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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 17, MAIO 2003
Explorando a Químicana Determinação do Teorde Álcool na Gasolina
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Explorando a Químicana Determinação do Teorde Álcool na Gasolina
A seção “Experimentação no ensino de Química” descreve experimentos cuja implementação e interpretação contribuempara a construção de conceitos científicos por parte dos alunos. Os materiais e reagentes usados são facilmente encontráveis,permitindo a realização dos experimentos em qualquer escola. Neste número a seção apresenta dois artigos.
Determinação do teor de álcool na gasolina
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EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE QUÍMICA
Recebido em 28/6/02, aceito em 5/11/02
Autilização do petróleo comofonte de energia foi essencialpara garantir o desenvolvi-
mento industrial verificado durante oséculo XX. Através da sua destilaçãofracionada, pode-se obter vários pro-dutos derivados de grande importânciaeconômica, tais como o gás natural, oquerosene, o diesel, os óleos lubrifican-tes, a parafina e o asfalto. Mas a fraçãodo petróleo que apresenta maior valorcomercial é a gasolina, tipicamenteuma mistura de hidrocarbonetossaturados que contém de 5 a 8 átomosde carbono por molécula (Morrison eBoyd, 1996; Solomons, 1996).
Sempre que ocorre instabilidade nopreço do petróleo, com sucessivos au-mentos do preço de seus derivados, agasolina ganha ainda mais evidência namídia. A qualidade da gasolina comer-cializada no Brasil tem sido constanteobjeto de questionamento; assim, a de-terminação da sua composição é impor-tante, devido a algumas formas de adul-teração com solventes orgânicos queprejudicam os motores dos automóveis.
Um componente presente exclusi-vamente na gasolina brasileira que me-
Melissa Dazzani, Paulo R.M. Correia, Pedro V. Oliveira e Maria Eunice R. Marcondes
A identificação e a determinação do teor de álcool na gasolina foram utilizadas para explorar a Química Analíticadurante o Ensino Médio. Propriedades físicas e conceitos químicos foram utilizados para que os alunos explicassemos fenômenos envolvidos, a partir da estrutura molecular. A determinação do teor de álcool foi realizada de duasmaneiras diferentes: [1] verificando a variação de volume da fase aquosa e [2] comparando a densidade da faseaquosa com valores da literatura. A diferença entre os valores obtidos pelos dois métodos permitiu aos alunosverificarem que a imprecisão é inerente à atividade experimental.
Ensino Médio, Química Analítica, gasolina
rece destaque especial é o etanol. Seuprincipal papel é atuar como antide-tonante (Feltre, 2000; Peruzzo e Canto,1999), em substituição ao chumbotetraetila, que estásendo banido devidoà sua elevada toxici-dade. A quantidadede etanol presente nagasolina deve respei-tar os limites estabe-lecidos pela AgênciaNacional do Petróleo- ANP (teor entre 22%e 26% em volume).
A falta ou excessode álcool em relaçãoaos limites estabele-cidos pela ANP com-promete a qualidade do produto quechega aos consumidores brasileiros.Assim, avaliar a composição da gaso-lina, verificando se o teor de álcool estáadequado, é uma atitude muito im-portante.
A determinação do teor de etanolna gasolina através da extração comágua é conhecida e utilizada como ex-perimento em escolas do Ensino Mé-
dio, com o objetivo de aplicar ou ilustrarconceitos relacionados com medidasquantitativas, como o teor expresso emporcentagem (Feltre, 2000; Lembo,
2000; Pitombo e Mar-condes, 1995; SantaMaria et al., 2002). A in-terpretação dos fenô-menos que ocorremdurante o experimento,considerando a estru-tura das moléculasenvolvidas, tambémpode ser exploradapara permitir ao alunoestabelecer relaçõesentre as propriedadesfísicas e químicas dosmateriais.
O objetivo do presente trabalho foiampliar o potencial desse experimentono desenvolvimento de conceitos as-sociados à análise qualitativa e quan-titativa no Ensino Médio, de maneiraque o aluno consiga estabelecer rela-ções entre propriedades físicas, comosolubilidade e densidade, e a sua utili-zação no processo de identificação equantificação de substâncias.
O experimento, realizado duranteuma aula de laboratório com duraçãode 100 minutos, foi dividido em três par-tes:
Através da destilaçãofracionada do petróleo,
pode-se obter váriosprodutos derivados de
grande importânciaeconômica, como o gásnatural, o querosene, o
diesel, os óleoslubrificantes, a parafina e o
asfalto. Mas a fração dopetróleo que apresentamaior valor comercial é a
gasolina
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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 17, MAIO 2003Determinação do teor de álcool na gasolina
1) Identificação das fases nosistema água-etanol-gasolina.
