Universidade Federal de São Carlos – campus SorocabaLaboratório de Química Ambiental Química licenciatura plena – Noturno

Combustão Destilação seca da madeira Degradação de proteínas

Data de realização do experimento: 19/04/2010

Introdução 

Petróleo:

                                                                                              Figura 1: Extração de Petróleo

A natureza oferece uma série de recursos indispensáveis ao homem, podendo citar entre eles os minerais. Os recursos minerais foram extraídos de maneira mais intensa a partir da Primeira Revolução Industrial, visto que para o funcionamento da indústria é preciso ter abundância de matéria-prima e energia, nesse seguimento produtivo os recursos mais utilizados são os minérios, que podem ser renováveis e não-renováveis e metálicos ou não-metálicos.

O petróleo é considerado uma fonte de energia não renovável, de origem fóssil e é matéria prima da indústria petrolífera e petroquímica. O petróleo bruto possui em sua composição uma cadeia de hidrocarbonetos, cujas frações leves formam os gases e as frações pesadas o óleo cru. A distribuição destes percentuais de hidrocarbonetos é que define os diversos tipos de petróleo existentes no mundo.      O petróleo se formou a milhões de anos, a partir de matéria orgânica (restos de animais, vegetais e microrganismos) que se armazenou no fundo dos oceanos. Em razão da temperatura e da pressão sofrida, a matéria orgânica se transformou em um líquido viscoso, de coloração escura. [1]

     O petróleo possui destaque por ser a principal fonte de energia do mundo, dividindo o posto com o gás natural, que na realidade é um subproduto da indústria do petróleo. Alimenta mais de 60% das necessidades energéticas das economias industriais e apesar do enorme esforço científico e tecnológico desenvolvido nos últimos 30 anos para encontrar fontes alternativas, ainda não foi encontrada fonte de energia, com custos comparáveis ao petróleo, que possa substituí-lo.    Após a extração do petróleo do subsolo ou do fundo do mar, ele é transportado para as refinarias, onde o minério bruto é beneficiado e transformado em produtos como: gasolina, óleo diesel e querosene. A partir do petróleo são fabricados ainda: plásticos, borrachas sintéticas, asfalto, fertilizantes, fibras e muitos outros. [2]

Verifica-se no decorrer do experimento produtos como a gasolina, o diesel e o álcool etílico.

                                          Figura 2: Plataforma de Exploração de Petróleo

Combustão Total e Incompleta:

  Os derivados de petróleo apresentam várias utilizações. Mas aqueles que destacamos foram: Gás natural (CH4 e C2H6) GLP (C3H8 e C4H10 - (Gás liquefeito do petróleo) Gasolina (C5 A C10) Diesel (C15 e maiores) Todos eles são usados como combustíveis (sofrem combustão) para obtenção de energia com a finalidade do aquecimento, funcionamento de motores, obtenção de energia elétrica entre outras.              Para a combustão (queima) acontecer, obrigatoriamente, temos que ter a presença de oxigênio (O2), o comburente.  

Combustão Completa: A combustão completa se dá através da formação de gás carbônico e água.  CxHy CO2 + H2O

Combustão incompleta: A combustão incompleta ocorre através da produção de monóxido de carbono (CO) ou de carvão (C-Fuligem) e H2O.

Combustível + O2 Co + H2O

Ou

Combustível + O2 C + H2O   

     A combustão ser completa ou incompleta depende da quantidade de oxigênio. Na combustão completa precisamos de mais oxigênio. A combustão incompleta acontece com menos oxigênio. [1,4]

A chama apresenta três fases:   Azul- Onde ocorre a mistura combustível + comburente (é a parte fria da chama).  Amarela- Aí temos a combustão incompleta. A coloração amarela é o carvão (fuligem) em alta temperatura.  Incolor- Combustão completa, parte mais quente da chama.    Deposição Seca da Madeira:   Quase todos os sólidos que nos rodeiam, tais como madeira, rocha, vidro e outros, são misturas. Alguns podem ter seus componentes separados através da destilação. A destilação de um sólido, feita sem solvente é chamada de destilação seca. Através do experimento verifica-se a deposição seca da madeira pois a combustão do sólido será observada sem a presença e solvente.

