O Ângulo de Contato e a Tensão Superficial - INTRO QMC

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1 O Ângulo de Contato e a Tensão Superficial - INTRO QMC

2 ÂNGULO DE CONTATO Imagens de gotas de água na superfície dos filmes. Contact angle measurements on PTFE-modified with a radionuclides conjugate (HA-DTPA) of hyaluronan The hyaluronan conjugate immobilized onto plasma functionalized PTFE drastically increased the hydrophilicity of the surface as shown by contact angle measurements.

3 On the top and middle of picture shown, you can see the difference of untreated and O PSII-treated PET samples. The water drop on the treated sample showed a significantly reduced contact angle, which is an expression of the higher surface energy and better hydrophilicity. At the bottom, the hydrophobic surface of CF4-PSII treated PET was shown. 3

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7 Aligned TiO nanorod arrays synthesized by oxidizing titanium with acetone Journal of Materials Chemistry, 004, 4(6),

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10 Detachment of Oil Drops from Solid Surfaces in Surfactant Solutions: Molecular Mechanisms at a Moving Contact Line Drop detachment: Moving contact line; Importance for Detergency; Membrane emulsification; Other processes with moving three-phase contact line Aim: (i) Examine the effect of temperature, surfactant and salt concentrations, on the dynamics of drop detachment. (ii) Develop of a quantitative theoretical model; fit the experimental data; determine the values of the involved physicochemical parameters. Experiment Scheme of the experimental cell: glass plate; oil droplet μl; 3 glass holders; 4 surfactant solution; 5 syringe; 6 cuvette. Procedure: () Oil drop is placed on the dry glass substrate; () Solution of surfactant + NaCl is poured in the cuvette; (3) The process of oil drop detachment is recorded by horizontal microscope and video-camera. 0

11 Dynamics of Spontaneous Drop Detachment 0 s 7 s min 55 s 9 min 6 s min 49 s h 6 min 46 s h 30 min 55 s h 5 min 55 s h min 0 s

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15 Cauda APOLAR Estearato de sódio (um sabão) Cabeça POLAR 5

16 micela reversa 6

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19 Tensão Superficial Método do Destacamento do Anel de du Nouy 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. Técnica utilizada: Tensão Superficial Método do Destacamento do Anel de du Nouy 9

20 Observações: Tratamento dos Dados ) Tensão superficial ( γ ) (dina.cm - ); ) 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 ) e obteve-se a área transversal efetiva do surfactante na monocamada adsorvida na interface ar/água. γ = ΓRT ln C Equação Resultados γ (dina.cm - ) Y = A + B * X A -39,946 B -4,7955 lnc= -, cmc =5,6X0-6 mol/cm 3 cmc= 5,6 mm ln [SDS, mol.cm 3 ] A) cmc obtida experimentalmente: ~ 5,6 mm B) Valor da tensão superficial na cmc: 38,8 dina.cm - C) Coeficiente angular da porção linear antes da descontinuidade (cmc): -4,8 0

21 CONCENTRAÇÃO SUPERFICIAL EM EXCESSO (Γ): γ γ = ΓRT ln C Equação = ΓRT ln C Δγ = coeficiente angular Δ ln C Δγ Γ =. RT Δ ln C 3 Γ =. 4,8X0 N. m 8,34JK mol.98k 3 Γ =. 4,8X0 N. m 8,34N. mk mol.98k 3 Γ =. 4,8X0 m 8,34m. mol.98 Γ = 3 6 ( 0, m mol)(. 4,8X0 m ) = 6,0X0 mol. m Δγ = ΓRT Δ ln C sabe -se que : J = N. m ÁREA OCUPADA POR UMA MOLÉCULA NA INTERFACE (w) Área ocupada por molécula (w) : 3 w = N = 6,0X0 moléculas / mol Γ. N w = 6 3 6,0X0 mol. m.6,0x0 moléculas. mol w = = 7 36,X0 m moléculas w = 7,7X0 o A = 0 0 m w = 7,7X0 0 logo : 0 m molécula o A Γ = = 0,036 molécula. A w m molécula o = 0 0 m o = 7,7 A então :. molécula =

22 Ismael,Gabriel, Fernando, Ingrid Concentração (mol.cm -3 ) ln C Tensão Superficial (dina.cm - ) ,3,0x0-6 -3,8 48,6,0 x0-6 -3, 37,0,5 x0-6 -,90 36,5 3,0 x0-6 -,7 36,0 3,5 x0-6 -,56 36,9 4,0 x0-6 -,43 36,3 4,5 x0-6 -,3 36, 5,0 x0-6 -, 37, 5,5 x0-6 -, 38,0 7,0 x0-6 -,87 37,6 8,0 x0-6 -,74 38,7 0,0 x0-6 -,5 40,0 5,0 x0-6 -,0 40,4 tensão superficial, dina.cm Y = A + B * X A -9,4075 B -,0959 x = -,68 ~ 3,x0-6 mol.cm -3 y = 35,85 dina.cm - c.m.c -4,0-3,5-3,0 -,5 -,0 -,5 -,0 ln C (C em mol.cm -3 ) cmc = 3, mm Γ = 4, mol. m 0 w = 34,04 0 m molécula w = 34,04Å molécula Γ = = = molécula w 34,04Å molécula - 0,09 Å Alessandra, Bethânia, Liliane, Taís C (x0-6 mol/cm 3 ),0,0,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 7,0 8,0 0,0 5,0 0,0 Água a 5 C ln C -3,8-3, -,89 -,7 -,56 -,4 -,3 -,0 -, -,0 -,86 -,73 -,5 -,0-0,8 Tensão Superficial (dina/cm) 58,5 45,00 39,05 38,05 36,0 35,5 36,65 37,5 38,8 39,55 39,9 40,85 4,95 4,5 4,6 78,45 tensão superficial (dina/cm) A -9,9379 B -8,486 lnc= -,6 cmc =3,4X0-6 mol/cm 3 cmc= 3,4 mm -4,0-3,5-3,0 -,5 -,0 -,5 -,0-0,5 ln C (C em mol/cm 3 ) cmc = 3, 4mM Γ = 7,3 0 6 mol. m 0 w = 4,75 0 m molécula w = 4,75Å molécula Γ = = = molécula w 4,75Å molécula - 0,040 Å

