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Relatorio_final2 Ano Passado
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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
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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]
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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.
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 dispersas no seio da solução. Este factor que é
bastante importante quando ocorre a micelização é designado, frequentemente, por efeito
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
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
s no seio da solução. Este factor que é
bastante importante quando ocorre a micelização é designado, frequentemente, por efeito
Universidade do Minho MIEBIOM
3 Fenómenos Interfaciais
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]
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4 Fenómenos Interfaciais
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.
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5 Fenómenos Interfaciais
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
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6 Fenómenos Interfaciais
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
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7 Fenómenos Interfaciais
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]
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8 Fenómenos Interfaciais
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.
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9 Fenómenos Interfaciais
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.
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10 Fenómenos Interfaciais
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.
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11 Fenómenos Interfaciais
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)
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12 Fenómenos Interfaciais
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
)
Concentração de SDS (mM)
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13 Fenómenos Interfaciais
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)
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)
Concentração de SDS (mM)
Figura 8- Concentração vs Condutividade do SDS com NaCl 0,3M.
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14 Fenómenos Interfaciais
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)
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)
Concentração de SDS (mM)
Figura 10- Concentração vs Condutividade do SDS com NaCl 0,6M.