ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: ESTUDO DA VARIAÇÃO DO VOLUME DE MICELAS DE BROMETO DE CETIL TRIMETIL AMÔNIO ATRAVÉS DE MEDIDAS DE VISCOSIDADE E DE ÍNDICE DE REFRAÇÃO
AUTORES: MENEGUSSI, L. R. (UFES) ; SENA, G. L. (UFES)
RESUMO: RESUMO: Esse trabalho investigou a ação da temperatura e do eletrólito KBr no volume de micelas do surfactante brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) em soluções aquosas diluídas. O volume micelar foi monitorado por medidas da viscosidade específica (volume v) e do índice de refração (volume v’) das soluções. A temperatura foi variada de 20 a 40 ºC e a concentração de sal, de 1,0 a 10 mol/m3. Os volumes v e v’ foram da ordem de 10-25 e 10-27 m3, respectivamente, conforme esperado para micelas de surfactantes iônicos. A variação entre esses valores sugere que v está relacionado ao volume total da micela e v’, ao centro hidrofóbico da mesma. As técnicas usadas mostraram um bom potencial para caracterização de surfactantes e quando combinadas, para mapeamento da estrutura micelar.
PALAVRAS CHAVES: micelas, viscosidade, ctab
INTRODUÇÃO: INTRODUÇÃO: Tensoativos encontram aplicação em óleos para automóveis, na prospecção de petróleo, em fármacos, em produtos domésticos como xampus, suavizantes, condicionadores, detergentes, cosméticos, etc. (WEEST et al., 1992; PORTER, 1978).
É importante entender o comportamento dessas substâncias no sistema. Há vários parâmetros que podem ser analisados. Um desses é a concentração micelar crítica, CMC, concentração a partir da qual se formam agregados chamados micelas. Essas são as responsáveis pelas propriedades do surfactante. Por isso, é relevante conhecer essa estrutura. Dentre os parâmetros que regem a estrutura micelar, encontram-se a forma geométrica da micela, que depende da concentração e estrutura molecular do surfactante (ISRAELACHVILI et al., 1996), o número de agregação micelar, N, que fornece o número médio de monômeros por micela, e o volume da micela. Esses parâmetros dependem das condições do sistema. Fatores como temperatura (MALLIARES et al., 1985), concentração do surfactante e força iônica da solução encontram-se dentre tais condições. Também, são muitos os métodos e propriedades do surfactante que podem ser usados nessa caracterização.
Esse estudo tem como objetivo monitorar a variação do volume de micelas de CTAB, através de medidas de viscosidade e índice de refração, devido a mudanças de temperatura e força iônica.
A vantagem da utilização dessas técnicas está em não provocarem perturbação do sistema, como ocorre no caso de medidas de condutividade, onde é aplicado um campo elétrico, ou em métodos espectroscópicos, que envolvem a introdução de substâncias, como corantes ou hidrocarbonetos no interior da micela. Como não há perturbação da estrutura micelar, espera-se obter valores mais reais para o parâmetro micelar analisado.
MATERIAL E MÉTODOS: MATERIAL E MÉTODOS: O CTAB e o KBr foram utilizados sem qualquer tratamento. A água usada para o preparo de soluções foi purificada por osmose reversa.
Foram preparadas soluções estoque de CTAB e de KBr, ambas de concentração 10 mol/m3. Por diluição, foram obtidas soluções de CTAB com concentrações que variaram de 3,0.10-1 até 9,0 mol/m3 e soluções de KBr com concentrações na faixa de 1,0 a 10 mol/m3.
As medidas de viscosidade foram feitas utilizando-se um viscosímetro capilar do tipo Cannon-Fenske, acoplado a um contador de tempo semi-automático e um banho termostático. As medidas foram feitas em triplicata, adotando-se o critério de ± 0,3% de variação do tempo medido. As medidas de índices de refração foram feitas em um refratômetro Abbe, acoplado ao mesmo banho do sistema de viscosidade.
As medidas de viscosidade e de índice de refração foram realizadas nas temperaturas de (20,00; 25,00; 30,00; 35,00; 40,00 ± 0,01) ºC. No estudo do efeito da adição do eletrólito ao sistema, a temperatura foi mantida a 25,00 ºC.
As medidas de índice de refração e viscosidade foram plotadas em função da concentração de CTAB.
