O Ângulo de Contato e a Tensão Superficial - INTRO QMC

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O Ângulo de Contato e a Tensão Superficial - INTRO

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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

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On the top and middle of picture shown, you can see the difference of untreated and O2 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.

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Aligned TiO₂nanorod arrays synthesized by oxidizing titanium with acetone

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Detachment of Oil Dropsfrom Solid Surfacesin Surfactant Solutions: Molecular Mechanisms at a

Moving 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; fitthe experimental data; determine the values of the involved physicochemical parameters.

Drop detachment:

Moving contact line;

Importance for Detergency;

Membrane emulsification;

Other processes with moving

three-phase contact line

Experiment

Procedure:

(1) Oil dropis placed on the dryglass substrate;

(2) Solution of surfactant + NaClis poured in the cuvette; (3) The process of oil drop detachmentis recorded by horizontal microscope and video-camera.

Scheme of the experimental cell: 1 – glass plate; 2 – oil droplet ≈ 1 μl; 3 – glass holders; 4 – surfactant solution; 5 – syringe;6 – cuvette.

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Dynamics of Spontaneous Drop Detachment

0 s 27 s 1 min 55 s

9 min 16 s 21 min 49 s 1 h 6 min 46 s

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Cauda APOLAR Cabeça POLAR Estearato de sódio

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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.

Tensão Superficial – Método do

Destacamento do Anel de du Nouy

Técnica utilizada:

Tensão Superficial – Método

do Destacamento do Anel de du Nouy

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Tratamento dos Dados

Observações:

1) Tensão superficial ( γ ) (dina.cm-1_); 2) 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 1) e obteve-se a área transversal efetiva do surfactante na monocamada adsorvida na interface ar/água.

1 Equação

ln C

RT

Γ

−

=

γ

-17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 lnC= -12,1 cmc =5,6X10-6 mol/cm3 cmc= 5,6 mM Y = A + B * X A -139,94161 B -14,79515

γ

(dina. cm -1) ln [SDS, mol.cm3]

Resultados

A) cmc obtida experimentalmente: ~ 5,6 mM

B) Valor da tensão superficial na cmc: 38,8 dina.cm-1

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CONCENTRAÇÃO SUPERFICIAL EM EXCESSO (Γ):

(

1

)(

3 1

)

6 2 1 3 1 1 3 1 1 1 3 1 1 . 10 0 , 6 10 8 , 14 . 0004036 , 0 10 8 , 14 . 298 . . 314 , 8 1 . 10 8 , 14 . 298 . . 314 , 8 1 . : que se -sabe . 10 8 , 14 . 298 . 314 , 8 1 ln . 1 ln ln ln 1 ln − − − − − − − − − − − − − − − − = − − = Γ − − = Γ − − = Γ = − − = Γ Δ Δ − = Γ = Δ Δ Γ − = Δ Δ Γ − = − = m mol X m X mol m m X mol m m N X K mol mK N m N J m N X K mol JK C RT angular e coeficient C RT C RT C quação C E ΓRT γ γ γ γ γ

ÁREA OCUPADA POR UMA MOLÉCULA NA

INTERFACE (w)

2 1 2 1 2 20 2 20 2 10 1 2 20 2 17 1 23 2 6 23 . 036 , 0 1 . 7 , 27 10 7 , 27 : então 10 1 : logo 10 1 10 7 , 27 10 12 , 36 1 . 6,02X10 . . 10 0 , 6 1 / 6,02X10 . 1 : (w) molécula por ocupada Área − − − − − − − − − − − − = = Γ = = = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = = = = = = = Γ = o o o o A molécula w molécula A molécula m X w m A m A molécula m X w moléculas m X w mol moléculas m mol X w mol moléculas N N w

