Universidade Federal de Santa Catarina

Universidade Federal de Santa Catarina

Centro de Cincias Fsicas e Matemticas

Departamento de Qumica

Relatrio da aula prtica de Fsico-Qumica

Determinao da concentrao micelar crtica de um surfactante

Rodrigo Ivan Prim

Bernardo Della Giustina

Mnica Alves Aguiar

Sandro Wopereis

Florianpolis, 17 de abril de 2007.

Resumo

Os surfactantes so molculas muito interessantes e muito estudadas por suas caractersticas nicas, sua capacidade de diminuir a tenso superficial de lquidos como a gua e remover eficientemente compostos apolares (gordura, etc.) com o auxlio da gua foram amplamente usados pelas indstrias de produtos de limpeza e higiene e antes mesmo de existirem tais indstrias os sabes (que tambm so surfactantes) j eram produtos caseiros a partir da reao da gordura com bases fortes como o NaOH.

A indstria de medicamentos tambm vem observando essas propriedades h bastante tempo, desde o j renomado anti-gases luftal at os recentes estudos da utilizao de micelas para transportar frmacos. Por essas e outras caractersticas os surfactantes so to mencionados na literatura.

Atravs deste experimento iremos determinar a tenso superficial da gua e da soluo do surfactante dodecilsulfato de sdio (SDS) em vrias concentraes para podermos confirmar a ao deste tipo de produto e entender seu funcionamento.Dados Obtidos

Para o teste da determinao da tenso superficial foi utilizado o tensimetro de Do Nouy. Foram lidas as tenses superficiais em duplicata da gua e das solues do surfactante dodecilsulfato de sdio nas seguintes concentraes: 1,0mM, 2,0mM, 3,0mM, 4,5mM, 5,5mM, 6,5mM e 10,0mM. Os resultados obtidos constam na tabela 1. Tabela 1: Resultados obtidos no tensimetro de Do Nouy.

TuboConcentrao (em mM) Tenso superficial (em dina/cm)Substncia

11,048,048,5SDS

22,041,041,5SDS

33,038,538,0SDS

44,539,039,0SDS

55,538,038,0SDS

66,538,038,25SDS

710,040,040,0SDS

872,573,0gua

Tratamento de dados

Com os valores obtidos nas leituras foram feitas as mdias para serem plotadas em um grfico de disperso XY conforme figura 1. Atravs da extrapolao nesse grfico, pode-se obter o valor da concentrao micelar crtica (CMC) que ficou em 38,5dina/cm (tubo 3; concentrao de 3mM). As mdias esto na tabela 2. Tabela 2: Mdias dos resultados obtidos.

TuboMdia (em dina/cm)

148,25

241,25

338,25

439

538

638,25

740

872,75

Figura 1: Grfico do ln da tenso superficial (em dina/cm;y)

versus mdias das concentraes (em mM;x).Para determinar a rea transversal efetiva , do surfactante na monocamada adsorvida na superfcie da gua, foi usada a concentraco de 1mM, ou seja, 1*10-6 mol/cm3. Foi utilizada tambm para o clculo desta rea a equao de adsoro de Gibbs (equao 1) como segue abaixo: = -*RT*ln c (equaco 1)Onde:

= Tenso superficial;

= rea transversal efetiva;

R = constante universal dos gases;

T = temperatura absoluta;

c = concentraco do lquido.

Logo: 48,5 = - *411,6*ln 1*10-6 =[- 411,6*(-13,82)] / 48,5

= 117,28 2/molcula

Foi calculado tambm o coeficiente angular da poro linear da reta como segue abaixo. Como a reta se apresentou de forma linear foi utilizada a equao da variao de y sobre variao de x (equao 2).m = y / x (equao 2)m = 10 / -1,10

m = -9,09

Discusso de Resultados

Os resultados obtidos neste teste foram satisfatrios. Observaram-se as duas retas da linha de tendncia como descrito na literatura e atravs destas pode-se calcular o coeficiente angular da primeira reta (poro linear imediatamente antes da descontinuidade), e o CMC atravs da extrapolao no grfico de disperso logaritmo natural da concentrao versus tenso superficial.

Os resultados dos clculos gerais do experimento se apresentam na tabela 3.

Tabela 3: Resultados gerais dos clculos do experimento

CMC do surfactante SDSCoeficiente angular da reta*rea transversal efetiva

38,5 dina/cm-9,09117,28 2/molcula

* coeficiente angular da poro linear imediatamente anterior descontinuidade.

Questionrio1) Defina tenso superficial e tenso interfacial.

Uma molcula no interior de um lquido est sob efeito das foras de atrao ou repulso pelas outras molculas que a circundam, porm a fora resultante praticamente nula. J uma molcula na superfcie do lquido recebe as mesmas foras de atrao e repulso abaixo s que essas foras no so compensadas, pois no existem molculas acima, acarretando em uma fora resultante para baixo. Esse fenmeno chamado de tenso superficial.

A tenso interfacial refere-se a misturas que tenham duas ou mais fases. A explicao terica a mesma da tenso superficial, s que ao invs da superfcie da mistura essa tenso ocorre na zona onde os dois lquidos diferentes se encontram e como eles so diferentes as foras inter-moleculares entre os dois no se anularo, acarretando em resultantes diferentes de zero.

2) D exemplos de substncias que aumentem a tenso superficial da gua.

