CARACTERIZAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS PARA
SÍNTESE DE BIODIESEL
NOMES: Maria Luiza Aquino, Mariana Gabriela de Oliveira, Ruslam Eleutério
TURMA: Química 2A
DISCIPLINA: Química Orgânica Prática
BELO HORIZONTE
9, 16 e 23 de novembro de 2010
CARACTERIZAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS PARA
SÍNTESE DE BIODIESEL
Relatório apresentado para avaliação na disciplina de Química
Orgânica Prática, do Curso Técnico de Química do Centro
Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, ministrado
sob orientação da professora Ana Maria de Resende Machado.
BELO HORIZONTE
9, 16 e 23 de novembro de 2010
INTRODUÇÃO
Os problemas causados pelas mudanças climáticas têm despertado o interesse de autoridades e
cientistas de diversos cientistas em diversos países, que vem por sua vez propondo a introdução
de biocombustíveis na sua matriz energética, em substituição aos combustíveis fósseis.
O biodiesel oferece uma série de vantagens sobre os combustíveis de petróleo. Estudos já
demonstraram que ele reduz em 78% as emissões liquidas de CO2, além da biodegradabilidade
reforçada e toxicidade baixa, apresentando, também, efeito lubrificante para as peças do motor,
protegendo-as contra corrosão.
O biodiesel é um éster de ácidos graxos de cadeia longa, obtido de fontes renováveis, como óleo
vegetal e gordura animal. A soja responde à maior parcela de óleo vegetal do Brasil, cerca de
77% do biodiesel sendo produzido por esse óleo, por ter uma cadeia produtiva bem estruturada,
rápido retorno de investimento e poder ser armazenado por longos períodos.
Economicamente a produção de biodiesel é atraente por oferecer baixo custo de produção e
consequentemente combustível o baixo custo ao consumidor final, além de possibilitar aos
produtores rurais a alternativa de cultura de plantas oleaginosas, matéria-prima fundamental à
produção de biodiesel.
O processo mais utilizado para a obtenção do biodiesel é a transesterificação que consiste em um
processo químico que tem por objetivo modificar a estrutura molecular do óleo vegetal, tornando-a
praticamente idêntica à do óleo diesel e por conseqüência com propriedades físico-químicas
iguais, formando ésteres metílicos ou etílicos e glicerina como co-produto. A produção do
biodiesel derivado do etanol e sua comercialização apresentam vários atrativos. Primeiramente,
etanol é oriundo de biomassa, o que garante aos ésteres etílicos de ácidos graxos origem
exclusivamente renovável. Além disso, o etanol é melhor solvente para triglicerídeos que o
metanol. Assim, a produção de biodiesel via etanólise tem as limitações de transferência de fases
reduzidas quando comparadas com metanólise de triglicerídeos.
OBJETIVOS
Caracterizar as principais substâncias utilizadas para a produção de biodiesel via etanólise (óleo
de soja e etanol) e o produto final (biodiesel).
MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
- Balão volumétrico 10 mL;
- Capela;
- Cápsula de porcelana;
- Pipetas de Pasteur;
- Tubos de ensaio;
- Estante para tubos de ensaio;
SUBSTÂNCIAS
- Água destilada;
- Bicromato de potássio 0,1 eq. L-1;
- Etanol;
- H2SO4 concentrado;
- NaOH 10% p/v;
- Solução de lugol (solução aquosa de I2 e KI)
- Banho-Maria;
- Metanol;
- Ácido acético;
- Ácido salicílico;
- óleo de soja;
- Biodiesel;
- Indicador universal MERCK;
- COMPLETAR COM AS SUBSTÂNCIAS DA CROMATOGRAFIA
PROCEDIMENTOS
I. Caracterização do etanol
I.1 Densidade e Solubilidade
1- Determinar a massa do balão volumétrico 5 mL limpo, seco e tampado, na balança eletrônica
(MB).
2- Com o auxílio de uma pipeta de Pasteur, se necessário, transferir a amostra para o balão
volumétrico, até completar o volume (marca de aferição do balão).
