universidade federal de ouro preto instituto de...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
LEONEL ANTÔNIO DA SILVA NETO
OBTENÇÃO DO ETANOL A PARTIR DA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA DA SACAROSE: UMA PROPOSTA INVESTIGATIVA
PARA O ENSINO DE QUÍMICA
OURO PRETO
2015
1
LEONEL ANTÔNIO DA SILVA NETO
OBTENÇÃO DO ETANOL A PARTIR DA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA DA SACAROSE: UMA PROPOSTA INVESTIGATIVA
PARA O ENSINO DE QUÍMICA
Trabalho de conclusão de curso
apresentado como requisito parcial à
conclusão da disciplina Estágio
Supervisionado IV, sob a orientação da
professora Andréa Mendes do
Nascimento e Alceni Augusta Werle como
co-orientadora.
OURO PRETO
2015
2
Agradecimentos
Agradeço a Deus por ter me concedido saúde е força para superar as
dificuldades e Nossa Senhora Aparecida por ter intermediado em meus
pedidos.
À minha mãe, Maria do Carmo, minha esposa Lucia, meus filhos,
irmãos, e a toda minha família que, com muito carinho e apoio, não mediram
esforços para que eu chegasse até esta etapa de minha vida.
Aos meus amigos e colegas técnicos-administrativos do Departamento
de Química e aos demais da instituição pelo incentivo e apoio constante nessa
caminhada.
À minha professora orientadora, Andréa, pelo auxilio, disponibilidade de
tempo, sempre com uma simpatia contagiante e pelo modo que conduziu esse
trabalho serei eternamente grato.
À minha professora co-orientadora, Alceni, que com sabedoria soube
guiar meus passos e os pensamentos para o alcance de meus objetivos.
Aos professores que atuam no laboratório de Química Orgânica por
terem colaborado com meus estudos durante horário de trabalho e aos demais
professores do curso que foram importantes na minha vida acadêmica e no
desenvolvimento desse trabalho de conclusão de curso.
3
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS......................................................................... 05
RESUMO........................................................................................... 06
ABSTRACT....................................................................................... 07
1. INTRODUÇAO.................................................................................. 08
1.1 Trabalhos práticos investigativos no ensino de ciências................... 08
1.2 Carboidratos...................................................................................... 09
1.3 Fermentados alcoólicos..................................................................... 13
1.4 Etanol................................................................................................. 14
1.4.1 Etanol como combustível................................................................... 14
1.4.2 Histórico do etanol em bebidas......................................................... 15
1.4.3 Etanol como droga............................................................................ 18
2. OBJETIVOS...................................................................................... 22
3. JUSTIFICATIVA................................................................................ 23
4. METODOLOGIA................................................................................ 24
4.1 Aparelhagem para destilação simples alternativa............................. 27
4.1.1 Material para construção do aparelho............................................... 27
4.1.2 Confecção do condensador para destilação..................................... 27
4.1.3 Confecção do frasco para destilação......................................... 27
4.1.4 Destilação. ........................................................................................ 28
5. MATERIAL DO PROFESSOR.......................................................... 29
5.1 Objetivo da proposta didática............................................................ 29
5.2 Organização da estratégia didática................................................... 29
6. MATERIAL DO ALUNO.................................................................... 31
6.1 Atividade 1......................................................................................... 31
6.1.1 Objetivo.............................................................................................. 31
6.1.2 Metodologia....................................................................................... 31
6.1.3 Avaliação da atividade prática........................................................... 31
6.2 Atividade 2......................................................................................... 32
6.2.1 Objetivo.............................................................................................. 32
6.2.2 Metodologia...................................................................................... 32
6.2.3 Avaliação da atividade prática........................................................... 32
6.3 Atividade 3......................................................................................... 33
6.3.1 Objetivo.............................................................................................. 33
6.3.2 Introdução.......................................................................................... 33
4
6.3.3 Metodologia 35
6.3.4 Avaliação da atividade prática........................................................... 35
6.4 Atividade 4......................................................................................... 36
6.4.1. Objetivo.............................................................................................. 36
6.4.2 Introdução.......................................................................................... 36
6.4.3 Metodologia 37
6.44 Avaliação da atividade prática........................................................... 38
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS.............................................................. 39
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................. 40
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 −−−− Estrutura do gliceraldeído e diidroxiacetona. Fonte:
Solomons e Fryhle, 2006......................................................
10
Figura 2 −−−− Representações lineares de monossacarídeos comuns.
Fonte: Marzzoco e Torres, 2007...........................................
11
Figura 3 −−−− Formas alfa e beta da glicose. Fonte: Marzzoco e Torres,
2007......................................................................................
11
Figura 4 −−−− Estrutura de hemiacetal e hemicetal. Fonte: Marzzoco e
Torres, 2007..........................................................................
12
Figura 5 −−−− Estrutura da celulose. Fonte: Solomons e Fryhle, 2006....... 12
Figura 6 −−−− Estrutura do glicogênio. Fonte: Solomons e Fryhle, 2006.... 12
Figura 7 −−−− Fermentação do mosto (garapa). Fonte: Própria.................. 25
Figura 8 −−−− Precipitação do BaCO3. Fonte: Própria................................ 26
Figura 9 −−−− Destilação do mosto. Fonte: Própria..................................... 26
Figura 10 −−−− Oxidação do álcool. Fonte: Própria....................................... 38
6
RESUMO
Esse projeto foi desenvolvido com a intenção de procurar minimizar um
dos grandes problemas enfrentados nas escolas públicas de nosso país, que é
a falta de estrutura. Pretendemos com esse projeto incentivar alunos e
professores a criar novas ferramentas alternativas de laboratório que possam
contribuir para o bom andamento e despertar o desejo pelo conhecimento
científico investigativo nas experimentações. A criação da aparelhagem que
apresentamos é de simples confecção e poderá ser produzida pelos alunos
com a ajuda do professor. O material utilizado é de fácil aquisição e pode ser
encontrado em depósitos de materiais de construção ou lojas do gênero.
Apresentamos também em nossa proposta uma análise sobre o álcool como
combustível limpo que não emite poluentes para atmosfera e ao mesmo tempo
como um vilão da sociedade pelos problemas causados atuando como droga.
O presente trabalho de conclusão de curso refere-se a uma proposta
alternativa para atividade experimental investigativa no Ensino de Ciências,
destinada a alunos do ensino médio. Trata-se de um experimento de obtenção
do etanol a partir da fermentação alcoólica da sacarose, utilizando-se materiais
alternativos disponíveis.
Palavras- chave: material alternativo, álcool como combustível e droga.
7
ABSTRACT
This project was developed with the intention of seeking to overcome one
of the great problems facing public schools in Brazil, lack of resources and poor
infrastructure. The intention of this project is also to encourage students and
teachers to create new alternative lab setups that can contribute to the smooth
running and awaken the desire for investigative scientific knowledge. The
material used is easy to purchase and can be found in building material
deposits or similar DIY stores. We also present a proposal for the analysis of
alcohol as a clean fuel that emits no pollutants into the atmosphere and at the
same time as a culprit in society for the drug related problems. This final year
project aims to develop an investigative experimental activity in science
education for high school students. The student activity involves an ethanol
synthesis experiment by alcoholic fermentation of sucrose using alternative
available materials.
