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Projeto Sempre Alerta Combatemos com Sabão!

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Porquê este projeto? A importância do sabão enquanto agente de limpeza, quer na remoção da sujidade, ou da gordura (da pele humana, de teci- dos, entre outros), bem como na proteção contra micro- organismos é universalmente reconhecida. Atualmente, dado o contexto de pandemia em que vivemos, a im- portância do sabão sai reforçada e saber produzi-lo (se possível, nas nossas casas) é uma mais-valia! Importância do sabão no combate ao Sars-Cov-2: De uma forma simplificada, o vírus está envolvido por uma camada de lípidos, ou seja, de gordura. O sabão, ao remover a gordura, vai remover essa camada que envolve o vírus, removendo também o vírus da superfície da nossa pele. Fig. 1 - Coronavírus PÁGINA 3

Curiosidade: Diz-se que, nas ruínas de Pompeia, destruída aproximadamente em 79 a.C. pela explo- são do Vesúvio, arqueólogos terão desenterrado uma fábrica de sabão e encontrado bar- ras (concluídas) de sabão ainda dentro dela. PÁGINA 4

História do sabão Como a produção de vinho a partir da fermentação de sumo de uva, também a pro- dução de sabão é uma das mais antigas reações químicas conhecidas. Não se sabe quem inventou o sabão. Há documentos que sugerem que foi usado por fenícios antigos há mais de 5.000 anos e pelos Babilónios por volta de 2500 a.C.. Substâncias que se acredita serem sabonetes foram encontrados em ruínas egípcias antigas. Mas o primeiro registo escrito de sabão a ser usado pertence aos Hebreus - tábuas de 4000 a.C. falavam de óleos purificadores feitos de cinzas, calcário e óleo. Poderá ter sido inventado independentemente em várias regiões em momen- tos diferentes. Uma história intrigante sobre como os romanos terão aprendido a fazer sabão en- volve a tradição de sacrificar animais no Monte Sapo. Partes dos animais sacrificados eram queimadas como oferendas aos deuses. As gorduras da carne dos animais quei- mados misturavam-se com cinzas dos fogos e, quando chovia, viram que uma subs- tância se formava nas poças de água que corria pela mistura. Após algumas experiên- cias, descobriram que esta nova substância, mais tarde chamada sabão, tinha proprie- dades úteis, incluindo a capacidade de limpar superfícies. Os químicos referem-se agora à reação química que faz sabão como saponificação, em homenagem à descoberta no Monte Sapo. O sabão é formado misturando gorduras ou óleos com bases fortes, como hidróxi- do de sódio. Antes do sabão se tornar disponível a grandes empresas, as pessoas fa- ziam os seus próprios sabões misturando gorduras animais com soda cáustica numa panela e fervendo a mistura. Era possível perceber quando estava pronto colocando uma pequena quantidade da mistura num pouco de água limpa. Se houvesse gotículas de gordura na superfície da água, a reação estava incompleta. Era adicionada mais so- da cáustica e a reação continuava. Mais tarde, descobriu-se que o sabão podia ser purificado adicionando-lhe sal. A adição de sal faz com que o sabão forme um sólido que exclui impurezas, tais como o hidróxido de sódio. Este sabonete era mais suave e adequado não só para lavar roupa ou panelas, mas também para usar na pele. Fig. 2 - Fábrica de sabão em França PÁGINA 5

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Reação de saponificação Formados por ésteres, as gorduras animais e os óleos vegetais são insolúveis em água. Reagem com soluções alcalinas - soluções de bases MOH, o M de metal - as mais usadas hidróxido de sódio (NaOH) ou potássio (KOH), produzindo sabão. A figura seguinte mostra a reação química que é base para a síntese de sabão, com NaOH. Fig. 3 - Reação de saponificação As ligações que unem as longas cadeias da molécula de gordura à \"espinha dorsal\" são quebradas pela reação do hidróxido de sódio (e calor), produzindo glicerol e três moléculas de ácidos gordos (sabão). A parte \"ácida\" do ácido gordo é o lado com os átomos de oxigénio (grupo carboxilo). Esta extremidade mistura-se bem com água (hidrofílica). A parte gordurosa é a longa cadeia de carbonos, representada pelas linhas em zig-zag. Esta extremidade mistura-se bem com gorduras e óleos e é hidrofóbica. No segundo passo, os ácidos gordos são convertidos em sais relativa- mente puros de ácido gordo pela adição de cloreto de sódio. Os iões sódio reagem com os ácidos gordos formados após a hidrólise da gordura, formando um sal me- nos solúvel na água do que os ácidos gordos e precipita, formando o sabão sólido. PÁGINA 7

