Determinação da Concentração Micelar Crítica

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS TOLEDO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE QUIMICA BACHARELADO
 
PRÁTICA 7 – DETERMINAÇÃO DA CONCETRAÇÃO MICELAR CRÍTICA
Relatório entregue como parte da avaliação da disciplina Físico-Química Experimental I, do curso Química Bacharelado, ministrado pelo Professor Doutor Douglas Cardoso Dragunski.
Alunas: Bruna Grassi
 Camila Dias 
 Gabriela Lauer
 Giulia Fukase
 Lucas Mendes.
TOLEDO – PR – Brasil
Junho de 2018
INTRODUÇÃO
Os tensoativos são moléculas anfifílicas caracterizadas por possuírem ambas as regiões estruturais hidrofílica e hidrofóbica, que dinamicamente se associam espontaneamente em solução aquosa a partir de uma determinada concentração denominada concentração micelar crítica (CMC). [1]
A concentração micelar crítica (CMC), é uma propriedade intrínseca e característica do surfactante a uma dada temperatura e concentração eletrolítica. Sendo as micelas moléculas responsáveis pela catálise micelar e pela solubilização de gorduras. A determinação da concentração micelar crítica (CMC) é fundamental para processos que envolvam surfactantes (também conhecidos como tensoativos), substâncias que envolvem a diminuem a tensão superficial de um liquido ou influenciem na superfície de contato entre dois líquidos. [1-3]
Em concentrações acima desta concentração micelar crítica, as moléculas do tensoativo formam grandes agregados moleculares de dimensões coloidais. Dá-se o nome a esses agregados que geralmente apresentam entre 60 a 100 moléculas de micelas. As micelas são esferas são esferas com dimensão de 1,5 a 3 nm de raio e com cerca de 200 unidas, tendo a superfície zonas polares que agem como “escudo” que minimiza as interações hidrofóbicas, sendo termodinamicamente estáveis. Quando se encontra abaixo da CMC, o tensoativo está predominantemente na forma de monômeros. [2-3]
A CMC é influenciada por dois fatores: estrutura do tensoativo (tamanho da cadeia do hidrocarboneto) das condições do meio (concentrações iônicas, contra -íons e temperatura). A determinação desta concentração micelar crítica pode ser realizada por meio de gráficos que se baseiam em mudanças bruscas de propriedades físico-químicas, como: condutividade, tensão interfacial, tensão superficial e pressão osmótica. [4]
OBJETIVO
 - Determinar a concentração micelar crítica do dodecilsulfato de sódio (SDS);
 - Comparar dois métodos de determinação (condutimetria e tensiometria).
PROCEDIMENTO 
I) Determinação da CMC por tensiometria
Utilizando a solução previamente preparada de dodecilsulfato de sódio (SDS) 0,050 mol/L, foi realizadas as seguintes diluições: 1x10-3, 2x10-3, 4x10-3, 6x10-3, 8x10-3, 9x10-3, 10x10-3, 12x10-3, 15x10-3 e 18x10-3 mol/L. Após as diluições da solução, uma a uma foram colocadas na bureta e foi verificado o número de gotas contidas em 5 mL. As gotas foram recolhidas em um béquer de massa já conhecida, e que após o recolhimento das gotas foi pesado novamente. Inicialmente o procedimento foi realizado com água destilada para comparação. 
II) Determinação de CMC por condutimetria
Adicionou-se 40 mL de água destilada no béquer a 25°C e com o auxílio de um condutivímetro foi possível medir a condutividade da água pura. Acrescentou-se volumes de solução estoque de SDS (0,050 mol/L,) à água do béquer conforme a Tabela 2 anotando assim seus valores de condutância. 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A determinação da cmc foi realizada por dois métodos clássicos: a tensiometria, sendo este um método analítico para medir a tensão superficial de determinada solução e a condutimetria, que mede a condutância de soluções iônicas. O início da formação das micelas pode ser observado por meio das mudanças das propriedades da solução, deste modo a cmc pode ser determinada pelo estudo dessas propriedades, sendo estas a tensão superficial e a condutividade elétrica.