3- Determinar a massa do sistema balão volumétrico (tampado) + amostra, na balança eletrônica
(MT).
4- Calcular a massa da amostra (MA = MT - MB) e anotá-la na Tabela 04.
5- Conhecidos a massa e o volume, calcular a densidade da amostra (dA = MA / VB) e anotá-la na
Tabela 01.
6- Adicionar 1 mL de etanol em três tubos de ensaio e, em cada um, 1 mL de água destilada,
1 mL de éter e 1 mL de hexano.
7- Verificar se houve dissolução e anotar na tabela 04.
I.2 Índice de refração
1- Abrir o compartimento do refratômetro onde será inserida a amostra.
2- Com o auxílio de um conta-gotas limpo e seco, adicionar o volume necessário de etanol para
cobrir toda a superfície do prisma refrator, uniformemente e sem deixar bolhas de ar.
3- Fechar o compartimento onde foi inserida a amostra e travar com a manivela de ajuste.
4- Abrir a entrada de luz do prisma e ajustar a visibilidade do ocular tornando clara a imagem na
pequena grade. A separatriz deve ficar nítida e clara e se localizar no centro da grade.
5- Fazer a leitura da escala inferior mostrada no campo de visão do ocular que fornece o índice
de refração da amostra considerada.
6- Abrir o compartimento da amostra e fazer a limpeza da superfície do prisma refrator,
primeiramente, com um chumaço de algodão seco, em seguida, com um chumaço de algodão
embebido numa mistura de etanol-éter etílico 1:1 e, novamente, com um chumaço de algodão
seco.
7- Anotar os resultados na Tabela 04.
I.3 Teste de chama
1- Colocar 1 mL de etanol em cápsula de porcelana.
2- Adicionar na cápsula um fósforo aceso.
3- Observar as chamas e suas diferenças e anotar os resultados na Tabela 03.
I.4 Determinação do pH
1- Medir o pH do etanol, inserindo neste o papel universal MERCK.
2- Observar o resultado e anotar na Tabela 05.
I.5 Caráter ácido ou básico
1- Colocar 2 mL de etanol num tubo de ensaio.
2- Adicionar 3 mL de solução de HCl 0,1 mol L-1 e registrar as observações na Tabela 05.
3- Em outro tubo de ensaio, transferir 2 mL de etanol.
4- Adicionar 3 mL de solução de NaOH 0,1 mol L-1 e registrar as observações na Tabela 05.
I.6 Oxidação enérgica (bicromato de potássio em meio ácido)
1- Adicionar 2 mL das amostras de álcool em 3 tubos de ensaio previamente limpos e secos.
2- Em cada tubo, adicione 1 mL de K2Cr2O7 e 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado.
3- Observar atentamente e anotar os resultados na Tabela 05.
II. Caracterização do óleo de soja
II.1 Densidade e Solubilidade
1- Utilizando um densímetro, medir a densidade do óleo de soja e anotar na Tabela 04.
2- Adicionar 1 mL de etanol em três tubos de ensaio e, em cada um, 1 mL de água destilada,
1 mL de éter e 1 mL de hexano.
3- Verificar se houve dissolução e anotar na Tabela 04.
II.2 Índice de refração
1- Abrir o compartimento do refratômetro onde será inserida a amostra.
2- Com o auxílio de um conta-gotas limpo e seco, adicionar o volume necessário de óleo de soja
para cobrir toda a superfície do prisma refrator, uniformemente e sem deixar bolhas de ar.
3- Fechar o compartimento onde foi inserida a amostra e travar com a manivela de ajuste.
4- Abrir a entrada de luz do prisma e ajustar a visibilidade do ocular tornando clara a imagem na
pequena grade. A separatriz deve ficar nítida e clara e se localizar no centro da grade.
5- Fazer a leitura da escala inferior mostrada no campo de visão do ocular que fornece o índice de
refração da amostra considerada.
6- Abrir o compartimento da amostra e fazer a limpeza da superfície do prisma refrator,
primeiramente, com um chumaço de algodão seco, em seguida, com um chumaço de algodão
embebido numa mistura de etanol-éter etílico 1:1 e, novamente, com um chumaço de algodão
seco.
