Química Aplicada
QAP0001
Licenciatura em Química
Profa. Dra. Carla Dalmolin
Sabões e Detergentes
Histórico
Registros indicando a utilização de sabão na
Europa (franceses, alemães e italianos) em
~2000 aC
Povos orientais e gregos utilizavam substâncias
obtidas por métodos similares ao sabão como
base para pomadas e unguentos (1550 aC)
Árabes produziam sabão a partir de sebo
caprino e cinzas de madeira (200 dC)
Séc. IX – XIII: “industrialização” do sabão na
França, Alemanha e Itália
Séc. XIV: Inglaterra
Povos considerados
pagãos, bárbaros,
infiéis para a Europa
Cristã
O banho de “corpo nu”
era pecado
Séc. XIX: Movimento
Sanitário
Ações contra a
transmissão da coléra e
febre tifóide
Desenvolvimento da Indústria de
Sabão 1791 – Nicolas Leblanc: método de síntese da barrilha (NaCO3) a partir da
salmora (solução de NaCl)
Substituição da “água de cinzas” (K2CO3)
Método Leblanc:
O sal marinho é fervido em H2SO4, produzindo Na2SO4 e HCl gasoso
2 NaCl + H2SO4 Na2SO4 +HCl
O Na2SO4 é queimado com coque na presença de CaCO3
Na2SO4 + CaCO3 + 2 C Na2CO3 + 2 CO2 + CaS
Sendo os demais subprodutos insolúveis, o NaCO3 é extraído com água.
Processo abandonado no final do séc. XIX devido a alta produção de HCl gasoso
(perigoso ao contato com a água) e de CaS (sem valor comercial)
Desenvolvimento da Indústria de
Sabão 1861 – Ernest Solvey: produçãoda barrilha (NaCO3) a partir da salmora (solução de
NaCl), CaCO3, NH3 e coque
Queima do CaCO3 com o coque:
CaCO3 CaO + CO2
O CO2 obtido é borbulhado junto com NH3 em torre de carbonatação, numasolução de NaCl, a frio. Isto produz NaHCO3, que, em meio alcalino e em baixatemperatura acaba por precipitar:
NaCl + CO2 + NH3 + H2O NaHCO3 + NH4Cl
Processos paralelos:
NaHCO3: separado por filtração, e
aquecido para se decompor:
2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O
CaO: reage com água para formar
Ca(OH)2 e é então utilizado na
regeneração da amônia, com o NH4Cl:
CaO + H2O Ca(OH)2
Ca(OH)2 + 2 NH4Cl 2 NH3 + CaCl2 + H2O
1813 a 1823 – Michel Eugéne Chevreul: elucidou a composição química
das gorduras naturais.
Recherches chimiques sur les corps gras d'origine animal
Desenvolvimento da Indústria de
Sabão
Reação de saponificação: hidrólise básica de um triéster de ácido graxo
Produção “caseira”: processo de caldeira ou batelada
Aquecimento da gordura animal (banha) ou vegetal (gordura de coco) até a
fervura, junto com água de cinzas, também conhecida como lixívia.
Esse processo é o mesmo usado em fábricas de sabão, sendo a cinza um
substituto para o NaOH ou KOH.
O caráter básico da água de cinza se deve à presença de carbonato de potássio
(K2CO3), que reage com a água dando origem a íons OH–
Desenvolvimento da Indústria de
Sabão
Produção Caseira
Processo em Batelada
Utilizado em fábricas de pequeno porte
Adiciona-se os reagentes (gordura, água e NaOH), deixando-os reagir a sob
aquecimento (150 oC) por 30 min
Em seguida, adiciona-se NaCl : separação em duas fases
(Fase apolar)
Fase aquosa ou polar)
Saponificação Contínua
Método empregado por grandes fabricantes, com produção de cerca de 300 ton/dia
Hidrólise contínua do triglicerídeo para a obtenção dos ácidos graxos, seguida da
reação de neutralização com NaOH.
As gorduras utilizadas não são compostas pelo glicerídeo de um único ácido graxo.
