DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO MICELAR CRÍTICA (CMC) DO TENSOATIVO ANIÔNICO DODECIL SULFATO DE SÓDIO (SDS) POR TENSIOMETRIA E CONDUTOMETRIA

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - INSTITUTO DE QUÍMICA

EXPERIMENTO 2:

DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO MICELAR CRÍTICA (CMC) DO TENSOATIVO ANIÔNICO DODECIL SULFATO DE SÓDIO (SDS) POR TENSIOMETRIA E CONDUTOMETRIA

QFL1444 - FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL

São Paulo

OBJETIVOS

• Aprender a trabalhar com a técnica de tensiometria.
• Determinar a concentração micelar crítica de um tensoativo negativamente carregado por tensiometria e condutometria.
• Avaliar a concentração de excesso superficial e o fenômeno de auto-associação.

PROCEDIMENTO

Tensiometria - método do anel

        Ao realizar a tensiometria com soluções aquosas de SDS em diversas concentrações (realizando duas ou três medidas, dependendo da reprodutibilidade), obtemos os seguintes dados:

Amostras (mmol/L)	M1 (dyn/cm)	M2 (dyn/cm)	Média +/- s (dyn/cm)	Temperatura (C°)
H2O	75,3	75,6	75,5 ±  0,2	24,2 ± 0,1
SDS 20,0	35,7	35,7	35,7 ± 0	24,2 ± 0,1
SDS 10,0	31,7	32,6	32,2 ± 0,4	24,2 ± 0,1
SDS 8,0	30,8	32,9	31,8 ± 1,0	24,2 ± 0,1
SDS 6,0	31,6	32,3	31,9 ± 0,3	24,2 ± 0,1
SDS 4,0	26,6	24,3	25,4 ± 1,1	24,2 ± 0,1
SDS 2,0	39,3	40,9	40,1 ± 0,8	24,2 ± 0,1
SDS 1,0	41,1	41,5	41,3 ± 0,2	24,2 ± 0,1
SDS 0,5	39,6	41,8	40,7 ± 1,1	24,2 ± 0,1
SDS 0,25	66,9	70,1	68,5 ± 1,6	24,2 ± 0,1
Álcool comercial	23,2	23,3	23,3	24,2 ± 0,1

Tabela 1. Tensão superficial em função da concentração de SDS.

RESULTADOS E CONCLUSÕES

cmc = 6,033 mmol.L-1

[pic 1]

Gráfico 1. Tensão superficial em função da concentração de SDS.

A cmc é determinada no ponto do gráfico, em que a tensão superficial permanece praticamente constante com o aumento de [SDS]. Após a concentração micelar crítica, verifica-se que as micelas ficam dispersas pela solução, diferentemente dos monômeros do surfactante, consequentemente, as micelas não irão apresentar efeito significativo na tensão superficial da água, conforme demonstrado na região após a cmc, em que a tensão superficial permanece praticamente constante.

Na cmc, o processo de micelização é espontâneo, pois a formação da micela propicia um ganho entrópico no sistema, devido à liberação das moléculas de água que hidratavam os monômeros de tensoativo antes da micelização.

Observação: o ponto em que a concentração de SDS é 6 mmol.L-1 não foi considerado na plotagem do gráfico.

Para o gráfico de  x ln[SDS], temos que considerar os primeiros pontos do gráfico, para poder obter . Assim:[pic 2][pic 3]

[pic 4]

Gráfico 2. Regressão linear de  em função de ln[SDS], são considerados apenas os pontos de queda da tensão superficial.[pic 5]

Considerando a equação da isoterma de adsorção de Gibbs podemos estimar a concentração superficial de excesso (Γ, expressa em mol/m²) na interface líquido-ar e a área ocupada por cada molécula, assim:

Г = - (RT)-1.() [pic 6]

Pelo gráfico 2, obtém-se = -12,52 dyn.cm-1 = -0,01252 N.m-1[pic 7]

Г = -(8,314.297,35)-1.(-0,01252) = 5,064.10-6 mol.m-2 

        

Multiplicando pela constante de Avogadro, temos:

Г= 3,048.1018 moléculas.m-2

        

Por fim, a área ocupada por cada molécula será:

A = 1/Г = 3,281.10-19 m2

Considerando a parte polar do surfactante, temos o grupo sulfato, sendo que o comprimento da ligação S – O = 1,43 Å, aproximando esse grupo como sendo uma projeção esférica, a área ocupada seria dada por , em que r seria o comprimento da ligação S – O, assim:[pic 8]

Apolar = 3,14.(1,43.10-10)2 = 6,42.10-20 m2

Comparando a ordem de grandeza entre a área ocupada por uma molécula de tensoativo e a área ocupada pela sua parte polar, verifica-se que os valores encontrados são coerentes, visto que a parte polar constitui uma menor porção da molécula, enquanto a parte apolar constitui a maior parte da molécula. Tanto que, por diferença seria obtida para a parte apolar, o valor de Aapolar = 2,64.10-19 m2. Com isso, observa-se que a área da parte apolar possui a mesma ordem de grandeza da área ocupada por cada molécula, o que é coerente quando se analisa a natureza química do tensoativo SDS.