Utilizou-se o método da gota para calcular a tensão superficial e encontrar o cmc da solução de SDS, os dados obtidos estão sendo apresentados na Tabela 1.
Tabela 1: Contagem de gotas das soluções.
	Solução (mol/L)
	Massa Béquer + Solução (g)
	Número de Gotas 
	Massa da Solução (g)
	Massa de uma Gota (g)
	H2O
	58,3361 
	76
	5,0495
	0,066
	1x10-3
	58,3095
	88
	5,0229
	0,057
	2x10-3
	58,3102
	107
	5,0236
	0,046
	4x10-3
	58,3466
	142
	5,0600
	0,035
	6x10-3
	58,3551
	150
	5,0685
	0,033
	8x10-3
	58,3373
	154
	5,0507
	0,032
	9x10-3
	58,3547
	150
	5,0681
	0,033
	10x10-3
	58,3509
	153
	5,0643
	0,033
	12x10-3
	58,3801
	156
	5,0935
	0,032
	15x10-3
	58,3622
	158
	5,0756
	0,032
	18x10-3
	58,3678
	161
	5,0812
	0,031
Fez-se uso da equação 1 juntamente com os dados da Tabela 1 para calcular a tensão superficial das soluções. Os resultados estão sendo apresentados no Gráfico 1 e 2.
Gráfico 1:Tensão Superficial versus [SDS] 
A cmc encontrada a partir do gráfico 1, foi determinada pela primeira derivada, sendo o valor igual a 0,008 mol L-1, este ponto caracteriza o início da formação de micelas, indicando a cmc do surfactante (SDS). 
Como os líquidos têm uma tendência a aderir uma forma que minimize sua área de superfície, para que as moléculas mantenham um maior número de vizinhos semelhantes, as gotas tendem a aderir uma forma esférica. A tensão superficial da água diminui com a adição de um surfactante, pois suas moléculas tentem a se arranjar de modo que tenha o mínimo possível de repulsão entre os grupos hidrofóbicos e a água. Deste modo, ocorre a diminuição da tensão superficial do sistema, pois provoca um desarranjo da sua superfície. 
Após a cmc, as micelas se dispersam na solução, não apresentando efeito adicional sobre a tensão superficial.
Gráfico 2:Tensão Superficial versus Log [SDS] 
A função Log foi aplicada para o valor de concentração para minimizar os erros. Fez-se a primeira derivada, para se obter o valor exato da concentração do SDS onde se inicia a formação de micelas. O valor encontrado foi de 0,008 mol L-1. Nota-se que não há relevância de erro, devido os valores serem iguais. 
Na Tabela 2 se encontra os dados da determinação da cmc por condutimetria, a partir dos mesmos, construiu-se o gráfico 3.
Tabela 2: Volumes adicionados e condutividade da solução após a adição e concentração da solução após cada adição.
	Volume adicionado de SDS(mL)
	Condutividade (.10-6)(ohm-1.cm-1)
	Concentração de SDS (mol/L)
	0,25
	27,8
	4,1 x10-4
	0,80
	81
	1,3 x10-3
	1,00
	101,7
	1,6 x10-3
	1,25
	125,3
	2,0x10-3
	1,50
	148,6
	2,4x10-3
	1,75
	171,4
	2,8x10-3
	2,00
	192,6
	3,1x10-3
	2,25
	210,8
	3,5x10-3
	2,50
	229,8
	3,8x10-3
	2,75
	246,8
	4,2x10-3
	3,00
	261,8
	4,5x10-3
	3,25
	276,8
	4,9x10-3
	3,50
	289,8
	5,2x10-3
	3,75
	302,8
	5,6x10-3
	4,00
	315,8
	5,9x10-3
	4,50
	400,8
	6,5x10-3
	5,00
	429,8
	7,1x10-3
	5,50
	452,8
	7,8x10-3
	6,00
	474,8
	8,3x10-3
	6,50
	491,8
	8,9x10-3
	7,00
	512,8
	9,5x10-3
	8,00
	550,8
	1,0x10-2
	9,00
	582,8
	1,15x10-2
	9,50
	602,8
	1,2x10-2
	10,00
	615,8
	1,25x10-2
Gráfico 3: Condutividade versus [SDS] 
	A partir da primeira derivada, obteve-se o valor da concentração micelar crítica, sendo este de 0,0065 mol L-1. Devido o SDS ser um surfactante iônico, o mesmo possui dois tipos de comportamento em solução aquosa. Os mesmos se comportam como eletrólitos fortes abaixo da cmc. E acima da cmc, os monômeros que são adicionados colaboram com a formação de micelas, fazendo com que diminua a condutividade da solução de acordo com o aumento da concentração do SDS em solução.