Para processos especiais, existem ácidos graxos com pureza superior a 90%
A solubilidade e a consistência dos sais de sódio de diferentes ácidos graxos variam muito.
O fabricante do sabão escolhe a matéria-prima de acordo com as propriedades desejadas.
C
O
ROC
H
H
C
C
H
H
H O
O
C
C
O
O
R
R + 3 H2O R C
O
OH3 +
CH2
CH2
HO
HO
CH2HO
TriglicerídeoÁcido graxo Glicerol / Glicerina
Saponificação Contínua
(C17H35COO)3C3H4
(estearato de glicerina)+ H2O 3 C17H35COOH
(ácido esteárico)
+ C3H5(OH)3
(glicerina)
C17H35COOH(ácido esteárico)
+ NaOH C17H35COONa(estearato de sódio)
(sabão)
+ H2O
Glicerina
Subproduto da fabricação do sabão
Adicionada a cremes de beleza e sabonetes devido ao efeito umectante
Também é adicionada a produtos alimentícios com a mesma finalidade
Umectante U. I.
Utilizada para a fabricação de explosivos (nitroglicerina)
Detergentes
1950: Detergentes sintéticos
Produzidos a partir de derivados de petróleo (hidrocarbonetos de cadeia
longa)
Ocorre em duas etapas:
Sulfonação e neutralização do hidrocarboneto, gerando o agente
tensoativo
Aditivação para conferir propriedades específicas ao detergente
Sulfonação
+ H2SO4SO3H + H2O
(decano) (ácido decano sulfônico)
Neutralização
+SO3Na + H2OSO3H NaOH
(ácido decano sulfônico) (decil sulfonato de sódio)
(detergente)
Obtenção de Tensoativos
Tensoativos também podem ser obtidos através de reações de alcenos com
álcoois graxos
Síntese de Fridel-Crafts
Sulfonação Neutralização
Alquilação do anel benzênicoProdução do haleto de alquila
C12H25OH3 +PCl3 C12H25Cl3 +P(OH)3(álcool graxo) (haleto)
+C12H25Cl+ C12H25 HCl
(benzeno) (dodecil benzeno)
C12H25
H2SO4 + SO3
haletoC12H25HSO3
(dodecil benzeno) (ácido p-dodecil-benzeno)
+ C12H25NaSO3NaOH + H2O
(p-dodecil-benzeno sulfonato de sódio)
(detergente)
Formulação de um Detergente
Tensoativos e Tensão Superficial
Substâncias capazes de reduzir a tensão superficial de um líquido devido à
realização de interações intermoleculares entre as moléculas do líquido e as do
tensoativo.
Essas interações são de natureza diferente das interações entre as próprias moléculas do
líquido
A tensão superficial é uma propriedade que se relaciona com as forças de atração e
repulsão entre as moléculas de um líquido
Quanto maior a atração entre as moléculas, maior a tensão superficial
Alta tensão superficial confere ao líquido maior viscosidade e menor tendência a se
esparramar
Tensão Superficial
Ação dos Tensoativos
As moléculas que constituem o sabão possuem caráter polar e apolar: Dissolvem-
se, interagindo com as fases polares e apolares respectivamente.
A dissolução de um tensoativo causa a redução do número de interações entre as
próprias moléculas do líquido, reduzindo a tensão superficial
Tipos de Tensoativos
Aniônicos: sabões e detergentes
Catiônicos
Não-iônicos
Anfóteros
Tensoativos Aniônicos
O grupo hidrófilo (polar) é um ânion
Há uma ligação de caráter iônico
Formação de dipolo elétrico
O sabão formado pela saponificação possui característica alcalina.
Não atua bem em meio ácido, pois ocorrem reações de neutralização
A polaridade de um lado, e a grande cadeia carbônica (apolar) do outro
lado, possibilita a dissolução de substâncias polares e apolares
simultaneamente.