Password: alternative material, fuel, alcohol and drugs
8
1. INTRODUÇÃO
1.1 Trabalhos práticos investigativos no ensino de ciências
De acordo com Gonçalves e Marques (2012), há uma predominância em
um discurso simplista a cerca da experimentação, entre professores de
ciências naturais, caracterizado, por exemplo, pela presença de uma visão
empirista-indutivista da ciência. Desta maneira, surge a necessidade de discutir
os processos de formação de professores no enfrentamento desse problema,
não restrita aos docentes da educação básica, mas que envolve também os
professores da educação superior (Gonçalves e Marques, 2012).
Pesquisas referente a experimentação no ensino ciências parece estar
mais centralizada na educação básica do que na educação superior, devido o
ensino superior em Química não ter sido investigado com mais afinco no
panorama nacional. A explicação para essa tendência pode estar relacionada
com o fato de que as atividades experimentais estarem praticamente ausentes
no ensino fundamental e médio das escolas brasileiras. Isso é um problema a
ser enfrentado, sobretudo, por meio de propostas estimulantes de sua
anexação em sala de aula. Há uma intensidade de experimentos na educação
superior, porém, nem sempre os estudantes conseguem absorver esses
conhecimentos desenvolvidos nos experimentos, por isso a experimentação
por investigação no ensino de ciências seria mais proveitoso. Em síntese, a
ausência da experimentação na educação básica e o modo como é produzida
nas áreas destinadas a educação são aspectos a serem abordados pelos
docentes e pelas pesquisas em ensino de ciências. As atividades
experimentais na educação superior também precisam ser reconhecidas como
um problema (Gonçalves e Marques, 2012).
Um dos problemas verificados nos trabalhos práticos é atribuído a seu
caráter fechado, ou seja, é apresentado um roteiro em que os estudantes
devem seguir, sem que eles possam discutir qual o objetivo do trabalho
proposto e como ele pode ser resolvido (Caamaño, 2002).
Para uma proposta de ensino por investigação, não podemos utilizar o
título problema inadequadamente. Da mesma forma que aparece nos livros
didáticos, normalmente com exercícios de aplicação operacional e não
investigativo que precisaria aplicar a metodologia científica (Gil e Torregrosa,
1987 apud Azevedo et al., 2004). É importante apresentar aos alunos
9
problemas para serem resolvidos, pois essa é a realidade dos trabalhos
científicos em todo o mundo (Azevedo et al., 2004).
Pesquisas em ensino mostram que os estudantes aprendem mais sobre
ciência e desenvolvem melhor seus conhecimentos conceituais quando
participam de investigações científicas, semelhantes às feitas nos laboratórios
de pesquisa (Hodson, 1992 apud Azevedo et al., 2004). As investigações, tanto
podem ser resolvidas em trabalhos práticos de laboratório como de problemas
de lápis e papel (Azevedo et al., 2004).
É preciso que sejam realizadas diferentes atividades, que devem estar
acompanhadas de situações problema, que possa haver questionamentos e
diálogos, envolvendo a resolução do mesmo, levando à utilização de conceitos
para que os alunos possam construir seu conhecimento e tendo a oportunidade
de agir (Carvalho et al., 1995 apud Azevedo et al., 2004).
Para que uma atividade possa ser considerada investigativa, o aluno não
deve se limitar apenas ao trabalho de manipulação ou observação, ele deverá:
refletir, discutir, explicar, relatar e também conter características de um trabalho
científico (Azevedo et al., 2004).
A investigação tem que fazer sentido para o aluno, de modo que ele
saiba o porquê de estar investigando o fenômeno a ele apresentado. Para isso,
é fundamental que o professor apresente um problema sobre o que está sendo
estudado. A criação de uma questão problema como ponto de partida é um
aspecto fundamental para a criação de um novo conhecimento (Bachelard,
1996 apud Azevedo et al., 2004)
Na realização dos processos químicos os cuidados relacionados à
segurança e ao “meio ambiente” são exemplos de atitudes a serem ensinadas
durante as atividades experimentais. É necessário aprender a respeitar o “meio
ambiente”, pois, é um conteúdo que deve ser ensinado nas diferentes áreas da
química. Portanto, o ensino de química não se restringe ao ensino de
conteúdos puramente conceituais (Gonçalves e Marques, 2012).
1.2 Carboidratos
Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na natureza.
Bastante diversificadas, as funções dos carboidratos incluem a sustentação
(celulose, nos vegetais) e a reserva (glicogênio nos animais, amido nos
vegetais), além de formarem os glicolipídeos e as glicoproteínas, componentes
10
de membranas (Marzzoco e Torres, 2007). Eles também são componentes
estruturais de vários organismos, como o exoesqueleto de muitos insetos, a
parede celular de bactérias, e as fibras de celulose das plantas (Champe et al.,
2006). Essa classe de compostos recebeu o nome geral de “hidratos de
carbonos”, porque possuem a fórmula Cx(H2O)y. Este conceito foi abandonado,
mas o nome se manteve (Solomons e Fryhle, 2006).
Nos dias atuais, foi estabelecido que, carboidratos são aldeídos e
cetonas poliidroxilados, ou substâncias que, quando hidrolisadas, dão origem à
estes compostos. Carboidratos simples são chamados de açúcares ou
sacarídeos. Assim, a sacarose; é o açúcar de mesa comum; a glicose, é o
açúcar principal do sangue; a frutose, é o açúcar presente nas frutas e no mel;
e a maltose é o açúcar de malte (Solomons e Fryhle, 2006).
Quando não podem ser hidrolisados em carboidratos ainda mais simples
são chamados monossacarídeos. São designados dissacarídeos,
trissacarídeos, etc, quando sofrem hidrólise para fornecer duas, três, etc,
moléculas de monossacarídeos. Conforme o número de átomos de carbono, os
monossacarídeos são chamados trioses, tetroses, pentoses ou heptoses.
Existem duas trioses: o gliceraldeído, uma aldotriose, e a diidroxiacetona, uma
cetotriose (Figura 1). O gliceraldeído apresenta um carbono assimétrico (C∗),
dando origem a dois isômeros: D e L. Outros monossacarídeos derivam-se
dessas duas trioses; sendo que, os mais importantes em termos biológicos
apresentam configuração D, ou seja, têm a hidroxila do carbono assimétrico
mais distante do carbono 1 (da carbonila) em posição idêntica à do D-
gliceraldeído. A Figura 2 apresenta alguns dos monossacarídeos mais comuns
em representações lineares (Marzzoco e Torres, 2007).
Figura 1 – Estrutura do gliceraldeído e diidroxiacetona
CHO
C
CH2OH
OHH
CH2OH
C
CH2OH
Gliceraldeído(uma aldotriose)
*
Diidroxiacetona(uma cetotriose)
O
Fonte: Solomons e Fryhle, 2006.
11
Figura 2 – Representações lineares de monossacarídeos comuns.
Fonte: Marzzoco e Torres, 2007.
