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Química Física
MIEB 2009-2010
Superfícies e interfaces
José Paulo Farinha
http://web.ist.utl.pt/farinha
farinha@ist.utl....
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Área interfacial em meios
dispersos: coloides e
nanopartículas.
Número de
partículas
Raio da
partícula / m
Área total da...
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Tensão Superficial
F
• Tensão superficial: força por unidade de
comprimento actuando tangencialmente à
superfície, perpe...
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Ângulo de contacto, molhabilidade e espalhamento
• A interface tripla formada por deposição de uma gota numa superfície
...
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• O ângulo de contacto está relacionado com as interacções entre
moléculas na gota de líquido (forças coesivas) e entre ...
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Adesão e coesão
• Trabalho de adesão:
Trabalho realizado por unidade de
superfície formada para separar duas
fases  e ...
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Anel de du Noüy
Pierre Lecomte
d N ü
 RF  22
R – raio do anel
Correcção necessária para a
du Noüy
(1883-1947)
JPSF ...
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O ângulo de contacto da água num vidro limpo é próximo de zero.
a) Calcule a tensão superficial da água a 20ºC tendo em ...
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  APPF P
n 

  
cosAPPF P
z 
Fn
• Força devida à diferença de pressão
A componente da força segundo z é...
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• Para superfícies não esféricas
consideram-se dois raios de curvatura







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rr
PP 
Equação de Lap...
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Aplicações da equação de Laplace
• Filmes abertos
''' rrPP  







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rr
PP 
JPSF – Química-Físi...
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Um tubo de vidro com diâmetro interno de 1.0 cm contém uma vareta
de vidro com 0.99 cm de diâmetro no centro. Se for in...
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Adsorção de gases em superfícies sólidas
• Isotérmica de adsorção: variação da extensão de adsorção com a
pressão, a te...
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• Equilíbrio de adsorção entre as moléculas A na fase gasosa, a
superfície livre S e a superfície ocupada AS
A(g) + S(s...
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• Se a adsorção é forte e provoca dissociação do gás na superfície, o
equilíbrio vem
AB(g) + S(superfície) AS(superfíci...
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• A isotérmica mais usada para descrever adsorção multicamada foi
derivada por Brunauer, Emmett e Teller (BET) em 1938
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II
– Isotérmicas tipo III
(interacção fraca).
– Como Hd
1 < Hv há adsorção
f i l d
• Valores baixos de Z
III
preferenci...
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Tensioactivo C16TAB em água • Concentração micelar crítica (cmc)
Formação de agregados em que as
moléculas de tensioact...
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T
• Micelas esféricas
Tensioactivos em água
W O
- Concentração
- Solvente
- Energia de interacção
- Empacotamento (volu...
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Interfaces Biológicas
As membranas celulares são
estruturas complexas com duas
Nas interfaces biológicas as fases, norm...
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Fosfolípidos
• Estabilização da superfície alveolar
• Membranas celulares
• Vesiculos e liposomas: modelos de
membrana,...
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Suspensões coloidais: dispersão de partículas de 10 a 1000 nm
Exemplos:
– Sangue; – Revestimentos à base de água;
Inter...
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A adsorção de azoto em mica a 90K obedece a uma isotérmica de
Langmuir. À pressão de 0.506 Pa, o volume de azoto adsorv...
