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Experiência DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO MICELAR CRÍTICA DE UM SURFACTANTE –TENSÃO SUPERFICIAL (Método do Anel) Arlindo Cristiano Felippe Prof. Dr. Edson Minatti Universidade Federal de Santa Catarina Disciplina: Físico–Química Experimental II QMC 5409 Turmas: 729 A e B OBJETIVOS Determinar a concentração micelar crítica (cmc) de um surfactante por tensiometria. O surfactante usado foi o dodecil sulfato de sódio (SDS). Determinar a área transversal efetiva do surfactante na monocamada adsorvida na interface ar/água. INTRODUÇÃO A denominação “surfactante” é a contração de “agentes de atividade superficial” (do inglês, “surface active agents”), e classifica as moléculas que possuem a propriedade de orientar-se na interface líquido-gás provocando uma diminuição no valor de tensão superficial. SURFACTANTES Surfactantes Cabeça Hidrofílica Parte da molécula de natureza POLAR ou iônica. O termo hidro (água) + fílica (amizade) indica que esta região apresenta solubilidade significativa em água. Cauda Hidrofóbica Parte da molécula de natureza APOLAR. O termo hidro(água) + fóbico (medo) indica que esta região não apresenta solubilidade em água. As moléculas de surfactantes apresentam duas regiões distintas, uma hidrofílica, e outra hidrofóbica. Q u a n d o u m a p e q u e n a q u a n t i d a d e d e surfactantes é adicionada à água, suas moléculas orientam-se na interface de modo que a parte polar fica submersa, enquanto que a parte apolar permanece voltada para o ar, formando assim uma monocamada, um filme cuja espessura é o próprio comprimento da molécula. Classificação e alguns exemplos de surfactantes Micelas Após uma certa concentração, as moléculas de surfactante, na solução, passam a se agregar sob a forma de micelas. São as micelas os "entes" da solução responsáveis pela solubilização de gorduras. cmc, concentração micelar crítica Micelas As regiões hidrofóbicas formam um núcleo apolar, e são mantidas afastadas das moléculas de água, que interagem somente com a camada externa da micela, formada pelos grupos hidrofílicos do surfactante. Água Por que se formam as micelas? Diminuição da área de contato entre as cadeias hidrocarbônicas do surfactante e a água. Os contra-íons blindam a carga do agregado, d iminuindo a repulsão entre as cabeças dos monômeros. A atração diferencial entre as moléculas localizadas na superfície gera uma resultante que aponta para o interior do líquido. Assim a superfície da água adquire a propriedade de uma membrana elástica. Tensão superficial é definida como sendo o trabalho necessário para “esticar” a superfície, ou seja, aumentar sua área. Também pode ser definida como sendo a força necessária para “cortar” a superfície por unidade de comprimento. Tensão Superficial (B) 1. Evaporação de álcool do menisco, 2. Líquido é drenado para a parede por gradientes de tensão superficial, 3. Líquido acumulado em forma de gotas retorna para a solução por ação da gravidade A explicação das lágrimas de vinho é baseada na formação de gradientes de tensão superficial. O vinho é uma mistura de água e álcool (γ ~72 e 22 mN/m, respectivamente, a 20oC), sendo o valor para a mistura menor que o da água pura. (A)“Lágrimas” na parede de um uma taça contendo uma solução de água:etanol 60:40 v/v. Este método baseia-se na medida da força máxima necessária para destacar um anel da superfície