2) Quantificação do etanol na ga-solina através de uma análise absoluta.
3) Quantificação do etanol na gaso-lina através de uma análise compa-rativa.
A discussão dos resultados foi rea-lizada posteriormente, durante umaaula de 50 minutos.
Materiais e reagentesPara a realização desse experimen-
to, são necessários os seguintes mate-riais e reagentes:
• 9 tubos de ensaio• 1 proveta de 50 mL• 1 bastão de vidro• 1 seringa descartável de 5 mL• 1 balança de pratos• 50 mL de etanol• 50 mL de gasolina• 50 mL de água• permanganato de potássio ou sul-
fato de cobre pentaidratado• iodo sólido ressublimado
Procedimento
Parte 1: Identificação das fases nosistema água-etanol-gasolina
Essa identificação pode ser realiza-da visualmente por meio da interfaceno sistema heterogêneo água-gasoli-na, já que a gasolina comercial possuiuma coloração. Entretanto, é interes-sante, nessa etapa, explorar os con-ceitos de solubilidade, para utilizar naparte 2 do experimento.
Alguns testes foram realizados paraverificar a solubilidade da gasolina edo etanol na água, utilizando perman-ganato de potássio, KMnO4 (composto
iônico) e iodo, I2 (substância covalenteapolar) como indicadores de pola-ridade1. Os tipos de ligações químicasdessas substâncias podem ser explo-rados para realizar a identificação dasfases: aquosa (polar) e orgânica (apo-lar).
Execute os testes 1, 2 e 3 na se-qüência indicada na Tabela 1, utilizan-do 3 mL das substâncias líquidas euma pequena quantidade (uma ponti-nha de espátula) dos sólidos. Verifica-se que o KMnO4 se dissolve na faseaquosa e que o I2 se dissolve na faseorgânica (Figura 1), permitindo identi-ficar as fases.
Parte 2: Quantificação do etanol nagasolina através de uma análiseabsoluta
A identificação das fases no siste-ma água-etanol-gasolina permite ex-plorar a extração do etanol em faseaquosa como estratégia para realizartestes quantitativos.
Adicione cerca de 20 mL de gaso-lina à proveta; registre o volume finalobtido. Em seguida, adicione cerca de20 mL de água; registre o volume finalobtido. Agite a mistura heterogêneaformada com bastão de vidro durante1 minuto. Após a nítida separação en-tre as fases, registre o volume da faseaquosa.
O volume da fase aquosa, inicial-
mente cerca de 20 mL, sofre um au-mento após a mistura com a fase orgâ-nica. A porcentagem de etanol pre-sente na gasolina pode ser calculadaa partir desse aumento do volume dafase aquosa.
Parte 3: Quantificação do etanol nagasolina através de uma análisecomparativa
Uma outra maneira de determinaro teor de etanol na gasolina é atravésda avaliação da densidade da faseaquosa. O valor da densidade da mis-tura água-etanol depende das quanti-dades relativas dessas duas substân-cias. A partir de valores de densidadeobtidos da literatura (Weast, 1972) paradiferentes misturas água-etanol (Tabela2), foi possível obter um gráfico querelaciona a densidade em função doteor de etanol (Figura 2). Esse gráficopode ser construído pelos alunos empapel milimetrado a partir dos dadosfornecidos (Tabela 2), para ser empre-gado na determinação do teor de eta-nol na gasolina, através de interpolaçãoa partir do valor da densidade da faseaquosa medido experimentalmente.
Para medir a densidade da faseaquosa, pode-se utilizar um densíme-tro, ou coletar amostras contendo cer-ca de 5 mL de solução água-etanol decada grupo de alunos, a fim de se obterum volume total mínimo de 30 mL.
Tabela 1: Seqüência de adição de reagentes nos tubos de ensaio para identificação dasfases com os indicadores de polaridade.
Teste Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3
1 água água + I2 água + KMnO4
2 gasolina gasolina + I2 gasolina + KMnO4
3 água + gasolina água + gasolina + I2 água + gasolina + KMnO4
Figura 1: Alterações da coloração provocadas pela adição dos indicadores de polaridade, durante os testes de identificação das fases: (a)água, água + I2, água + KMnO4; (b) gasolina, gasolina + I2, gasolina + KMnO4; (c) gasolina + água, gasolina + água + I2, gasolina +água + KMnO4.
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Determine a massa utilizando umabalança de pratos e o volume utilizandouma proveta2. Calcule o valor da densi-dade a partir desses dados experimen-tais e interpole no gráfico construído(Figura 2). Assim, o teor de etanol nagasolina é obtido graficamente, atravésda comparação com valores de refe-rência obtidos.