7- Anotar os resultados na Tabela 04.
II.3 Teste de chama
1- Colocar 1 mL das amostras de biodiesel em cápsula de porcelana.
2- Adicionar a cada cápsula um fósforo aceso.
3- Observar as chamas e suas diferenças e anotar os resultados na Tabela 03.
II.4 Caráter ácido ou básico
1- Colocar 2 mL de óleo de soja num tubo de ensaio.
2- Adicionar 3 mL de solução de HCl 0,1 mol L-1 e registrar as observações na Tabela 05.
3- Em outro tubo de ensaio, transferir 2 mL de óleo de soja.
4- Adicionar 3 mL de solução de NaOH 0,1 mol L-1 e registrar as observações na Tabela 05.
II.5 Cromatografia em camada delgada
III. Caracterização do biodiesel
III.1 Densidade e Solubilidade
1- Determinar a densidade do biodiesel, pelo método do balão volumétrico, e anotá-la na Tabela
04.
2- Adicionar 1 mL de biodiesel em três tubos de ensaio e, em cada um, 1 mL de água destilada, 1
mL de éter e 1 mL de hexano.
3- Verificar se houve dissolução e anotar na tabela 03.
III.2 Índice de refração
1- Abrir o compartimento do refratômetro onde será inserida a amostra.
2- Com o auxílio de um conta-gotas limpo e seco, adicionar o volume necessário de biodiesel para
cobrir toda a superfície do prisma refrator, uniformemente e sem deixar bolhas de ar.
3- Fechar o compartimento onde foi inserida a amostra e travar com a manivela de ajuste.
4- Abrir a entrada de luz do prisma e ajustar a visibilidade do ocular tornando clara a imagem na
pequena grade. A separatriz deve ficar nítida e clara e se localizar no centro da grade.
5- Fazer a leitura da escala inferior mostrada no campo de visão do ocular que fornece o índice de
refração da amostra considerada.
6- Abrir o compartimento da amostra e fazer a limpeza da superfície do prisma refrator,
primeiramente, com um chumaço de algodão seco, em seguida, com um chumaço de algodão
embebido numa mistura de etanol-éter etílico 1:1 e, novamente, com um chumaço de algodão
seco.
7- Anotar os resultados na Tabela 04.
III.3 Teste de chama
1- Colocar 1 mL da amostra de biodiesel numa cápsula de porcelana.
2- Colocar a cápsula sobre a chapa elétrica.
3- Adicionar a cada cápsula um fósforo aceso.
4- Observar as chamas e suas diferenças e anotar os resultados na Tabela 03.
II.4 Caráter ácido ou básico
1- Colocar 2 mL de biodiesel num tubo de ensaio.
2- Adicionar 3 mL de solução de HCl 0,1 mol L-1 e registrar as observações na Tabela 05.
3- Em outro tubo de ensaio, transferir 2 mL de biodiesel.
4- Adicionar 3 mL de solução de NaOH 0,1 mol L-1 e registrar as observações na Tabela 05.
III.4 Cromatografia em camada delgada
IV.Caracterização do ácido benzóico
IV.1 Solubilidade
1- Transferir uma ponta de espátula de ácido benzóico para quatro tubos de ensaio e, adicionar
em cada um, 3 mL de água, 3 mL de etanol, 3 mL de éter de petróleo e 3 mL de hexano.
2- Observar se houve dissolução e anotar na Tabela 04.
IV.2 Ponto de fusão
1- No fusômetro horizontal, introduzir o tubo capilar contendo a amostra no orifício adequado.
2- Ajustar o aquecimento da amostra para que este não seja muito rápido, recomenda-se usar
10°C por minuto no início do procedimento e quando a temperatura se aproximar do ponto de
fusão tabelado, reduzir para 3°C por minuto ou menos. No caso do fusômetro horizontal, deve-
se regular a potência do aparelho com o auxílio de um relógio para medir a variação de
temperatura por minuto.