23 C (x0-6 mol/cm 3 ) Agua,0,0,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 ln C -3,8-3, -,90 -,7 -,56 -,43 -,3 -, -, Tensão Superficial (dina/cm) 70,30 49,50 39,50 35,40 36,5 36,0 36,0 38,50 38,00 38,5 γ (dina/ cm) Marcelo, Helen, Josiane, Leila Y = A + B * X A -6,0599 B -5,5433 lnc= -,9 cmc =,6X0-6 mol/cm 3 cmc=,6 mm -4,0-3,5-3,0 -,5 -,0 -,5 -,0-0,5 ln c (c em mol/ cm 3 ) 6,0 7,0 8,0 0,0 5,0 0,0 -,0 -,87 -,74 -,5 -, -0,8 37,50 38,50 39,00 4,00 4,5 40,75 cmc =, 6mM Γ = 6, w = 7,00 0 m molécula w = 7,00Å molécula mol. m Γ = = = molécula w 7,00Å molécula - 0,037 Å Técnica: Condutividade Elétrica (i) é uma técnica muito simples e usada extensamente para medir a cmc. (ii) os perfis exibem algumas características bem conhecidas que mudam facilmente com as mudanças das condições experimentais. Comportamento do surfactante em solução aquosa: Abaixo da cmc os monômeros comportam-se como eletrólito forte. κ Após a micelização, comportam-se como eletrólito fraco. [Surfactante] 3

24 A estrutura da micela A condutividade equivalente de soluções de sais anfifílicos usualmente diminuem acima da cmc. Isto tem sido explicado devido a inclusão na micela de íons de carga oposta (contraíons) que ficam ligados eletrostaticamente em alguns monômeros. Por que observamos uma descontinuidade nos perfis de cond. elétrica na região da cmc? ** As micelas são espécies pouco ionizadas, ** As micelas que se formam são grandes (em relação aos monômeros) e assim sua mobilidade iônica é menor que a do monômero. 4

25 Determinação da cmc Variação da condutividade específica com a mudança na concentração de uma solução aquosa tem sido usada para determinar a cmc de vários surfactantes iônicos. Os coeficientes angulares dos plotes de condutividade específica versus [Surfactante] são usados para estimar o grau de ionização das micelas. Técnica Faz-se uma titulação adicionando pequenos volumes de uma solução concentrada em uma cela previamente termostatizada contendo um volume inicial conhecido de água ou tampão. A cada adição, se lê a condutividade específica da solução. A cada adição, a solução vai ficando mais concentrada e a condutividade específica aumenta. 5

26 Cálculo da concentração da solução a cada adição de solução concentrada: Exemplo: Volume de água ou tampão (na cela): 50 ml Solução concentrada: 80 mm Volume Adicionado: 0 ml Concentração na cela:? M i. V i = M f.v f 80 mm. 0 ml = M f. (50 ml + 0 ml) M f = 3,3 mm Perfil de condutividade especifica para uma solução aquosa de SDS a T= 5 0 C Condutividade específica, μ S cm SDS em água deionizada T=5 0 C Arlindo /09/004 cmc 8, mm S 68,3 S 5, α cmc= 8, mm S α = S 5,0 α = = 0,37 68,3 [SDS], mm 6

27 Perfil de condutividade molar para uma solução aquosa de SDS a T= 5 0 C Condutividade equivalente, Ω - cm mol - 75 cmc 8,mM Y = A + B * X A 73,8 B -,0 40 SDS em Água deionizada T=5 0 C Arlindo /09/ [SDS, mm] 0,5 Λ Λ Λ Λ Λ - DS - DS - DS = Λ Na = Λ + + Λ Λ = 3,9Ω - DS Na = 74,0 50, Literatura - =, 6 DS Ω + cm cm mol mol k (μω - cm - ) Alessandra, Bethânia, Liliane, Taís CMC = 8,57 x 0-3 mol L Λ Λ Λ Λ - DS - DS - DS = Λ Na = Λ + + Λ Λ = 4,4Ω - DS Na = 64,5 50, + cm mol S α = S ,7 α = = 0,38 59,5 C (mm) cmc= 8,6 mm Condutividade molar (Ω - cm mol - ) , ,00 0,0 0,04 0,06 0,08 0,0 0, 0,4 (C, mol/l) 0,5 cmc 8,6 mm 7

28 Ismael, Gabriel, Fernando, Ingrid condutividade específica, µω - cm c.m.c 6,9 mm 75 Λ Λ Λ Λ - DS - DS - DS = Λ Na = Λ + + Λ Λ =,5Ω - DS Na = 7,6 50, + cm mol S α = S 30,5 α = = 0,49 6, [surfactante, m mol L - ] cmc= 6,9 mm condutividade equivalente, µo - cm - c.m.c ,5,0,5,0,5 3,0 3,5 4,0 4,5 [surfactante, m mol L - ] 0,5 CONCLUSÕES Através de medidas de condutividade específica pode-se determinar: A cmc de um surfactante iônico; O grau de dissociação (α) das micelas. A condutividade molar (Λ) para as soluções nas diferentes concentrações; A condutividade molar a diluição infinita (Λ ) para o anion (neste caso dodecil sulfato); 8

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