Essas representações lineares são apenas didáticas, uma vez que as
ligações entre os carbonos não têm ângulos de 180°. Na realidade, as
hidroxilas se aproximam do grupo carbonila (C=O), resultado de “dobramentos”
da cadeia de carbonos. Esta aproximação faz com que ocorra uma reação
entre estes dois grupos, resultando numa estrutura cíclica, presente em todos
monossacarídeos com mais de quatro átomos de carbono. Na molécula de
glicose, a ligação é feita com a hidroxila ligada ao carbono 5, ficando o carbono
6 excluído do anel. Na estrutura resultante, o carbono torna-se assimétrico,
possibilitando a existência de dois isômeros, nos quais a hidroxila ligada a esse
carbono pode ficar situada abaixo ou acima do plano do anel e são designadas
alfa e beta (Figura 3), respectivamente (Marzzoco e Torres, 2007).
Figura 3 – Formas alfa e beta da glicose.
Beta
. Fonte: Marzzoco e Torres, 2007.
As formas alfa, beta e aberta mantêm-se em equilíbrio nas soluções,
havendo grande predomínio das formas cíclicas sobre a forma aberta, que
12
aparece em pequena proporção, menos de 1%. Álcoois podem reagir
reversivelmente com o grupo carbonila de aldeídos ou cetonas formando
hemiacetais ou hemicetais (Figura 4), respectivamente (Marzzoco e Torres,
2007).
Figura 4 – Estrutura de hemiacetal e hemicetal.
Fonte: Marzzoco e Torres, 2007.
Polissacarídeos são polímeros constituídos de centenas ou milhares de
resíduos de monossacarídeos, mais comumente a glicose. Podem formar
cadeias lineares, como na celulose (Figura 5), ou cadeias ramificadas, como no
amido e no glicogênio (Figura 6). Na celulose, as unidades de glicose são
unidas por ligações glicosídicas entre os carbonos 1 (com configuração β) e 4:
ligações β-1,4. O amido e o glicogênio contêm cadeias similares, com grau de
ramificação maior no glicogênio (Marzzoco e Torres, 2007)
Figura 5 – Estrutura da celulose
Fonte: Solomons e Fryhle, 2006.
Figura 6 – Estrutura do glicogênio.
Fonte: Solomons e Fryhle, 2006.
13
O amido é o carboidrato mais abundante da dieta dos seres humanos,
seguido por sacarose e lactose. Consequentemente, o principal produto da
digestão dos carboidratos é a glicose, seguido por pequenas quantidades de
frutose e galactose. Carboidratos componentes de fibras dietéticas, como
celulose, por exemplo, não podem ser digeridos pelos seres humanos, que não
dispõe de enzimas capazes de catalisar a hidrólise das ligações β-1,4 deste
polissacarídeo. Apesar disto, a presença de fibras na alimentação resulta em
efeitos fisiológicos benéficos (Marzzoco e Torres, 2007).
1.3 Fermentados alcoólicos
A fermentação de bebidas é o resultado da ação de micro-organismos,
leveduras ou bactérias, que transformam os açúcares contidos em diversas
plantas em álcool. Portanto, é um processo bioquímico natural a obtenção de
álcool a partir da fermentação de vegetais. A palavra fermentação vem do latim
fervere, que significa ferver (Carneiro, 2005).
Podemos chamar genericamente de vinhos, todos os sucos de frutas
fermentadas, embora a primeira ideia a respeito do vinho seja apenas o
fermentado do suco de uvas. O mesmo raciocínio é empregado para cerveja,
que são todos os fermentados de fontes de amido, ou seja, de grãos de cereais
ou de tubérculos. Por conseguinte, a cerveja é um fermentado alcoólico obtido
de cereais maltados, especialmente cevada, acrescido de lúpulo. Os
fermentados de frutas e as seivas das árvores são denominados hidroméis
(Carneiro, 2005).
Os fermentados dos vegetais tradicionais são das mais variadas fontes,
existindo verdadeiros complexos culturais em torno de algumas plantas e seus
subprodutos. Entre os mais importantes, estão: a mandioca, na América
tropical; palmeiras, em varias regiões da África, Ásia, Oceania e América;
agaves, no México; e as seivas de grandes árvores de bosques temperados,
como a bétula, o carvalho e, especialmente, o bordo. O mel das abelhas é um
importante produto fermentável tradicional, do qual se produz o hidromel,
sendo uma das primeiras bebidas alcoólicas utilizadas em muitas regiões do
mundo (Carneiro, 2005).
Saquê é um fermentado de arroz originário da China que alcançou a
Coréia e o Japão, onde se tornou a bebida nacional. Dos resíduos da
14
fermentação do saquê é produzida uma aguardente chamada shochu ou soju
(Carneiro, 2005).
Além da fermentação alcoólica, existem também fermentações ácidas
(láctica, propiônica e acética), extremamente importantes na feitura de diversos
alimentos e bebidas, tais como: iogurte, kefir, kumis, os queijos, os pães, o
repolho (chucrute), picles entre outros. Além de sua utilidade prática na
transformação e conservação dos alimentos, possuem virtudes nutricionais,
fornecendo aminoácidos essenciais e ajuda a flora intestinal (Carneiro, 2005).
O vinho é mencionado no novo testamento cristão de forma mais suave
do que a severidade do antigo testamento judaico. Quando se bebe com
moderação o vinho é a vida e a alegria do homem. As mulheres, os padres e
os judeus não podiam beber, pois, eram considerados mais frágeis. Tinham
que manter sua reputação intocável, pois, eram considerados dependentes da
credibilidade alheia (Carneiro, 2005).
1.4 Etanol
1.4.1 Etanol como combustível
A cana-de-açúcar foi introduzida no período colonial, e se transformou
em uma das principais culturas da economia brasileira. O Brasil não é apenas o
maior produtor de cana, mas também o primeiro do mundo na produção de
açúcar e etanol conquistando, cada vez mais, o mercado externo com o uso do
biocombustível como alternativa energética (Ministério da Agricultura, 2014).
As projeções para os próximos anos, referente ao consumo interno de
etanol, produzido a partir da cana-de-açúcar no Brasil, são positivas. A
produção de 2019 foi de 58,8 bilhões de litros, mais que o dobro da registrada
em 2008. O consumo interno estima-se em 50 bilhões de litros e as
exportações em 8,8 bilhões. O setor sucroalcooleiro brasileiro é referência para
os demais países produtores (Ministério da Agricultura, 2014).
O Brasil possui terras cultiváveis para o plantio da cana, sem prejuízo
dos outros alimentos. Possui tecnologia de produção e estrutura na
distribuição. O Brasil domina o clico completo da produção de etanol, desde os
canaviais de alta produtividade até a instalação dos equipamentos para as
destilarias que geram esse biocombustível, a partir da fermentação do caldo
extraído da cana-de-açúcar.
15
Um dos principais temas de discussão no mundo moderno é o papel da
energia para sobrevivência e desenvolvimento da civilização humana, sem o
risco de dano ao ambiente por uso indiscriminado de energia. A energia pode
ser gerada em usinas atômicas e usinas hidroelétricas, mas boa parte da
energia utilizada hoje é proveniente da queima de combustíveis fósseis
(gasolina, gás natural) que não são recursos renováveis, isto é, são as fontes
de energia que dependem de processos que duram bilhões de anos para sua
formação e futuramente estarão esgotados. Já o etanol, é renovável, pois se
pode plantar mais cana e produzir mais etanol (Luz, 2014).
