Determinação de propriedades físico-químicas como: densidade e velocidade do som do líquido iônico cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio(BMIMCl)

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Físico-Química

Autores

Batista, L. (UFPA) ; Santos, G. (UFPA) ; Queiroz, L. (UFPA)

Resumo

Os líquidos iônicos (LIs) são sais orgânicos combinados que possuem propriedades físico-químicas muito distintas, suas propriedades têm sido estudadas com maior frequência devido ao aumento de aplicação dos LIs em processos industriais. O líquido iônico Cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio (BMIMCl) é um dos LIs mais utilizados, pois apresentam maior estabilidade térmica e não é corrosivo, certas propriedades são desconhecidas e ainda precisam de estudos mais aprofundados e como os LIs são mais caros que os solventes orgânicos tradicionais foram necessários encontrar outra forma de aplicação para os líquidos iônicos. Por esses motivos misturas de água contendo 10%, 20% e 30% de BMIMCl foram submetidos aos estudos de densidade e de velocidade do som.

Palavras chaves

BMIMCl; densidade; velocidade do som

Introdução

Líquidos iônicos formam como o nome sugere um meio iônico líquido à temperatura ambiente resultantes de combinação de diferentes cátions e ânions. É relatado que os LIs são capazes de dissolver uma ampla gama de espécies, incluindo compostos orgânicos, inorgânicos e organometálicos (Welton, 1999). Além das vantagens citadas, os líquidos iônicos baseados em cátions metilimidazólio são ainda mais favoráveis devido ao ar e estabilidade da água, e sua liquidez nas mais amplas faixas de temperatura (Shariati, 2003). A combinação de diferentes cátions e ânions pode resultar em sais com pontos de fusão baixos (Álvares, 2010). Deste modo, é possível escolher entre diferentes íons para fazer um líquido iônico que se adapte para uma necessidade específica. Assim, o conhecimento básico das propriedades termofísicas dos líquidos iônicos é vital para o seu projeto e avaliação. (Olivier-Bourbigou et al, 2010). Dentre os solventes que podem ser usados, com grande eficiência, nos processos de extração estão os líquidos iônicos (LIs). Os líquidos iônicos (LIs) têm ganhado visibilidade por seu uso potencial como solvente verde e as possíveis substituições aos solventes orgânicos voláteis tradicionais (VOCs) para uma variedade de aplicações exemplos incluem a síntese orgânica, a catálise bifásica, processos de separação e extração, e a dissolução de biomateriais (Gutowski, 2003).

Material e métodos

A determinação da densidade e da velocidade do som foi realizada em densímetro digital DSA 5000 da marca Anton Paar com uma precisão de ± 0,0001 g /cm3, operando à pressão atmosférica, utilizando rampa de aquecimento de 30ºC até 45ºC, com intervalos de 5ºC. A calibração interna do instrumento foi confirmada através da medição das densidades da água destilada. Na preparação das misturas com 10%, 20% e 30% de BMIMCl foram colocadas respectivamente 10, 20 e 30 g do LI em um balão de fundo chato de 100 ml e adicionou-se água destilada até a marca de aferição. A vedação dos balões após a aferição é necessária para esse procedimento, pois o liquido iônico é higroscópico.

Resultado e discussão

A caracterização termodinâmica de sistemas químicos através da determinação experimental de propriedades macroscópicas, como a densidade e velocidade do som e a sua variação com a temperatura e composição da mistura, permite um conhecimento aprofundado das interações entre espécies em solução. Interações soluto-solvente e solvente-solvente assim como efeitos de empacotamento das espécies e alterações nas agregações moleculares são alguns dos fenómenos caracterizados por estas propriedades particularmente sensíveis às interações estruturais. (Barbas, 2000; Lampreia, 2003 e Gao, 2009). É possível visualizar no gráfico 1 que as misturas apresentam um comportamento muito parecido com o comportamento da água, este comportamento linear já era esperado e é comum a líquidos iônicos em geral, mas com a diluição em água este comportamento se intensificou. Também é notável que a densidade das misturas é inversamente proporcional com a temperatura. No gráfico 2 somente a mistura menos concentrada segue o mesmo comportamento da água e demostra a direta proporção entre a velocidade do som e a temperatura, na segunda mistura se percebe que no último ponto ocorre um pequeno decrescimento na velocidade do som, mas na mistura mais concentrada já é bem evidente o decréscimo da velocidade do som com o aumento da temperatura.

Densidade-temperatura experimentais das misturas de 10%, 20% e 30% de BMIMCl.


Velocidade do som-Temperatura experimentais das misturas de 10%, 20% e 30% de BMIMCl.

Conclusões

Os estudos de densidade e velocidade do som foram fundamentais não só para descobrir novos parâmetros das propriedades dos líquidos iônicos, mas também para comprovar a eficácia do BMIMCl em misturas. Vimos que mesmo o BMIMCl diluído completamente em água seu comportamento não foi alterado. Logo podemos concluir que o BMIMCl pode ser aplicado em processos industriais na forma de misturas mantendo uma alta eficiência.

Agradecimentos

Ao laboratório de engenharia química (LEQ)e a UFPA

Referências

Álvarez, V. H. Á. Termodinâmica e Aplicações de Líquidos Iônicos. Tese de Doutorado. Faculdade de Engenharia Química (UNICAMP), 2010.
Barbas, Maria João A.; Dias, Florbela A.; Mendonça, Ângela F. S. S.; Lampreia, Isabel M. S.; Volumetric properties of aqueous binary mixtures of 2-diethylaminoethanol from 283.15 to 303.15 K; Phys. Chem. Chem. Phys.,Vol. 2, 4858 - 4863, 2000.
Gao, Haiyan; Qi, Feng; Wang, Haijun; Densities and volumetric properties of binary mixtures of the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate with benzaldehyde at T = (298.15 to 313.15) K ;J. Chem. Thermo.,Vol.41, 888-892, 2009.
Gutowski, K. E.; Broker, G. A.; Willauer, H. D.; Huddleston, J. G.; Swatloski, R. P.; Holbrey, J. D.; Rogers, R D. Controlling the Aqueous Miscibility of Ionic Liquids: Aqueous Biphasic Systems of Water-Miscible Ionic Liquids and Water-Structuring Salts for Recycle, Metathesis, and Separations. J. AM. CHEM.,Vol. 125, 6632-6633, 2003.
Lampreia, Isabel M. S.; Dias, Florbela A.; Barbas, Maria João A.; Mendonça, Ângela F. S. S.; Isobaric expansions and isentropic compressions of aqueous binary mixtures of 2-diethylaminoethanol from 283 to 303 K; Phys. Chem. Chem. Phys., Vol.5, 1419 – 1425, 2003.
Olivier-Bourbigou, H. ; Magna, L. ; Morvan, D. Ionic liquids and catalysis: Recent progress from knowledge to applications Applied Catalysis A: General, 31 January 2010, Vol.373(1-2), pp.1-56.
Shariati, A.; Peters, C.J. – High-pressure phase behavior of systems with ionic liquids: measurements and modeling of the binary system fluoroform/1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate. J. of Supercritical Fluids.Vol.25, p.109-117, 2003.
Welton, T. Room-Temperature Ionic Liquids. Solvents for Synthesis and Catalysis, Chemical Reviews, Vol. 99, p. 2071-2084, 1999.