoapolar) em água.

Determinação da percentagem deálcool na gasolina: para isso, foram uti-lizados uma proveta de 100 mL, bastãode vidro, 50 mL de gasolina comum e50 mL de água. A gasolina e a águaforam vertidas na proveta. Observou-se que a fase aquosa formada apre-sentou um volume maior que o volumede água adicionado e que o volumede gasolina diminuiu. Isso ocorre por-que o álcool é solúvel tanto em águaquanto em gasolina, mas a sua solubili-dade em água é maior. Com isso, há oaumento do volume observado na faseaquosa. A variação do volume da fase

aquosa está relacionada com o teor deálcool na gasolina.

O ponto de ebulição nos hidrocar-bonetos está relacionado com as for-ças de van der Waals ou London, istoé, interações atrativas entre elétrons deuma molécula e núcleos de outra.Estas, por sua vez, dependem do nú-mero de elétrons dos átomos dasmoléculas ou, em última análise, damassa molecular. Quanto maior é amassa molecular, maior é o ponto deebulição. Nesse momento da aula, noqual é citado o tópico ponto de ebuli-ção, foi apresentada uma tabela, quepode ser encontrada em livros de Quí-mica Orgânica, com os valores de pon-

to de ebulição e mas-sa molecular de dife-rentes alcanos. Comesses valores tabela-dos, foi mostrada arelação entre força in-termolecular e pontode ebulição. Além dis-so, pôde-se trabalharnovamente o tópicode nomenclatura dealcanos. O professorpode extrapolar essa

abordagem para as outras funções(alquenos e alquinos, por exemplo), àmedida que elas forem sendo apresen-tadas em outras aulas.

Os principais processos de refinoenfocados em sala de aula foram adestilação primária, o primeiro tratamen-to dado ao petróleo in natura, que ocor-re através de uma destilação fracionada,começando a surgir os primeiros deriva-dos. Como resta ainda um resíduo, estepassa por um novo tratamento, que é adestilação a vácuo, no qual é reduzida apressão sobre o líquido, baixando-se atemperatura de ebulição, evitando assim

Figura 2: Material empregado na aula sobre petróleo.

O processo utilizado paraseparar as frações do

petróleo é a destilaçãofracionada, que é

executada com a utilizaçãode uma coluna defracionamento. Nas

refinarias, essas colunas sãosubstituídas por enormes

torres, chamadas de torresde fracionamento

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a decomposição de parte de seuscomponentes. Após esse tratamento, opetróleo passa por mais uma etapa deseparação, o craqueamento catalítico;porém, esse processo foi menos utiliza-do em sala de aula, já que envolve rea-ções mais complexas, com quebra deligação de cadeias longas em presen-ça de catalisador.

Com a apresentação de amostrasdos derivados de petróleo, muito usa-dos no dia-a-dia, como gasolina, óleodiesel e querosene,entre outros, foi pos-sível explorar a impor-tância do petróleo navida moderna. Deve-se enfatizar que opetróleo é uma mistu-ra de hidrocarbone-tos que apresentamdiferentes massasmoleculares e, conse-qüentemente, dife-rentes pontos de ebulição. Os princi-pais derivados costumam ser apresen-tados como frações diversificadas,sendo mostradas na Figura 3.

• Gás liqüefeito de petróleo (GLP) -consiste de uma fração composta porpropano e butano, sendo armazenado

em botijões e utilizado como gás decozinha.

• Gasolina - é um dos produtos demaior importância do petróleo, sendoum líquido inflamável e volátil. Consistede uma mistura de isômeros de hidro-carbonetos de C5 a C9, obtida primeira-mente por destilação e por outros pro-cessos nas refinarias. Hoje em dia, coma finalidade de baratear e aumentar aoctanagem da gasolina, são adicio-nados outros produtos não derivados de

petróleo à gasolina, co-mo, por exemplo, ometanol e o etanol.Uma curiosidade quefoi enfocada em sala deaula foi a introdução dagasolina na aviação,tendo início junto com o14 Bis, avião inventadopor Santos Dumont, noqual se utilizava ummotor de carro.

