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Figura 1. Stios de distribuio dofrmaco em uma microesfera durante oprocesso de liberao.

Fsico-Qumica Experimental QMC 5401

EXPERIMENTO 07

DETERMINAO DO COEFICIENTE DE DIFUSO

OBJETIVO:Determinar o coeficiente de difuso do KCl em gel de agar.

1. Introduo

Entende-se pordifuso o transporte de massas de molculas individuais por uma barreira ou espao livre,que ocorre segundo um processo aleatrio, e que depende de um gradiente de concentrao . A difuso livre outransporte passivo de uma substncia atravs de um lquido, slido ou membranas um processo de considervelimportncia na cincia farmacutica.

Exemplos de fenmenos de transporte de massa, aplicados farmcia so: dissoluo de frmacos emtabletes, ps, grnulos, liofilizao, ultrafiltrao, liberao de frmacos de ungentos e de bases de

supositrios; passagem de vapor de gua, gases, aditivos ou frmacos atravs dos filmes de revestimentos,microesferas, cpsulas e paredes de embalagens . Pode-se incluir neste rol a absoro passiva de frmacos peloorganismo ou a distribuio de substncias nos diferentes compartimentos fisiolgicos do nosso corpo. Os filmese microesferas de polmeros compem a classe mais recente dos sistemas de liberao prolongada de frmacos(Figura 1). Nestas condies a difuso acontece gradativamente evitando a ocorrncia de elevados picos naconcentrao plasmtica, sendo estes os principais responsveis pelos efeitos adversos de muitos frmacos.

Difuso tambm conhecida como a tendncia que as molculasapresentam de migrar de uma regio de concentrao elevada para outramais diluda objetivando igualar as concentraes e o potencial qumico emtodos os pontos do sistema (ou seja, atingir o equilbrio). umaconseqncia direta do movimento browniano (movimento ao acaso). Oprocesso influenciado pelas caractersticas do soluto e solvente, datemperatura, presso, potencial qumico, entre outros. O movimentobrowniano das molculas leva o sistema de um estado inicial, no emequilbrio, para um estado final de energia livre mnima e entropia mximae, portanto, em equilbrio.

A quantidade (M) de material que passa atravs de uma seco de reaunitria S (um corte transversal de um cilindro, em cm2), por unidade detempo, conhecida como fluxo, Ix.

1)(.

IxdxS

dM=

O fluxo por sua vez, proporcional ao gradiente de concentrao, dc/dx:

(2)Ixt

dx

dcD

=

Onde D corresponde ao coeficiente de difuso em cm2 s-1, c a concentrao em g cm-3 (ou mol cm-3), e x a

distncia em cm do movimento perpendicular superfcie da barreira.O sinal negativo da Equao significa que adifuso ocorre na direo de diminuio da concentrao do difusante.

A Equao 2 conhecida como a primeira lei de Fick que estabelece que o fluxo de matria proporcional diminuio da concentrao (dc) e inversamente proporcional distncia (dx).

A primeira lei de Fick relaciona o fluxo de material com o gradiente de concentrao, descreve o processo dedifuso sob condies de estado estacionrio, ou seja, o gradiente de concentrao, dc/dx, no varia com otempo. No entanto, na maioria dos mtodos experimentais utilizados para estudar a difuso, tem-se interesse navariao da concentrao com o tempo e a distncia. Neste caso, a 1 a lei pode ser convertida em uma equaodiferencial parcial de 2a ordem, a 2a lei de Fick (Equao 3):

(3)2

2

txdx

cdD

dt

dc

=

A segunda Lei de Fick (Equao 3) representa a velocidade de alterao da concentrao de soluto em funodo tempo e do deslocamento, ou seja, dois fatores importantes na determinao do coeficiente de difuso dequalquer soluto em diferentes sistemas.

