ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: Microestruturas da linha binodal e ties-lines do equilíbrio líquido-líquido de sistema ternário
AUTORES: MOURA, S. L. (UFPI) ; LEAL, J. S. (UFPI) ; SILVA, F. C. M. (UFPI) ; SANTOS, J. A. V. (UFPI)
RESUMO: O processo de separação líquido-líquido mais utilizado industrialmente é a extração por solventes. Para representar o equilíbrio de fases deste processo são empregados modelos de coeficiente de atividade. Esses modelos, por sua vez, possuem parâmetros de interação intermoleculares que precisam ser previamente determinados a partir de dados experimentais de equilíbrio líquido-líquido. Neste contexto, foi realizado um estudo de equilíbrio líquido-líquido do sistema ternário: água + clorofórmio + ácido acético a 25°C. A curva binodal para este sistema foi obtida pelo método da determinação do ponto de turbidez. Os dados para a construção das linhas de amarração foram determinados pela preparação de misturas de concentrações conhecidas dos três componentes na região de formação de duas fases.
PALAVRAS CHAVES: equilíbrio líquido-líquido, microestruturas, sistema ternário
INTRODUÇÃO: O sistema, água-clorofórmio-ácido acético, nos fornece um interessante exemplo de uma mistura líquida ternária, onde cada um dos três componentes forma um par simples de líquidos miscíveis. Em temperaturas normais água e clorofórmio são pouco solúveis um no outro, enquanto cada um desses líquidos é miscível em ácido acético em qualquer proporção. Os limites de solubilidade podem ser determinados preparando-se uma série de soluções, de dois líquidos miscíveis e adicionando um terceiro componente a essas misturas, até a formação de uma segunda fase, caracterizada pelo aparecimento da turvação. A composição da mistura, neste ponto, corresponderá a um ponto na curva de solubilidade, uma vez que a quantidade da segunda fase é praticamente insignificante. No sistema ternário assim formado, a regra das fases indica a existência de até quatro variáveis independentes (pressão, temperatura e as frações molares de dois componentes). Em geral, as linhas de correlação ou ties-lines não são paralelas, porque a solubilidade do componente, miscível nos outros dois, não é a mesma nas camadas. Um ponto na região de duas fases de um diagrama de fases não só mostra qualitativamente que estão em equilíbrio, mas também indica as quantidades relativas de cada fase dada pela regra da alavanca. Em regiões de uma única fase, a quantidade da fase simples é 100%. Em regiões bifásicas, porém, se deverá calcular a quantidade de cada fase, e para isso é usado a regra da alavanca. O presente trabalho teve como objetivo construir o diagrama de fases do sistema ternário água-clorofórmio-ácido acético obtendo as microestruturas da linha binodal e ties-lines.
MATERIAL E MÉTODOS: Foram utilizadas as seguintes substâncias: Água destilada (H2O), clorofórmio (CHCl3) e ácido acético glacial (H3CCOOH). Os materiais utilizados foram: Pêra, pipeta, bureta e erlenmeyer. Vários sistemas água-clorofórmio foram preparados em erlenmeyer, sendo cada um com um volume definido. Essas misturas foram mantidas na temperatura ambiente e por meio de uma bureta de 25 mL, adicionou-se ácido acético glacial, gota a gota, no interior do erlenmeyer, até que se obteve homogeneidade do sistema. Para todos os tubos anotou-se na o volume de ácido acético utilizado. A partir dos volumes dos líquidos contidos em cada erlenmeyer, da densidade e da massa molar correspondente a cada substância, foi montado uma tabela para cada sistema de mistura ternária calculando as respectivas frações molares, e montado uma tabela para cada sistema de mistura ternária, e com isso construído um diagrama ternário.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Para o sistema água-clorofórmio usando ácido acético como solvente a 25°C, foi obtida a curva binodal e ties-lines experimentais deste sistema obtida pela metodologia já descrita. Uma observação é que há um decréscimo das frações molares do clorofórmio e ácido acético, com o aumento da fração molar de água. No entanto, um dado importante mostra que para a composição água-clorofórmio, a adição de ácido acético há um pequeno aumento e logo em seguida uma diminuição cada vez mais, significando que o sistema atinge o equilíbrio liquido-liquido com uma maior facilidade com menor quantidade de solvente. A quantidade de ácido acético é menor no inicio frente a quantidade de clorofórmio, mas essa observação logo é invertida, ficando sempre superior que a composição de clorofórmio no sistema. Para o gráfico composição de clorofórmio vs composição de ácido acético (Figura 1), mostra o crescente aumento da composição de clorofórmio, mas um pronunciamento muito maior da composição de ácido acético. No diagrama ternário (Figura 2), a parte que se encontra interior à curva de solubilidade é a região onde se tem duas fases em equilíbrio, uma microestrutura rica em água, mas que também contém microestruturas em pequenas quantidades dos outros componentes dissolvidos, e outra microestrutura rica em clorofórmio que também contém microestruturas em pequenas quantidades dissolvidas dos outros. Isso porque a água e o clorofórmio formam microestruturas parcialmente miscíveis, enquanto que o ácido acético forma uma microestrutura completamente miscível em cada um deles. Acima da linha de solubilidade tem-se uma região monofásica, e abaixo dela as linhas ties-lines que ligam pontos de um lado a outro do sistema, e que mostram a composição global do sistema bifásico (água-clorofórmio).
CONCLUSÕES: O sistema ternário em estudo, pode ser caracterizado pelo aumento de solubilidade de um solvente no qual formou uma microestrutura de equilíbrio líquido-líquido. No estudo dessas microestruturas, mostra a atuação do ácido acético na curva binodal apresentou pontos de efeitos solubilizantes que de acordo com a teoria de Gibbs é termodinamicamente favorável. No caso dos extremos do diagrama ternário, as substâncias estão dispostas em uma microestrutura quase puras. As microestruturas formadas em equilíbrio líquido-líquido são importante por se obter métodos de separação cada vez mais eficazes.
AGRADECIMENTOS: Ao CNPq, FINEP, FAPEPI e UFPI.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ATKINS, P.W. Físico-Química – Fundamentos. 3ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003.
CASTELLAN, G. W. Fundamentos de Físico-Química. 1ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
HACKBART, L.M. Equilíbrio liquido-liquido de sistemas contendo fenol-água-solvente: Obtenção e modelagem termodinâmica. Curitiba, 2007. Dissertação de mestrado – Universidade Federal do Paraná.