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  1. 1. 1 Química Física MIEB 2009-2010 Superfícies e interfaces José Paulo Farinha http://web.ist.utl.pt/farinha farinha@ist.utl.pt Superfícies e interfaces Bibliografia G. T. Barnes, I. R. Gentle , “Interfacial Science: An Introduction”, Oxford University Press: N.Y., 2005. J. Goodwin, “Colloids and Interfaces with Surfactants and Polymers: An Introduction”, Wiley: U.K. 2004. JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010
  2. 2. 2 Área interfacial em meios dispersos: coloides e nanopartículas. Número de partículas Raio da partícula / m Área total da superfície / m2 1 610-3 4.810-4 103 610-4 4.810-3 106 610-5 4.810-2 109 610-6 0.48 1012 610-7 4.8 1015 6 10-8 48 Divisão em partículas esféricas de uma fase dispersa com volume total de 1cm3 1015 610-8 48volume total de 1cm3. A biological system can be exceedingly small. Many of the cells are very tiny, but they are very active; they manufacture various substances; they walk around; they wiggle; and they do all kinds of marvelous things---all on a very small scale (...) Consider the possibility that (...) we can manufacture an object that maneuvers at JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 that level! Richard Feynman (1918-1988) Nobel da Física 1965 Richard Feynman, “There’s plenty of room at the bottom” (CalTech, 1959) Things Natural Things Manmade Head of a pin 1-2 mm Ant ~ 5 mm Dust mite ~ 200 m 0.1 mm 100 1 cm 10 mm 10-2 m 10-3 m 10-4 m Microwave 1 000 000 nm = 1 mm The Scale of Things – Nanometers and More MicroElectroMechanical (MEMS) devices 10 -100 m wide Red blood cells (~7-8 m) Fly ash ~ 10-20 m Human hair ~ 60-120 m wide  Micro 0.1 m 100 nm 0.01 mm 10 m 100 m 10-5 m 10-6 m 10-7 m Visible 1 000 nm = 1 m Infraredviolet Zone plate x-ray “lens” Outer ring spacing ~35 nm Red blood cells Pollen grain Quantum corral of 48 iron atoms on copper surface positioned one at a time with an STM tip Corral diameter 14 nm ATP synthase ~10 nm diameter Nanotube electrode Carbon nanotube ~1.3 nm diameter 0.1 nm 1 nm 0.01 m 10 nm 10-8 m 10-9 m 10-10 m Nano UltravSoftx-ray Office of Basic Energy Sciences Office of Science, U.S. DOE Carbon buckyball ~1 nm diameter Self-assembled, Nature-inspired structure Many 10s of nm Atoms of silicon spacing 0.078 nm DNA ~2-1/2 nm diameter
  3. 3. 3 Tensão Superficial F • Tensão superficial: força por unidade de comprimento actuando tangencialmente à superfície, perpendicular a um elemento x na superfície. x   gás interface líquido Origem molecular da tensão superficial – Forças moleculares que actuam nas moléculas do líquido são em média JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 isotrópicas. – Moléculas na superfície estão sujeitas a uma força resultante que as atrai para o líquido: O sistema tende a minimizar a área da superfície • Tensão superficial: energia por unidade de área necessária para contrariar a minimização da área da superfície. Contacto entre filme e arame na direcção de deformação: 2 ( ½ x) Força exercida pela tensão superficial que se opõe ao aumento da área: xF  Trabalho realizado na extensão da superfície: yFw  yxA   JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Aw  Trabalho de extensão por unidade de área, necessário para deformar a superfície.
  4. 4. 4 Ângulo de contacto, molhabilidade e espalhamento • A interface tripla formada por deposição de uma gota numa superfície sólida move-se em função das 3 tensões superficiais em jogo. • Ângulo de contacto: ângulo entre a • A posição da linha de contacto tripla em equilíbrio é determinada pelas componentes horizontais das tensões superficiais superfície sólida e a tangente ao líquido na linha de contacto.  JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 horizontais das tensões superficiais.  cosGLLSGS Equação de Young Thomas Young 1773-1829 • Até atingir o equilíbrio a linha de contacto tripla é sujeita a uma força por unidade de comprimento 'cos GLLSGSh LF  • O ângulo de contacto instantâneo ’ tendeO ângulo de contacto instantâneo  tende para ’ =  à medida que a forma da gota se modifica e a força resultante tende para Fh = 0 • Em equilíbrio: LSGS     cos JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 GL