Os volumes micelares v e v’ foram calculados utilizando-se uma adaptação das equações de Einstein (SUN, 1994; ATKINS, 1998) e de Clausius-Mossotti (ATKINS, 1998), respectivamente: V = 2,5 NA (v/N) Csurf; e [(n2 – 1) / (n2 + 2)] = 4,19NA [v’dágua/M + (v’/N) Csurf.].
V é a viscosidade específica; NA, o número de Avogrado; Csurf, a concentração do surfactante; n, o índice de refração; e v e v’, os volumes micelares. As equações prevêem uma dependência linear entre Csurf e V e [(n2 – 1) / (n2 + 2)] / 4,19NA, respectivamente. Conhecendo-se o N, pôde-se determinar os volumes micelares (v e v’, respectivamente) através da inclinação da reta.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: RESULTADOS E DISCUSSÃO: As curvas experimentais da viscosidade específica e do índice de refração em função da concentração de CTAB a diferentes temperaturas; e sob o efeito do KBr a 25,00ºC estão apresentadas nas figuras 1 e 2; e 3 e 4 respectivamente.
As regiões dessas curvas que mostram um comportamento próximo ao linear foram usadas para o cálculo de v e v’. Essa região é caracterizada pela formação de micelas predominantemente esféricas. A inclinação e o coeficiente de correlação das retas, bem como os volumes micelares v e v’ calculados são apresentados nas Tabelas 1 e 2, respectivamente.
Os volumes v obtidos são da ordem dos registrados para micelas de surfactantes iônicos em solução aquosa (TURRO et al., 1980; BENRRAOU et al., 2003). Particularmente, os volumes v` são coerentes com os registrados para o centro hidrofóbico dessas micelas (ATTWOOD, 1983).
Nas figuras 1 e 2, nota-se uma diminuição nos volumes micelares v e v’ com o aumento da temperatura. Isso é coerente com a relação inversamente proporcional que existe entre N e T para surfactantes iônicos (MALLIARES et al., 1985).
Nas figuras 3 e 4 o volume micelar v diminui com o aumento da concentração de sal, em relação ao sistema na ausência do eletrólito, na mesma temperatura. Atribui-se esse resultado à compactação da camada de Gouy-Chapman. Já o volume micelar v’ aumentou cerca de 30% em relação à solução ao sistema sem eletrólito, na mesma temperatura, concordando com o estabelecido na literatura (Charlton et al., 2000), que prevê um aumento de N com o aumento da concentração de eletrólito. Entre 0,001 e 0,01 mol/m3 de KBr, v’ se mantém praticamente constante, indicando que nesse intervalo de concentração o volume do centro hidrofóbico não é afetado pelo aumento da concentração de eletrólito.
CONCLUSÕES: CONCLUSÃO: O volume das micelas de CTAB obtidos por viscosidade e índice de refração, assim como a diferença de volume encontrada por ambos os métodos estão de acordo com os registrados na literatura (TURRO et al., 1980; BENRRAOU et al., 2003; ATTWOOD, 1983). O volume v, determinado por viscosidade, representa o volume hidrodinâmico da micela, formado pelo centro hidrofóbico da micela e a camada de Gouy-Chapman, enquanto o volume v’ representa apenas o volume do centro hidrofóbico da micela. Tais resultados demonstram o potencial dessas técnicas para caracterizar sistemas micelares.
AGRADECIMENTOS: AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem a UFES/PETROBRAS pela bolsa concedida.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ATKINS, P.W., 1998. Physical chemistry. Oxford: Oxford University.
Charlton, I. D.; Doherty, A. P. 2000. Voltammetry as a Tool for Monitoring Micellar Structural Evolution?, Analytical Chemistry, v. 72, p. 687-695.
ISRAELACHVILI, J. N.; MITCHELL, D. J.; NINHAM, B. W. 1996. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1, v. 72, p. 1525.
MALLIARES, A.; LÊ MOIGNE, J.; STURM, J. ; ZANA, R. 1985. J. Phys. Chem., v. 89, p. 2709-2713.
PORTER, M. R. 1978. Recent developments in the analysis of surfactants. Critical reports on applied chemistry. N.Y.: Elsevier Science Ltde, v. 32.
SUN, S.F., 1994. Physical Chemistry of macromolecules. John Wiley & Sons.
WEEST, C. C.; HARWELL, J. H. 1992. Environ. Sci. and Techn., v. 26, p. 2324.