A tenso superficial pode ser aumentada com os sais inicos. Esses sais, (ex. NaCl), aumentam a tenso superficial, devido ao fato de que os ons dissolvidos, em virtude das atraes on-dipolo, tendem a puxar as molculas da gua para o interior da soluo. Sendo assim, criando uma nova superfcie, necessria a realizao de um trabalho adicional contra as foras inter-moleculares.

3) Como so constitudos e como se classificam os surfactantes? D exemplos.

Os surfactantes so constitudos de uma poro polar (cabea polar) e de uma poro apolar (cauda apolar) e se classificam em:

Surfactantes Aninicos: Cuja cabea polar tem um on carregado negativamente como o dodecil sulfato de sdio.

Surfactantes Catinicos: Cuja cabea polar tem um on carregado positivamente como o alquil trimetil amnio.

Surfactantes Neutros: Cuja cabea polar, mas no tem carter inico como o

Surfactantes Zwitterinicos: Cuja cabea polar apresenta tanto ons carregados positivamente quanto negativamente como o propanesulfonato (HPS).

4) Desenhe uma estrutura para a micela.

5) Como agem os xampus e condicionadores?

Os xampus tm em sua composio surfactantes aninicos para solubilizar e retirar a oleosidade e a sujeira que fica aderida no cabelo, porm as cargas negativas da cabea polar da molcula formam complexos estveis com polmeros neutros ou com protenas, constituintes dos cabelos. Aps o uso do xampu o cabelo fica carregado eletrostaticamente devido repulso entre as molculas do surfactante ligadas a queratina.

J o condicionador composto por surfactantes catinicos, cujos no se ligam ao cabelo e so capazes de remover as molculas do surfactante aninico do xampu. Neutralizando assim as cargas eletrostticas que se ligam ao cabelo aps a aplicao de xampu.

6) Discuta as aplicaes do luftal para uso mdico, na diminuio da tenso superficial. (veja a bula do remdio).

O Luftal corresponde a um medicamento anitgases que tem como princpio ativo a dimeticona. Ele atua no estmago e no intestino, diminuindo a tenso superficial dos lquidos digestivos, causando o rompimento das bolhas gasosas que retm os gases que so posteriormente eliminados pelo organismo.

7) Visite a pgina qmcweb e leia os artigos 21 e 27. Faa a experincia 21 e responda o exerccio da aula.

Respostas dos exerccios:

1) O primeiro surfactante aninico pois apresenta carga negativa, o segundo catinico por causa de sua carga positiva e o terceiro neutro.

2) A molcula cuja cabea tem um tomo de fsforo em sua composio um surfactante, dissociando-se em cido fraco numa soluo aquosa.

3) Assinale as alternativas verdadeiras:

Os surfactantes diminuem a tenso superficial da gua. (V)

Os surfactantes so insolveis em gua. (F)

Existem micelas em uma soluo aquosa em qualquer concentrao do surfactante. (F)

As micelas somente se formam aps a CMC. (V)

Os surfactantes so capazes de dissolver molculas de gordura. (V)

4) Qual afirmao abaixo est incorreta:

A adio de surfactante aumenta a condutividade eltrica da gua.

A CMC pode ser estimada com experimentos de medida de condutividade ou tenso superficial.

Os surfactantes catinicos no so solveis em gua. (Incorreta)

Uma soluo de surfactante neutro no apresenta condutividade eltrica aprecivel.

8) Descreva outro mtodo que poderia ser usado para determinar a tenso superficial.

A tenso superficial poderia ser medida atravs da comparao da medida de condutividade eltrica do lquido com e sem surfactante, pois com o grfico da condutividade pode-se encontrar pontos que tambm seriam encontrados na medida com o tensimetro, como a CMC.

9) Descreva o que ocorre com a distribuio de ons em interfaces carregadas, segundo o modelo de Stern. Defina plano de cisalhamento e potencial zeta.

O modelo de Stern, tambm conhecido como modelo da dupla camada difusa, o mais aceito atualmente. Supondo que uma superfcie de partcula coloidal dispersa em um meio aquoso, por exemplo, sobre a qual se adsorvem ctions. Com isso, ocorre a formao de uma regio com ntida carga positiva e isso origina um potencial denominado potencial de Nemst ou eletrotermondinmico. Os ons que provocam esse potencial so chamados de ons determinantes. Como resultado do desequilbrio decorrente do acmulo de cargas positivas naquela regio, observa-se um leve acmulo de nions, caracterizando uma camada de solvatao, fortemente aderida superfcie da partcula, denominada plano de cisalhamento e apresenta, ainda, potencial eltrico positivo. Os ons responsveis pela carga desta regio so denominados contra-ons e o potencial eltrico resultante chamado de potencial eltrocintico ou potencial zeta.

10) Que tipos de resduos qumicos foram gerados neste experimento e como foram tratados ou armazenados. Explique.

Os resduos gerados foram as solues de gua e dodecil sulfato de sdio, que puderam ser descartados na pia sem problemas.Concluses

As substncias surfactantes so diminuidoras da tenso superficial. Fazendo uma comparao, para a gua, de acordo com o experimento a tenso 72,75 dina/cm e para a menor concentraco realizada com o SDS (1,0 mM) a tenso 48,25 dina/cm. Visto isso, o estudo dos surfactantes extremamente importante, pois amplamente utilizado em diversas reas do conhecimento humano.Alm disso, tambm obteve-se a rea transversal do surfactante na monocamada adsorvida na superfcie da gua ( = 117,28 2/molcula), que uma propriedade especfica de cada surfactante.BibliografiaATKINS, P.W. Fisico-qumica. 6. ed Rio de janeiro: LTC, 1999