  5. 5. 5 • O ângulo de contacto está relacionado com as interacções entre moléculas na gota de líquido (forças coesivas) e entre estas e a superfície sólida (forças adesivas). – Superfícies hidrofílicas (eg. com grupos OH) têm elevada afinidade para a água, forçasp g , ç adesivas predominantes – baixo ângulo de contacto. – Superfícies hidrofóbicas (eg. polímeros e superfícies revestidas com moléculas orgânicas): forças coesivas predominantes e JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 • Medidas de ângulo de contacto dão informação sobre as superfícies. ângulo de contacto com a água elevado. • Molhabilidade: Um líquido molha a superfície quando  < 90º e não molha se  > 90º. • O espalhamento de um líquido sobre uma superfície sólida depende das componentes da tensão superficial paralelas ao sólido. • A linha de contacto tripla avança na direcção de Fh até atingir um valor de  para o qual Fh = 0 'cos GLLSGSh LF  • Se não for possível atingir um valor Fh = 0, o líquido espalha se completamente na JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 • Coeficiente de espalhamento: o líquido espalha-se completamente na superfície ( = 0) GLLSGSLSS   O líquido espalha-se completamente para SLS > 0
  6. 6. 6 Adesão e coesão • Trabalho de adesão: Trabalho realizado por unidade de superfície formada para separar duas fases  e  no interior de uma fase    w • Se uma das superfícies é sólida SGLGLSLSw    cosGLLSGS  JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010   cos1 LGLSw Equação de Young – Dupré • Trabalho de coesão: Trabalho realizado por unidade de superfície formada para separar uma única fase em duas.  2w  0 Medição da tensão superfícial Balança de Wilhelmy Ludwig Wilhelmy (1812 – 1864)  yxF  2 x – largura da placa y – espessura da placa Válido para  = 0 JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Utilizando uma placa de papel, o líquido molha o papel e  = 0
  7. 7. 7 Anel de du Noüy Pierre Lecomte d N ü  RF  22 R – raio do anel Correcção necessária para a du Noüy (1883-1947) JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 geometria da superfície. Ascensão capilar Pressão hidrostática no capilar hgP  Peso do líquido no capilarq p 2 crhgF  Tensão superficial 2 2cos cc rhgr   rc JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Se o líquido molha o capilar ( = 0) 2 crhg       cos2 crhg 
  8. 8. 8 O ângulo de contacto da água num vidro limpo é próximo de zero. a) Calcule a tensão superficial da água a 20ºC tendo em conta que esta sobe 4.96 cm num capilar de vidro com raio interno 0.300 mm e que a sua densidade a 20ºC é 998.2 kg m-3.    cos2 crhg  b) Qual a tensão superficial da água a 30 ºC sabendo que a esta temperatura a densidade da água é 995.6 kg m-3 e que a ascensão no mesmo capilar é de 4 64 cm? Para  = 0 crhg 2 1  Em água a 20ºC:  = 0.5(998.2 kg m-3)(9.807 m s-2)(4.9610-2 m)(0.310-3 m)=7.310-2 N m-1 e que a ascensão no mesmo capilar é de 4.64 cm? c) Utilizando um capilar de PTFE de igual diâmetro interno, qual seria a variação do nível da água no capilar a 20ºC? O ângulo de contacto da água em PTFE é 108º. JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010  0 5 (998 g ) (9 80 ) ( 96 0 ) (0 3 0 ) 3 0 Em água a 30ºC:  = 0.5(995.6 kg m-3)(9.807 m s-2)(4.6410-2 m)(0.310-3 m)=6.810-2 N m-1 Em PTFE a 20ºC: h = (7.310-2 N m-1)(2cos 108º) / [(998.2 kg m-3)(9.807 m s-2)(0.310-3 m)] = – 15.410-3 m = – 15.4 mm Capilaridade e curvatura da interface • A curvatura de uma interface fluida origina uma diferença de pressão entre os dois lados da interface. – É necessário aumentar a pressão para encher a bolha de sabão. • Em equilíbrio, a diferença de pressão devida à curvatura da interface é mantida pela tensão superficial. A diferença de pressão exercida pelas fase  – Abrindo o tubo, a bolha expele o ar até eventualmente formar um filme plano JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 A diferença de pressão exercida pelas duas fases  e  numa superfície curva, dá origem a uma força normal à superfície em cada ponto A tensão superficial origina uma força tangencial ao perímetro da bolha. fase 
  9. 9. 9   APPF P n      cosAPPF P z  Fn • Força devida à diferença de pressão A componente da força segundo z é fase  fase  Para a base da gota:    xy P z APPF      xy P z APPF    2 c P z rPPF   • A tensão superficial origina uma força F() =  L tangencial à JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 • A tensão superficial origina uma força F() = –  L tangencial à superfície, que actua no perímetro da interface.   r r LF c z     r rF cz   2 2 • A componente em z vem Fz() = –  L cos , sendo cos  = rc / r Para o perímetro da base da gota • Igualando as forças devidas à diferença de pressão e à tensão superficial   P FF   Fn   r rrPP cc   22 2 r PP  2  Equação de Laplace para superfícies esféricas   zz FF  JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 rpara superfícies esféricas Pierre-Simon, Marquis de Laplace 1749-1827
