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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão Q03 da 2ª fase da FUVEST 2015

3º dia · Química: Esterificação, hidrólise e transesterificação

A preparação de um biodiesel, em uma aula experimental, foi feita utilizando-se etanol, \ce{KOH} e óleo de soja, que é constituído principalmente por triglicerídeos. A reação que ocorre nessa preparação de biodiesel é chamada transesterificação, em que um éster reage com um álcool, obtendo-se um outro éster. Na reação feita nessa aula, o \ce{KOH} foi utilizado como catalisador.

O procedimento foi o seguinte:

1ª etapa: Adicionou-se 1{,}5\ \text{g} de \ce{KOH} a 35\ \text{mL} de etanol, agitando-se continuamente a mistura.

2ª etapa: Em um erlenmeyer, foram colocados 100\ \text{mL} de óleo de soja, aquecendo-se em banho-maria, a uma temperatura de 45^\circ\text{C}. Adicionou-se a esse óleo de soja a solução de catalisador, agitando-se por mais 20 minutos.

3ª etapa: Transferiu-se a mistura formada para um funil de separação, e esperou-se a separação das fases, conforme representado na figura ao lado.

Funil de separação com torneira fechada contendo duas fases líquidas imiscíveis separadas.

a) Toda a quantidade de \ce{KOH}, empregada no procedimento descrito, se dissolveu no volume de etanol empregado na primeira etapa? Explique, mostrando os cálculos.

b) Considere que a fórmula estrutural do triglicerídeo contido no óleo de soja é a mostrada ao lado.
Escreva, no espaço indicado na página de respostas, a fórmula estrutural do biodiesel formado.

Fórmula estrutural de um triglicerídeo composto por glicerol esterificado com três grupos acila de fórmula C(=O)C17H31.

c) Se, na primeira etapa desse procedimento, a solução de \ce{KOH} em etanol fosse substituída por um excesso de solução de \ce{KOH} em água, que produtos se formariam? Responda, completando o esquema da página de respostas com as fórmulas estruturais dos dois compostos que se formariam e balanceando a equação química.

Dado: solubilidade do \ce{KOH} em etanol a 25^\circ\text{C} = 40\ \text{g} em 100\ \text{mL}
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Resolução comentada

a) A solubilidade é de 40\ \text{g} de \ce{KOH} em 100\ \text{mL} de etanol. Para 35\ \text{mL} de etanol, a massa máxima que se dissolve é:

m = \frac{40\ \text{g}\times 35\ \text{mL}}{100\ \text{mL}} = 14\ \text{g}

Foram usados apenas 1{,}5\ \text{g}, que é menor que 14\ \text{g}. A solução fica insaturada e todo o \ce{KOH} se dissolve.

Sim, todo o KOH se dissolveu: seriam dissolvidos até 14\ \text{g} em 35\ \text{mL} de etanol e foram usados só 1{,}5\ \text{g}.

b) Na transesterificação com etanol, cada grupo acila do triglicerídeo passa para uma molécula de etanol. Formam-se três moléculas de éster etílico (o biodiesel) e uma de glicerol (propano-1,2,3-triol), que é a fase mais densa, no fundo do funil.

\ce{triglicerideo + 3 CH3CH2OH ->[KOH] 3 R-COO-CH2CH3 + HOCH2-CH(OH)-CH2OH}

Aqui \ce{R} = \ce{C17H31}. O biodiesel é, portanto, o éster etílico:

\ce{C17H31-C(=O)-O-CH2-CH3}

Três moléculas desse éster se formam por molécula de triglicerídeo. O outro produto é \ce{HOCH2-CH(OH)-CH2OH}.

Biodiesel: \ce{C17H31-C(=O)-O-CH2CH3} (linoleato de etila), formado em 3 mols por mol de triglicerídeo, junto com glicerol.

c) Com excesso de \ce{KOH} em água, ocorre hidrólise básica do éster, a saponificação. Os produtos são o glicerol e o sal de ácido graxo (sabão), o carboxilato de potássio.

O balanceamento exige 3 \ce{KOH} por triglicerídeo, pois são três ligações éster. Resultam 3 sais e 1 glicerol:

\ce{triglicerideo + 3 KOH -> HOCH2-CH(OH)-CH2OH + 3 C17H31-COO^-K^+}

No esquema, o triglicerídeo tem coeficiente 1, o \ce{KOH} tem 3, o glicerol tem 1 e o sal \ce{C17H31COO^-K^+} tem 3.

Formam-se glicerol, \ce{HOCH2-CH(OH)-CH2OH}, e linoleato de potássio, \ce{C17H31COO^-K^+}, na proporção 1\ \text{triglicerídeo} + 3\ \ce{KOH} \to 1\ \text{glicerol} + 3\ \text{sal}.

Assuntos: Esterificação, hidrólise e transesterificação, Coeficiente e curvas de solubilidade, Lipídios, sabões e detergentes.

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