1.4.2 Histórico do etanol em bebidas
A sede é mais mortal do que a fome. Sem comida, você pode sobreviver
algumas semanas, mas sem bebida talvez alguns dias. Somente a respiração é
mais importante (Standage, 2005).
Há milhares de anos, os primeiros homens, que andavam em pequenos
bandos, tinham que permanecer perto de rios, correntes e lagos para garantir o
acesso à água fresca, já que não tinham conhecimento como armazenar ou
carregar a água. Desde essa época, as bebidas passaram a moldar nossa
história. Nos últimos dez mil anos outras bebidas surgiram, entretanto,
nenhuma dela está disponível na natureza em qualquer quantidade, e todas
têm que ser produzidas previamente. As muitas bebidas têm sido usadas como
moeda de troca, em rituais religiosos, como símbolos políticos, para ressaltar o
poder e o posicionamento da elite ou para dominar e tranquilizar os oprimidos,
para festejar as mais variadas datas, tais como: o nascimento, homenagear
mortos, iniciar e fortalecer relacionamentos sociais, fechar transações
comerciais, etc (Standage, 2005).
As diferentes bebidas atingiram destaque em momentos, lugares e em
diversas culturas, desde as aldeias da Idade da Pedra até os salões de festas
na Grécia antiga. Em alguns casos, a bebida chegou a influenciar o rumo da
História.
Assim como os arqueólogos estabelecem períodos históricos com base no uso de materiais diferentes Idade da Pedra, Idade do Bronze, Idade do Ferro e assim por diante – também é possível dividir a história do mundo em períodos dominados por certas bebidas (Standage, 2005).
16
A cerveja, vinho, destilados, café, chá e colas explicam o fluxo da
história mundial. Três delas contêm álcool e três contêm cafeína. Elas têm algo
em comum que é o fato de que cada uma delas ter sido importante durante
determinado período histórico, desde a antiguidade até os dias de hoje
(Standage, 2005).
A atividade agrícola colocou a humanidade no caminho em direção à
modernidade, começando com a produção doméstica de cereais. Fato que
ocorreu primeiramente no Oriente há cerca de dez mil anos e surgindo uma
forma rudimentar de cerveja a partir de um excedente de cereais. Uma
pequena parcela da população não precisou trabalhar nos campos e
possibilitou o surgimento de padres, administradores, escribas e artesãos
especializados. Além de a cerveja alimentar os habitantes das primeiras
cidades e os autores dos primeiros documentos escritos, também os salários e
gratificações eram pagos com pão e cerveja. Os cereais eram à base da
economia (Standage, 2005).
O vinho foi a fonte essencial da civilização mediterrânea e a base de um
vasto comércio marítimo que ajudou os gregos a espalhar suas ideias por todo
mundo. A política, a poesia e a filosofia eram discutidas em festas formais com
bebidas, nas quais os participantes tomavam uma grande taça de vinho diluído.
O costume de beber vinho continuou com os romanos (Standage, 2005).
Ao final do primeiro milênio, a maior e mais culta cidade da Europa
ocidental era Córdoba, capital da Andaluzia árabe, localizada no que
atualmente corresponde ao sul da Espanha. Córdoba era um dos grandes
centros de conhecimentos dentro do mundo árabe. Os árabes desenvolveram a
álgebra, o sistema numérico, foram os primeiros no uso de anestésicos e
inventaram novas técnicas de navegação apoiadas na bússola magnética
(inventada pelos Chineses), na trigonometria e em cartas náuticas. Eles
também aprimoraram e popularizaram uma técnica que deu origem a uma nova
categoria de bebidas: a destilação (Standage, 2005).
Este processo envolve vaporizar e depois condensar, a fim de separar e
purificar suas partes constituintes. Um aparelho de destilação simples foi
encontrado ao norte da Mesopotâmia por volta do quarto milênio a.C. Gregos e
romanos também possuíam familiaridade com a técnica. Aristóteles, por
17
exemplo, notou que o vapor condensado pela ebulição da água salgada não
era salgado.
A destilação foi aplicada ao vinho, pelo acadêmico árabe, Jabir Ibn
Hayyan, do século VIII d.C., o qual inventou uma forma aprimorada para o
conjunto da destilação ou alambique (Standage, 2005).
A destilação do vinho faz com que ele fique muito mais forte, porque o
ponto de ebulição do álcool (78°C) é mais baixo que o da água (100°C). Ao
aquecer o vinho lentamente, o vapor começa a subir de sua superfície muito
antes de o líquido começar a ebulir. Devido a esse ponto de ebulição ser mais
baixo, o vapor contém proporcionalmente mais álcool e menos água do que o
líquido original. Ao se condensar, torna-se um líquido de teor alcoólico bem
mais alto. Porém, o teor de álcool pode ser aumentado pela redestilação
repetida (destilação fracionada) (Standage, 2005).
As novas bebidas destiladas tornaram-se dominantes durante a era das
explorações, pois os exploradores europeus podiam transportar o álcool a
bordo de navios preservando sua qualidade e encontrando uma série de outros
usos. Essas bebidas transformaram-se em mercadorias de magnitude
econômica e sua taxação e controle tornaram-se assuntos de grande
relevância política. Bebidas tais como conhaque, rum e uísque eram usadas
como moeda para comprar escravos e tornaram-se populares nas colônias
norte-americanas, nas quais desempenharam um papel politicamente
importante na criação dos Estados Unidos (Standage, 2005).
Um dos principais europeus a fazer experiências com o processo de
destilação foi o alquimista italiano do século XII Michael Salerno, que tomou
conhecimento dela através de textos árabes.
O vinho era amplamente usado como remédio. Arnaldo de Villanova,
professor da escola francesa de medicina em Montpellier, era um dos que mais
acreditavam no poder terapêutico do vinho destilado e que formulou instruções
para se destilar vinho por volta de 1300. Segundo ele:
“A verdadeira água da vida irá juntar-se em pingos preciosos, os
quais, sendo purificados por três ou quatro sucessivas destilações,
irão proporcionar a maravilhosa quintessência do vinho. Pois seria
uma água da imortalidade. Prolonga a vida, elimina o mau humor,
renova o coração e mantem à juventude” (Standage, 2005).
18
O vinho destilado tem um teor de álcool muito mais elevado do que
qualquer bebida que possa ser produzida pela fermentação natural. Mesmo as
leveduras mais resistentes não toleram teor alcoólico superior a 15%, o que
determina um limite natural para a força das bebidas fermentadas. A destilação
permitiu ultrapassar esse limite.
As bebidas tiveram uma conexão com o decorrer da História bem maior
do que geralmente se reconhece. A história das bebidas alcoólicas e das
drogas remete a um terreno pouco conhecido da história das sociedades
humanas: o da cultura e vida material (Carneiro, 2005).
1.4.3 Etanol como droga
As drogas são definidas como toda substância natural ou não, que
modificam as funções normais de um organismo. Também são chamadas de
entorpecentes ou narcóticos. A maioria das drogas são produzidas a partir de
plantas, como a maconha (Cannabis sativa), e o Ópio, proveniente da flor da
papoula. Outras são produzidas em laboratórios como o Ecstasy e o LSD. A
maioria causa dependência Química ou Psicológica, e podem levar a morte em
caso de overdoses. Nas áreas de Medicina e Farmacologia, droga é qualquer
substância que previne ou cura doenças ao causar alterações fisiológicas nos
organismos.
