PROFESSOR

PAULO CESAR

PORTAL DE ESTUDOS EM QUÍMICA
 

DICAS PARA O SUCESSO NO VESTIBULAR: AULA ASSISTIDA É AULA ESTUDADA - MANTER O EQUILÍBRIO EMOCIONAL E O CONDICIONAMENTO FÍSICO - FIXAR O APRENDIZADO TEÓRICO ATRAVÉS DA RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS.

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Um dia, os Romanos perceberam que, quando a gordura 

do animal escorria até as cinzas da madeira queimada

formava-se uma pasta ótima para lavar roupas. Era o sabão.

Mas como age o sabão no processo de limpeza?

O Portal de Estudos em Química desvendará esse mistério e muitos mais!

 

Um pouco de história

          As referências mais antigas aos sabões remontam ao início da Era cristã. O sábio romano Plínio (foto ao lado) 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 a.C. O médico grego Galeno (130-200 d. C), 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.

 

Reação de produção do sabão

 

          Atualmente, o sabão é obtido de gorduras (de boi, de porco, de carneiro, etc) ou de óleos (de algodão, de vários tipo de palmeiras, etc.). A hidrólise alcalina de glicerídeos é denominada, genericamente, de reação de saponificação porque, numa reação desse tipo, quando é utilizado um éster proveniente de um ácido graxo, o sal formado recebe o nome de sabão.

 

          A equação abaixo representa genericamente a hidrólise alcalina de um óleo ou de uma gordura:

 

 

O ácido graxo será então neutralizado por:

> NaOH ou Na2CO3, dando R — COONa (sabões de sódio, em geral mais duros);

> KOH ou K2CO3, dando R — COOK (sabões de potássio, mais moles e usados, por exemplo, em cremes de barbear);

> Hidróxidos de etanolamina, como, por exemplo, (OH-CH2-CH2)3NHOH, dando R — COONH(CH2-CH2-OH)3 (sabões de amônio, que são em geral líquidos usados, por exemplo, em xampus).

          O mais comum de todos é o sabão de sódio. O que é praticamente neutro, que contém glicerina, óleos, perfumes e corantes, é o sabonete.

 

Como o sabão limpa?

 

Tensão superficial da água

          Certos insetos conseguem caminhar sobre a superfície da água, que se comporta como uma película tensa e elástica, apenas deformada nos pontos onde apoiam-se as patas do inseto. Essa propriedade dos líquidos, chamada de tensão superficial, ocorre devido às forças de atração que as moléculas internas do líquido exercem sobre às da superfície.

          As moléculas situadas no interior de um líquido são atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas e, por isso, a resultante das forças que atuam sobre cada molécula é praticamente nula. As moléculas da superfície do líquido, entretanto, sofrem apenas atração lateral e inferior. Esta força para o lado e para baixo cria a tensão na superfície, que faz a mesma comportar-se como uma película elástica.

Falando um pouco sobre a glicerina

 

A  glicerina (ou glicerol) é um subproduto da fabricação do sabão. Por esse motivo, toda fábrica de sabão também vende glicerina. Ela é adicionada aos cremes de beleza e sabonetes, pois é um bom umectante, isto é, mantém a umidade da pele. Em produtos alimentícios ela também é adicionada com a finalidade de manter a umidade do produto e aparece no rótulo com o código "umectante U.I".

 

 

Os umectantes, como por exemplo a glicerina, interagem com a superfície do material que se deseja umectar (pele, cabelo, produto alimentício) e também com a água. A interação com a água ocorre por meio de pontes de hidrogênio (representadas pelos pontilhados na imagem acima).

 

Outra utilidade da glicerina é na fabricação do explosivo conhecido como nitroglicerina.

 

 

          A tensão superficial está presente em situações interessantes:


          > Colocando-se cuidadosamente uma pequena agulha sobre a superfície da água, observa-se que ela pode permanecer sobre a película superficial sem afundar no líquido, apesar de ser muito mais densa que a água.
          > A gota de água que se forma numa torneira mantém sua forma devido a elasticidade na superfície da gota.
          > Num copo cheio de água, podemos acrescentar pequenos objetos sem que a água transborde. Isto ocorre porque a superfície da água comporta-se elasticamente.

 

          Todas essas propriedades são decorrentes da interações inter-moleculares existentes na água, as quais são do tipo "ponte de hidrogênio".

          Essas ligações inter-moleculares existentes na água são responsáveis por diversas de suas propriedades, inclusive é a justificativa da água ser "líquida", fato esse que não ocorre com os hidretos dos outros elementos da família do oxigênio. O Naeq já publicou um artigo sobre o assunto intitulado: "Ponte de hidrogênio, força molecular intrigante!.

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 atrae).

 

          Dessa maneira, ao lavarmos um prato sujo de óleo, formam-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 reaglomeração das micelas, que ficam protegidas por uma

película e se afastam por repulsão de cargas elétricas.