• Querosene - o querosene é umafração intermediária entre a gasolina eo óleo diesel. Esse derivado é obtidoda destilação fracionada do petróleoin natura, com ponto de ebulição va-riando de 150 °C a 300 °C. O quero-sene não é mais o principal produto de

utilização industrial, mas é largamenteutilizado como combustível de turbinasde avião a jato, tendo ainda aplicaçõescomo solvente. Tem como caracterís-tica produzir queima isenta de odor efumaça.

• Óleo diesel - é um combustível em-pregado em motores diesel. É um lí-quido mais viscoso que a gasolina, pos-suindo fluorescência azul. Sua carac-terística primordial é a viscosidade,considerando que, através dessapropriedade, é garantida a lubrificação.É comum a presença de compostos deenxofre no óleo diesel, cuja combustãodá origem a óxido e ácidos corrosivos enocivos aos seres vivos, que geram achuva ácida. O despertar da consciênciade preservação do meio ambiente estáinduzindo os refinadores a instalarprocessos de hidrodessulfuração parareduzir o teor de enxofre.

• Parafinas - são um produto co-mercial versátil, de aplicação industrialbastante ampla, como, por exemplo:impermeabilizante de papéis, gomasde mascar, explosivos, lápis, revesti-mentos internos de barris, revestimen-tos de pneus e mangueiras, entre ou-tras. Uma curiosidade, que aumenta ointeresse dos alunos é a informação de

Figura 3: Torres de fracionamento em uma destilaria de petróleo e esquema do fracionamento do petróleo em uma torre, com os diferentesprodutos obtidos (foto de Geraldo Falcão -gentileza Petrobrás).

O petróleo e seusderivados, bastante

presentes no cotidiano doaluno, constituem-se emeficiente ferramenta deensino, possibilitando o

aprendizado de tópicos doprograma de Química e

também a formação de umcidadão mais consciente

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 15, MAIO 2002

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Petróleo: um tema para o ensino de química

que “eles comem petróleo”, por exem-plo, no chocolate brasileiro, já que aparafina é misturada ao chocolate paradar mais consistência, impedindo queeste derreta.

• Asfalto -sólido de cor escura, queapresenta massa molecular médiaelevada, é obtido do resíduo dasdestilações do petróleo. Grande partedo asfalto é produzida para a pavimen-tação e o asfalto oxidado é utilizadocomo revestimento impermeabilizante.

O petróleo e seus derivados estão

bastante presentes no cotidiano doaluno. Dessa forma, esse tema foi umaeficiente ferramenta de ensino, pos-sibilitando o aprendizado de tópicos doprograma de Química e também aformação de um cidadão mais cons-ciente.

Luiz Claudio de Santa Maria (lcsm@uerj.br), formadoem Engenharia Química pela Universidade do Estadodo Rio de Janeiro (UERJ), doutor em Ciência eTecnologia de Polímeros pela Universidade Federal doRio de Janeiro (UFRJ), é docente do Instituto deQuímica da UERJ. Marcia C. Veiga Amorim (amorim@

uerj.br), formada em Engenharia Química pela UERJ,mestre e doutora em Ciência e Tecnologia de Polí-meros pela UFRJ, é docente do Instituto de Químicada UERJ. Mônica R. Marques Palermo de Aguiar(mmarques@uerj.br), bacharel e licenciada em Quí-mica, mestre e doutora em Química Orgânica pelaUFRJ, é docente do Instituto de Química da UERJ.Zilma A. Mendonça Santos, licenciada em Química pelaUFRJ, aluna da pós-graduação lato sensu em Ensinode Ciências da Universidade Federal Fluminense(UFF), é professora do Colégio Estadual Gomes Freirede Andrade, no Rio de Janeiro. Paula Salgado C. B.Gomes de Castro é aluna do curso de licenciatura emQuímica da UERJ. Renata G. Balthazar é aluna do cur-so de licenciatura em Química da UERJ e bolsista doprograma de iniciação à docência (SR-1/UERJ).

Abstract: Petroleum: a Theme for the Teaching of Chemistry – Petroleum is a prominent subject and many people are aware of its importance for society, but what few know is the vast variety of conceptsthat may be pursued in the classroom from this theme. This paper describes an account on how to associate topics of organic chemistry to informations on petroleum, besides suggesting experimentalactivities.Keywords: petroleum and derivatives, refinement, chemistry teaching

Nota