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40,4 -11,10 15,0 x10-6 40,0 -11,51 10,0 x10-6 38,7 -11,74 8,0 x10-6 37,6 -11,87 7,0 x10-6 38,0 -12,11 5,5 x10-6 37,1 -12,21 5,0 x10-6 36,1 -12,31 4,5 x10-6 36,3 -12,43 4,0 x10-6 36,9 -12,56 3,5 x10-6 36,0 -12,72 3,0 x10-6 36,5 -12,90 2,5 x10-6 37,0 -13,12 2,0 x10-6 48,6 -13,82 1,0x10-6 79,3 0 0 Tensão Superficial (dina.cm-1₎ ln C Concentração (mol.cm-3₎ -14,0 -13,5 -13,0 -12,5 -12,0 -11,5 -11,0 34 36 38 40 42 44 46 48 50 x = -12,68 ~ 3,11x10-6mol.cm-3 y = 35,85 dina.cm-1 c.m.c Y = A + B * X A -119,40715 B -12,09529 te n s ão s u pe rf ic ia l, di na .c m -1 ln C (C em mol.cm-3 ) 2 6 _. 10 88 , 4 _× − − = Γ molm 1 2 1 2 20 Å 04 , 34 10 04 , 34 − − − ⋅ = ⋅ × = molécula w molécula m w 2 -1 2 0,029 Å Å 04 , 34 1 1 ₌ _⋅ ⋅ = = Γ ₋ molécula molécula w

Ismael,Gabriel, Fernando, Ingrid

mM cmc=3,1 78,45 Água a 25°C 42,6 -10,81 20,0 42,5 -11,10 15,0 41,95 -11,51 10,0 40,85 -11,73 8,0 39,9 -11,86 7,0 39,55 -12,02 6,0 38,8 -12,11 5,5 37,25 -12,20 5,0 36,65 -12,31 4,5 35,5 -12,42 4,0 36,10 -12,56 3,5 38,05 -12,71 3,0 39,05 -12,89 2,5 45,00 -13,12 2,0 58,15 -13,81 1,0 Tensão Superficial (dina/cm) ln C C (x10-6 mol/cm3₎ -14,0 -13,5 -13,0 -12,5 -12,0 -11,5 -11,0 -10,5 35 40 45 50 55 60 A -192,91379 B -18,14286 te n s ão s uperf ic ial (dina/ c m ) ln C (C em mol/cm3 ) lnC= -12,6 cmc =3,4X10-6 mol/cm3 cmc= 3,4 mM 2 6 _. 10 32 , 7 × − − = Γ molm 1 2 1 2 20 Å 75 , 24 10 75 , 24 − − − ⋅ = ⋅ × = molécula w molécula m w 2 -Å 040 , 0 1 1₌ ₌ _⋅ = Γ molécula mM cmc=3,4

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41,25 -11,11 15,0 40,75 -10,82 20,0 41,00 -11,51 10,0 39,00 -11,74 8,0 38,50 -11,87 7,0 37,50 -12,02 6,0 38,15 -12,11 5,5 38,00 -12,21 5,0 38,50 -12,31 4,5 36,20 -12,43 4,0 36,10 -12,56 3,5 36,25 -12,72 3,0 35,40 -12,90 2,5 39,50 -13,12 2,0 49,50 -13,81 1,0 70,30 Agua Tensão Superficial (dina/cm) ln C C (x10-6 mol/cm3₎ 2 6 _. 10 15 , 6 _× − − = Γ molm 1 2 1 2 20 Å 00 , 27 10 00 , 27 − − − ⋅ = ⋅ × = molécula w molécula m w 2 -1 2 0,037 Å 7,00Å 2 1 1 ₌ _⋅ ⋅ = = Γ ₋ molécula molécula w mM cmc=2,6

Marcelo, Helen, Josiane, Leila

-14,0 -13,5 -13,0 -12,5 -12,0 -11,5 -11,0 -10,5 34 36 38 40 42 44 46 48 50 lnC= -12,9 cmc =2,6X10-6 mol/cm3 cmc= 2,6 mM Y = A + B * X A -161,05992 B -15,25433 γ ( d ina/ cm) ln c (c em mol/ cm3 ) ¾ Abaixo da cmc os monômeros comportam-se como eletrólito forte.