Proteínas:  Proteínas são muito mais complexas em estrutura que carboidratos ou lipídios e estão envolvidas em numerosas atividades fisiológicas.Algumas proteínas, na forma de enzimas, funcionam como catalisadores para acelerar certas reações químicas. Outras proteínas, por sua vez, assumem um papel importante na contração muscular. Os anticorpos são proteínas que defendem o corpo contra micróbios invasores. Alguns tipos de hormônios são proteínas. Quimicamente, as proteínas sempre contêm carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio e, algumas vezes, enxofre. Os aminoácidos são as estruturas fundamentais das proteínas e cada aminoácido consiste de um grupo amino (-NH2) básico (alcalino), um grupo carboxílico (-COOH) ácido e uma cadeia lateral (grupo R) que é diferente para cada um dos 20 diferentes aminoácidos. [3]

Se uma proteína encontra um ambiente hostil, no qual a temperatura, o pH ou a concentração de eletrólitos esteja alterado, ela pode desenrolar-se e perder sua forma característica. Este processo chama-se desnaturação. As proteínas desnaturadas não são funcionais. Um exemplo comum de desnaturação é visto na fritura de um ovo. No ovo cru, a proteína (albumina) é solúvel e a clara é um fluido transparente e viscoso. Quando é aplicado calor ao ovo, a proteína altera sua forma, toma-se insolúvel e adquire uma cor branca. No experimento trabalha-se com a desnaturação de algumas proteínas como a albumina bovina, ovoalbumina (proteína proveniente do leite) e a gelatina, através do aquecimento, da adição de acetato de chumbo(metal pesado) e da adição de álcool etílico. Além da desnaturação o experimento envolve a caracterização de proteínas através da coloração. [3]

 

Objetivo

Caracterizar a presença de proteinas em material biologico, verificar experimentalmente a precipitação de proteínas através de reações de desnaturação. Observar a destilação seca da madeira e avaliar a queima parcial e total de alguns combustiveis, demonstrando as reações envolvidas.

Materiais e Métodos:   Materiais Parte I

Gasolina; Óleo diesel; Pipeta de Pasteur; Cápsula de porcelana; Palitos de fósforo; Vidro de Relógio.   Métodos Parte I : Combustão parcial   Primeiramente, pipeta-se 0,5 mL de cada substância a ser avaliada colocando a amostra na cápsula de porcelana. O teste é feito individualmente para cada substância e dentro da capela, por se tratar de reações de combustão parcial, onde há liberação de determinados gases. Inicia-se a combustão ateando fogo á amostra, aguarda-se então alguns segundos para cobrir a cápsula com o vidro de relógio interrompendo a queima. A partir da observação, durante e depois da reação, anota-se as características do processo como cor da chama, resíduos, aspecto, etc.   Materiais Parte II

Álcool Etílico; Pipeta de Pasteur; Cápsula de Porcelana; Palitos de Fósforo; Vidro de Relógio.   Métodos Parte II : Combustão Total   Primeiramente pipeta-se 2mL de álcool etílico colocando-o na cápsula de porcelana. Leva-se a amostra até a capela, inicia-se a reação ateando fogo à amostra. Aguarda-se alguns segundos até cobrir a cápsula com o vidro de relógio, interrompendo a queima. A partir da observação, durante e depois da reação, anota-se as características do processo como cor da chama, resíduos, aspecto, etc.   Materiais Parte III

Celulose vegetal (Palito de Madeira); Tubo de Ensaio; Rolha; Suporte Universal; Garra; Bico de Bunsen;   Métodos Parte III : Destilação Seca da Madeira  