O sabão é lavado várias vezes com água destilada e é lhe adicionado também uma solu- ção de cloreto de sódio, promovendo a precipitação do sabão e a diminuição do pH. Um sabão tem a fórmula geral RCO-ONa, onde R é a cadeia carbonada (geralmente constitu- ída por 12 a 18 átomos de carbono). Fig. 4- Fórmula de estrutura de uma molécula de sabão Tipos de sabão Existem duas classes de sabões: o sabão duro (sabão forte, sabão pedra), que é produzido com hidróxido de sódio (NaOH) e constitui a maior parte dos sabões comuns (usados para limpeza comum) e o sabão mole, que é produzido com hidróxido potássio (KOH). Este último, é viscoso e costuma apresentar uma cor verde, parda ou amarela- clara (sabão verde). Os sabões moles estão presentes, por exemplo, na espuma de barbe- ar e no sabonete líquido. Fig. 5 - Sabão duro vs Sabão mole PÁGINA 8

Processos de produção de sabão A produção de sabão caseiro pode ser feito pelo processo frio (cold process) ou pelo processo quente (hot process). Cada um destes processos possui as suas vantagens e desvantagens. Depois da saponificação, podemos seguir ou o cold process ou o hot process, que se distinguem das seguintes maneiras: Cold process • Adição de fragrâncias, óleos essenciais e corantes no sabão; • O sabão é colocado numa forma e aguarda-se o seu endurecimento; • Após o seu endurecimento, o sabão caseiro é cortado e deixado em processo de cura. Este processo pode levar de 45 a 60 dias para ser finalizado. Durante este período, a reação de saponificação continua e o sabão vai deixando de ser alcalino para chegar próximo a um pH de 7 a 25ºC. Também ocorre a evapo- ração de água. Dessa forma, o sabão caseiro vai perdendo a sua humidade e chega à sua forma final. Hot process • Após a mistura da base e do óleo, o sabão é ainda aquecido em temperaturas de 80°C. Pode-se utilizar o \"banho-maria\"; • Quando o sabão atinge uma consistência de gel (pode levar de 1 a 2 horas), encerra-se o aquecimento e são introduzidos os corantes, fragrâncias e outros; • O sabão é colocado em moldes e, após o seu endurecimento, é cortado; O processo de cura do sabão feito por hot process é mais curto, levando apenas uma semana. Nesse período, o sabão caseiro irá ganhar mais consistência e perderá alca- linidade e humidade excessiva, assim como no cold process. Para produzir o nosso sabão, utilizámos o hot process. PÁGINA 9

Curiosidade: Os sabões de barra utilizam a gordura animal como matéria-prima, enquanto os sabone- tes que usamos para a higiene pessoal são feitos com óleos vegetais como gordura. PÁGINA 10

Propriedades de limpeza do sabão O sabão é usado para operações de limpeza de gordura dos tecidos, orgânicos ou sintéticos como a pele e a roupa, na presença de água. Para se perceber o seu mecanismo de lavagem é necessário perceber a natureza química e as proprieda- des das moléculas de sabão e de água. A água é um solvente inorgânico com algumas particularidades devido à natureza das suas interações intermoleculares, que ocorrem entre os átomos de oxigénio e os átomos de hidrogénio de moléculas vizinhas, denominadas pontes de hidrogénio. As moléculas de água exercem, portanto, forças de coesão entre elas, atraindo- se mutuamente. No entanto, quando em contacto com outras moléculas que não as de água, como acontece em interfaces(1), tal já não se verifica. As moléculas de água que se encontram na interface, além de não sentirem forças atrativas na direção da interface, também são repelidas pelas moléculas de gordura que têm um caráter hi- drofóbico, fazendo com que seja exercida uma força perpendicularmente à superfície da água que provoca a contração do líquido. A esta força chama-se tensão superficial (2). Devido a estas razões, quando se pretende remover gordura de um tecido apenas com água, esta vai evitar as moléculas de gordura, impossibilitando a limpeza do teci- do. Esta é efetuada com a adição de um surfactante(3), como o sabão, que estabelece a ligação entre a fase gordurosa e a água. As caudas das moléculas de sabão (lipofílicas) são atraídas pela gordura/sujidade: as cabeças, hidrofílicas (lipofóbicas), envolvem, sem dissolverem, o pedaço de gordura/ sujidade, \"aprisionando-o\". Ao adicionar água, como as caudas das moléculas de sa- bão são hidrofóbicas, fazem com que o complexo sabão-gordura/sujidade fique em suspensão (uma vez que não se dissolve na água) e seja removido. A este complexo dá-se o nome de micela. Fig. 6 - Representação esquemática de uma micela contendo óleo no seu interior (1), (2), (3) - Ver glossário PÁGINA 11

