relatorio_final2 ano passado

Universidade do Minho MIEBIOM

Fenómenos Interfaciais

Índice Introdução ..................................................................................................................................... 1

Materiais e Métodos ..................................................................................................................... 4

Resultados ..................................................................................................................................... 5

Discussão de resultados ................................................................................................................ 6

Conclusão ...................................................................................................................................... 8

Bibliografia .................................................................................................................................... 9

Anexos ......................................................................................................................................... 10

A1. Observações experimentais .............................................................................................. 10

A2. Exemplos de cálculos ........................................................................................................ 11

A3. Gráficos ............................................................................................................................. 12


1 Fenómenos Interfaciais

Introdução

Os surfactantes são agentes de superfície activa (tensioactivos), popularmente

conhecidos como sabão e detergente, são moléculas anfifílicas cujas estruturas moleculares

caracterizam-se por apresentar, no mínimo, duas regiões

distintas, uma parte hidrofílica (polar) que tem afinidade com a

água e uma outra hidrofóbica (apolar) que tem afinidade com

gorduras[1] e tendência a afastar-se das moléculas de água. A

parte polar destas moléculas é designada por cabeça e a não

polar por cauda (como se pode verificar na Figura 1), quando

se encontram em solução aquosa, tendem a localizar-se à

superfície da água, orientando-se de forma a que os grupos polares fiquem dirigidos para o

interior e os não polares para o exterior[2].

As moléculas de surfactante podem associar-se formando

uma variedade de possíveis nano-estruturas dependendo da

estrutura molecular, da concentração e da composição do

sistema[4]. Podem organizar-se em micelas, cristais líquidos,

vesículas, membranas bicamada e microemulsões. As micelas

(Figura 2) são agregados tipicamente coloidais de nano-estruturas.

Em solução diluída, os surfactantes iónicos actuam como electrólitos

fortes, porém, com o aumento da concentração, observa-se bruscas

mudanças das propriedades físicas da solução, esta concentração é definida como

concentração micelar critica (cmc)[1]. A concentração micelar crítica dos tensioactivos pode ser

determinada através das mudanças no comportamento de algumas de suas propriedades

físicas em solução, tais como, espalhamento de luz, viscosidade, condutividade eléctrica,

tensão superficial etc..

No caso do uso da variação da tensão superficial para determinar a concentração

micelar crítica a figura 3 mostra um esquema do comportamento do tensioactivo na superfície

do líquido e no seio da solução. A adição de tensioactivos à água tende a saturar todas as

interfaces (situação B e C) de modo que a partir da Concentração Micelar Crítica tem-se a

saturação do meio e a formação de micelas (situação D). A micela é a configuração das

moléculas de tensioactivo com melhor estabilidade na solução, com as cadeias hidrofóbicas

agrupadas e a parte hidrofílica das moléculas voltada para a água[6]. A tensão superficial pode

Figura 1 Exemplo da localização da

parte polar e apolar numa

molécula [3]

Figura 2 -Exemplo de organização de micelas.

[5]

Universidade do Minho

Fenómenos Interfaciais

ser obtida por vários métodos como por exemplo o método do anel ou o

Wilhelmy.

No uso da condutividade eléctrica para detectar a concentração mi

4 mostra um gráfico típico da condutividade específica versus

surfactante. A condutividade é a medida da mobilidade das

Observa-se na figura 4 que a

A formação das micelas permite uma maior interacção entre as moléculas de água,

através do estabelecimento de pontes de hidrogénio, o que não é tão fácil quando as

moléculas do surfactante se encontram dispersa

bastante importante quando ocorre a micelização é designado, frequentemente, por efeito

hidrofóbico.

Figura 3- Esquema do comportamento do tensioactivo, em função da tensão superficial, indicando a c.m.c.

