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Avaliação da qualidade de detergentes

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Avaliação da qualidade de detergentes
Tabela 2: Raios atômicos e densidades dos metais cobre, ferro e alumínio.
Átomo
Cobre
Ferro
Alumínio
Densidade / kg dm-3
8,96
7,87
2,69
Raio atômico / pm
128
126
143
José de Alencar Simoni ([email protected]
br), licenciado em química pela F.F.C.L.R.P. da USP e
doutor em ciências pela Unicamp, é professor do
Instituto de Química da Unicamp. Matthieu Tubino
([email protected]), bacharel em química pela
USP e doutor em ciências pela Unicamp, é professor
do Instituto de Química da Unicamp.
Referências bibliográficas
A Tabela 1 resume todos as fórmulas
de cálculo para os três tipos de retículos do sistema cúbico.
Para estabelecer as relações da
Tabela 1, aplica-se o teorema de Pitágoras uma única vez para o sistema de
faces centradas e duas vezes para o de
corpo centrado. O valor de raio atômico
calculado deve ser comparado com os
valores da Tabela 2. O resultado que
mais se aproximar do valor expresso na
tabela serve para definir a qual sistema
o metal em questão pertence.
Logo, um mol de átomos corresponde
a um mol de celas unitárias. Portanto,
o volume molar Vm do item anterior é
também o volume ocupado por um mol
de celas unitárias. A aresta do cubo (au)
nesse retículo é do tamanho de dois
raios atômicos (rat):
au = 2 rat
Como o volume da cela unitária (Vu)
se relaciona com a aresta por:
Vu = (au)3
o raio atômico pode ser calculado.
Avaliação da qualidade de detergentes a
partir do volume de espuma formado
Aída Maria Bragança Bittencourt Filha
Valéria Gonçalves Costa
Humberto Ribeiro Bizzo
Este experimento permite que, a partir de uma simples reação de
formação de espuma, a propriedade emulsificante de sabões e
detergentes possa ser percebida e comparada.
detergentes, espuma, emulsificante, sabões
A
espuma é formada por um
grande número de pequenas
bolhas de gás espalhadas
(dispersas) em uma fase líquida. Uma
fina película de líquido separa as bolhas de gás entre si. Quando o líquido
é a água, as bolhas não duram muito
tempo, pois a película fina se rompe
rapidamente, liberando o gás contido
em seu interior. É o que se observa ao
se dissolver um comprimido efervescente. A reação que libera o gás ocorre
entre o bicarbonato de sódio e o ácido
cítrico, presentes no comprimido. Um
meio de estabilizar a película líquida é
adicionar à água um emulsificante, isto
é, uma substância que evite que a pelíQUÍMICA NOVA NA ESCOLA
cula se rompa muito rapidamente.
Os sabões e os detergentes são
emulsificantes que utilizamos em nossa vida diária (usualmente, os emulsificantes sintéticos são chamados de
detergentes). Eles agem não apenas
em sistemas de gases dispersos em
líquidos (espuma), mas também em
sistemas de dois materiais que normalmente não se dissolvem um no outro
(duas fases distintas), causando a formação de emulsões. A substância
emulsificante age diminuindo a diferença de tensão superficial (isto é, a repulsão mútua) entre as duas fases, de
modo que uma passe a ‘molhar’ a
outra. Por exemplo, ao se preparar
1. TUBINO, M. Determinação de
parâmetros da cela unitária – experiência de química geral. Química
Nova, v. 6, n. 3, p. 109-111, 1983.
Para saber mais
CHASSOT, A.I. Catalisando transformações na educação. 3. ed., Ijuí:
Ed. Unijuí, 1995, cap. 6.
http://www.chem.ox.ac.uk/
course/inorganicsolids/
threedim.html
http://mach-pc66.mse.uiuc.edu/
~tw/metals/prin.html
maionese a partir de óleo e vinagre (duas fases imiscíveis), a gema do ovo age
como emulsificante.