	Nota-se diferença dos valores de cmc entre os métodos, como o método da tensiometria está de acordo com a literatura, o erro do segundo método pode ser justificado pelo mal funcionamentodo equipamento (calibragem) ou por algum erro do operador, sendo durante a adição do surfactante a solução ou até mesmo da aferição do equipamento. 
CONCLUSÃO
Por meio do experimento desenvolvido, bem como da teoria envolvendo o mesmo, pôde-se estudar a Concentração Micelar Crítica. Considerando-se as duas metodologias testadas para a determinação da CMC para SDS, verificou-se que o método da tensiometria está de acordo com a literatura, sendo possível a determinação da sua CMC. No entanto o método da condutimetria apresentou um maior erro, justificado por falhas durante o experimento, sendo assim o método da tensiometria apresentou um melhor desempenho.
REFERÊNCIAS
[1] Rizzatti, I. M.; Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil, 2003.  
[2] Martinéz, R. C.; Gonzalo, E. R.; Cordero, B. M.; Pavón, J. L.; Pinto, C. G.; Lespada, E. F.; J. Cromatogr., A 2000, 902, 251
[3] Jacquier, J. C.; Desbène, P. L.; J. Cromatogr., A 1995, 718, 167
[4] Tesarová, E.; Tuzar, Z.; Nésmerák, K.; Bosáková, Z.; Gás, B.; Talanta 2001, 54, 643
QUESTÕES
Por que ao atingir a CMC ocorrem alterações na condutividade e na tensão superficial da solução?
Quando um surfactante é adicionado à água suas moléculas tentam se arranjar de modo a minimizar a repulsão entre grupos hidrofóbicos e a água, os grupos polares ficam em contato com a água, próximo à superfície, e os grupos apolares ficam na interface água/ar, minimizando o contato com a água. Isto gera uma diminuição na tensão superficial da água, pois provoca um desarranjo de sua superfície.
Já em relação a condutividade, quanto maior o número de moléculas de tensoativo maior a condutividade da solução, ao se chegar na CMC o aumento da condutividade diminui, pois, os aglomerados micelares conduzem menos que os respectivos monômeros individuais.
Qual a importância de se determinar a CMC?
A determinação da cmc e de grande importância para quaisquer processos envolvendo tensoativos, pois o efeito desses compostos é maior quando uma quantidade significante de micelas se encontra presente, isso se dá, pois, a cmc é a concentração mínima em que se começa a formação de micelas na solução.
Indique duas aplicações das micelas, justificando a sua finalidade. 
A micela e usada em produtos de limpeza, visto que possuem partes tanto polares quanto apolares, por exemplo o detergente, é usado na limpeza de louças sujas com gordura, visto que a parte apolar das micelas interagem com a gordura da louça levando ela embora misturada na agua, outro uso para elas é feito em emulsões, emulsão é uma mistura de dois líquidos que não se misturam, o liquido em menor quantidade é disperso em pequenas gotícula muito pequenas difundidas em suspenção, isso faz com que a solução tenha apenas uma fase visível, porém uma emulsão é uma mistura instável, onde após algum tempo os dois líquidos se separam formando duas fases, para que isso não ocorre usamos emulsificantes, onde eles formam as micelas que fazem com que os líquidos não se separem em duas fases.