 

 

O que fazer quando o sabão falha?

         O sabão tem, sobre os detergentes, as seguintes vantagens: é mais barato, atóxico, fabricado a partir de matérias-primas renováveis (óleos e gorduras) e biodegradável, ou seja, consumido e destruído pelos microorganismos existentes na água que, desse modo, não fica poluída. O sabão apresenta problemas em dois casos:

 

> quando a água utilizada tem caráter ácido, pois:

 

R — COONa+ H+ —> R—COOH + Na+

                                            ácido graxo

Essa reação libera o ácido graxo, que forma a gordura observada em tanques, pias e banheiras.

 

 

> quando a água usada é dura, isto é, contém cátions metálicos, especialmente Ca2+ e Mg2+, pois

 

2R — COONa + Ca2+ ---> (R—COO)2Ca(ppt) + 2Na+

                                                        precipitado

Os sais de cálcio e/ou magnésio dos ácidos graxos são insolúveis e formam crostas nos tanques, pias e banheiras.

 

Entre em cena, os detergentes

          Os detergentes são produtos sintéticos, resultantes da indústria petroquímica. Eles começaram a ser usados intensamente a partir da Segunda Guerra Mundial, quando houve escassez de óleos e gorduras para a fabricação de sabão comum.

          Os mais comuns são sais de sódio de sulfatos de alquilas de cadeia longa ou de ácidos sulfônicos também de cadeia longa; por exemplo:

 

          Esse tipo de detergente é chamado de detergente aniônico, devido a parte orgânica estar situada no ânion do composto. Já quando a parte orgânica da molécula está no cátion, denominamos de detergente catiônico (veja exemplo abaixo).

 

 

          Porém, essa história não é feita somente de vantagens para com os detergentes. Eles têm alguns entretantos...

          Até alguns anos atrás, os detergentes eram fabricados com compostos orgânicos de cadeia ramificada, como por exemplo:.

          Essas substâncias não são biodegradáveis, isto é, não são consumidas pelos microorganismos existentes na água, causando o aparecimento de espumas, inviabilizando a vida de outras espécies na água devido ao impedimento da entrada de oxigênio na água.

Normalmente os detergentes vendidos no comércio possuem a seguinte composição

 

> o detergente propriamente dito.

> Fosfatos, como por exemplo, o trifosfato de sódio (Na5P3O10), que agem:

  > como substância básica, neutralizando a eventual acidez da água e ainda ajudando na ação da limpeza.

  > reagindo com os cátions Ca2+ e Mg2+, que existem em possíveis águas duras.

> outras substâncias

  > bórax (Na2B4O7 . 10 H2O), para tirar odores.

  > descorantes (como NaClO), para tirar manchas

  > enzimas, para eliminar manchas de proteínas, como manteiga, ovos, etc.

  > anticorrosivos das máquinas de lavar roupa (como Na2SiO3).

  > perfume

  > corantes fluorescentes(ou também denominados de branqueadores ópticos), que em geral absorvem a luz ultravioleta, emitindo uma luz azulada que disfarça o amarelado das roupas, dando "o branco mais branco". Note que essa substância não elimina, mas apenas "camufla" a sujeira.

          Posteriormente, passaram-se a usar detergentes biodegradáveis, que não apresentam esses inconvenientes e são formados por compostos orgânicos de cadeia linear, ou seja, sem ramificações o que possibilita que os organismos façam a degradação dessas substâncias.

          Outro problema é causado pelos fosfatos existentes na formulação dos detergentes. Como sabemos, os fosfatos são adubos ou fertilizantes das plantas e, quando atingem as águas dos rios e lagos, acabam provocando um crescimento exagerado de certas algas e plantas aquáticas (eutroficação), que consomem boa parte do oxigênio da água. Isso acaba por impedir a existência de outras formas de vida, inclusive a dos peixes. Atualmente, os fosfatos estão sendo substituídos, ao menos em parte, por carbonato de sódio, silicato de sódio, citrato de sódio e outras substâncias menos nocivas.

 

Todos nós já brincamos com bolhas de sabão. E elas nos acompanham por toda a vida: escovando os dentes, no banho, lavando o automóvel, no colarinho da cerveja...
Do que as bolhas são feitas? Portal de Estudos em Química (PEQ) apresenta o artigo do professor Nito Debacher, do departamento de Química da UFSC.

Bolhas de sabão e detergentes
Prof. Nito A. Debacher

O estudo das formas das bolhas e dos filmes de sabão ou detergente é uma área que tem fascinado muitos cientistas e a primeira monografia escrita sobre este assunto foi em 1890 por C.V. Boys.