Fig. 7 - Aplicação no combate ao coronavírus Influência da água no sabão A própria água tem influência na ação do sabão. A água designada dura é água que tem na sua constituição sais de cálcio, de magnésio, e por vezes de ferro, na sua forma ioniza- da. Quando o sabão se dissolve numa fase aquosa, este dissocia-se nos seus iões. Na água dura, os aniões formados da ionização das moléculas de sabão reagem com os cati- ões metálicos de cálcio e de magnésio, formando carboxilatos de cálcio e de magné- sio. Estes, para além de anularem a ação do sabão, são compostos insolúveis em água pe- lo que precipitam, resultando numa camada que permanece, frequentemente, no recipiente onde ocorre a limpeza ou que aderem à superfície a limpar. PÁGINA 12

Protocolo experimental Material: • Óleo de coco; • Óleo de alecrim; • Solução de Hidróxido de Sódio – • Gobelés de 100 mL (2); concentração: 10,47% NaOH; • Provetas graduadas de 10 mL, 15 mL e 50 mL; • Papel indicador de pH; • Água destilada; • Pegas ou luvas de forno; • Varetas de vidro; • Placa de Aquecimento; • Cloreto de Sódio; • Cronómetro; • Gaze; • Balança; • Papel de filtro; • Copos de plástico transparente (3); • Molde de sabão(a); • Porcelana. Segurança Perigos: • O hidróxido de sódio é corrosivo, pode queimar a pele e os olhos (provocando lesões oculares graves). Cuidados a ter: • Usar óculos de proteção, luvas e bata; • Se hidróxido de sódio salpicar para a pele, lavar imediatamente e abundante- mente com água; • Se salpicar para os olhos, lavar imediatamente e abundantemente com água du- rante pelo menos 15 min e contactar um médico; • Retirar imediatamente a roupa salpicada e lavá-la antes de voltar a utilizá-la. (a) - Os moldes deverão ser de plástico duro, ou de silicone, mas nunca de alumínio: a reação do NaOH com o Al é uma reação extremamente exotérmica - provoca um grande aumento da temperatura. PÁGINA 13

Procedimento: 1. Vestir a bata, luvas e óculos de proteção; 2. Colocar 10 mL de óleo de coco e 15 mL da solução de hidróxido de sódio num gobelé de 100 mL; 3. Usando uma placa de aquecimento ou um bico de Bunsen de baixa chama, aquecer a mistura até ferver suavemente (para isso, adicionar pedaços de por- celana no interior do gobelé); 4. Misturar constantemente com a vareta de vidro. Evitar salpicos da solução de hidróxido de sódio colocando a placa numa intensidade baixa e mexendo sem- pre; 5. Ferver por 20 minutos ou até que toda a água tenha evaporado. Remover com cuidado o gobelé do calor e deixar arrefecer (retirar também os pedaços de porcelana); 6. Usando o papel indicador de pH, testar o pH do sabão em bruto: a. Para as etapas em que o sabão ainda é líquido, o pH pode ser medido simples- mente mergulhando o papel indicador de pH no líquido. Seguir as instruções na embalagem do papel indicador de pH para interpretar os resultados. b. Nas etapas em que o sabão é sólido, ele pode estar húmido o suficiente para esfregar o papel indicador de pH contra o sabão. Caso contrário, adicionar 3-5 gotas de água e esfregar o papel indicador de pH nessas gotas de água com sa- bão. Seguir as instruções na embalagem do papel indicador de pH para inter- pretar os resultados. 7. Registar o pH numa tabela na coluna Sabão em bruto; 8. Adicionar 15 mL de água destilada à mistura de sabão e mexa com uma vareta de vidro; 9. Para preparar a solução de cloreto de sódio, medir 15 g de cloreto de sódio e colocá-los num gobelé de 100 mL; 10. Adicionar 50 mL de água e agitar até dissolver; 11. Aquecer a solução salina até que esteja quase a ferver; PÁGINA 14