A Organização Mundial da Saúde demonstra que o maior dano à saúde
pública mundial no século XX foi causado pelo tabaco, seguido pelo álcool. O
tabaco sozinho matou mais do que todas as guerras. Estima-se em cinco
milhões de mortos por ano, o que totalizaria meio bilhão em todo o século
(Carneiro, 2005).
O etanol, também conhecido como álcool etílico, está presente nas
diversas bebidas alcoólicas, cujo consumo está alastrado por todo o mundo, e
dificilmente é considerado como droga pelas pessoas. O excesso no consumo
de bebidas alcoólicas leva ao vício e os danos causados pelo álcool atingem
um imenso setor da população causando: a cirrose, problemas mentais, crise
de violência, especialmente doméstica, além de colaborar para causar a maior
parte dos acidentes de tráfego. O alcoolismo é um dos grandes problemas
sociais enfrentados por organismos de saúde, governamentais e não
governamentais, em todo o mundo. O alcoolismo pode causar a morte
(Mortimer e Horta, 2011).
19
Dirigir alcoolizado muitas vezes produz consequências fatais, e muitas
vezes as vitimas não são apenas os motoristas alcoolizados, mas também a
pessoas alheias a situação. A dosagem excessiva de álcool no sangue reduz a
percepção, lentidão dos reflexos e a consciência do perigo. (Mortimer e Horta,
2005).
A lei Nº 9.503, de 23 de setembro de 1997 institui o Código de Trânsito
Brasileiro que define como infração dirigir sob a influência de álcool ou de
qualquer outra substância psicoativa que determine dependência como
infração gravíssima no seu artigo 165
Art. 165. Dirigir sob influência de álcool, em nível superior a
seis decigramas por litro de sangue, ou de qualquer substância
entorpecente ou que determine dependência física ou psíquica.
Infração_ gravíssima; penalidade-multa e suspensão do direito de
dirigir; medida administrativa - retenção do veículo até a
apresentação de condutor habilitado e recolhimento do documento de
habilitação. (Código de Trânsito Brasileiro capítulo das infrações).
A presença do álcool no sangue é detectada cinco minutos após a
ingestão da bebida e a concentração máxima no sangue é atingida trinta a
noventa minutos após sua ingestão. As taxas de metabolismo variam de
pessoa para pessoa, os valores estabelecidos no Código Nacional de Trânsito
correspondem a uma média. Tomar leite ou comer alimentos gordurosos
dificulta a absorção do álcool pelo organismo, enquanto beber água a facilita.
Após entrar na corrente sanguínea, o álcool é distribuído pelo sistema
circulatório por todo o organismo, podendo ser detectado por meio do
bafômetro (Mortimer e Horta, 2005).
O álcool é eliminado após ser metabolizado no fígado, onde é
inicialmente oxidado a aldeído acético (etanal), substância então oxidada a
ácido acético, o qual finalmente é transformado em gás carbônico (CO2) e
água. O gosto desagradável na boca das pessoas com ressaca de bebida
alcoólica são os produtos finais dessa oxidação, o aldeído e o ácido acético.
Café forte e banho frio não aceleram o metabolismo do etanol no organismo
humano (Mortimer e Horta, 2005).
20
Mas os significados culturais das bebidas alcoólicas não se reduzem a
seus efeitos negativos. Existe uma cultura das drogas muito mais ampla do que
os sinais de incidência de doenças ou enfermidades relacionadas a elas. Em
todas as formas de celebração, de festa, de convívio social o álcool costuma
estar presente (Carneiro, 2005).
O conceito de droga possui vários significados. Seus significados abrangem tudo que se ingere e que não constitui alimento, embora alguns alimentos também possam ser designados como drogas: bebidas alcoólicas, especiarias, tabaco, açúcar, chá, café, chocolate, mate, guaraná, ópio, cânhamo, assim como inúmeras outras plantas e remédios (Carneiro, 2005).
Outros produtos, como adoçantes artificiais, ou intensificadores de
sabor, também são substancias que flutuam entre os campos conceituais do
alimento e da droga (Carneiro, 2005).
Drogas psicoativas podem agir como remédios ou venenos, alimentos ou bebidas, analgésicos ou anestésicos, eutanásicos ou instrumentos para sonhar, divindades ou demônios. Seus usos abrangem o nascimento e a morte, o prazer e a dor, o desejo e a necessidade, o vício e o hábito. Podem despertar e estimular a vigília ou adormecer e acalmar o ânimo. Abrem o apetite ou tiram a fome. São atiçadores da sexualidade ou anuladoras da excitação. Seus usos múltiplos alimentam e espelham a alma humana (Carneiro, 2005).
As bebidas alcoólicas obtidas através da fermentação são as mais
comuns entre as drogas, por sua fácil obtenção de diferentes matérias-primas.
O tráfico de álcool existe a milênios, especialmente do vinho, no mundo
mediterrânico que, a partir do século XVI, se ampliou e se expandiu em grande
quantidade com a emergência dos destilados.
A cachaça se incorporou às dietas dos povos indígenas africanos,
americanos e orientais tornou-a um gênero de primeira necessidade. Um
alimento-droga, consumido com a comida, para aquietação da dor e o
entusiasmo da festa (Carneiro, 2005).
A constituição da ciência da subjetividade humana, a psicologia, irá ter diante do álcool, assim como de outras drogas, o desafio de responder a questões epistemológicas centrais para a delimitação do campo desta ciência: qual a natureza da consciência da embriaguez com a consciência? O álcool como questão filosófica evoca o debate sobre a natureza de suas influências na mente humana e dos estados alterados de consciência por ele produzidos (Carneiro, 2005).
As medidas repressivas de controle jurídico-policial, no transcorrer do
século XX se tornaram políticas estatais subordinadas às determinações da
“guerra contra as drogas” proveniente dos governos norte-americanos,
21
tentando suprir os mecanismos de controle autossuficiente, individuais e
comunitários, que existiram em outras épocas anteriores à legislação
internacional de proibição e erradicação de determinadas plantas (Carneiro,
2005).
22
2. OBJETIVOS
Elaborar um material investigativo (didático), utilizando materiais
alternativos disponíveis, que possa ser usado por professores de ensino médio
para a obtenção do etanol a partir da fermentação alcoólica da sacarose, com o
intuito de trabalhar com os alunos conteúdos físicos e químicos.
Para tal, o etanol foi obtido por processo de fermentação alcoólica
utilizando-se o caldo de cana (garapa), fermento de pão (fermento biológico)
como fonte de Saccharomyces cerevisiae, e solução de hidróxido de bário
(para monitorar a fermentação com a produção de CO2). A obtenção do etanol
por fermentação foi o primeiro passo para a posterior destilação do mesmo,
aonde a elaboração do material didático irá se inserir: criação de um material
alternativo para destilação.