Os sabões e detergentes podem
ser produzidos a partir de sais de diferentes substâncias, que podem ter
ânions moleculares (sabões/detergentes aniônicos) ou cátions moleculares
(detergentes catiônicos). A característica comum entre seus íons moleculares é possuir uma parte apolar, em
geral uma longa cadeia hidrocarbônica, e uma extremidade polar, conforme
mostrado na Figura 1.
Quando lavamos um prato sujo de
óleo, utilizando um sabão ou detergente dissolvido em água, formam-se
as micelas. As micelas são agregados
de ânions moleculares (agrupamento
de 40 a 100 ânions) rodeados por cátions. Nesses agregados (vide Figura
2), as cadeias longas apolares dos
ânions estão direcionadas para dentro
e as extremidades polares para fora,
interagindo com a água. A parte interna
da micela, que contém as cadeias loncadeia longa apolar
extremidade
polar
Figura 1: Estrutura básica do íon molecular
de um sabão.
Determinação da Qualidade de Detergentes
N° 9, MAIO 1999
43
O
H
H
H
O
H
H O
H
O H
H
H
O
H
H
O
H
H
H
O
H
O
H
H
H
O H
H O
H
O
H
H
O
H
Figura 2: Micela rodeada por moléculas de
água.
44
gas apolares, comporta-se como se
fosse uma gota de óleo virtual; conseqüentemente, nela só se dissolvem
materiais oleosos. Como a parte externa da micela interage fortemente com
as moléculas de água, ela é facilmente
dissolvida pela água, tornando possível, portanto, a remoção de sujeiras
apolares (aprisionadas nas micelas).
O modo de atuação dos detergentes sintéticos e dos sabões é o mesmo
(formação de micelas), porém os
ânions moleculares dos sabões têm
estrutura diferente da dos detergentes
(Figura 3). Sabões são sais de ácidos
carboxílicos de cadeia longa e os detergentes podem ser sulfonatos (detergentes aniônicos) ou sais de amônio
quaternário (detergentes catiônicos),
também de cadeia longa. Atualmente,
existem outros tipos de detergentes
com estrutura diferente mas que, invariavelmente, possuem uma longa cadeia apolar e uma extremidade polar.
Mais informações sobre os tipos e
estruturas dos detergentes podem ser
encontradas em artigo anteriormente
publicado em Química Nova na Escola
(Barbosa e Da Silva, 1995).
Os sabões e detergentes fazem
parte do cotidiano das pessoas. A
compreensão, ainda que sucinta, de
seu mecanismo de ação é relevante
para o entendimento de fatos do diaa-dia, como o porquê de não se usar
a água do mar junto com detergentes
comuns para a lavagem de louças e
roupas. Questões referentes ao meio
ambiente também podem ser abordadas, como a poluição provocada por
QUÍMICA NOVA NA ESCOLA
detergentes não-biodegradáveis.
Um modo aproximado1 de avaliar
a qualidade de sabões e detergentes
é determinar sua capacidade de formação de espuma. Neste experimento, a espuma será obtida pela liberação
de gás carbônico (CO 2) quando o
bicarbonato de sódio (NaHCO3) reagir
com o ácido acético (CH3COOH) contido no vinagre:
CH3COOH(aq) + NaHCO3(aq) →
CO2(g) + H2O(l) + CH3COONa(aq)
Materiais e reagentes
• Balança
• Copos de vidro
• Proveta de 100 mL ou um cilindro
de vidro alongado, que pode ser graduado com o auxílio de uma régua e
caneta hidrocor, numa escala criada
pelos alunos
• Bastão de vidro
• Vinagre ou uma solução de ácido
acético a 4%
• Solução de bicarbonato de sódio
(5 g dissolvidos em 100 mL de água)
• Amostras de sabão de diferentes
marcas (aproximadamente 1 g de cada)
• Amostras de detergentes de diferentes marcas (aproximadamente 1 mL
de cada)
• Cronômetro ou relógio com marcação de segundos
Procedimento
Efeito do agente emulsificante
Adicione à proveta 10 mL de água
e 10 mL do vinagre e agite um pouco
a proveta. Adicione, de uma vez, 10 mL
da solução de bicarbonato de sódio.