12. Adicionar a solução quente de cloreto de sódio à mistura de sabão. Use uma pega de cozinha ou uma luva de forno, se necessário; 13. Quebrar pedaços de sabão com uma vareta de vidro limpa; 14. Cobrir o gobelé que contém a mistura de sabão com uma gaze e despejar o líquido num copo de plástico transparente; 15. Medir o pH do sabão com um novo papel de pH; 16. Registar o pH na tabela na coluna 1ª Lavagem; 17. Repetir as etapas 8 a 16 mais duas vezes; 18. Registar o pH após cada lavagem. Coloque as leituras de pH nas colunas 2ª La- vagem e 3ª Lavagem; 19. Adicionar três gotas de óleo de alecrim ao sabão; Pressionar o sabão entre dois pedaços de papel de filtro para remover o máxi- mo de líquido possível; Pressionar o sabão no molde de sabão e secá-lo durante a noite; Medir e registar a leitura do pH do sabão seco. Colocar a leitura do pH na ta- bela na coluna Produto Final. Nota: Se a leitura do pH do produto final estiver entre 6 e 10, o sabão será conside- rado seguro. Se for esse o caso, retirar o sabão do molde e confirmar a sua capa- cidade de produzir espuma (lavando as mãos com ele). O procedimento conver- teu gordura em sabão com sucesso? Registar as observações sobre a cor, odor e textura do sabão no caderno de la- boratório. Executar todo o procedimento mais duas vezes com materiais limpos e frescos para recolher dados adicionais e demonstrar que os resultados são repetíveis. Tabela de valores de pH: Sabão em 1ª Lavagem 2ª Lavagem 3ª Lavagem Produto bruto Final Valores de pH PÁGINA 15

Curiosidade: Os óleos essenciais são de 50 a 70 vezes mais fortes do que as ervas de onde são reti- rados, sendo extremamente concentrados. Para se ter uma ideia: 1 gota de óleo essenci- al de hortelã corresponde a 28 chávenas de chá de hortelã. PÁGINA 16

Singularidade do nosso sabão Para tornar o nosso sabão único, escolhemos óleos, base(4) e essencial(5), para que além da função higienizante, o sabão tivesse outras vantagens, nomeadamente para o cuidado da pele. Benefícios dos óleos para a pele Óleo base: Óleo de coco • Bom para todos os tipos de pele, especialmente seca, irritada e sensível; • Protege, suaviza, hidrata e nutre a pele; • Ajuda a acalmar a pele após bronzeamentos; • A pele fica macia, delicada, mais firme, enquanto as pequenas rugas desapare- cem. Óleo essencial: Óleo de alecrim • Hidrata a pele; • Os antioxidantes presentes no alecrim ajudam a neutralizar os danos causados pelos radicais livres(6) que comprometem a estrutura de sustentação da pele, provocando rugas, flacidez e manchas; • Mantém os níveis de colagénio e ajuda a minimizar as rugas e a proteger a saú- de da pele; • O óleo de alecrim também serve para matar as bactérias, fungos e vírus na pele, o que o torna ideal para uso em pequenas feridas e queimaduras, ou para tratar dermatites, acne, eczema ou psoríase; • Ajuda a estimular a renovação celular e melhora a circulação sanguínea logo abaixo da superfície da pele. (4), (5), (6) - Ver glossário PÁGINA 17