Dentro deste tema, podem ser estudados conceitos como reações
químicas, mudanças de fases de substâncias, purificação de substâncias
líquidas, etc. Este tema também pode levar os alunos a pensarem, discutirem,
justificarem suas ideias e aplicarem seus conhecimentos em situações novas,
usando os conhecimentos teóricos e práticos.
23
3. JUSTIFICATIVA
A educação é a base de uma sociedade visando o desenvolvimento das
pessoas para o exercício da cidadania e do trabalho. Segundo o Plano
Nacional de Educação todas as escolas públicas de Educação Básica
deveriam ter os seguintes itens de infraestrutura: água tratada, saneamento
básico, energia elétrica, acesso à internet, acessibilidade à pessoa com
deficiência; bibliotecas; espaços para prática esportiva; acesso a bens culturais
e à arte; equipamentos e laboratórios de ciências. Mas, não é o que acontece
nas escolas, pois as mesmas estão sucateadas. Parece que nossos
governantes não se preocupam com esse direito do povo que é garantido em
nossa constituiução.
Analisando esses problemas surgiu a ideia da substituição de uma
aparelhagem convencional adquirida por um custo elevado por outra com a
mesma eficiência, de fácil confecção e barata, que o professor juntamente com
seus alunos poderão construir. O material para construção dessa aparelhagem
pode ser encontrado em deposito de materiais de construção ou em outras
casas do gênero e custará em torno de R$ 70 e o experimento poderá ser
realizado em sala de aula. Neste contexto, o professor precisa de equipamento
para desenvolver o seu trabalho através de um processo investigativo que vai
estimular os estudantes a aprenderem mais sobre ciências e desenvolverem
seus conhecimentos práticos e teóricos. O processo investigativo vai mostrar o
álcool como combustível e droga e o alcoolismo como um dos grandes
problemas sociais enfrentados por órgãos governamentais e não
governamentais em todo o mundo (Mortimer e Horta, 2005).
24
4. METODOLOGIA
A metodologia empregada foi a utilizada por Campos et al. (2012), com
algumas modificações. Foi utilizado caldo de cana e foi preparado 1,5 litros de
mosto. A garapa utilizada possuía pH = 4, medido através de papel de pH e um
teor de sólidos solúveis de 21° Brix medido pelo refratômetro.
O grau Brix é uma escala numérica que mede a quantidade de sólidos
solúveis (açúcar ou sacarose) na cana-de-açúcar. Também pode ser
considerado como grau de doçura. Quanto mais alto o grau Brix maior a doçura
e a qualidade. O refratômetro é o aparelho utilizado para medir os sólidos
solúveis.
Foi feita uma diluição para 14°Brix utilizando água para diminuir a
concentração de sacarose e facilitar na fermentação, de acordo com a equação
abaixo.
°Brix . V = °Brix . V
21°Brix . V = 14°Brix . 1500 mL
V = 14°Brix . 1500 mL/ 21 °Brix
V = 1000 mL de garapa + 500 mL de água.
O mosto foi fermentado em um balão de fundo redondo de 2000 mL com
saída lateral, com 30g de fermento de pão (fermento biológico) da marca
Fleischmann, seco instantâneo, ideal para pães e pizzas comprado em
supermercado como fonte de S.cerevisiae (Figura 7). A fermentação também
poderá ser realizada no próprio frasco de destilação. Neste balão ocorreu a
transformação dos açúcares em etanol e dióxido de carbono, com o auxílio de
uma enzima sintetizada pelo micro-organismo, a invertase, conforme reação
abaixo.
Em uma etapa seguinte, outra enzima sintetizada pelo micro-organismo
(S.cerevisiae) catalisou a reação e transformou a glicose e frutose em etanol e
gás carbônico, como representado na equação abaixo:
25
Figura 7 – Fermentação do mosto (garapa).
Fonte: Própria.
No balão de fundo redondo com saída lateral foi adaptada uma
mangueira de látex com um tubo de vidro em forma de capilar para observar e
acompanhar a reação química através do borbulhamento do gás carbônico que
foi coletado em vários tubos de ensaio contendo solução aquosa de hidróxido
de bário. A reação entre o gás carbônico coletado e o hidróxido de bário
contido no tubo de ensaio levou à formação de um precipitado branco de
carbonato de bário (Figura 8), de acordo com a equação abaixo.
26
Figura 8 – Precipitação do BaCO3
Fonte: Própria.
A fermentação do mosto foi realizada em trinta e seis horas e foi
finalizada quando o borbulhamento de CO2 encerrou-se, isto é, quando foi feito
o teste de borbulhamento de CO2 na solução de hidróxido de bário e a solução
permaneceu incolor. Após a comprovação do encerramento da fermentação o
mosto foi transferido para o frasco de vidro de 3000 mL para gerar o vapor e
em seguida a condensação (Figura 9).
Figura 9 – Destilação do mosto.
Fonte: Própria.
A destilação do produto foi realizada na faixa de temperatura de 85°C a
90°C.
27
4.1 Aparelhagem para destilação simples alternativa
4.1.1 Material para construção do aparelho
- um tubo de PVC de 50 mm de diâmetro e 60 cm de comprimento;
- duas tampas (ponteiras plásticas redondas) para tubo de PVC de 50 mm;
- cinco metros de mangueira de látex (φ = 10 cm);
- um cano de cobre para encanamento de gás (φ = 10 cm);
- um frasco de vidro com tampa e capacidade de 3000 mL;
- um ebulidor de 1200W e 127V;
- um termômetro de 0°C à 100°C;
- um tubo de vidro alcalino dobrado em L (Ângulo de 90°) (φ = 10 cm).
4.1.2 Confecção do condensador para destilação
Corta-se um pedaço de cano de PVC de 50 mm de diâmetro e 60 cm de
cumprimento, faz-se um orifício no tubo 15 cm antes de uma extremidade e em
seguida outro orifício do lado oposto 15 cm da outra extremidade. Esses
orifícios serão para entrada e saída de água através de mangueiras.
Coloca-se um pedaço de mangueira de látex de aproximadamente dois
centímetros de comprimento dentro dos orifícios e dentro deles um pedaço de
tubo de vidro, que formarão o dispositivo para adaptar a mangueira externa e
promovem a vedação do sistema. Não há necessidade de cola.
Para tampar as extremidades do tubo de PVC usa-se tampas com o
mesmo diâmetro do cano de PVC e colados com cola apropriada. Nas tampas
também serão feitos orifícios para passagem de um tubo de cobre que é
utilizado para encanamento de gás para que os vapores do destilado possam
ser condensados e coletados.
4.1.3 Confecção do frasco para destilação
Para confecção do frasco de destilação, que pode ser utilizado para
fermentação, é necessário um vidro com tampa com capacidade de três litros.
Na tampa do vidro serão feitos três orifícios para adaptação do termômetro,
ebulidor e um tubo de vidro dobrado em L (ângulo de noventa graus) para
28
saída dos vapores. Para fazer essas adaptações pode-se utilizar pedaços de
mangueira que ajudam na vedação como no caso do destilador.
4.1.4 Destilação
Coloca-se 1,5 L de garapa fermentada dentro do frasco para destilação
e fecha-se com a tampa, conectando o tubo de vidro em L ao condensador. Em
seguida abre-se a torneira para o fluxo de água e conecta o ebulidor a tomada
da rede elétrica. Utiliza-se um Erlenmeyer para coletar o produto destilado. A
qualidade do destilado vai depender da vazão.