Para não prejudicar a exatidão doresultado obtido, é necessário utilizarum grande volume da mistura etanol-água (30 mL ou mais), para minimizaro erro associado à medição da massae do volume. Observa-se pelo gráfico(Figura 2) que uma pequena variaçãono valor da densidade obtida experi-mentalmente acarreta uma grandevariação no valor do teor de etanol.
Discussão do experimentoA identificação do etanol na gasoli-
na (Parte 1) e o estudo da interaçãoentre as moléculas de água, etanol eos hidrocarbonetos presentes na gaso-lina permitem abordar os conceitos desolubilidade e densidade, explorandoas características das moléculas envol-
vidas para explicar os fenômenosobservados. A geometria molecular, apolaridade da ligação covalente e dasmoléculas e as forças intermolecularespodem ser apresentadas aos alunosde maneira mais significativa, parajustificar os fenômenos macroscópicosobservados.
A quantificação do teor de etanolna gasolina pode ser executadaatravés de uma análise absoluta, quenão exige a comparação com valoresde referência. Os fenômenos observa-dos na Parte 1 podem ser utilizadospara identificar as fases e, então, reali-zar medidas quantitativas, permitindocalcular o teor de etanol na gasolina.Dessa forma, verifica-se a possibili-dade de realizar uma análise químicaexplorando propriedades físicas equímicas das substâncias envolvidas.
Na parte 3, a comparação da den-sidade da fase aquosa medida experi-mentalmente com valores de referênciaé empregada para mostrar uma outramaneira de se realizar análises quími-cas: a análise comparativa. Nesse caso,é indispensável a utilização de infor-
mação para a construção de um gráfico,denominado curva analítica de calibra-ção. Através da interpolação do valorexperimental através da curva analíticade calibração (Figura 2), é possível obtero teor de etanol na gasolina.
A obtenção da curva analítica decalibração pode ser transformada emuma atividade interdisciplinar, a ser ex-plorada juntamente com o professor deMatemática. Os dados da Tabela 2apresentam um comportamento apro-ximadamente proporcional, isto é, háuma reta que liga bastante bem ospontos do gráfico obtido (Figura 2).Esse procedimento pode ser feito vi-sualmente pelo aluno, que traça a retaque melhor passa pelos pontos dográfico. Outra possibilidade é o ajustematemático desses valores através deregressão linear, que permite obter aequação da reta que melhor descreveos pontos do gráfico. A partir dos va-lores fornecidos e da regressão linear,pode-se obter a seguinte equação dereta (y = a + bx, sendo a o coeficienteangular e b o coeficiente linear):d = 1,000 - 0,00219 x T, sendo d a den-sidade em g/mL e T o teor de álcool(% em volume). Dessa forma, se o valorda densidade for conhecido, bastasubstituí-lo na equação da reta paraobter o teor de etanol.
A comparação do teor de etanolobtido pelos procedimentos de análiseabsoluta (Parte 2) e de análise compa-rativa3 (Parte 3) permite que os alunosverifiquem a diferença entre os valoresobtidos por cada grupo e avaliem ospossíveis fatores que podem interferirno resultado. Nesse momento, o pro-fessor pode ressaltar que qualquermedida experimental possui um erro,gerando resultados imprecisos4.
ConclusõesAs possibilidades do experimento
envolvendo a extração de etanol emfase aquosa foram expandidas, permi-tindo ao aluno relacionar propriedadesfísicas e químicas com a identificaçãoe quantificação de substâncias. Naaplicação em sala de aula, verificou-se um aprimoramento dos conceitosde densidade, solubilidade e teor, queforam abordados a partir da estruturadas moléculas envolvidas. A diferençaentre os resultados obtidos para o teor
Tabela 2: Valores da densidade (d) da solução etanol-água em função do teor (φ) de etanol(Weast, 1972).
φ / %(v/v) 0,789 3,945 7,890 11,83 15,78 23,67 31,56 39,45 47,34
d / (g/mL) 0,996 0,989 0,982 0,975 0,969 0,954 0,935 0,914 0,891
Figura 2: Densidade da solução etanol-água em função do teor de etanol.
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Abstract: Exploring Chemistry in the Determination of the Ethanol Content in Gasoline – The identification and the determination of the ethanol content in gasoline were used to explore analytical-chemistryaspects in high-school teaching. Physical properties and chemical concepts were used so the students explained the involved phenomena, from a molecular point of view. The determination of the ethanolcontent was carried out in two different ways: [1] by verifying the variation of the volume of the aqueous phase; [2] by comparing the density of the aqueous phase with reference values from the literature.The difference between the values obtained by the two methods allowed the students to apprehend that inaccuracy is inherent to experimental activity.Keywords: high school, analytical chemistry, gasoline
Determinação do teor de álcool na gasolina
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Para saber maisSELINGER, B. Chemistry in the mar-
ketplace. 5ª ed. Sidney: Harcourt Brace,1998. p. 400-414.
