Aparelho de efusão de Knudsen de três células

A instalação de Knudsen apresentada na figura 4.4 foi construída por Monte et al. testada com ácido benzóico e ferroceno, estando detalhadamente descrita na literatura [8,27]. Este equipamento é dividido em quatro partes (sistema de vácuo, linha de vidro, células de efusão e banho termostatizado) e permite a determinação de três valores de pressão de vapor, por experiência, a uma mesma temperatura. Este sistema opera com três células de efusão, com orifícios de diâmetros diferentes, inseridas num banho termostatizado a uma temperatura constante.

A B

D C

Figura 4.3. Esquema geral do equipamento de efusão de Knudsen de três células [27]: A – sistema de vácuo; B – Linha de vidro; C – Células de efusão; D – Banho termostatizado.

4.5.1.1. Sistema de vácuo

O sistema de vácuo, apresentado na figura 4.4 é constituído por uma bomba de vácuo rotativa (A), responsável por um vácuo primário durante a pré-evacuação do sistema,

na ordem de 1 Pa, medido através de um manómetro (H). A bomba de vácuo difusora de óleo (B) permite atingir pressões na gama dos 10−5 Pa, medidas através de um manómetro (G). Esta bomba de alto vácuo encontra-se ligada a uma trap (C), na qual é introduzido azoto líquido, assegurando um vácuo mais forte e eficiente durante a experiência de efusão, juntamento com a bomba rotativa.

A I E H F G B C D I

Figura 4.4. Esquema do sistema de vácuo do aparelho de efusão de Knudsen de três células [27].

4.5.1.2. Linha de vidro

A linha de vidro, apresentada na figura 4.5, encontra-se ligada ao sistema de vácuo através de uma válvula de teflon (D) e de uma trap de vidro (C), mergulhada em azoto líquido, evitando a contaminação do sistema de vácuo com o eventual composto sublimado.

A

B

C D

E

Figura 4.5. Esquema da linha de vidro do aparelho de efusão de Knudsen de três células [27]

Cada coldfinger (A) está associado a um holder (B), sendo unidos por esmerilados Quick-Fit e selados com grease para alto vácuo (Dow Corning). O coldfinger (A) tem a forma de um dedo e é constituído por paredes duplas de vidro, permitindo colocar, no seu interior,

A – Bomba de vácuo rotativa Edwards ED 200A; B – Bomba de vácuo difusora Edwards E04; C – Trap de azoto líquido, Edwards Ct 100; D – Válvula de borboleta;

E – Válvula de agulha; F – Válvulas speed;

G – Manómetro Edwards Pirani APG-M-NW16; H – Manómetro Edwards AIM-S-NW25; I – Tubos metálicos flexíveis.

A – Coldfinger; B – Holder; C – Trap de vidro;

D – Válvula de teflon da ligação com o sistema de vácuo;

azoto líquido durante toda a experiência, de modo a que o composto sublimado fique condensado. O holder (B) trata-se de tubo de vidro pyrex, contendo na sua extremidade um bloco de alumínio, com uma cavidade onde a célula de efusão encaixa perfeitamente.

A abertura da válvula (E) marca o final da experiência de efusão com a entrada de ar para a linha de vidro.

4.5.1.3. Células de efusão

As células de efusão (figura 4.6) apresentam uma forma cilíndrica, sendo construídas em alumínio e fechadas com uma tampa de latão. Cada tampa da célula de efusão apresenta uma lâmina de platina com uma espessura, l, de 0.0125 mm, contendo um orifício de efusão no centro. Estas lâminas, adquiridas à empresa Metal Goodfellow, foram perfuradas a laser, garantindo orifícios circulares de elevada qualidade e espessura uniforme. Na base de cada célula é colocada uma fina camada de Apiezon L, um tipo de grease que melhora o contato térmico entre a célula e o bloco de alumínio do holder, no qual a célula é encaixada. As amostras de composto a estudar são previamente pulverizadas e colocada no interior da célula a quantidade necessária para realizar o estudo das pressões de vapor. As quantidades de amostra variam entre 250 a 400 mg, dependendo das características físico-químicas do composto em estudo. Posteriormente, a amostra é pressionada no interior da célula, com auxílio de um pistão, de modo a obter uma superfície de sublimação lisa e plana. As células são pesadas antes e depois de cada experiência, numa balança Mettler AE163, com uma precisão de ± 10−5 g.

Vista do topo Vista de perfil A B C D E

Figura 4.6. Esquema de uma célula de efusão do aparelho de efusão de Knudsen [27]

Na tabela 4.4 são apresentadas as áreas e fatores de Clausing, wo, calculados

através da expressão de Dushman (expressão 4.36), dos orifícios das células do aparelho de efusão de Knudsen de três células.

A – Anel metálico; B – Disco metálico; C – Lâmina de platina; D – Disco de teflon; E – Tampa de latão.

Tabela 4.4. Áreas, Ao, e fatores de Clausing, wo, dos orifícios das células do aparelho de

efusão de Knudsen de três células.

Orifício o 2 mm A wo Pequeno 0.5053 0.989 Médio 0.7765 0.991 Grande 1.1370 0.992

4.5.1.4. Banho termostatizado

A figura 4.7 representa um esquema do banho termostatizado, utilizado no equipamento de efusão de Knudsen de três células, consistindo numa caixa de madeira (A), devidamente isolada (B), que envolve uma caixa de vidro (C), contendo o líquido no qual vai ser registado a sua temperatura, através de um termómetro de mercúrio Amarell (E), devidamente calibrado e graduado em 0.01 K. A entidade emissora dos certificados de calibração foi a entidade governamental alemã, Eichamt-Wertheim. Neste trabalho foi utilizado uma mistura de água e etilenoglicol, permitindo alcançar temperaturas inferiores à temperatura ambiente. Esta é a principal vantagem de utilizar este equipamento em detrimento de outros. A B D G E F C

Figura 4.7. Esquema do banho termostatizado do aparelho de efusão de Knudsen [27]

Os holders, que contêm as células de efusão, são mergulhados (D) na solução de água e etilenoglicol, deixando-se atingir o equilíbrio térmico antes de se iniciar a experiência de efusão. Para se atingir uma temperatura constante e igual nas três células, durante as experiências de efusão é utilizado um agitador metálico (F) com quatro hélices, ligado a um motor Heidolph RZR 2041, podendo atingir as 2100 r.p.m. A termostatização do banho é garantida por um controlador Tronac – PTC4, com uma precisão de ± 0.01 K, que se encontra ligado a uma resistência (G) de 100 W imersa no líquido termostático, que atua como fonte de calor. Existe ainda um banho exterior, Huber Milichiler, que permite manter as

A – Caixa de madeira; B – Placa de esferovite; C – Caixa de vidro; D – Orifícios dos holders;

E – Orifício do termómetro de mercúrio; F – Orifício do agitador;

baixas temperaturas do banho termostatizado através de uma serpentina para circulação do respetivo fluido, funcionando como fonte fria.