26.2: Saponificação de Gorduras e Óleos; Sabões e Detergentes

Ácidos e sais carboxílicos com cadeias alquílicas superiores a oito carbonos exibem um comportamento invulgar na água devido à presença de ambas as regiões hidrofílicas (CO2) e hidrofóbicas (alquílicas) na mesma molécula. Tais moléculas são denominadas anfifílicas (Gk. amphi = ambas) ou amphipáticas. Os ácidos gordos compostos por dez ou mais átomos de carbono são quase insolúveis na água e, devido à sua menor densidade, flutuam na superfície quando misturados com água. Ao contrário da parafina ou de outros alcanos, que tendem a ficar submersos na superfície da água, estes ácidos gordos espalham-se uniformemente sobre uma superfície alargada da água, acabando por formar uma camada monomolecular na qual os grupos carboxilo polares estão ligados a hidrogénio na interface da água, e as cadeias de hidrocarboneto estão alinhadas juntas longe da água. Este comportamento é ilustrado no diagrama à direita. As substâncias que se acumulam na superfície da água e alteram as propriedades da superfície são chamadas surfactantes.

Sais metálicos alcalinos de ácidos gordos são mais solúveis na água do que os próprios ácidos, e o carácter anfifílico destas substâncias também os torna surfactantes fortes. Os exemplos mais comuns de tais compostos são os sabões e detergentes, quatro dos quais são mostrados abaixo. Note-se que cada uma destas moléculas tem uma cadeia não polar de hidrocarbonetos, a “cauda”, e um “grupo de cabeça” polar (muitas vezes iónico). A utilização de tais compostos como agentes de limpeza é facilitada pelo seu carácter tensioactivo, que reduz a tensão superficial da água, permitindo-lhe penetrar e molhar uma variedade de materiais.

Muitas pequenas quantidades destes tensioactivos dissolvem-se na água para dar uma dispersão aleatória de moléculas de soluto. No entanto, quando a concentração é aumentada, ocorre uma alteração interessante. As moléculas tensioactivas reúnem-se reversivelmente em agregados polimoléculares chamados micelas. Ao reunir as cadeias hidrofóbicas no centro da micela, a ruptura da estrutura ligada ao hidrogénio da água líquida é minimizada, e os grupos de cabeças polares estendem-se para a água circundante, onde participam na ligação do hidrogénio. Estas micelas são frequentemente de forma esférica, mas podem também assumir formas cilíndricas e ramificadas, como ilustrado à direita. Aqui o grupo de cabeça polar é designado por um círculo azul, e a cauda não polar é uma linha preta zig-zag.

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p> O agente de limpeza anfifílico mais antigo conhecido pelos humanos é o sabão. O sabão é fabricado pela hidrólise base-catalítica (saponificação) de gordura animal (ver abaixo). Antes de o hidróxido de sódio estar comercialmente disponível, era utilizada uma solução de carbonato de potássio lixiviado das cinzas da madeira. Os sabões de potássio macios foram então convertidos nos sabões de sódio mais duros por lavagem com solução salina. A importância do sabão para a civilização humana é documentada pela história, mas alguns problemas associados à sua utilização foram reconhecidos. Um destes é causado pela fraca acidez (pKa ca. 4,9) dos ácidos gordos. As soluções de sabões de metais alcalinos são ligeiramente alcalinas (pH 8 a 9), devido à hidrólise. Se o pH de uma solução de sabão for reduzido por contaminantes ácidos, os ácidos gordos insolúveis precipitam-se e formam uma escória. Um segundo problema é causado pela presença de sais de cálcio e magnésio no abastecimento de água (água dura). Estes catiões divalentes causam a agregação das micelas, que depois se depositam como escória suja.

Estes problemas foram atenuados pelo desenvolvimento de anfípitos sintéticos chamados detergentes (ou syndets). Ao utilizar um ácido muito mais forte para o grupo da cabeça polar, as soluções de água do anfíbio são menos sensíveis às mudanças de pH. Também as funções sulfonadas utilizadas para praticamente todos os detergentes aniónicos conferem maior solubilidade às micelas incorporando os catiões alcalinos de terra encontrados em água dura. Variações sobre o tema dos anfípicos levaram ao desenvolvimento de outras classes, tais como os detergentes catiónicos e não iónicos mostrados acima. Os detergentes catiónicos apresentam frequentemente propriedades germicidas, e a sua capacidade de alterar o pH da superfície tornou-os úteis como amaciadores de tecidos e amaciadores de cabelo. Estas versáteis “ferramentas” químicas transformaram drasticamente os mercados de produtos de limpeza doméstica e de cuidados pessoais nos últimos cinquenta anos