Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Investigação das propriedades reológicas dos líquidos iônicos próticos
AUTORES: Camargo, D. (UFBA) ; Iglesias, M. (UFBA)
RESUMO: Este artigo apresenta a síntese de quatro líquidos iônicos próticos - Oxalato de dietanolamina (2-HDEAOx), Maleato de dietanolamina (2-HDEAMa), Succinato de dietanolamina (2-HDEASu), Citrato de etanolamina (2-HEACi) - e o estudo da taxa de cisalhamento e viscosidade na dependência da temperatura numa faixa de 313,15-343,15 K. Utilizou-se H1-NMR e espectro de FT-IR para estabelecer a estrutura destes compostos. Os resultados experimentais mostraram que a viscosidade desses fluidos diminui fortemente com o aumento da temperatura, sendo de tendência não-newtoniano ao longo de uma gama de taxas de cisalhamento. Os parâmetros ΔH, ΔG, ΔS e ΔCp foram avaliados de acordo com seus fluxos viscosos. Utilizou-se, também, métodos como: Litovitz e Ghatee para análise da relação temperatura e viscosidade
PALAVRAS CHAVES: Líquido iônico prótico; Viscosidade; Reologia
INTRODUÇÃO: Os líquidos iónicos (LIs) são uma classe de novos solventes com estrutura determinada pelo espectro FT-IR e H1-NMR, figuras: 1(a) e 1(b), que são cada vez mais utilizados em uma grande variedade de aplicações nos últimos anos devido a um número surpreendente de propriedades desejáveis. Eles têm sido descritos como “solventes design”, isto é, suas propriedades se adequam às necessidades específicas de um determinado processo. Há um grande interesse em LIs por serem: bons solventes tanto para líquidos orgânicos quanto para inorgânicos sobre uma ampla faixa de temperatura, não voláteis, não inflamáveis, polares, e com pressão de vapor praticamente insignificante.
Recentemente tem havido um crescente interesse em LIPs devido ao seu potencial como solvente ambientalmente favorável. Propriedades volumétricas e reológicas de líquidos iônicos são de grande interesse devido ao número crescente de aplicações industriais desses novos materiais. Essas propriedades fornecem informações sobre a base molecular desses fluidos, bem como, os valores necessários para projetos de engenharia. Viscosidade, como uma propriedade reológica de transporte, tem um grande efeito sobre a taxa de transferência de massa.
Neste trabalho, estudamos a temperatura (T), taxa de cisalhamento (Shear Rate), tensão de cisalhamento (Shear Stress) e viscosidade (η) de quatro líquidos iônicos próticos: (2-HDEAOx), (2-HDEMa), (2-HDEASu) e (2-HEACi). Os dados medidos foram utilizados para estimar os parâmetros termodinâmicos de ativação, isto é, ΔH, ΔG, ΔS e ΔCp durante o escoamento viscoso dos LIPs estudados como uma função da temperatura, a fim de testar a aplicabilidade de diferentes modelos de viscosidade para este tipo de compostos iônicos: Litovitz e Ghatee.
MATERIAL E MÉTODOS: As purezas dos reagentes foram verificadas por medição das densidades e viscosidades a diferentes temperaturas. No presente estudo, as propriedades reológicas destes PILs foram medidos utilizando um viscosímetro Brookfield LVDV-III. O viscosímetro aciona o eixo imerso no suporte de amostra, contendo a amostra de fluido de teste. A viscosidade é medida por análise do arrastamento viscoso de o fluido contra o fuso, quando ele gira. O tipo e velocidade do eixo irão produzir resultados satisfatórios quando o torque aplicado é entre 10% e 90%. O eixo SC4-27 foi utilizado nestas medições. O suporte de amostras pode conter um pequeno volume de amostra e a temperatura da amostra a testar é monitorada por um sensor de temperatura incorporado no suporte da amostra. A incerteza experimental para a viscosidade, a tensão de corte e velocidade de corte foi mais baixa do que 10-2 mPa.s, 10-2 e 10-2 mPa.s-1, respectivamente.
O controle de temperatura preciso é um requisito fundamental para as medições reológicas. Na pesquisa corrente, a camisa de água foi ligada a um circulador de refrigeração de aquecimento / (Brookfield, CT-502) para controlar a temperatura da água com uma precisão de ± 0,01 K.
O densímetro Anton Paar DSA-5000 foi usado para medir a densidade, com uma resolução inferior a 10-5 g.cm-3. Precisão na temperatura de medição foi melhor do que ± 10-2 K por meio de um dispositivo de controle de temperatura que se aplica o princípio de Peltier para manter condições isotérmicas durante as medições.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os parâmetros de ativação, ou seja, os valores de ΔH* (entalpia), ΔG*(energia livre de ativação), ΔS* (entropia) e ΔCp* (capacidade calorífica) para o seu fluxo viscoso foram avaliados com base sobre os resultados de viscosidade dos LIPs estudados sob a influência da temperatura e da taxa de cisalhamento. Considerando-se a energia de ativação (ΔG*) equivalente à entalpia de ativação (ΔH*), sob a forma de Arrhenius da relação da viscosidade.
As Figuras 5,6,7 e 8 mostram os perfis dos parâmetros de ativação calculados em função da temperatura para o fluxo viscoso dos líquidos iônicos próticos estudados. Os valores de ΔH*, ΔCp* e ΔS* para estes LIPs estudados são negativas, enquanto ΔG* mostra valores com tendência positiva. As variações nestes parâmetros foram determinadas por suas condições de estresse induzido. Os valores positivos de ΔG* (Figura 7) mostram como o fluxo viscoso é moderado por uma barreira de ativação, tornando o processo não espontânea, como é esperado. O processo foi associado com tendência exotérmica resultante de um ΔH negativo. Os valores das entropias de ativação (ΔS*) também são negativos (Figura 8), resultando, portanto, ΔG*> ΔH*. Pode também ser observado que os valores ΔCp* (obtido a partir da Eq. (7), tal como indicado anteriormente) são todos negativos, diminuem com o aumento da temperatura e se comportam quase que linearmente (Figura 6).
Ao analisar os modelos de correlação propostos (Litovitz e Ghatee), percebe-se que a viscosidade dos LIPs é função não linear da temperatura e que a medida que a temperatura do líquido diminui, a sua dependência da temperatura na viscosidade ultrapassa a de um líquido de Arrhenius[13]. A temperatura na qual esta transição ocorre é chamado de “crossover temperature”, TX.
CONCLUSÕES: A viscosidade, taxa de cisalhamento e tensão de cisalhamento em uma faixa de temperatura (313,15-343,15) K e de corte de (1,7-74,8) s-1 foram medidos e analisados. Os LIs: 2-HDEAOx, 2-HDEAMa, 2-HDEASu e 2-HEACi, são fluidos não newtonianos cuja fluidez são influenciados pela temperatura. Os resultados experimentais mostraram que a viscosidade desses fluidos diminui com o aumento da temperatura, assim como alguns parâmetros de ativação (ΔH,ΔS,ΔCp). Desta forma, as medições experimentais colhidas destes LIPs, melhor descritas pelo modelo Litovitz, contribuem para uma melhor compreensão reológico
AGRADECIMENTOS: Ao PIBITI, pela bolsa de iniciação científica de Danillo Ramos Camargo,
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