29
5. MATERIAL DO PROFESSOR
5.1 Objetivo da proposta didática
A construção dessa aparelhagem para a obtenção do etanol a partir da
fermentação alcoólica da sacarose, com material alternativo, tem como objetivo
ajudar a solucionar uma das necessidades encontradas nas escolas públicas
do nosso país que é a falta de investimento.
Assim, professores que lecionam para alunos do ensino médio, em
escolas com recursos financeiros insuficientes, poderão utilizar deste
experimento para despertar um interesse científico em cada aluno. Esse
material investigativo alternativo produzido passará a integrar o acervo dos
laboratórios dessas escolas e poderá também ser usado em outras escolas
que não possuem laboratório.
Ao desenvolver essa aula, o professor poderá abordar conceitos como
reações químicas, purificação de substâncias líquidas, etc., e será possível
analisar a relevância de atividades práticas investigativas no ensino de
química. Com esse material didático também poderão ser trabalhados
conteúdos físicos, como mudança de fases de substâncias. Além disso, todo
um trabalho de conscientização ambiental com ênfase na reciclagem e
reaproveitamento de materiais poderá ser desenvolvido com os alunos.
5.2 Organização da estratégia didática
Para o melhor entendimento da primeira aula, é importante que os
alunos tenham conhecimento do que é uma reação química e uma destilação.
O processo para obtenção do etanol não se realiza em uma única aula, só a
fermentação tem duração de trinta e seis horas e deverá ser acompanhada por
eles. Desta maneira, antes da montagem do material investigativo elaborado
para a síntese do etanol a partir da fermentação alcoólica da sacarose, os
alunos farão uma discussão sobre fermentação e os temas acima (reação
química e destilação).
Os alunos trabalharão em cima da montagem do equipamento com a
ajuda do professor,
O roteiro utilizado para a fabricação do equipamento foi descrito no item
4, metodologia.
30
As realizações das atividades serão de forma investigativa, onde o aluno
será apresentado a uma situação-problema, sobre a qual a pesquisa será
realizada. O aluno construirá seu conhecimento buscando soluções para a
situação-problema em questão. Exemplo: entre as matérias primas existentes
na natureza, a cana-de-açúcar é a única capaz de ser fermentada para
produzir o etanol ou existem outras com a mesma capacidade? Em caso
positivo, proponha um método para sua produção.
A estratégia didática propõe as seguintes etapas (atividades), sendo
elas:
1) Montar equipamento;
2) Fermentação;
3) Estudo de outras técnicas de purificação de líquidos através de destilação
utilizando material alternativo.
4) Estudo das reações de oxirredução;
31
6. MATERIAL DO ALUNO
6.1 Atividade 1
Montagem do equipamento para obtenção do etanol.
6.1.1 Objetivo
Despertar o interesse do aluno em atividade experimental.
6.1.2 Metodologia
Descrita nos itens 4.1 1 a 4.1.3.
6.1.3 Avaliação da atividade prática
Ao final do experimento poderá ser redigido um relatório com os
seguintes itens: título, objetivo, materiais, procedimento, resultados, conclusão.
32
6.2 Atividade 2
Fermentação
6.2.1 Objetivo
Verificar a transformação da sacarose em etanol pelo micro-organismo.
6.2.2. Metodologia
Descrita no item 4.
6.2.3 Avaliação da atividade prática
Ao final do experimento poderá ser redigido um relatório com os
seguintes itens: título, objetivo, materiais, procedimento, resultados, conclusão.
33
6.3 Atividade 3
Estudo de outras técnicas de purificação de líquidos.
6.3.1 Objetivo
Utilização de parte do equipamento confeccionado para obtenção do
etanol.
6.3.2 Introdução
A destilação é o processo de separação de substâncias líquidas
baseado no fenômeno de equilíbrio líquido-vapor da misturas. A uma dada
temperatura, a pressão de vapor de uma substância líquida em contato com
seu próprio líquido é uma quantidade constante e independente da quantidade
absoluta de líquido e vapor presentes no sistema. A pressão de vapor de um
líquido aumenta com o aumento da temperatura. Quando a pressão de vapor
se torna igual à pressão total exercida sobre a superficie de um líquido, este
entra em ebulição, isto é, passa da fase líquida para fase de vapor. Quando a
pressão de vapor do líquido é igual à pressão externa a que o líquido está
sujeito, a temperatura não se altera. O ponto de ebulição de um líquido pode
ser definido como a temperatura na qual sua pressão de vapor é igual à
pressão externa exercida, em qualquer ponto, sôbre a superfície. Esta pressão
externa pode ser exercida pelo ar atmosférico, por outros gases, por vapor e ar
etc. O ponto de ebulição a uma pressão de 760 mm de mercúrio ou uma
atmosfera pode ser denominado de ponto de ebulição (Vogel, 1971).
Em termos práticos, quando temos duas ou mais substâncias formando
uma mistura líquida, a destilação pode ser um dos métodos para separá-las.
Basta apenas que tenham volatilidades razoavelmente diferentes entre si. O
processo consiste em vaporizar o líquido para depois condensá-lo e recolhê-lo
em outro frasco.
O uso da destilação como método de separação disseminou-se pela
indústria química moderna. Pode-se encontrá-la em quase todos os processos
químicos industriais em fase líquida em que seja necessária uma purificação.
Destilação fracionada
É usada para separar misturas de dois ou mais líquidos miscíveis entre
si, que tenham ponto de ebulição próximo e que não sejam azeótropos, isto é,
34
os componentes da mistura possuem propriedades químicas distintas. Quando
esses pontos de ebulição dos componentes são próximos, não é possível
efetuar uma destilação simples. Para solucionar esse problema se utiliza uma
coluna de fracionamento (coluna de Vigreux) adaptando-a a montagem da
destilação simples. O objetivo dessa coluna é proporcionar, em uma única
destilação, uma série de micro destilações simples consecutivas, tornando a
fração do componente mais volátil da mistura mais rica durante a destilação
(Vogel, 1971).
Esse processo é muito utilizado em refinarias de petróleo, para extrair
diversos componentes que possuem seu ponto de ebulição muito próximos tais
como: o asfalto, gasolina, gás de cozinha, óleo diesel entre outros. Nestas
separações são empregadas colunas de fracionamento também conhecidas
como "torres de destilação” confeccionada em aço de grande diâmetro. Os
destilados vão enriquecendo com os compostos mais voláteis, enquanto os de
maior ponto de ebulição retornam para a fase líquida.
Destilação por arraste de vapor
A destilação a vapor é um método de isolamento e purificação de
substâncias orgânicas voláteis e imiscíveis em água. Esta operação envolve
co-destilação da substância a purificar com a água e tem como principal
vantagem o fato de a mistura entrar em ebulição a uma temperatura inferior ao
ponto de ebulição da água (Vogel, 1971).
O ponto de ebulição de um líquido é a temperatura na qual a pressão de
vapor é igual á pressão externa. Quando duas substâncias imiscíveis, tais
como eugenol e água, são aquecidas, cada uma exerce sua própria pressão de
vapor independente da outra e, quando a soma das duas pressões de vapor se
iguala à pressão externa, a mistura entra em ebulição (Vogel, 1971).