Figura 4- Perfil de condutividade versus [surfactante] indicando a cmc

.[8]

obtida por vários métodos como por exemplo o método do anel ou o Método

No uso da condutividade eléctrica para detectar a concentração micelar crítica

mostra um gráfico típico da condutividade específica versus concentração molar de

surfactante. A condutividade é a medida da mobilidade das espécies iónicas em solução

que a cmc é definida na concentração do surfactante corresponde à

repentina mudança do perfil de condutividade

eléctrica. O aumento linear da condutividade

abaixo da cmc, observado no perfil da Figura 4

característico de electrólitos fortes e a inclinação

depende da condutividade molar das

solução. Após a formação de micelas, cada

monómero adicionado continua a

a formação das micelas.[7]

condutividade eléctrica da solução

recorrer ao condutivímetro.



moléculas do surfactante se encontram dispersas no seio da solução. Este factor que é


Esquema do comportamento do tensioactivo, em função da tensão superficial, indicando a c.m.c.

[6]

Perfil de condutividade versus

MIEBIOM

2

Método do prato de

elar crítica a figura

concentração molar de

espécies iónicas em solução.

do surfactante corresponde à

repentina mudança do perfil de condutividade

aumento linear da condutividade

observado no perfil da Figura 4, é

trólitos fortes e a inclinação

depende da condutividade molar das espécies em

formação de micelas, cada

continua a contribuir para

Para medir a

a solução pode-se



s no seio da solução. Este factor que é




Há possibilidade de se facilitar a micelização, ou seja, de diminuir o valor de c.m.c., actuando

de diferentes formas:

• Usando substâncias tensioactivas com grupos hidrofóbicos mais longos, ou seja com

cadeias hidrocarbonadas mais extensas. Para surfactantes iónicos o valor de c.m.c.

baixa para cerca de metade por cada grupo CH2 adicional. No caso dos tensioactivos

não iónicos o decréscimo correspondente pode ser de 1/10. No entanto, para cadeias

acima de C18 não se verifica alteração apreciável, o que poderá ser devido ao

enrolamento das cadeias hidrocarbonadas;

• Baixando a temperatura, uma vez que a micelização é um processo exotérmico;

• Adicionando sais, quando os tensioactivos são iónicos, o que reduz a repulsão entre os

grupos electricamente carregados à superfície da micela[2]



Materiais e Métodos

A partir de uma solução padrão de SDS com 20 mM, preparou-se as seguintes diluições

em balões de 25ml, como mostra a Tabela 1

Tabela 1 – Concentrações de SDS (mM) para preparação das soluções

SDS 12 10 8 6 4 2

SDS + 5ml

NaCl(0,6M)

12 10 8 6 4 2

SDS + 5ml

NaCl(0,3M)

12 10 8 6 4 2

Seguidamente passou-se as soluções para goblés, e foi medida em triplicado a

condutividade eléctrica de cada uma, mergulhando o condutivímetro nela e registando a sua

condutividade, lavando a sonda entre cada medição.

Passou-se as soluções para placas de petri e foram medidas as tensões superficiais de

cada solução recorrendo ao método do anel.

Foram medidas a tensão superficial e condutividade da água.



Resultados

Na tabela 2 encontram-se os resultados das concentrações micelares criticas das

amostras de SDS com e sem NaCl.

Tabela 2: Concentrações micelares criticas das amostras

Concentração micelar critica

SDS sem NaCl 8 mM

SDS com NaCl (0,3M) 6 mM

SDS com NaCl (0,6M) 4,5 mM



Discussão de resultados

Esta actividade laboratorial teve como objectivo a determinação da concentração

micelar crítica (c.m.c.) de três soluções (A, B e C). A solução A é uma solução de SDS em água, a

solução B é de SDS com 0.3M de NaCl e a solução C é de SDS com 0.6M de NaCl. Foram feitas

diluições a partir de soluções iniciais sendo posteriormente medida a condutividade eléctrica e

a tensão superficial, encontrando-se os resultados expostos na tabela 3 do anexo A1 . No

referido anexo estão presentes os gráficos condutividade versus concentração de SDS das

soluções bem como da tensão superficial.

Pela análise dos gráficos efectuados (anexo A3) facilmente se observa que as soluções

B e C em que estão presentes o NaCl possuem condutividades mais elevadas que a solução A.

Uma análise importante é que qualquer uma das três soluções (A, B e C) possui condutividades

eléctricas superiores à água.

Observando-se isoladamente os resultados obtidos, na solução A, constata-se que a

condutividade aumenta com o aumento da concentração de SDS. No entanto, a partir da

concentração de 8 mM este aumento torna-se menos acentuado, o que pode indicar o início

da formação de micelas tornando a solução menos condutora. Pode-se verificar pela análise

do gráfico da tensão superficial (figura 5) que existe um decréscimo acentuado da mesma até

aos 8mM. Estima-se, portanto, que a c.m.c da solução A é aos 8 mM.