líquida O anel é suspenso ao mesmo tempo em que se abaixa a mesa contendo o copo com a solução para manter o braço de torsão no nível de referência. A máxima força exercida pelo braço de torsão ocorre quando o anel é destacado da superfície. Neste instante, o valor da força F é lido na escala diretamente como sendo a tensão superficial, em mN/m ou dinas/cm. Tensão Superficial – Método do Destacamento do Anel de du Nouy Técnica utilizada: Tensão Superficial – Método do Destacamento do Anel de du Nouy Procedimento Experimental 1) Preparou-se 100mL de uma solução 25X10-3M de SDS; 2) Por diluição da solução estoque foram preparados 25mL de solução nas concentrações de 1,0 a 20 mM. Mi Vi = Mf Vf Mi = Molaridade inicial (25mM); Vi = Volume inicial ; Mf = Molaridade Final; Vf = Volume Final (25mL). Procedimento Experimental 3) Determinou-se a tensão superficial (γ) da água pura ( 3 leituras) que a 25oC é de 72,0 dina.cm-1 ou 0,072 N.m-1. 1dina.cm-1= 10-3 N.m-1 1dina = 10-5 N 4) Determinou-se a tensão superficial fazendo-se 3 leituras para cada uma das soluções preparadas. Fez-se então a média aritmética entre estes valores. Tratamento dos Dados Observações: 1) Tensão superficial ( γ ) (dina.cm-1); 2) Concentração de surfactante (mol.cm-3); 3) Plotou-se um gráfico de tensão superficial ( γ ) contra o logarítimo natural da concentração ( lnC ); 4) Determinou-se o coeficiente angular da porção linear antes da descontinuidade (Equação 1) e obteve-se a área transversal efetiva do surfactante na monocamada adsorvida na interface ar/água. Resultados A) cmc obtida experimentalmente: ~ 5,6 mM B) Valor da tensão superficial na cmc: 38,8 dina.cm-1 C) Coeficiente angular da porção l inear antes da descontinuidade (cmc): -14,8 CONCENTRAÇÃO SUPERFICIAL EM EXCESSO (Γ): ÁREA OCUPADA POR UMA MOLÉCULA NA INTERFACE (w) Concentração (mol.cm-3) ln C Tensão Superficial (dina.cm-1)0 0 79,3 1,0x10-6 -13,82 48,6 2,0 x10-6 -13,12 37,0 2,5 x10-6 -12,90 36,5 3,0 x10-6 -12,72 36,0 3,5 x10-6 -12,56 36,9 4,0 x10-6 -12,43 36,3 4,5 x10-6 -12,31 36,1 5,0 x10-6 -12,21 37,1 5,5 x10-6 -12,11 38,0 7,0 x10-6 -11,87 37,6 8,0 x10-6 -11,74 38,7 10,0 x10-6 -11,51 40,0 15,0 x10-6 -11,10 40,4 Ismael,Gabriel, Fernando, Ingrid C (x10-6 mol/cm3) ln C Tensão Superficial (dina/cm) 1,0 -13,81 58,15 2,0 -13,12 45,00 2,5 -12,89 39,05 3,0 -12,71 38,05 3,5 -12,56 36,10 4,0 -12,42 35,5 4,5 -12,31 36,65 5,0 -12,20 37,25 5,5 -12,11 38,8 6,0 -12,02 39,55 7,0 -11,86 39,9 8,0 -11,73 40,85 10,0 -11,51 41,95 15,0 -11,10 42,5 20,0 -10,81 42,6 Água a 25°CÁgua a 25°C 78,45 Alessandra, Bethânia, Liliane, Taís C (x10-6 mol/cm3) ln C Tensão Superficial (dina/cm) Agua 70,30 1,0 -13,81 49,50 2,0 -13,12 39,50 2,5 -12,90 35,40 3,0 -12,72 36,25 3,5 -12,56 36,10 4,0 -12,43 36,20 4,5 -12,31 38,50 5,0 -12,21 38,00 5,5 -12,11 38,15 6,0 -12,02 37,50 7,0 -11,87 38,50 8,0 -11,74 39,00 10,0 -11,51 41,00 15,0 -11,11 41,25 20,0 -10,82 40,75 Marcelo, Helen, Josiane, Leila TRATAMENTO DOS RESÍDUOS Como os resíduos gerados foram apenas soluções aquosa de surfactante, poderia-se descartar na pia. CONCLUSÕES A concentração micelar crítica (cmc) para o SDS. Através de medidas de tensão superficial pelo método do destacamento do anel de du Nouy determinou-se: A concentração superficial em excesso (Γ). A área ocupada por uma molécula na superfície da água (área transversal efetiva do surfactante na monocamada) (w).
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