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.