SNYDER, C. H. The extraordinarychemistry of ordinary things. 2ª ed. NovaIorque. John Wiley & Sons, 1995. p. 213-221.
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Na internetPara obter informações sobre a legis-
lação vigente que controla a qualidadedos combustíveis, consulte o sítio http://www.anp.gov.br.
de álcool, utilizando os diferentesprocedimentos de quantificação,evidencia que a imprecisão é inerenteà atividade experimental; porém, deve-se tomar alguns cuidados no pla-nejamento, para que a mesma sejaminimizada. A comparação do teor deálcool obtido com aqueles expressosna legislação vigente mostrou aos alu-nos a importância de realizar análisespara controlar a qualidade dos produ-tos. Através da identificação e quantifi-cação do álcool na gasolina, algunsaspectos importantes da Química Ana-lítica foram expostos aos alunos do En-sino Médio.
Questões para discussãoAs questões a seguir podem ser uti-
lizadas pelo professor para que os con-ceitos abordados durante o experimen-to sejam discutidoscom os alunos.
1) Manchas de gor-duras são mais facil-mente removidasquando lavadas “aseco” com solventesespeciais, geralmentehidrocarbonetos. Expli-que.
2) Observe a tabela abaixo, queapresenta dados referentes à quanti-dade de álcool presente em 3 diferen-tes amostras de gasolina:
Gas. 1 Gas. 2 Gas. 3
Vol. etanol/mL 20,0 25,0 30,0
Massa de etanol/g 19,0 23,4 28,8
Analisando esses dados, verifiquese essas gasolinas apresentam teor deetanol de acordo com as normas esta-belecidas pela ANP.
3) Hoje em dia, é muito comumouvirmos falar sobre gasolina adulte-rada. Essa adulteração é geralmentefeita por solventes orgânicos. Analisese o processo por extração com água,usado no experimento, também éadequado para se verificar a presençadesses solventes na gasolina e quan-tificá-los.
Notas1. O permanganato de potássio
tem sido controlado pela Polícia Fede-ral e é, portanto, difícil de se comercia-lizar. Sendo assim, pode ser substituídopor sulfato de cobre II pentaidratado,que é de fácil acesso e também é so-lúvel apenas na fase aquosa.
2. A precisão da proveta para medirvolumes é menor do que a precisãode uma pipeta. Se a escola possuiruma pipeta, é aconselhável que os alu-nos a utilizem para a realização desteexperimento, pois os resultados obti-dos serão mais precisos.
3. Na execução deste experimento,foram encontrados os seguintes valores:
Parte 2 – Porcentagem de etanol nagasolina de 24%, indicando que agasolina analisada está de acordo comas normas da ANP.
Parte 3 – Densi-dade de 0,95 g/mL.Ao se analisar o grá-fico, verifica-se que oteor de etanol quecorresponde a estadensidade é de apro-ximadamente 23%,indicando que a
gasolina utilizada está de acordo comas normas da ANP.
4. O professor também pode dis-cutir se o uso de uma reta no gráficoda Figura 2 introduz ou não erros nainterpolação para obtenção do teor deetanol na gasolina.
AgradecimentosOs autores agradecem ao Colégio
Objetivo (Unidade Suzano) por permitira aplicação do experimento aos seusalunos. P.R.M. Correia agradece à Fun-dação de Amparo à Pesquisa do Esta-do de São Paulo pela bolsa concedida(Processo 01/02590-2).
Melissa Dazzani, licenciada/bacharel em Química pelaUniversidade de São Paulo (USP) e mestranda na áreade Ensino de Ciências na USP, é professora de Químicano Colégio Integrado Objetivo. Paulo R.M. Correia, li-cenciado/bacharel em Química e mestre em QuímicaAnalítica pela USP, é doutorando na área de QuímicaAnalítica na USP. Pedro V. Oliveira ([email protected].
A comparação do teor deálcool obtido com aqueles
expressos na legislaçãovigente mostrou aos alunosa importância de realizaranálises para controlar aqualidade dos produtos
usp.br), bacharel em Química e doutor em QuímicaAnalítica pela Universidade Federal de São Carlos, édocente do Departamento de Química Fundamentaldo Instituto de Química da USP (IQ-USP). Maria EuniceR. Marcondes ([email protected]), licenciada/bacharel em Química e doutora em Química Orgâ-nica pela USP, é docente do Departamento de Quí-mica Fundamental do IQ-USP.
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