1

F F F

FF

F

F

FF

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O maior problema na determinao do coeficiente de difuso de qualquer soluto em lquidos ter-se a certezade que o movimento randmico molecular somente por difuso e no devido ao movimento de um determinadovolume de lquido (por exemplo, conveco). Este problema pode ser evitado utilizando-se gis que so sistemasde estrutura rgida. Neste experimento admite-se que a rede do gel no interfere na difuso da substncia emestudo.

A difuso atravs de um gel unidimensional (tubo cilndrico) pode se representada, matematicamente, pelaEquao 4.

2/1

22

=LDt

MM

o

t

(4)

OndeMt/Mo a frao do soluto que difundiu num determinado tempo teL o comprimento do cilindro

efetivamente utilizado com gel, Mt a quantidade que difundiu para fora o gel no tempo teMo a quantidade

total da substncia que difunde, no gel.No presente experimento o procedimento envolve primeiramente a preparao do gel (procedimento abaixo) e

posterior medida da variao, com o tempo, de uma propriedade fsica que dependa da concentrao dasubstncia difundida do gel para o solvente no qual o gel est mergulhado. Neste caso como o soluto cloreto depotssio KCl, podemos medir a condutividade do eletrlito.

2. Procedimento experimental

2.1. Material necessrio

Reagentes: KCl slido, gel de agar, gua deionizada; Equipamentos: 1 condutivmetro, 1 agitador magntico.Vidraria: 1 pipeta volumtrica de 5 mL, 1 basto de vidro, 1 balo volumtrico de 50 mL, 1 balo volumtricode 250 mL, 1 tubo de difuso (13x1,9 cm), 1 bquer de 100 mL, 1 bquer de 250 mL ( 12 x 6 cm - adequadopara a imerso do tudo de difuso mais o eletrodo do condutivmetro).Outros: Esptula, papel para pesagem, ms para agitao, 1 lmina de vidro, graxa de silicone, 1 suporteuniversal, 2 garras, trip e tela de amianto para aquecimento de 45 mL de gua usando o bico de Bunsen dacapela.

2.2. Procedimento

2.2.1. Preparo da soluo de KCl: Dissolva 0,4 g de KCl em 50 mL de gua destilada. Retire 5 mL destasoluo, dilua para 250 mL para determinar a condutividade inicial (o)da soluo. Antes da medida, o eletrododeve ser lavado com gua destilada vrias vezes. Verifique se o aparelho j foi calibrado. Verifique se o aparelhoest lendo em mS/cm ou S/cm. Anote o valor da condutividade inicial (o).2.2.2. Preparo do tubo de difuso: As dimenses do cilindro de vidro devem ser aproximadamente 13 cm decomprimento por 1,9 cm de dimetro. Uma das extremidades deve ser esmerilhada (a que vai ficar em contatocom a lmina) para melhor vedao. Antes de iniciar os trabalhos mea o comprimento do tubo.Passe uma fina camada de graxa de vaselina ou silicone na extremidade esmerilhada do tubo e fixe-overticalmente sobre uma lmina de vidro de modo a evitar vazamento de lquido entre a lmina e a extremidade dotubo. Coloque o tubo e a lmina dentro de um bquer de 1000 mL e encha-o com gua da torneira at o limitesuperior do tubo tendo o cuidado para no deixar entrar gua na parte interna tubo.2.2.3. Preparo do gel: adicione 1 g de gar, aos restantes 45 mL de soluo e aquea at a ebulio agitandosempre com um basto de vidro (para o aquecimento usar a tela de amianto e o bico de bunsen existente nacapela). Deixe ferver durante cerca de 1 minuto e retire do aquecimento ou at a dissoluo completa do gar.Introduza a soluo quente de gar no tubo de difuso colocado verticalmente sobre uma lmina de vidro eaguarde at a gelificao. Use o basto de vidro para escorrer a soluo pelas paredes do tubo evitando aformao de bolhas de ar no interior do gel.Aguarde at o gel alcanar a temperatura ambiente para efetuar as medidas de condutividade. A temperatura dogel deve ser igual ao da gua usada para difuso.2.3. Equipamento de medidas de difuso do eletrlito por condutividade: O equipamento consiste de umcondutivmetro e do eletrodo e de um agitador magntico com uma barra magntica para agitar a soluo. Abarra magntica e o eletrodo devem ser lavados e enxaguados com gua destilada vrias vezes antes de iniciar oexperimento. O aparelho deve estar lendo em unidades de S/cm, ideal para condutividades baixas.2.3.1. Montagem do equipamento de medida de difuso: Coloque um bquer de 250 mL sobre um agitadormagntico e fixe o tubo com gel, usando uma garra e um suporte universal, verticalmente dentro do bquer demodo que a sua extremidade inferior fique a mais ou menos 2 cm do fundo. Fixe tambm o eletrodo docondutivmetro, usando uma garra e um suporte universal, verticalmente dentro do bquer de modo que suaextremidade inferior fique a mais ou menos 2 cm do fundo.

