Química Aplicada

QAP0001

Licenciatura em Química

Profa. Dra. Carla Dalmolin

carla.dalmolin@udesc.br

carla.dalmolin@gmail.com

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