3- Anotar os valores observados no termômetro quando a primeira gota surgir no capilar e quando
o último pedaço de sólido virar líquido na Tabela 04.
IV.3 Características organolépticas – Oleosidade
1- Transferir uma ponta de espátula da amostra para um papel de filtro.
2- Colocar o papel sobre uma chapa elétrica.
3- Observar o resultado e anotar na Tabela 03.
IV.4 Caráter ácido ou básico
1- Colocar 2 mL de etanol num tubo de ensaio.
2- Adicionar 3 mL de solução de HCl 0,1 mol L-1 e registrar as observações na Tabela 05.
3- Em outro tubo de ensaio, transferir 2 mL de etanol.
4- Adicionar 3 mL de solução de NaOH 0,1 mol L-1 e registrar as observações na Tabela 05.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Tabela 01. ENSAIOS PRELIMINARES
Estado Físico
Homoge-neidade
Fórmula molecular
Fórmula Estrutural
Massa Molar Impurezas
Etanol Líquido Total C H 3C H 2O H 46.06 g mol-1
Óleo de soja
Líquido Variam de acordo com a matéria
prima
Variam de acordo com a matéria prima
Variam de acordo com a matéria prima
_
Biodiesel Líquido Variam de acordo com a matéria
prima
Variam de acordo com a matéria prima
Variam de acordo com a matéria prima
_
Ácido benzóico
Sólido Total C6H5COOH 122.12 g mol-1 Amostra P.A. - grau de pureza próximo a
100%
Tabela 02. DADOS RELATIVOS À SEGURANÇA
Manuseio EPI’s Toxidez e limite de
tolerância
Simbologia Tratamento dos
resíduos gerados
Armazena-gem
EtanolÉ facilmente inflamável,
portanto deve-se manuseá-lo longe de fontes de ignição, em
locais com ventilação exaustora.
- protetor facial
- óculos de
seguran-ça
A ingestão ou inalação, em
excesso, provocam
alterações no Sistema Nervoso
Central, tais como dor de
cabeça, sonolência,
torpo, alucinações e embriaguez.
Limite de tolerância = 1.219 mg m3
(975 ppm).
(facilmente inflamável)
Deve ser armazenado em recipien-
tes bem fechados e longe de fontes de ignição
Óleo de soja
Cuidado ao aquecer, pois é
inflamável.
-Luvas
-Jaleco
É atóxico, utilizado na
alimentação.
_ Pode ser convertido
em biodiesel.
Deve ser armazenado
longe de fontes de calor e do
sol, pois este último gera oxidações nos seus
compostos, tornando o
óleo rançoso.
Biodiesel
É inflamável, portanto, não
manusear perto de fontes quentes.
-Luvas
-Jaleco
-Másca de
proteção
-Óculos de
seguran-ça
A ingestão causa diarréia
e sensibilização
de pele. O contato com os
olhos gera irritação forte. Não há limite de tolerância.
_ _Deve ser
armazenado longe de
compostos fortemente oxidantes, em galões protegidos por área coberta.
Ácido benzóico
Produto não considerado
inflamável, mas suas partículas dispersas no ar
podem ser explosivas.
- luvas
- óculos de
proteção
- protetor facial
Moderada, causa irritação nos olhos, pele
e trato respiratório.Limite de
tolerância = 2530 mg kg (trato-oral)
(Xi: irritante)
Armazenar em local
fresco, seco e em área
ventilada, e em
embalagens bem fechada
e evitara formação
de pó. Proteja
contra danos físicos.
Mantenha longe de qualquer fonte de ignição e
calor.