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2.3.2. Medidas de difuso: Tenha em mos um cronmetro. Adicione 150 mL de gua deionizada ao bquercontendo o tubo de difuso com o gel. Acione o cronmetro e ligue o agitador em velocidade moderada. A guair receber os ons do KCl por difuso proveniente do gel. Anote o valor da condutividade 1 minuto aps aimerso do cilindro com o gel e na seqncia, faa leituras a cada minuto durante 40 minutos. Durante asmedidas importante utilizar agitao magntica constante. Verifique e monitore a temperatura durante osexperimentos.2.3.3. Verifique como tratar os resduos qumicos gerados no experimento.

3. Tratamento dos dados e Questionrio.No experimento, assumimos que a condutividade da soluo de KCl proporcional concentrao, ou seja:Mt/Mo= t/o. ; onde o = condutividade inicial da soluo e t= condutividade lida a cada tempo.

A condutividade inicial o da soluo de KCl, foi medida a partir da diluio da soluo original de 5 mL para250 mL, veja item 2.2.1. Portanto no foi utilizada toda a soluo inicial (50 mL) para a difuso, mas apenas os45 mL restantes.As razes numricas entre parnteses na Equao 5 representam a correo devido s diluies efetuadas.

)250

5()

45

150(

'

'==

M

M

o

t

o

t

o

t

(5)

3.1.Faa uma tabela de dados com os valores obtidos, os calculados de (Mt/Mo) (Equao 5) e oscorrespondentes valores da raiz quadrada do tempo Equao 4.3.2. Faa o grfico de (M t/Mo) vs. raiz quadrada do tempo, t1/2, conforme (Equao 4), e calcule o coeficiente dedifuso para o KCl. Use a equao da reta, y = a + bx, para obter o coeficiente angular da reta que ser

2/1

2

=L

Db

Compare o resultado com o valor encontrado da literatura. Verifique as unidades de difuso.

3.3. Como voc relacionaria a 1a lei de Fick com o fato de a agitao aumentar a velocidade de dissoluo de umslido?3.4. Procure a definio para os seguintes termos: dilise, osmose e ultrafiltrao. Saliente as diferenasexistentes entre esses processos de difuso.3.5. Procure a relao que existe entre coeficiente de difuso com: a) temperatura; b) tamanho da molcula, c)viscosidade do meio.3.6. Conceitue difuso.3.7. Consulte um livro de farmacologia e descreva brevemente os aspectos frmacos-cinticos do paracetamol.3.8. Procure na literatura outras formas pelas quais pode-se estimar o coeficiente de difuso.3.9. Como foram tratados os resduos qumicos gerados no experimento.

4. Bibliografia

4.1. CROOKS, J.E., J. Chem. Educ. 66, 614-615, (1989)4.2. HALPERN, A.M. e REEVES, J.H., Experimental Physical Chemistry (A Laboratory Textbook) (1978).4.3. SHOEMAKER ET ALL, Experiments in Physical Chemistry, mCGRAW-HILL, 4 Ed. (1981).4.4. NETZ & GONZALZ O. Fundamentos de Fsico-Qumica- Uma abordagem conceitual para as cincias

farmacuticas. Cap. 8. Artmed (2002).

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