  10. 10. 10 • Para superfícies não esféricas consideram-se dois raios de curvatura        21 11 rr PP  Equação de Laplace para superfícies não esféricas, • Superfícies esféricas: r1 = r2 = rs r P 2  mr PP  2        21 11 2 11 rrrm rm – raio de curvatura médio JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 sr • Superfícies cilíndricas: r1 → cr P   • Superfícies planas: r1 = r2 → 0P Aplicações da equação de Laplace • Bolhas de tamanhos diferentes ligadas por um tubo r PP  2   212121 PPPPPPrr   Pressão interna maior na gota mais pequena. A gota mais pequena diminui até formar um filme com curvatura igual à gota maior. Estabilização alveolar por 12 JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 tensioactivos que reduzem a tensão superficial e evitam colapso dos alvéolos mais pequenos. DPPC
  11. 11. 11 Aplicações da equação de Laplace • Filmes abertos ''' rrPP          21 11 rr PP  JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Forma-se uma superfície em sela com curvaturas iguais em z e em xy Aplicações da equação de Laplace • Ascensão capilar  Superfície líquida num capilar com ângulo de contacto  h h c atm r PP  cos2  Diferença de pressão devida à coluna de líquido hgPPatm  JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Diminuição de pressão sob a superfície curva do líquido iguala a diferença de pressão devida à coluna de líquido    cos2 crhg 
  12. 12. 12 Um tubo de vidro com diâmetro interno de 1.0 cm contém uma vareta de vidro com 0.99 cm de diâmetro no centro. Se for introduzido num recipiente com água a 25 ºC, a que altura subirá a água? (Para a água a 25 ºC:  = 72.0 mN m-1 e  = 0.997 g cm-3). mr P 1         21 11 rr P 21 111 rrrm   21 rr intervalo entre os tubos: (1.0 – 0.99) / 2 = 0.005 cm = 0.05 mm raio de curvatura do menisco: r1 = 0.025 mm raio de curvatura em torno da vareta: r2 = (9.9+0.0252) / 2 = 4.956 mm JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 hgP  g P h    h = (9979.8) / 4894.5 = 29.6 cm Diferença de pressão: P = 0.072(1/0.025 + 1/4.956)103 = 2894.5 Pa Interface gás – sólido • Adsorção química: formação de ligações químicas entre a espécie adsorvida e a superfície. • Adsorção de gases em superfícies sólidas – A energia envolvida é comparável à que acompanha as reacções químicas – Geralmente exotérmica pois S < 0, obrigando a H < 0 para que a adsorção seja espontânea G = H –TS < 0 – O processo nem sempre é reversível (reacções na superfície, dissociação, catalise heterogénea) JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 • Adsorção física: interacção por forças de van der Waals entre a espécie adsorvida e a superfície. – A energia envolvida é comparável à que acompanha transformações físicas como condensação, etc. – Reversível em sólidos não porosos
  13. 13. 13 Adsorção de gases em superfícies sólidas • Isotérmica de adsorção: variação da extensão de adsorção com a pressão, a temperatura constante. Interacção forte Interacção fraca Ads química Ads física Ads física Tipos de isotérmicas: I II III Monocamada completa Ads. química Ads. física Ads. física Ads. física Ads. física adsliq QQ  n - moles adsorvidas JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 IV V Afinidade G-S elevada adsliq QQ  Sólidos porosos: condensação nos poros n moles adsorvidas n m - moles na monocamada • A extensão de adsorção é normalmente descrita em termos da fracção de cobertura . Numa superfície com n0 posições para adsorção, dos quais n estão ocupadas 0n n  n – quantidade adsorvida n0 – quantidade correspondente a uma • Isotérmica de Langmuir – A adsorção não continua depois de formada uma monocamada – A superfície é uniforme monocamada na superfície JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Irving Langmuir 1881-1957 Nobel da Química 1932 A superfície é uniforme – A adsorção não é cooperativa: a probabilidade de adsorção de uma molécula é independente da quantidade de moléculas já adsorvidas.
  14. 14. 14 • Equilíbrio de adsorção entre as moléculas A na fase gasosa, a superfície livre S e a superfície ocupada AS A(g) + S(superfície) AS(superfície) • A velocidade de adsorção depende da pressão p do gás A e do número de posições livres na superfície n0 – n = n0 (1 – )     10npk dt d a número de posições livres na superfície n0 n n0 (1 )     H k d d   ka – constante de velocidade de adsorção kd – const. vel. de desadsorção • A velocidade de desadsorção é proporcional ao número de espécies adsorvidas n = n0  JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010        kT nk dt d d exp0 • Em equilíbrio dinâmico a soma destas velocidades é zero     01 00  kTHnknpk dda exp Hd – entalpia de desardsorção • Sendo a constante de equilíbrio de adsorção pK         kT H k k K d d a exp Isotérmica     01 00  kTHnknpk dda exp pK  1 Isotérmica de Langmuir • A isotérmica de Langmuir é do tipo I – a adsorção atinge um limite quando se adsorve uma monocamada completa. K = K = K = JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 • Maior constante de adsorção K indica maior afinidade do gás para o substrato.