O que são sabões ou detergentes
Os sabões são formados a partir de ácidos graxos extraídos de gorduras animais ou vegetais e saponificados pela soda caustica (NaOH) ou pela potassa caustica (KOH) formando o sal correspondente.
Os detergentes mais comuns são formados por moléculas de ácido sulfônico que reagindo com a soda caustica forma o sulfonato de sódio.

Estas moléculas são também chamadas de surfactantesurfactantes (surface active agents) e possuem duas regiões distintas: uma parte polar chamada de cabeça e uma parte apolar formada por hidrocarbonetos, chamada de cauda.Quando em meio aquoso, estas moléculas interagem tanto com a água que é polar e com o ar ou gorduras que são apolares.
 

Como se organizam em água
Naturalmente, se colocarmos moléculas desta natureza na água, podemossurfactantes em solução aquosa imaginar que elas se sentirão mais "confortáveis" se ficarem na superfície de maneira a satisfazer as suas características da seguinte forma; uma parte imersa em contato com a água e outra parte direcionada para o ar. Deste modo, teremos preferencialmente a formação de uma camada superficial de moléculas colocadas em fila única até cobrir toda a superfície do recipiente.
um filme de surfactantesSe a mistura for agitada ou se borbulharmos gás (ar) nesta mistura, bolhas serão formadas na superfície a partir da organização molecular na forma de filmes finos, mostrado na figura ao lado.

Bollhas são cercadas de arA bolha é um filme fino de líquido circundado por gás (ar) por todos os lados. Este filme fino, ou no caso de bolhas de sabão, este filme de sabão tem propriedades elásticas, ele pode ser esticado ou comprimido. O filme de sabão é composto por moléculas de sabão e água.

 


Da mesma forma que os filmes são formados também são formadas as bolhas. um filme de surfactantesNeste caso teremos duas camadas de moléculas formando o filme esférico com uma camada de água no seu interior. As partes apolares das moléculas estarão direcionadas para o ar e a parte polar das moléculas direcionadas para a água, formando um filme líquido, cuja espessura depende do volume de água preza no meio das duas camadas e do tamanho da molécula do surfactante.

o gradiente de cores depende da expessura do filme

reflexão da luz pelo filmeQuando a bolha é formada uma certa quantidade de água fica preza no interior do filme dando estabilidade ao mesmo. Se observarmos uma bolha num dia ensolarado ou mediante uma luz adequada veremos que haverá mudanças de cor em sua superfície, similar as cores do arco-íris. Esta variação de cores ocorre devido a reflexão da luz em sua superfície, conforme a espessura do filme mais ou menos cores serão refletidas ao mesmo tempo passando da cor branca, onde todas as cores são refletidas, até a pequenos pontos escuros onde não há reflexão alguma. Estes pontos escuros são locais onde a espessura do filme é menor do que um comprimento de onda da luz visível portanto não há reflexão e portanto temos a ausência da cor. Usando este princípio é possível portanto medir a espessura do filme formado, conhecendo o comprimento de onda da luz incidente.

 

as junções são poliedrosA espuma é formada por um conjunto de bolhas, umas próximas das outras, formando um imenso tapete superficial. Pelo fato de estarem grudadas umas as outras a sua forma física não é esférica e sim de um poliedro de faces planas. A junção entre as bolhas forma um capilar por onde o líquido pode escorrer até formar um sistema estável ou colapsar. Espuma de surfactante

 

Como fazer ?
Como vimos até aqui, podemos estudar a tensão superficial simplesmente observando as bolhas de sabão. Que tal você mesmo fazer algumas bolhas?
Você vai precisar de glicerina. Faça uma mistura 1:1 (em volume) de glicerina e água. Adicione 5% de uma solução de surfactante (como o detergende de cozinha). Esta será a sua mistura para bolhas. Agora, com arames, construa várias figuras geométricas, em duas e três dimensões (como, por exemplo, a estrutura tetraédrica do carbono sp3). o caminho é o de menor surperfícieDepois, mergulhe estes arames na solução. Observe como que os filmes formados sempre são a configurações que requerem a menor surperfície. Para obter bolhas, sopre estes filmes.

Sobre um copo de cerveja, a espuma tem a função de isolante, ou seja manter o líquido gelado e de evitar a sua oxidação por contato do líquido com o oxigênio do ar; desta forma a cerveja não perde sua qualidade ao ser consumida.
 

 

A espuma também é muito utilizada em extintores de incêndio. Neste caso as bolhas deverão ser formadas por dióxido de carbono (CO2), que evita a propagação do fogo por falta de oxigênio.

 

pode-se conseguir bolhas gigantes!Através de um suporte adequado é possível criar grandes filmes de sabão ou detergentes ou fazer grandes bolhas. Desta forma é possível demonstrar várias propriedades destes filmes como mudanças de cor, tensão superficial, estabilidade, etc. através das mudanças de cor pode-se medir a espessura do filme e prever quando o filme vai colapsar.

 

 

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Este site foi atualizado em 27/01/11