Densidade, volume molar e volume específico aparente de misturas binárias de polietilenoglicol 1500 e 4000 + água em diferentes temperaturas

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Química Tecnológica

Autores

Gandolfi, O.R.R. (UESB) ; Gonçalves, G.R.F. (UESB) ; Santos, C.M.S. (UESB) ; Nascimento, D.J.S. (UESB) ; Batista, I.C. (UESB) ; Fontan, R.C.I. (UESB) ; Veloso, C.M. (UESB) ; Bonomo, R.C.F. (UESB)

Resumo

Objetivou-se nesse experimento obter as propriedades termofísicas densidade, volume específico aparente, volume molar do polietilenoglicol 1500g.mol^-1 e 4000 g.mol^-1. As propriedades termofísicas dos polímeros foram medidas como uma função da concentração w = (0,10, 0,20, 0,30, 0,40 e 0,50) e temperatura T = (293,15, 303,15, 313,15 e 323,15) K. A densidade, das misturas binárias aumentaram com a elevação da concentração dos polímeros e diminuíram com a elevação da temperatura. Em contrapartida, volume molar e o volume específico aparente das misturas binárias diminuíram com a elevação da concentração e aumentaram com a elevação da temperatura. Modelos representando efeitos da temperatura em cada concentração entre as variáveis foram ajustados.

Palavras chaves

Termofísicas; sistema aquoso; Massa específica

Introdução

O polímero sintético conhecido como polietilenoglicol (PEG) é frequentemente utilizado em processos envolvendo a separação, concentração, isolamento e purificação de compostos de origem biológica (LILA et al., 2012; YOSHIZAWA et al., 2011). Segundo a Food and Drug Administration – FDA (2015) o PEG é um polímero sintético, hidrofílico, não iônico, neutro, composto por unidades repetidas de etilenoglicol, podendo ser utilizado como ingrediente alimentar (KAHOVEC et al., 2002; SILVA et al., 2009). Sistemas de extração de compostos contendo PEG 1500 g.mol-1 e 4000 g.mol-1, sal e água são classificados como sistemas aquosos bifásicos (SAB). OS SABs oferecem condições adequadas à distribuição das biomoléculas devido as condições suaves e com maior seletividade pela diferença de densidade, baixa viscosidade e pelo baixo custo (OLIVEIRA, et al., 2003). O particionamento de soluto em SAB é afetado por vários fatores, tais como a natureza e tamanho do bio-composto, a estrutura e tamanho da cadeia do polímero, tipo de sal, composição inicial do sistema e temperatura. Consequentemente, informações relativas ao comportamento dinâmico de soluções aquosas de PEG 1500 e PEG 4000 são necessárias para a concepção de processos biotecnológicos em que estes polímeros são utilizados. Dados de propriedades termofísicas de soluções aquosas contendo PEG tem sido relatado na literatura, tal como para densidade (ZHANG, et al, 2011), condutividade elétrica (SILVA et al, 2007), volume específico aparente (CRUZ et al, 2009) e index de refração (MOOSAVI et al, 2013). Diante do exposto, objetivou-se neste trabalho a determinação das propriedades termofísicas densidade, volume específico aparente e volume molar das misturas binárias do PEG (1500 e 4000) em várias condições de temperatura.

Material e métodos

Materiais O PEG foi adquirido da Sigma Aldrich. Foi utilizado água destilada no preparo das soluções. Preparo de soluções As soluções estoques (w=0.50) de PEG 1500 e PEG 4000 foram preparadas utilizando uma balança analítica M254A com uma precisão de ± 0.0001 g. Quantidades apropriadas da solução estoque foram diluídas em tubos e agitadas manualmente para obter as concentrações desejadas w= (0.10, 0.20, 0.30, 0.40 e 0.50). As análises foram realizadas nas temperaturas de (293.15, 303.15, 313.15 e 323.15) K. Densidade As massas específicas das soluções foram determinadas utilizando Densímetro Digital de Bancada DMA 5000M (ANTON PAAR) com uma precisão de ±5 x 10Tabela 2: Parâmetros ajustados do modelo linear para densidade, volume específico aparente e volume molar, como função da temperatura. g/cm e repetibilidade de ±1 x 10^-6g.cm^-3 na faixa de operação 0 a 3 g.cm^-3. Volume Molar O Vm das misturas binárias calculado utilizando a seguinte equação: Vm=M/ρ (1) Onde: M é a massa molecular em g/mol; ρ é a densidade em g.cm^-3; Vm é o volume molar em cm³/mol. Volume específico aparente O volume específico aparente v_2θ foi calculado a partir dos dados de densidade utilizando a equação 1: v_2θ=1/ρ [1+(ρο-ρ)/(w.ρο)] (2) Em que: ρ (g.cm^-3) e ρο(g.cm^-3) são as densidades da solução iônica e água pura, respectivamente. Análise estatística Toda análise estatística foi realizada utilizando o Sistema de Análise Estatística (SAEG) v.9.1 O experimento foi realizado no delineamento inteiramente casualizado (DIC) em triplicata. Aos dados experimentais obtidos foram ajustados modelos polinomiais. Todas as análises foram realizadas considerando um nível de significância de 5%.

Resultado e discussão

A tabela 1 mostras as médias e desvios padrões dessas propriedades em todas as condições estudadas. A densidade das misturas binárias de PEG 1500 e 4000, diminuíram com o aumento da temperatura e aumentaram com a elevação da concentração, comportamento similar foi observado por Costa (et al., 2014), estudando o efeito da temperatura em soluções aquosas de polietileno glicol 1500. A diminuição da densidade com a temperatura pode ser atribuída, a maior mobilidade das moléculas do líquido, que causa a expansão do volume e a diminuição de interações moleculares a temperatura mais elevada (SIONGCO; LERON; LI, 2013). Pode-se observar ainda que os valores da densidade do PEG 1500 e 4000 foram bem próximos. Kirinčič e Klofutar (1998) determinaram a densidade de soluções aquosas de polietileno glicol de peso molecular na faixa de 300 a 35000 a 298.15 K, e descobriram que os valores da densidade são praticamente independentes do peso molecular do polietileno glicol. O volume molar e o volume específico aparente das misturas binárias aumentaram com o aumento da temperatura e diminuíram com o aumento da concentração. Tais propriedades do PEG 1500 e 4000 variaram linearmente com a temperatura (tabela 2) em todas as condições estudadas e podem ser estimadas utilizando o modelo linear eq. 3. Ψ=β1+β2T (3) Onde ψ é a propriedade termodinâmica e β1 e β2 são as constantes determinadas a partir dos dados experimentais. Observa-se, que para a densidade o termo referente a temperatura foi negativo, comprovando que esta propriedade diminuiu com a elevação da temperatura. Em contraste, o parâmetro referente a temperatura para as demais propriedades foi positivo, indicando que ocorre um aumento em tais propriedades com o aumento de tal variável.

Fonte: Dados da Pesquisa


Fonte: Dados da Pesquisa

Conclusões

As propriedades termofísicas densidade, volume específico aparente e volume molar foram obtidas para as misturas binárias de água + PEG 1500 e água + PEG 4000 em diferentes temperaturas e concentrações. Modelos polinomiais para as propriedades apresentaram ajuste satisfatório aos dados experimentais.

Agradecimentos

Referências

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