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Glossário 1. Interface - Superfície que separa duas fases de um sistema. 2. Tensão superficial - É a propriedade que um líquido possui de manter as molé- culas unidas na sua superfície, assemelhando-se a uma membrana elétri- ca. Esta propriedade é consequência das forças intermoleculares. No interior do líquido, cada molécula é atraída por outras moléculas em todas as direções do espa- ço, enquanto que as moléculas superficiais só estão submetidas à tensão das molé- culas que têm por baixo. 3. Surfactante - Também designado agente tensioativo, tem atividade de superfície diminuindo a tensão superficial da água, permitindo que esta se espalhe e interaja com a fase gordurosa. As suas moléculas são anfipáticas pois são compostas por uma extremidade hidrofílica e por outra hidrofóbica. 4. Óleo base - Também denominado óleo mineral, é uma mistura de hidrocarbo- netos líquidos obtidos através de diversos métodos de destilação e de refinação do petróleo. São um excelente meio para diluir os óleos essenciais. 5. Óleo essencial - É uma substância sintetizada, armazenada e libertada por plan- tas aromáticas. É obtido por processos de destilação ou de pressão a frio, a partir das flores, folhas, rizomas (ou raízes), frutos e cascas/madeiras das plantas (partes mais utilizadas). Cada óleo essencial tem uma composição única de substâncias quí- micas, e essa variação afeta não só o seu aroma, como também a sua absorção e potenciais efeitos terapêuticos. 6. Radical livre - É um átomo ou molécula que possui um número ímpar de eletrões na última camada eletrónica. Isto torna-o instável e altamente reativo, fa- zendo com que esteja sempre a capturar ou ceder eletrões das células à sua volta. Sob condições normais, os radicais livres são essenciais para o funcionamento do organismo. Porém, quando em excesso, passam a atacar células saudáveis, como proteínas, lípidos e DNA, causando envelhecimento precoce. PÁGINA 19

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Bibliografia Science Buddies Staff. (2020, January 12). The Chemistry of Clean: Make Your Own So- ap to Study Soap Synthesis. Retrieved from https://www.sciencebuddies.org/science- fair-projects/project-ideas/Chem_p096/chemistry/how-to-make-soap Marcondes, C. (s.d.). Óleo Base | O que é? E por quê você precisa usar na Aromaterapia. Obtido de Fórmula do Aroma: https:// www.formuladoaroma.com.br/blog/oleo-base-na-aromaterapia O Que São Óleos Essenciais?/Temas de Saude/Cuide de Si. (s.d.). Obtido de Celeiro: https://www.celeiro.pt/cuide-de-si/temas-de-saude/o-que-sao-oleos- essenciais eCycle, E. (s.d.). Dois tipos de receitas de sabão caseiro: o frio e o quente. Obtido de eCycle: https://www.ecycle.com.br/component/content/article/63-meio- ambiente/2341-cold-process-hot-sabao-oleo-de-cozinha-usado-modos-de- fazer-producao-como-fazer-processo-quente-frio-formula-passo-a-passo- diferencas-vantagens-desvantagens-tempo-de-cura-preferencia.html Porto Editora (s.d.). Sabão. Obtido de Infopédia: https://www.infopedia.pt/$sabao Fogaça, J. R. (s.d.). Home/Curiosidades de Química/Composição química do sabão. Obti- do de Manual da Química: https://www.manualdaquimica.com/curiosidades- quimica/composicao-quimica-sabao.htm PÁGINA 21

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Índice História do sabão ________________________________ 5 Reação de saponificação ____________________________ 7 Tipos de sabão ______________________________ 8 Processos de produção de sabão ________________________ 9 Propriedades de limpeza do sabão ______________________ 11 Influência da água no sabão __________________________ 12 Protocolo experimental ____________________________ 13 Material _________________________________ 13 Segurança ________________________________ 13 Procedimento ______________________________ 14 Singularidade do nosso sabão _________________________ 17 Benefícios dos óleos para a pele ____________________ 17 Glossário ____________________________________ 19 Bibliografia ___________________________________ 21 PÁGINA 23

Escola Secundária da Ramada Trabalho realizado por: Carolina Trindade nº4 Grupo Bohr Catarina Ferreira nº 7 João Pereira nº 12 12ºC Disciplina: Química Professora: Maria Conceição Vilela Ano letivo: 2019/20