Tabela 03. CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS
Cor Oleosidade Chama
Etanol incolor _ Levemente azulada
Óleo de soja Levemente amarelado
É oleoso Chama amarela (fuliginosa)
Biodiesel Levemente amarelado
É oleoso Chama amarela (fuliginosa)
Ácido benzóico branco Não deixou mancha no papel
Não foi feito o teste
Tabela 04. CARACTERÍSITICAS FÍSICAS
Temperatura de Fusão
Temperatura de
Ebulição
Densidade Solubilidade Índice de Refração
Etanol −114.3 °C 159 K
-174 °F
78.4 °C, 352 K, 173 °F
Tabelada: 0,793 g cm-3
Encontrada:0,790 g cm-3
Em água: Solúvel
Em hexano: Solúvel
Tabelado: 1,3614
Encontrado: 1,3605
Óleo de soja
Biodiesel
Ácido benzóico
Tabelado: 122-123°C
Encontrado: 120-121°C
249°C Tabelado: 1,27
Encontrado: Não foi feito
Em água: Solúvel
Em etanol: parcialmente solúvel
Em éter: solúvel
Em hexano: parcialmente solúvel
_
Análise dos Resultados da Tabela 04
1. Etanol
A molécula do álcool é constituída por duas partes: uma apolar e uma polar. A parte polar é onde
se encontra a hidroxila e que, consequentemente é solúvel em água (polar) e não é solúvel em
hexano (apolar). Já a parte apolar, que é a parte da cadeia carbônica, não é solúvel em água,
porém é solúvel em hexano. A solubilidade em água pode ser explicada pela possibilidade de
ocorrer ligações de hidrogênio entre as moléculas de álcool e água.
Figura 01. Interações entre as moléculas de álcool e água
Desta forma, com o aumento da cadeia carbônica, aumenta-se a parte apolar e,
consequentemente, diminui a solubilidade em água, aumentando a solubilidade no hexano.
O etanol é solúvel em ambos, já que a hidroxila tem mais afinidade com a água e sua cadeia
carbônica com o hexano. Assim, todos os álcoois com maior número de carbonos em cadeia que
o etanol serão solúveis em hexano, já que com o aumento da cadeia carbônica, aumenta-se
solubilidade em solventes apolares.
Com relação à densidade do etanol, pode-se citar a polaridade como fator determinante. O etanol,
por ser menos polar que o a água, por exemplo, possui forças de coesão mais fracas, o que
aumenta o volume e, consequentemente, a densidade se torna menor que a da água. Esperava-
se que os valores de densidade encontrados experimentalmente fossem menores que os valores
tabelados, já que a temperatura em que as densidades foram medidas foi maior que a
temperatura das densidades tabeladas, fazendo com o volume da amostra aumentasse.
O índice de refração é, também, uma propriedade física das substâncias. Ele é utilizado para
indicar e caracterizar o meio ou para indicar a pureza do mesmo, assim como indicar a
concentração das substâncias, já que ele varia com a concentração. Com o aumento da
temperatura é esperado que o índice de refração diminua já que a facilidade da passagem de luz
é aumentada pela desorganização das partículas, diminuindo, assim, a refração da mesma. Isso
foi observado, já que a temperatura no momento em que o índice de refração foi medido era
superior àquela tabelada.
Em geral, os pontos de ebulição dos álcoois são elevados, em decorrência do estabelecimento de
ligações de H entre suas moléculas. O etanol, um monoálcool, apresenta ponto de ebulição em
torno de 78,5 ºC, pois apesar de apresentar interações intermoleculares do tipo ligação de H, é
uma molécula de baixa massa molecular, assim, seu ponto de ebulição não será tão alto. O
mesmo ocorre para o ponto de fusão.
2. Óleo de soja
O óleo de soja é constituído por ácidos graxos de cadeia carbônica muito longa, tornando-o
apolar. Assim esperava-se que quanto mais polar o solvente menos solúvel o óleo, como foi
observado. O índice de refração obtido foi diferente do tabelado, pois o óleo estava armazenado
há algum tempo e aberto, ficando assim rançoso em decorrência de oxidações que ocorrem no
óleo de soja. Este fato também influenciou na densidade encontrada.
3. Biodiesel
O biodiesel é constituído principalmente por éster etílicos de ácidos graxos. O índice de refração e
densidade obtidos foram diferentes dos tabelado, pois o biodiesel, provavelmente, não havia sido
completamente transesterificado. O biodiesel, por ser mais polar que o óleo de soja, deveria se
solubilizar em solventes polares, mas por possuir cadeias grandes, deveria ser insolúvel em água;
como foi observado.