Inicia-se o experimento introduzindo a amostra de madeira no tubo de ensaio e vedando-o com a rolha. Fixa-se então o conjunto ao suporte universal e inicia-se o aquecimento da amostra. O aquecimento deve ser feito lentamente, passando a chama do bico de bunsen na extremidade do tubo de ensaio onde encontra-se a madeira. Não  se deve deixar a chama diretamente na amostra. Ao inicio da queima da madeira, deve-se observar e anotar as características do processo, e equacionar a reação de combustão total para o gás liberado.   Materiais Parte IV

Solução de Ninhidrina a 0,1%; Solução de Biureto; Albumina bovina 10%; Leite; Gelatina; Tubos de Ensaio; Pipetas de Pasteur; Bico de Bunsen; Pinça de Madeira; Cloreto de Zinco a 5%; Álcool Etílico;   Métodos Parte IV : Caracterização de Proteínas

Este método consiste na verificação de proteínas em material biológico e na precipitação destas proteínas com desnaturação através de reações de coloração e desnaturação.   1. Reações de Coloração: 1.1 Pipeta-se 2mL da solução de Ninhidrina adicionando a ela mais 5 gotas da solução a ser estudada. Ferve-se a amostra durante aproximadamente 2 min com auxílio do bico de bunsen, anotando os resultados. 1.2 Pipeta-se 1mL da solução de proteína em um tubo de ensaio adicionando a ela 5 gotas da solução de Biureto. Agita-se a amostra e então anotar os resultados.

2. Reações de Desnaturação:

2.1 Pipeta-se 2mL da solução de proteína em um tubo de ensaio aquecendo-a diretamente na chama do bico de bunsen, observando e anotando os resultados. 2.2 Pipeta-se 1mL da solução de proteína e 1mL da solução de Acetato de Chumbo 5% em um tubo de ensaio, observando e anotando os resultados. 2.3 Pipeta-se 1mL da solução de proteínas e 1,5mL da solução de álcool etílico em um tubo de ensaio, observando e anotando os resultados.

Resultados     Parte I

Foram utilizados os seguintes combustiveis: Gasolina, Etanol e Oléo Diesel  

Oléo Diesel:O Diesel não entrou em combustão, pois a chama do fósforo e o tempo de exposição desta não foram suficientes, já que o diesel necessita de uma energia de ativação muito maior para entrar em combustão, devido a sua longa cadeia de hidrocarbonetos. A combustão do óleo diesel diferentemente da gasolina e do alcool é parcial, libera particulados, óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono, compostos aromáticos, óxidos de enxofre, dióxido de carbono, água e combustível não queimado.

Gasolina:

A gasolina é constituída por compostos de enxofre, de nitrogênio, de metais e principalmente hidrocarboneto. Os hidrocarbonetos constituintes da gasolina são normalmente aqueles que contêm quatro a doze átomos de carbono. É um líquido volátil e inflamável. Sua combustão foi rápida, apresentando uma tonalidade de chama amarelada, deixou residuos na capsula de porcelana e no vidro relógio. No vidro observou-se formação de gotículas amareladas e de fuligem. A reação ocorrida simplificada, onde não se considera a formação de materiais particulados provenientes do enxofre presente na gasolina, pode ser representa por:

C8H18 + 12,5 O2 --> 8CO2 + 9 H2O + Energia

Parte II

Alcool , Etanol:

Por aprsentar muito oxigênio na sua estrutura química,o etanol queima de forma bastante limpa. Sua chama quase transparente, tem tonalidade azul. Não observou-se formação de fumaça ou fuligem, apenas de gotículas de água no vidro relógio. A queima assim como a da gasolina foi instantânea, e cessou ao tapar-se com o vidro relógio, já que a fonte de oxigênio foi retirada. A reação simplificada da queima desse combustível pode ser observada a seguir:

C2H6O + 3O2 --> 2CO2 + 3H2O + Energia

Observa-se que por possuir menos oxigênio na reação, o álcool tem rendimento inferior ao da gasolina, já que o oxigênio age como comburente aumentando a quantidade de energia liberada.