Poder de limpeza dos sabões e detergentes
Interação com a
águaInteração com gorduras
Atuação de Sabões na Limpeza
Tensoativos Catiônicos
O grupo hidrófilo (polar) é um cátion
O lado polar que interage com a água possui carga positiva
Sais quartenários de amônio
Propriedades germicidas
Utilizados em desinfetantes
Não são utlizados em produtos de limpeza, pois anulam a função dos
tensoativos aniônicos
Tensoativos Não Iônicos
Não apresentam cargas elétricas na molécula
Interagem com a água por meio de ligação de hidrogênio
Complementam a ação dos tensoativos aniônicos na remoção da sujeira
por lavagem, pois não são repelidos pelas fibras do tecido que podem ter
caráter negativo quando molhadas.
Elevado custo de produção
Utilização em produtos cosméticos
Tensoativos Anfóteros
Possuem grupos hidrófilos positivos e negativos na mesma molécula
Geralmente, possuem um ânion carboxilato ligado a uma amina ou um cátion
quartenário de amônio
Utilizados em xampus e cremes cosméticos
Toxicidade dos Tensoativos
Sabões e detergentes possuem baixo grau de toxicidade
Sabões excessivamente alcalinos podem causar irritação na pele
O uso contínuo causa dermatites
Causam irritação da mucosa ocular
Contato prolongado pode causar lesões graves
A ingestão de sabões pode causar vômitos, cólicas abdominais e diarréia
Tensoativos aniônicos são mais tóxicos que sabões
Tensoativos catiônicos são muito tóxicos
Podem causar distúrbios digestivos, hipotensão, confusão mental, fraqueza
muscular, dificuldade respiratória e morte por asfixia
Em contato com a pele, deve ser feita a lavagem imediata com sabão (anula o
efeito catiônico)
Biodegradabilidade dos Sabões
O sabão é considerado biodegradável
Substância que pode ser degrada pela natureza
Moléculas que podem ser decompostas por microorganismos
Não significa que não pode causar danos ao ecossitema
O excesso de material biodegradável nos efluentes gera o aumento das
culturas bacterianas consumidoras: eutrofização da água
Consumo exagerado do oxigênio na água, ocasionando a morte de
microorganismos aeróbios
A partir deste ponto, a degradação é realizada por microorganismos
anaeróbios, que produzem CH4, H2S e NH3 no lugar do CO2 e H2O
Formação exagerada de espuma: pode encobrir a superfície, impedindo a
penetração dos raios solares e a interação da atmosfera com a água (trocas
gasosas)
Pode levar à morte da fauna aquática se for muito severa
Encarece o tratamento do efluente
Biodegradabilidade dos Detergentes
Os primeiros detergentes produzidos (a base de propeno) eram altamente
poluidores
Permanecem ativos nas águas por longos períodos
Influência do tipo de cadeia
Cadeias ramificadas são mais difíceis de serem quebradas pelos
microorganismos
A partir de 1965, tensoativos de estrutura ramificada começaram a ser
proibidos nos países industrializados
Atualmente, quase todos os detergentes produzidos são derivados de alquil-
benzenos ou alquil-éteres lineares, que são biodegradáveis
Dodecil-benzeno sulfonato de sódio, com estutura ramificada
Grupamentos metilas não são degradados por microorganismos
Poluição Causada por Sabões /
Detergentes
Sabão vs. Detergente
A principal diferença está na forma como atuam em águas duras e águas
ácidas
Sabão
(Laurato de sódio)
Detergente
(Lauril-sulfonato de sódio)
Água ácida
Água dura
C11H23C
O
O-Na++H+
C11H23C
O
OH
+ Na+
C11H23C
O
O-Na++Ca+2
+ Na+2[C11H23COO-]2Ca+2
C11H23SO3-Na+ + H+ C11H23SO3H + Na+
2 C11H23SO3-Na+ + Ca+2 [C11H23SO3
-]2Ca+2 + 2 Na+
insolúvel
insolúvel
Perde ação devido à formação de produtos insolúveis
O sabão é sempre biodegradável e produzido a partir de matéria-prima
renovável
Sabão vs. Detergente
Derivados
de Petróleo
Aditivos