  15. 15. 15 • Se a adsorção é forte e provoca dissociação do gás na superfície, o equilíbrio vem AB(g) + S(superfície) AS(superfície) + BS(superfície) • A velocidade de adsorção depende da probabilidade de ambas as fracções encontrarem posições livres na superfície [n0 (1 – )]2   2 0 1    npk dt d a          kT H nk dt d d d exp 2 0   • A velocidade de desadsorção é proporcional à probabilidade de encontro das duas fracções na superfície (n0 )2 JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010  kTdt • Em equilíbrio dinâmico pK pK   1  Isotérmica de Langmuir com dissociação        kT H k k K d d a exp A dependência na pressão é menor que para o caso sem dissociação K = K = K = K = • Adsorção com dissociação • Adsorção sem dissociação pK pK   1  K = pK pK   1  K = JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 A cobertura relativa aumenta com a pressão, mas só chega a valores próximos da cobertura completa para pressões muito altas, quando gás é forçado a ocupar toda a superfície disponível.
  16. 16. 16 • A isotérmica mais usada para descrever adsorção multicamada foi derivada por Brunauer, Emmett e Teller (BET) em 1938 • Se a camada inicialmente adsorvida actua como substrato que permite continuar a adsorção, a isotérmica não tende para uma cobertura máxima constante. – Não há limite para o número de camadas de moléculas adsorvidas. – A adsorção em cada camada segue i té i d L i Isotérmica BET JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Edward Teller (1908-2003) a isotérmica de Langmuir – Adsorção e desadsorção só ocorrem em superfícies expostas. Stephen Brunauer (1903-2003) Paul Emmett (1900-1985) Isotérmica BET             0 0 11 p p Zpp pZ  II • Descreve bem a adsorção         RT HH Z vd 1 exp Hd 1 – entalpia de desadsorção da primeira camada adsorvida 0n n  III JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 • Descreve bem a adsorção segundo as isotérmicas tipos II e III. Hv – entalpia de vaporização da espécie adsorvida primeira camada adsorvida p0 – pressão de vapor da camada adsorvida
  17. 17. 17 II – Isotérmicas tipo III (interacção fraca). – Como Hd 1 < Hv há adsorção f i l d • Valores baixos de Z III preferencial em zonas da superfície já cobertas. • Valores altos de Z       HH Z vd 1 exp JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 – Isotérmicas tipo II (interacção forte). – Como Hd 1 > Hv há adsorção preferencial em zonas da superfície descoberta e só depois nas zonas já cobertas.      RT Z exp Interface gás – líquido • Adsorção de tensioactivos na interface gás-líquido Parte hidrofílica (aniónica, catiónica ou polar) Parte hidrofóbica BB CdΓ RT d ln  • Equação de Gibbs A adsorção numa interface líquida causa uma alteração na tensão superficial que pode ser usada para determinar a quantidade adsorvida. JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 RT J. Willard Gibbs 1839-1903 B – adsorção do soluto B na interface B B B dC d RT C Γ   B B Cd d RT Γ ln 1   AnΓ σ BB /
  18. 18. 18 Tensioactivo C16TAB em água • Concentração micelar crítica (cmc) Formação de agregados em que as moléculas de tensioactivo se organizam com os grupos hirofílicos para fora e os segmentos hidrofóbicos para dentro. cmc AnΓ σ BB / JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 B B B dC d RT C Γ   Acumulação de soluto na interface com aumento da concentração Formação de micelas MMSS CdΓCdΓ RT d lnln   • Equação de Gibbs para duas espécies cmc tensioactivo micelas – O excesso de tensioactivo forma micelas, pelo que CS é constante, logo d lnCS = 0 • Acima da cmc: JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 – As micelas não são adsorvidas na superfície M = 0 A tensão superficial é constante 0 RT d
  19. 19. 19 T • Micelas esféricas Tensioactivos em água W O - Concentração - Solvente - Energia de interacção - Empacotamento (volume hidrofobico / hidrofilico) JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 • Formação de espuma • Monocamadas Aplicações dos tensioactivos • Wetting: diminuição do ângulo de contacto entre líquido e sólido altera lh bilid d d fí i • Detergência: remoção de material hidrofóbico em solução aquosa. molhabilidade das superfícies. Ex: superfície hidrofílica torna-se hidrofóbica por adsorção de tensioactivo. • Emulsificação: estabilização da dispersão de fases líquidas imiscíveis. • Flotação: tratamento de minério por utilização de bolhas de ar e JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 tensioactivo para separar o minério da escória. • Recuperação de petróleo: injecção de tensioactivos na rocha para aproveitamento do petróleo restante.
