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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

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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

Azevedo, M.C.P.S.; Nascimento, V.B.; Carvalho, A. M. P.; Cappechi, M.C.M.;

Vannucchi, A.I.; Castro, R.S.; Pietrocola,M.; Vianna, D.M.; Araújo, R.S. Ensino

de Ciência: unindo a pesquisa e a prática, Editora Thomson, 2004.

Brown, T.L.; LeMay Jr., H.E.; Bursten, B.E.; Burdge, J.R. Química a Ciência

Central. Editora Pearson Prentice Hall, 9ª edição, 2010.

Caamaño, A. Como transformar os trabalhos práticos tradicionais em trabalhos

práticos investigativos? Revista Aula de Innovación Educativa 113, 2002.

Campos, A.R.F.C.; Cordeiro, J.P.; Borges, L.M.G.; Corrêa, A.S.; Oliveira, F.A.;

Nogueira, F.M.; Campos, W.E.O.; Ferreira, D.A.G. Síntese de Etanol a Partir da

Fermentação Alcoólica da Sacarose.

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histórias e curiosidades sobre as mais variadas drogas e bebidas. Editora

Elsevier Ltda (Campos), 2005.

Champe, P.C.; Harvey, R.A.; Ferrier, D.R. Bioquímica Ilustrada, Editora Artmed

S/A, 3ª Edição, 2006.

Gonçalves, F.P.; Marques, C.A. A Problematização das Atividades

Experimentais na Educação Superior em Química: uma pesquisa com

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