O SDS provoca uma diminuição da tensão superficial de água, pois é a função de um

detergente, até se atingir a cmc. A partir do momento em que se inicia a formação de micelas

a tensão superficial da água não diminui mais, ou seja, mantém-se constante num certo valor.

[9] A literatura indica que quando a concentração de NaCl é nula na solução, a c.m.c é de

8,1x10-3mol/dm3 (o que é igual a 8,1 mM). Este é o valor de referência para a solução A,

constatando-se que o valor experimental está em conformidade com a literatura. [2]

Quanto à solução B, constata-se um aumento acentuado da condutividade eléctrica na

passagem de 2 mM para 6 mM de SDS. A partir desta última concentração até 12 mM o

aumento torna-se menos acentuado. Pela análise gráfica (figura 7) pode-se verificar que a

tensão estabiliza aos 6mM, podendo-se prever que a cmc do SDS com 0.3M de NaCl é aos

6mM.

Relativamente à solução C, verifica-se que a condutividade eléctrica é superior que a

solução B, uma vez que a concentração de NaCl também é maior. À semelhança do que se



verificou nas duas soluções anteriores, constata-se que a condutividade eléctrica aumenta

gradualmente ate, aproximadamente, aos 4.5mM e a tensão superficial estabiliza nos 4mM.

Considera-se que a c.m.c da solução C é 4.5mM.

Como era esperado, diferentemente dos surfactantes, a adição de NaCl (composto

tensiónico) aumentam a tensão superficial. [10]

A adição de sais, como é o caso no NaCl, a surfactantes provoca a diminuição

considerável da cmc, o que é explicado pelo facto de o sal induzir a diminuição do potencial de

superfície e a repulsão electrostática das cabeças de surfactante iónicas. Acrescenta-se que

este efeito é acompanhado pelo crescimento dos agregados micelares. [11]



Conclusão

Após a análise da actividade experimental, pode-se concluir que a condutividade

eléctrica das soluções A, B e C estudadas são maiores do que a condutividade eléctrica da

água.

Já com a interpretação dos gráficos, anuiu-se que a condutividade eléctrica das três

soluções aumenta com a concentração de SDS. Tem-se que a condutividade eléctrica da

solução A é inferior à da solução B e, por sua vez, que esta é inferior à solução C.

Comparando com os valores da concentração micelar crítica fornecidos pela literatura,

averiguou-se que a solução A está em conformidade com o esperado (8.1mM).

Por último e devido aos resultados que foram obtidos, pode-se concluir que com a

adição de compostos tensiónicos (NaCl), a concentração micelar critica das soluções diminui.



Bibliografia

[1] SHAW, D. J.; Introduction to colloid and surface chemistry; 4. ed.- Oxford: Butterworth

Heinemann, 1992.

[2] OLIVEIRA, R.; Fenómenos Interfaciais; Universidade do Minho; 2001.

[3]http://www.oilproduction.net/cms/index.php?option=com_content&view=article&id=210:

el-uso-de-surfactantes-en-proyectos-de-recuperacion-terciaria-&catid=54:eor-ior&Itemid=101

(consultado a 1 de Maio de 2010)

[4] LIMA, F. C.; Investigação de Complexos Mistos Polímeros-Surfactantes em Misturas de

Dodecilsulfato de Sódio e Decilfosfato de Sódio com Polióxido de Etileno. Tese de Doutorado

em Química, UFSC, Florianópolis, Março de 1998.

[5]http://dta.utalca.cl/biologia/BioROM%202005/contenido/cibertexto/lip/lipid34

.htm; (consultado a 1 de Maio de 2010)

[6] SANTOS, F. G.; ALVES, J.; Determinação da Concentração Micelar Crítica de Tensoativos

Obtidos a Partir de Óleos Vegetais Para Uso na Recuperação Avançada de Petroleo; SP;

Outubro 2007.

[7] OLDHAM, K. B.; MYLAND, J. C. Fundamental of Electrochemical Science Academic Press: UK,

1-7, 1994.