Observe a formação da espuma, verificando o tempo de duração e até que
altura na proveta a espuma atinge.
Anote os resultados. Repita todo o procedimento adicionando, porém, duas
gotas de detergente à solução de vinagre.
Comparação entre diferentes sabões
e detergentes
Prepare soluções das amostras de
sabões e detergentes, dissolvendo 0,1
g do sabão ou detergente em 10 mL
de água. Dissolva os sabões e os
detergentes lentamente, com a ajuda
de um bastão de vidro. Nessa etapa,
é provável que haja alguma formação
de espuma, já que a água utilizada
possui gases dissolvidos e, além disso,
com uma agitação rápida dissolvem-
SABÕES
CO2H
CO2–Na+
Ácido carboxílico
Sal de ácido carboxílico
(um sabão)
DETERGENTES
SO3H
Ácido sulfônico
SO3–Na+
Sal de ácido sulfônico
(um detergente aniônico)
Amina terciária
N(CH3)2
N+(CH3)3Br–
Sal de amônio quaternário
(um detergente catiônico)
Figura 3: Diferenças nas moléculas de sabões e detergentes.
Determinação da Qualidade de Detergentes
N° 9, MAIO 1999
se mais gases (do ar) na água. Terminada a dissolução, espere que toda
a espuma inicial tenha sido desfeita. A
seguir, adicione 10 mL de água e 10
mL de vinagre ao tubo graduado. Agite
um pouco. Transfira a solução de sabão ou detergente para a proveta e
agite lentamente. Deixe em repouso
até que não haja mais bolhas. Adicione
10 mL da solução de bicarbonato rapidamente (de uma só vez), agite e observe a formação da espuma. Anote a
altura máxima que a espuma atingir e
o seu tempo de duração. Repita este
procedimento com diferentes marcas
de sabões e detergentes.
Comentários
Se forem usados apenas detergentes ou sabões líquidos, basta tomar
uma amostra de 0,5 a 1 mL, dispensando-se a balança. O importante é
que todas as alíquotas tenham a mesma massa ou volume inicial. É interessante comparar marcas com preços
muito diferentes.
Questões propostas
1. Em qual sistema a espuma dura
mais tempo: naquele sem detergente
ou naquele com detergente? Explique
o porquê.
2. Qual detergente apresentou espuma de maior altura e/ou maior tempo médio? Como podem ser relacionados esses dados com a quantidade
de emulsificante na amostra?
Agradecimentos
À equipe do curso Atualização em
Química para Professores de Segundo
Grau, da PUC-RJ, pelas críticas e
sugestões apresentadas aos autores.
Este experimento foi desenvolvido a
partir de uma atividade desse curso.
Aída Maria Bragança Bittencourt Filha
([email protected]), química industrial e mestre em
ciências pela Universidade Federal Fluminense (UFF),
doutoranda pela PUC-Rio, é professora assistente da
UFF. Valéria Gonçalves Costa ([email protected]),
química industrial pela UFF e mestre em ciências pela
UFRJ, é doutoranda na mesma instituição.
Humberto Ribeiro Bizzo ([email protected]
br), químico industrial e licenciado pela UFF, mestre
em ciências e doutorando pela UFRJ, é pesquisador
do CTAA - Embrapa.
Nota
1. Apesar de não haver necessariamente relação entre a capacidade de
formação de espuma e a detergência
(capacidade de limpar) de um sabão
ou detergente, existe uma tendência
dos consumidores em associar a formação de espuma com alta capacida-
de detergente. Entretanto, é possível
produzir detergentes com grande detergência e quase nenhuma capacidade de formação de espuma. Esses detergentes funcionam bem em certas
condições (grande volume de fluido lavante, por exemplo). Como em muitos
detergentes são adicionadas substâncias promotoras da formação de espuma, um dado detergente pode ter boa
capacidade de formação de espuma
e, mesmo assim, ter baixa detergência.
