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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 3 (Química) da 2ª fase do ITA 2020

Química · Química: Esterificação, hidrólise e transesterificação

Texto-base das questões 01 a 10 · Química

AS QUESTÕES NUMÉRICAS DEVEM SER DESENVOLVIDAS SEQUENCIALMENTE ATÉ O FINAL.

Constantes

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J V}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\text{ L (CNTP)}
Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\text{ m s}^{-2}
Constante de Planck (h) = 6{,}63 \times 10^{-34}\text{ m}^2\text{ kg s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\text{ m s}^{-1}
Número de Euler (e) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\text{ N m}^{-2} = 1{,}01325\text{ bar}
Energia: 1\text{ J} = 1\text{ N m} = 1\text{ kg m}^2\text{ s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\text{ eV}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0^\circ\text{ C} e 760\text{ mmHg}
Condições ambientes: 25^\circ\text{ C} e 1\text{ atm}
Condições padrão: 1\text{ bar}; concentração das soluções = 1\text{ mol L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias.
u.m.a. = unidade de massa atômica. [\text{X}] = concentração da espécie química \text{X} em \text{mol L}^{-1}
\ln \text{X} = 2{,}3\log \text{X}

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g mol}^{-1})
H 1 1,01 S 16 32,06
C 6 12,01 K 19 39,10
N 7 14,01 Cr 24 52,00
O 8 16,00 Fe 26 55,85
Na 11 22,99 Zn 30 65,38
Cl 17 35,45 I 53 126,90

A obtenção de biodiesel a partir de óleos vegetais (triacilgliceróis) é uma alternativa para a produção de combustíveis menos poluentes, sendo possível catalisar a reação com um ácido ou uma base. Escreva a equação química balanceada que representa a reação

a) de obtenção de triacilglicerol a partir de glicerol e ácido graxo com cadeia alquílica representada por \text{R}_1.

b) de obtenção de biodiesel a partir do triacilglicerol obtido em (a) e etanol.

c) paralela e indesejada que poderia ocorrer se, na reação descrita em (b), fosse utilizado hidróxido de sódio como catalisador, tendo também a presença de água na reação.

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Resolução comentada

a) A formação do triacilglicerol é uma esterificação de Fischer. O glicerol (propano-1,2,3-triol) tem três grupos -\text{OH}, e cada um reage com uma molécula de ácido graxo \text{R}_1\text{COOH}, liberando uma molécula de água. São 3 mols de ácido para 1 mol de glicerol, com catálise ácida.

\ce{HOCH2-CH(OH)-CH2OH + 3 R1COOH ->[H+] R1COOCH2-CH(OOCR1)-CH2OOCR1 + 3 H2O}

As esterificações são reversíveis, por isso a equação costuma ser escrita com setas de equilíbrio. Verificando o balanço: no lado esquerdo há 3 H e 3 O do glicerol mais os do ácido. Os 3 H dos grupos -\text{OH} do glicerol e os 3 grupos -\text{OH} dos ácidos formam as 3 águas.

Resposta: \ce{C3H5(OH)3 + 3 R1COOH <=>[H+] C3H5(OOCR1)3 + 3 H2O}

b) O biodiesel é obtido por transesterificação. O etanol substitui o glicerol nos ésteres, formando 3 mols de éster etílico (o biodiesel) e liberando 1 mol de glicerol. O catalisador pode ser ácido ou básico.

\ce{C3H5(OOCR1)3 + 3 CH3CH2OH ->[H+ ou OH-] 3 R1COOCH2CH3 + C3H5(OH)3}

O balanço está correto: 3 grupos acila \text{R}_1\text{CO}- passam do glicerol para 3 etanóis, e os 3 H dos etanóis passam para o glicerol.

Resposta: \ce{C3H5(OOCR1)3 + 3 C2H5OH -> 3 R1COOC2H5 + C3H5(OH)3}

c) Com \ce{NaOH} e água presentes, os ésteres (o triacilglicerol e também o biodiesel formado) sofrem hidrólise básica, a saponificação. Essa reação é irreversível, porque o ácido carboxílico formado é desprotonado pela base, gerando o sal de ácido graxo, que é o sabão. Isso consome o catalisador e o produto, e forma emulsões que dificultam a separação do biodiesel.

\ce{C3H5(OOCR1)3 + 3 NaOH ->[H2O] 3 R1COO^-Na+ + C3H5(OH)3}

Análogo para o biodiesel: \ce{R1COOC2H5 + NaOH -> R1COONa + C2H5OH}.

Resposta: saponificação: \ce{C3H5(OOCR1)3 + 3 NaOH -> 3 R1COONa + C3H5(OH)3}

Assuntos: Esterificação, hidrólise e transesterificação, Lipídios, sabões e detergentes.

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Fonte: ITA 2ª fase 2020 · Química. Prova oficial ↗