[8 ] DAL-BÓ, A. G.; Associação de Micelas Mistas de Surfactantes Aniônicos Com o Polimero

Hidrofobicamente Modificado Etil (Hifroxietil) Celulose (EHEC); Universidade de Santa

Catarina; Florianópolis, 2007.

[9] REIS, R., Síntese de surfactantes derivados da ribonolactona, Juiz de Fora, Agosto, 2007.

[10] ROCCO, R.; NASCIMENTO, F.; FREITAS, F.; Determinação da Tensão Superficial e CMC

(SDS); Universidade Estadual de Campinas; 2009

[11] FLORENCE, A. T.; ATTWOOD, D.; Princípios físico-químicos em farmácia; São Paulo; 2003.



Anexos

A1. Observações experimentais

Na tabela 3 estão apresentados os valores de condutividade eléctrica para as soluções

A, B e C.

Tabela 3 – Observações experimentais: Condutividades e respectivas médias e tensões superficiais das

três soluções

Condutividade (S/m)

Média

Tensão

superficial

(N/m) Solução Concentração amostra

1 amostra

2 amostra

3

A 12 0.66 0.63 0.63 0.640 29

10 0.58 0.66 0.59 0.610 30

8 0.55 0.56 0.60 0.570 31

6 0.39 0.41 0.38 0.393 37

4 0.24 0.28 0.22 0.247 40

2 0.13 0.17 0.14 0.143 42.5

B 12 5.70 5.71 5.73 5.713 31

10 5.69 5.70 5.68 5.690 32

8 5.64 5.67 5.65 5.653 33

6 5.60 5.61 5.64 5.617 33.5

4 5.48 5.45 5.46 5.463 38

2 5.33 5.35 5.37 5.350 45

C 12 8.21 8.22 8.23 8.220 32.5

10 8.20 8.19 8.19 8.190 33

8 8.18 8.17 8.18 8.180 33.5

6 8.18 8.16 8.16 8.167 34

4 8.05 8.05 8.08 8.060 34.5

2 7.87 7.85 7.86 7.860 42.5

Solução A: SDS (mM) sem NaCl.

Solução B: SDS (mM) com NaCl (0.3 M).

Solução C: SDS (mM) com NaCl (0.6 M).

A condutividade da água é 0,04 S/m.

A tensão superficial da água é 71,5 N/m.



A2. Exemplos de cálculos

Volume de Solução a utilizar: C1V1=C2V2

Solução 6mM

�1 =6 × 25

20= 7,5 �

Factor de correcção = 72,8/71,5 = 1,02

Tensão superficial real = 29*1,02 = 29,58

Condutividade real = (condutividade experimental) – (condutividade da agua)

Condutividade real = 0,66 – 0,04 = 0,62

Factor de correcção = (tensão superficial agua tabelada) / (tensão superficial da agua experimental)

Tensão superficial real = (tensão experimental) * (factor de correcção)



A3. Gráficos

Figura 5- Concentração vs Tensão superficial do SDS sem NaCl.

Figura 6- Concentração vs Condutividade do SDS sem NaCl.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 2 4 6 8 10 12 14

Te

nsã

o s

up

erf

icia

l (N

/m)

Concentração de SDS (mM)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 2 4 6 8 10 12 14

Co

nd

uct

ivid

ad

e (

S/m

)




0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 2 4 6 8 10 12 14

Te

nsã

o s

up

erf

icia

l (N

/m

)


Figura 7- Concentração vs Tensão superficial do SDS com NaCl 0,3M.

5,25

5,3

5,35

5,4

5,45

5,5

5,55

5,6

5,65

5,7

0 2 4 6 8 10 12 14

Co

nd

uct

ivid

ad

e (

S/

m)


Figura 8- Concentração vs Condutividade do SDS com NaCl 0,3M.



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 2 4 6 8 10 12 14

Te

nsã

o s

up

erf

icia

l (N

/m

)


Figura 9- Concentração vs Tensão superficial do SDS com NaCl 0,6M.

7,8

7,85

7,9

7,95

8

8,05

8,1

8,15

8,2

0 2 4 6 8 10 12 14

Co

nd

uct

ivid

ad

e (

S/

m)


Figura 10- Concentração vs Condutividade do SDS com NaCl 0,6M.

relatorio_final2 ano passado

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