Por isso, estritamente, a simples determinação da capacidade de formação
de espuma de um detergente como
neste experimento é somente um indicador aproximado de sua qualidade.
Para saber mais
BARBOSA, A., DA SILVA, R.R.
Xampus. Química Nova na Escola,
n. 2, p. 3, 1995.
CASTELLAN, G.W. Físicoquímica. vol. 1. Rio de Janeiro: Livros
Técnicos e Científicos Editora, 1983.
PERUZZO, T.M. e CANTO, E.L.
Química na abordagem do
cotidiano, vol. 3, São Paulo: Editora
Moderna, 1993.
SEOUD, O.E. Emulsões e microemulsões. Revista de Química Industrial, n. 681, p. 12-13, 1994.
Nota
Sintetizados Novos Elementos
Super-Pesados
No final deste mês de maio de 1999,
um grupo de cientistas americanos
comunicou a descoberta dos elementos
118 e 116. Três átomos desses elementos super-pesados foram detectados a
partir de experimentos realizados no
Laboratório Nacional Lawrence de Berkeley (LNLB), em Berkeley, Califórnia.
Os pesquisadores, liderados pelo
químico nuclear Kenneth E. Gregorich,
bombardearam um alvo de chumbo-208
(208Pb) com um feixe intenso de íons
criptônio-86 (86Kr) de alta energia. De
acordo com os pesquisadores, os dois
núcleos fundiram-se e emitiram um
nêutron, produzindo um núcleo com 118
prótons e 175 nêutrons. Após 120 microsegundos, este nuclídeo, 293118, emitiu uma partícula alfa, decaindo para um
novo elemento, 289116. Este nuclídeo,
por sua vez, após 600 microsegundos,
sofreu decaimento por partícula alfa para
QUÍMICA NOVA NA ESCOLA
um isótopo do elemento 114. A cadeia
de decaimento foi detectada até o
elemento 106, seabórgio, como mostrado a seguir:
293
118 → 289116 → 285114 →
281
112 → 277110 → 273Hs → 269Sg
Os elementos 114 (vide abaixo), 112,
110, 108 e 106 já tinham sido descobertos. Entretanto, seus isótopos obtidos em Berkeley não haviam sido observados anteriormente.
Antes do atual experimento,pensava-se que o bombardeio de alvos de
átomos pesados por íons acelerados,
técnica conhecida como “fusão fria”,
não pudesse ser usado para produzir
elementos mais pesados que o 112. Entretanto, cálculos recentes do teórico
Robert Smolanczuk, cientista polonês
visitante no LNLB, indicaram que haveria
a possibilidade de taxas de produção
mais altas para a reação 86Kr + 208Pb, o
que levou à realização do experimento
bem-sucedido.
Recentemente, o elemento 114 foi
possivelmente observado em Dubna,
Rússia. Segundo divulgado pela revista
Science no final de janeiro de 1999, cientistas russos e americanos, utilizando
uma técnica mais energética (“fusão
quente”), podem ter produzido o elemento 114 pela primeira vez. Neste caso, um alvo de 244Pu, foi bombardeado
com o isótopo extremamente raro 48Ca.
A partir de dados do experimento, cientistas russos encontraram um padrão de
decaimento radioativo que parece ser
de um isótopo 289114, com um tempo
aparente de vida de 30 s (bastante alto,
para o caso de átomos super-pesados).
Esse resultado, no entanto, ainda deve
ser confirmado; Gregorich afirma que o
pessoal do LNLB está 90% convencido
de que os russos estão certos.
Mais informações:
- Elemento 114: Chemical & Engineering News, v. 77, n. 5, p. 8, 1999.
- Elemento 115: Chemical & Engineering News, v. 77, n. 24, p. 6, 1999.
(R.C.R.-F.)
Determinação da Qualidade de Detergentes
N° 9, MAIO 1999
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