Parte III

A destilação seca da madeira é uma combustão incompleta, porem ocorre através da condução de calor e não através do contato direto, podemos observar no experimento o surgimento de partes liquidas e gasosas e de solido carbonizado.Os gases a serem liberados durante a destilação seca da madeira são o dióxido de carbono e vapor de água.

C6 H10O5 (s) + 6O2(g) --> 6CO2(g) + 5 H2O(l)

Nesse processo também ocorre outras combustões, a dos resíduos da madeira e resinas como a giberélica, que gera metano, gás que pode ser observado dentro do tubo de ensaio.

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(L) + calor

O liquido formado no fundo junto a madeira carbonizada, é composto por água e as substâncias provenientes da combustão da madeira, essa combinação forma o Álcool Etílico, que reage com o oxigênio do ar, ocorrendo a combustão abaixo:

CH3CH2OH + O2(g) --> 2CO2 + 3H2O(l) + Calor

Parte IV

As seguintes amostras foram utilizadas, Albumina bovina, leite e gelatina. Alem da amostra sem proteína, utilizada como amostra de comparação( branco).

1 Reações de coloração

1.1 Solução de Ninhidreina

Solução branco: Não sofreu alteração com o aquecimentoSolução contendo Albumina Bovina: passou de incolor para a coloração roxa.Solução contendo Leite: Após o aquecimento a solução obteve uma coloração lilas.Solução contendo Gelatina: Passou de estado coloidal para um estado mais liquido, não houve alteração de cor.

1.2 Solução de Biureto:

Solução Branco: Não sofreu modificação com o agitamento.Solução contendo Albumina Bovina: Tornou-se menos espessa, mais límpida e apresentou tom fraco de rosa.Solução contendo Leite: Tornou-se mais aquosa e menos espessa, apresentando uma cor roxa após a agitação.Solução contendo Gelatina: apresentou uma cor violeta e aparentemente tornou-se mais límpida.

2 Reações de Desnaturação de proteínas.

2.1 Degradação por Aquecimento.Albumina Bovina – apresentou resíduo branco, e durante seu aquecimento liberou bolhas indicando que o ponto de ebulição foi atingido. Leite - Com o aquecimento o leite borbulhou e sua coloração tornou-se mais escura.Gelatina - houve liberação de fumaça e borbulhamento no decorrer do aquecimento.

2.2 Degradação por presença de metais pesados.Albumina Bovina - tornou-se turva e adquiriu o aspecto de qualhamentoLeite - Apresentou aspecto de leite qualhado.Gelatina – Observou-se a presença de partículas suspensas.

2.3 Degradação por Álcool.Albumina Bovina - Surgiram duas fases heterogenias, a fase superior apresentou aspecto turvo, menos espesso e denso, e a fase inferior tornou-se mais límpida.Leite - qualhou, apresentando aspecto turvo.Gelatina – Novamente duas fases, a superior com aspecto turvo enquanto a inferior com aspecto límpido.

Conclusão

Demonstrou-se de forma clara através da combustão que cada combustível possui

suas características próprias, observando os produtos da reação de combustão de cada

substâncias analisada na parte A, notamos que o combustível mais “limpo” vem a ser o

Etanol, devido a emitir uma fumaça praticamente incolor e 0% de material particulado,

sendo que sua produção alem de ser renovável possui fatores de baixo custo e incentivo

fiscal pelo projeto Pro-Alcool do governo brasileiro.

Com a queima de combustíveis derivados de petróleo, foi possível evidenciar a

emissão de material particulado, no caso da gasolina, juntamente com fumaça escura e

chama amarela, que caracteriza uma queima incompleta dos reagentes no processo de

combustão, enquanto a chama do álcool se caracterizou por uma coloração azul clara,

demonstrando total queima dos reagentes.

No caso do Diesel não foi possível atar fogo, devido este combustível possuir um

complexo ativado de reação muito elevado, que nos força a fornecer uma energia(térmica) a

ele muito alta para que o processo de combustão venha a ocorrer, o palito de fósforo em

chamas não é capas de suprir toda a demanda de calorias que o diesel precisa para

incendiar-se, sendo este um combustível de cadeia molecular grande, vide tabela 01, e

massa molecular considerável.