A destilação por arraste de vapor é bastante utilizada na purificação de
substâncias que se decompõe a temperaturas elevadas, bem como na
separação de uma mistura reacional que contém outros compostos não
voláteis. É também usada para extrair óleos essenciais que encontram-se em
células vegetais. O vapor rompe as células e arrasta consigo o óleo essencial,
geralmente utilizado em perfumes e cosméticos (Vogel, 1971).
Para que uma substância possa ser arrastada por vapor de água é
necessário que ele seja insolúvel ou pouco solúvel em água, não sofra
35
decomposição em água quente e possua apreciável pressão de vapor (Vogel,
1971).
6.3.3 Metodologia (para uma destilação simples usando material
alternativo)
Materiais e reagentes utilizados
- balão de destilação com fundo redondo de 250 mL;
- condensador alternativo cuja montagem já foi descrita no item 4.1;
- pérolas de vidro ou porcelana;
- termômetro de -10°C a 200ºC;
- conexões;
- mangueiras;
- garras;
- erlenmeyer de 150 mL;
- suporte universal;
- manta aquecedora;
- solução a ser destilada (água mais permanganato de potássio).
Procedimento
Em um balão de fundo redondo de 250 mL adicionar 125 mL de uma
solução de água e permanganato de potássio e pedaços de vidro ou porcelana
para evitar ebulição violenta. Em seguida conectá-lo à aparelhagem alternativa.
Desprezar a “cabeça da destilação”, isto é, o inicio da destilação e o “rabo da
destilação”, que é o seu final. Nunca deixar o balão ir até a secura.
A quantidade de solução dentro do balão não deve ultrapassar 50% de
sua capacidade. Coletar o produto destilado em um erlenmeyer de 150 mL.
6.3.4 Avaliação da atividade prática
Ao final do experimento poderá ser redigido um relatório com os
seguintes itens: título, objetivo, materiais, procedimento, resultados, conclusão.
36
6.4 Atividade 4
Identificação do etanol em bebidas alcoólicas.
6.4.1 Objetivo
Estudar a reação química de oxirredução que ocorre nos bafômetros
descartáveis.
6.4.2 Introdução
Reações de oxirredução
Entre as reações químicas mais comuns e importantes estão as reações
de oxirredução (redox). Essas reações estão envolvidas em uma grande
variedade de processos importantes incluindo a ferrragem do ferro e a
respiração dos animais. Chama-se oxidação a perda de elétrons por uma
substância. O termo oxidação é usado porque as primeiras reações desse tipo
a serem estudadas foram as reações com o oxigênio (Brown et al., 2010).
Por exemplo, quando o cálcio metálico é exposto ao ar, a superfície
metálica brilhante do metal fica embaçada a medida que o CaO se forma:
Conforme Ca vai sendo oxidado, o oxigênio é transformado da forma O2
neutro para dois íons O2−, tornando-se carregado negativamente (ganha
elétrons). Chama-se redução o ganho de elétrons por uma substância.
Como determinamos se uma reação é de oxirredução? Podemos fazer
isso mantendo-nos informados sobre os números de oxidação de todos os
elementos envolvidos na reação (Brown et al., 2010).
Números de oxidação
O número de oxidação de um átomo em uma substância é a carga real
do átomo se ele for um íon monoatômico; de outra forma, é a carga hipotética
assinalada ao átomo usando um conjunto de regras (Brown et al., 2010).
Usamos as seguintes regras para assinalar números de oxidação:
1. Para um átomo na sua forma elementar o número de oxidação é sempre
zero. Assim, cada átomo de H na molécula de H2 tem um número de
oxidação igual a zero.
37
2. Para qualquer íon monoatômico o número de oxidação é igual à carga do
íon. Dessa forma, K+ tem número de oxidação de +1.
3. Geralmente os não-metais têm número de oxidação negativo, apesar de
algumas vezes serem positivos.
Reação de oxirredução que ocorre no bafômetro
Segundo pesquisas, o álcool é um dos principais causadores de
acidentes de trânsito em todo mundo causando morte prematura.
Através da reação do etanol com dicromato de potássio é possível
realizar o teste do bafômetro, um teste utilizado para verificar se uma pessoa
está dirigindo embriagada. Seu princípio de funcionamento baseia-se em
reações de oxirredução.
Os bafômetros descartáveis possuem um tubo com uma mistura sólida
de dicromato de potássio e sílica em meio ácido. Quando o ar expirado pela
pessoa é colhido no bafômetro ocorre uma reação de oxirredução em que há a
oxidação do etanol (álcool) à etanal (aldeído) e a redução do dicromato a
cromo (III), conforme a reação:
K2Cr2O7(aq) + 4H2SO4(aq) + 3CH3CH2OH(g) → Cr2(SO4)3(aq) + 7H2O(l) + 3CH3CHO(g) + K2SO4(aq) alaranjado incolor verde incolor
Uma vez que o dicromato possui uma cor alaranjada e o cromo uma cor
verde (após oxidação do etanol); se a pessoa assoprar no tubo e houver a
mudança de coloração, isso indicará que a pessoa está com álcool no sangue.
Quanto mais intensa for a cor verde, maior é o teor de álcool no sangue.
6.4.3 Metodologia
Materiais e reagentes utilizados
- tubos de ensaio;
- solução a 10% de dicromato de potássio (K2Cr2O7);
- ácido sulfúrico concentrado (H2SO4);
- pipetas de 5 mL;
- destilado produzido pela fermentação.
38
Procedimento
Em um tubo de ensaio coloca-se cerca de 2 mL de solução a 10% de
dicromato de potássio, e dez gotas ácido sulfúrico concentrado e 1mL do
destilado. Após dez minutos a solução do tubo de ensaio que era laranja ficará
com a coloração esverdeada confirmando a presença de álcool (Figura 10).
Figura 10 – Oxidação do álcool.
Fonte: Própria.
6.4.4 Avaliação da atividade prática
Ao final do experimento poderá ser redigido um relatório com os
seguintes itens: título, objetivo, materiais, procedimento, resultados, conclusão.
39
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O presente trabalho de conclusão de curso teve como objetivo a criação
de um material alternativo para auxiliar os professores nos trabalhos práticos
investigativos em atividades experimentais e com isso estimular novas
criações.
Além do material alternativo o álcool teve um papel muito importante
neste trabalho, porque ele pode ser citado como um combustível não poluente
em substituição à gasolina e ou mesmo tempo como uma das drogas mais
perversas para a humanidade.
Salientamos o papel importante das escolas nas campanhas de combate
ao alcoolismo e outras drogas, transformando essa ação em conteúdo
disciplinar de química.
Portanto, desejamos através da elaboração do presente material, que
ele possa ser utilizado por professores de química do ensino médio para
orientar e incentivar os alunos nas experimentações, trazendo benefícios na
aprendizagem, tornando mais produtivas e prazerosas as aulas de ensino de
química.
40
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Vannucchi, A.I.; Castro, R.S.; Pietrocola,M.; Vianna, D.M.; Araújo, R.S. Ensino
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Central. Editora Pearson Prentice Hall, 9ª edição, 2010.
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