  20. 20. 20 Interfaces Biológicas As membranas celulares são estruturas complexas com duas Nas interfaces biológicas as fases, normalmente aquosas, estão separadas por um filme fino, a membrana, que impede a sua mistura indiscriminada. estruturas complexas com duas funções: conter os componentes necessários ao funcionamento das células e interagir com o exterior. Os fosfolípidos são o constituinte principal da membrana na maior parte das células animais, que contêm também colesterol e proteínas com várias funções (transporte, canais, receptores). JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010Exemplos de fosfolípidos (cadeias de 16 ou 18 carbonos) Em água os fosfolípidos formam bicamadas com uma estrutura como a dos tensioactivos, com a parte iónica virada para for, em contacto com a água, e as cadeias hidrofílicas no interior Interdigitação em fosfolípidos com diferentes cadeias e grupos fosfatodiferentes cadeias e grupos fosfato cmc  10-7 M T < 0 ºC JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 As bicamadas de fosfolípido têm uma transição de fase gel-cristal líquido (chain melting) acompanhada de aumento da hidratação da membrana. A presença de colesterol atenua esta transição.
  21. 21. 21 Fosfolípidos • Estabilização da superfície alveolar • Membranas celulares • Vesiculos e liposomas: modelos de membrana, veículos para libertação t l d d fá (d l ) DPPC JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 controlada de fármacos (drug release) • aditivos alimentares: eg. Lecitina Interface líquido – líquido • Emulsões: gotas de um líquido (fase dispersa) dispersas noutro líquido (fase contínua). • Agente emulsionante (tensioactivo): reduz a tensão superficial entre os dois líquidos diminuindo a tendência para coalescência. P 2  q p • Emulsões óleo/água (o/w) e água em óleo (w/o). Exemplos: – Leite (o/w 4% gordura); manteiga (w/o 15% água); maionese (o/w). r P   JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Polimerização em emulsão de nano e micro esferas de polímero em água.
  22. 22. 22 Suspensões coloidais: dispersão de partículas de 10 a 1000 nm Exemplos: – Sangue; – Revestimentos à base de água; Interface líquido – sólido Polymer dispersed in water Polymer particles in contact Water evaporation Particle deformation at T > T JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Close packed particles Mechanically rigid film at T > Tff Polymer interdiffusion at T > Tg Exemplos: – Síntese sol-gel (aerogels, etc.) Suspensões coloidais: dispersão de partículas de 10 a 1000 nm Interface líquido – sólido M-OR + H2O Hidrólise e Condensação JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010 Sol Aerogel Alcogel e= 0.37 g cm-3 Farinha, J.P.S. et al PCT patent appl. 2006; Chemistry of Materials 2007; Journal of Materials 2007
  23. 23. 23 A adsorção de azoto em mica a 90K obedece a uma isotérmica de Langmuir. À pressão de 0.506 Pa, o volume de azoto adsorvido numa amostra de 10 mg de mica é de 17 mm3 e a 3.479 Pa, é de 33 mm3 (condições PTN: 0ºC e 1 atm). Admitindo que uma molécula de azoto ocupa 0.162 nm2 na superfície, estime a área superficial específica da grafite. Condições PTN: 0ºC = 273.15 K; 1 atm = 101.32 kPa pK pK   1  0n n  Equação de Langmuir   01 npKpKn  0 1 n pK K n p   p nnKn p 00 11  nRTPV  p VVKV p 00 11        4793 11479.3 506.0 11 17 506.0 00 VVK        4793 479.31 506.0479.3 1 17 506.0 33 479.3 0 V V V 39 3 3 K 1 5 P JPSF – Química-Física MIEB 2009/2010     479.3 33 00 VVK     479.3 33 0V K V0 = 39.3 mm3 e K = 1.5 Pa RT PV n  n0 = 1.0132105 Pa 39.310-9 m3 / (8.314 J K-1mol-1273.15 K) = =1.7510-6 mol Área superficial da amostra A = 1.7510-6 mol6.021023 mol-10.16210-18 m2 = 0.170 m2 Área superficial específica As = A / m As = 0.170 m2 / (10*10-3 g) = 17 m2/g

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