Um dos principais fatores observados durante a destilação seca da madeira foi a

formação de um liquido no corpo interno do tubo de ensaio e a carbonização da madeira,

sendo esta ocasionada pela condução térmica.. o liquido como já descrito, álcool etílico,

pode ser notado a partir do momento em que o tubo de ensaio foi aberto e uma chama foi

posicionada em sua extremidade, na qual uma pequena combustão ocorreu, eliminado o

liquido e uma pequena parte de gás metano que desprendeu-se da madeira durante o

processo.

No processo de destilação da madeira é importante levarmos em conta que apenas

ocorreram observações a serem feitas e que as equações químicas apresentadas em

“Resultado” são referentes aos processos mencionados nos livros da bibliografia.

De forma geral a combustão foi evidenciada e pode-se ver a produção de gases

poluentes assim como observar a diferença de combustível para combustível, assim como

descrito em 4.1.

Durante a caracterização de proteínas é importante levarmos em conta que cada

processo de caracterização levou um fator próprio consigo, sendo eles o aquecimento,

agitação, presença de metais pesados e de álcool etílico. O que fez com que cada proteína

apresenta-se uma resposta diferente em razão destes fatores.

Nas reações de coloração podemos observar um padrão, enquanto aas soluções

estudo, Albumina bovina, leite e gelatina, tornam-se mais claras nessa ordem

respectivamente, tendendo da cor roxa da albumina bovina ao translucido da gelatina no

processo em que a Ninhidrina foi empregada, a coloração destas mesmas substâncias torna-

se mais escura no processo em que a solução de Biureto foi usada. Evidenciando a

diferença de resposta que as mesmas proteínas podem ter em relação a um agente externo,

no caso as soluções de Ninhidrinae Biureto.

As reações de desnaturação ligadas a degradação de proteínas utilizando álcool

etílico, metais pesados e aquecimento podemos observar um aspecto muito claro de

processos degradadores de substancias, este processo é a qualhagem, a qualhagem ocorre

naturalmente em diversas substâncias, como exemplo o próprio leite. É um processo

causado pela oxidação de partículas orgânicas que adquirem grupos com átomos de

oxigênio, um exemplo noi próprio leite é o qualhamento causado pelo produto de reações

metabólicas de bactérias, como os radicais livres, e agentes oxidantes.

A degradação com aparecimento de radicais livres e de agentes oxidantes foi

observada no uso de álcool etílico e de metais pesados, resultando no qualhamento, porem

na degradação em que o aquecimento foi utilizado ocorreu uma semelhança entre todas as

soluções de proteínas, toadas atingiram seu ponto de ebulição como ja descrito, era

esperado que tal fato acontecesse pois as proteínas são compostas por partículas orgânicas

que são geralmente geradas por organismos vivos que atingem no máximo a temperatura de

36ºC a 42ºC, sendo que a variação de temperatura causa a desnaturação protéica, alterando

forma e função das proteínas, e com isso ocorrem modificações na sua estrutura molecular,

aparecendo novas substâncias ou partículas em suspensão.com o observado na degradação

por aquecimento da Albumina bovina.

A degradação por aquecimento, com atingiu o ponto de ebulição teve com o

resultado uma liquefação em toda as soluções proteínas também.

Bibliografia

[1] PENIDO FILHO, Paulo. O álcool combustível: obtenção e aplicação nos motores. 1ª ed. São Paulo: Livraria Nobel, 1981.

[2] CLIN BAIRD, Química Ambiental, 2º Edição, Volume único, Editora Artmed Editora S.A, São Paulo, 2002.

[3] Lehninger, A. Lester. Fundamentos de Bioquímica. 4ª ed. São Paulo: Sarvier, 2006.

[4] Atkins, P.; Jones, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Editora Bookman, 2001.