¾ Após a micelização ,

comportam-se como eletrólito fraco.

Comportamento do surfactante em solução aquosa:

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.

κ

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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 (contra-íons) que ficam ligados eletrostaticamente em alguns monômeros.

** 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.

Por que observamos uma descontinuidade

nos perfis de cond. elétrica na região da cmc ?

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Determina

ç

ão 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.

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C

á

lculo da concentra

ç

ão da solu

ç

ão a

cada adi

ç

ão de solu

ç

ão concentrada:

Exemplo:

Volume de água ou tampão (na cela): 50 mL Solução concentrada: 80 mM Volume Adicionado: 10 mL Concentração na cela: ? Mi . Vi= Mf.Vf 80 mM . 10 mL = M_f. (50 mL + 10 mL) M_f= 13,3 mM 0 5 10 15 20 25 0 200 400 600 800 1000 S₁ 68,3 S₂ 25,0 C o ndu ti v ida de es p e c íf ic a , μ S cm -1 [SDS], mM SDS em água deionizada T=250C Arlindo 22/09/2004 cmc 8,2 mM

Perfil de condutividade especifica para uma solução aquosa de SDS a T= 250_C α 37 , 0 68,3 25,0 S S 1 2 = = = α α cmc= 8,2 mM

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0 1 2 3 4 5 35 40 45 50 55 60 65 70 75 _{cmc 8,2mM} Y = A + B * X A 73,8 B -2,0 SDS em Água deionizada T=250 C Arlindo 22/09/2004 Con dut ivid ade equ ivale n te , Ω -1 cm 2 mo l -1 [SDS, mM] 0,5

Perfil de condutividade molar para uma solução aquosa de SDS a T= 250_C 1 2 1 DS DS Na DS DS Na 9 , 23 1 , 50 0 , 74 -− − ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ = Λ − = Λ Λ − Λ = Λ Λ + Λ = Λ + + mol cm Ω 1 2 1 DS- 21,6 − − ∞ ₌ Λ Ω cm mol Literatura 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 k ( μΩ -1 cm -1) C (mM) CMC = 8,57 x 10-3 mol L-1 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 35 40 45 50 55 60 65 70 75 (C, mol/L)0,5 C o ndut ivi d a de molar ( Ω -1 cm 2 mol -1) 64,50 cmc 8,6 mM

Alessandra, Bethânia, Liliane, Taís

38 , 0 59,5 22,7 S S 1 2 = = = α α cmc= 8,6 mM 1 2 1 DS DS Na DS DS Na 4 , 14 1 , 50 5 , 64 -− − ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ = Λ − = Λ Λ − Λ = Λ Λ + Λ = Λ + + mol cm Ω

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Ismael, Gabriel, Fernando, Ingrid 0 5 10 15 20 0 200 400 600 800 c.m.c 6,9 mM c o nduti v idad e es pec íf ic a , µ Ω -1cm -1 [surfactante, m mol L-1_] 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 40 45 50 55 60 65 70 75 c.m.c condut ivi dade equi vale nte, µ O -1cm -1 [surfactante, m mol L-1_]0,5 49 , 0 61,8 30,5 S S 1 2 = = = α α cmc= 6,9 mM 1 2 1 DS DS Na DS DS Na 5 , 21 1 , 50 6 , 71 -− − ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ = Λ − = Λ Λ − Λ = Λ Λ + Λ = Λ + + mol cm Ω

CONCLUSÕES

Através de medidas de condutividade específica pode-se determinar:

O grau de dissociação (

α

) das micelas. A cmc de um surfactante iônico;

A condutividade molar (Λ) para as soluções nas diferentes concentrações;

A condutividade molar a diluição infinita (Λ∞₎

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