4. Ácido Benzóico
Como os ácidos carboxílicos caracterizam-se pela presença da carbonila, suas moléculas
interagem por meio de ligação de hidrogênio. Essa interação intermolecular é extremamente forte,
sendo necessária grande energia para quebrá-la. Isso explica os elevados pontos de fusão e
ebulição encontrados para o ácido benzóico.
Esse ácido, reduzido, possui estrutura semelhante ao etanol, porém com um grupo carbonila, o
que faz com ele seja mais polar que o etanol, pois apresenta, além da hidroxila, uma ligação dupla
com o oxigênio (aumento de densidade eletrônica). Porém observa-se que ele solubiliza em água,
etanol e éter; pode-se dizer então que ele apresenta comportamento semelhante ao do etanol,
solubilizando, preferencialmente em solventes muito polares, porém solubilizando-se também, em
solvente pouco polares.
Tabela 05. CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS
pH Caráter ácido ou básico Reações de
caracterização
Teste com ácido Teste com básico
Etanol 6 - Oxidação enérgica -
Mudança de cor para azul-esverdeado
Óleo de soja Tabelado =
Encontrado =
Sistema bifásico Observação de
turvação – sistema
trifásico
Biodiesel Tabelado = Sistema bifásico Observação de
turvação – sistema
Encontrado = trifásico
Ácido benzóico
Análise dos Resultados da Tabela 05
1. Etanol
A oxidação em álcoois acontece quando se tem um hidrogênio ligado ao mesmo carbono onde
está ligada a hidroxila. Desta forma, esse carbono perde o grupo OH e também o hidrogênio, que
se ligam formando H2O. Assim, o álcool acaba sofrendo desidratação.
Em contato com o agente oxidante, os álcoois primários reagem originando um aldeído e, depois
do aldeído oxidado, forma-se um ácido carboxílico.
Assim, na reação do etanol com o agente oxidante (K2Cr2O7/ H2SO4) houve formação de um ácido
carboxílico, já que este agente é muito forte. A evidência da reação foi a mudança de cor para
azul-esverdeado.
2. Óleo de soja e Biodiesel
O pH encontrado para ambos foi diferente do tabelado, pelo fato de que a técnica utilizada em sua
medição não foi a correta. Este deve ser calculado por titulação ao invés de usar fitas de indicador
universal de pH. A combustão não ocorreu, pois é necessário o aquecimento prévio do óleo e do
biodiesel, mas sabe-se que suas chamas são amareladas, pois suas combustões são
incompletas. A cromatografia em camada delgada não pode ser considerada como de boa
qualidade, pois o eluente não arrastou nenhuma das amostras até mais que a metade da placa.
Tal fato se deve à pouca polaridade do eluente utilizado. Através do estudo feito da placa, é
possível dizer que o biodiesel fora completamente transesterificado (há apenas um círculo) e que
seu fator de retenção é de 0,308. Já o óleo estava impuro (formação de dois círculos) e seu fator
de retenção é de 0,262. O resultado foi o esperado, pois foi possível diferencia o óleo de soja do
biodiesel com este método.
3. Ácido benzóico
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- Universidade Federal de Santa Catarina. Etanol, a droga liberada. Disponível em:
http://qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/etanol.html. Acessado em: 26/11/2010.
- Universidade de São Paulo. Ácido Benzóico. Disponível em:
http://www.faenquil.br/gsmt-cipa/3normalizacao/mini_fis/mini_pdf/046-AcidoBenzoico.pdf.
Acessado em: 26/11/2010
- Heitor A. De Abreu, Hélio F. Dos Santos e Wagner B. De Almeida. Análise da Superfície de
Energia Potencial para o Ácido Benzóico. Disponível em:
http://www.sbq.org.br/ranteriores/23/resumos/0606/index.html. Acessado em: 26/11/2010.
- Ácido Benzóico. Disponível em:
http://www.qca.ibilce.unesp.br/prevencao/produtos/acido_be.html. Acessado em: 26/11/2010.
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