9º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0

TÍTULO: Avaliação da capacidade preditiva de modelos para estimação de propriedades termodinâmicas de líquidos iônicos próticos

AUTORES: Mueller, B. (UFBA) ; Ferreira, G. (UFBA) ; Andrade, R. (UFBA) ; Iglesias, M. (UFBA)

RESUMO: Este artigo relata a síntese de líquidos iônicos próticos (LIPs) de cadeia alifática e o estudo da variação de propriedades termodinâmicas (densidade e velocidade do som) com a temperatura, numa faixa de 278,15-338,15 K. O modelo Mchaweh-Nasrifar-Moshfeghian, as equações de estado Rackett e Spencer-Danner- Rackett e o método de Índice de Conectividade Mássica foram aplicados a fim de analisar sua capacidade preditiva de valores experimentais de densidade. As velocidades do som foram comparadas com os resultados previstos pela Teoria do Fator de Colisão (TFC). Uma boa concordância entre os valores experimentais e teóricos, tanto na magnitude quanto no comportamento foram obtidos por estes procedimentos teóricos.

PALAVRAS CHAVES: Líquidos iônicos próticos; Modelos; Predição

INTRODUÇÃO: Os líquidos iônicos (LIs) são novos meios versáteis para muitas sínteses químicas, catálise enzimática e, em termos gerais, processos de engenharia verde. Nos últimos anos, o interesse das áreas acadêmicas e da indústria para este tipo de composto ganhou um impacto considerável devido ao seu caráter não ofensivo ao meio-ambiente, atraindo assim atenções por ser uma alternativa potencial para a substituição de solventes orgânicos voláteis e ter uma gama surpreendente de propriedades termodinâmicas. Ao contrário de sais convencionais, estes materiais são líquidos à temperatura ambiente (20 - 30 ° C). A diferença está na utilização de compostos de grande cátion para reduzir as atrações de Coulomb com os ânions, resultando em um estado cristalino desestabilizado o suficiente para fluidizar os sais à temperatura ambiente. Eles não têm pressão de vapor significativa e, portanto, não geram poluição orgânica volátil durante a manipulação laboratorial ou operação industrial. Devido aos pontos de fusão baixos, os LIs podem atuar como solventes líquidos onde reações podem ser realizadas, e por ser composto de íons, estas reações muitas vezes dão seletividade e reatividade específica ao processo quando comparado com outros solventes orgânicos convencionais atualmente utilizados. Neste trabalho, o nosso objetivo é sintetizar novos líquidos iônicos próticos de cadeia alifática (2-hidroxi (mono ou di) etilamônio (oxalato, succinato, maleato, adipato ou citrato)) e avaliar a capacidade preditiva de modelos teóricos na estimação das propriedades termodinâmicas medidas.

MATERIAL E MÉTODOS: A preparação do líquido iônico prótico foi feita num balão de três bocas montado em um banho de gelo e equipado com um condensador de refluxo, um sensor de temperatura PT-100 para controlar a temperatura e um funil de decantação. O ácido orgânico foi adicionado gota a gota ao balão sob agitação. A amostra líquida foi purificada e armazenada à temperatura ambiente. As medidas de massa específica e velocidade de propagação do som dos LIPs foram realizadas utilizando um Densímetro e Analisador de Som Anton Paar DSA-48. A determinação da massa específica consiste na medida da frequência de ressonância de um oscilador mecânico a uma temperatura fixa. Para a medição da velocidade do som o processo é exatamente igual ao anterior. Alguns métodos foram aplicados a fim de avaliar as suas capacidades preditivas na estimação de valores experimentais de densidade dos LIPs estudados. São eles:O modelo Mchaweh-Nasrifar–Moshfeghian (MNM); as equações de estado Rackett (R) e Spencer-Danner-Rackett (mR); o método do Índice de Conectividade Mássica (ICM); e a Teoria do Fator de Colisão (CFT). Foi utilizada a correlação da densidade de Nasirifar-Moshfeghian com uma simplificação para a predição da densidade, assim como as equações de estado Rackett e Spencer-Danner-Rackett e o método do Índice de Conectividade Mássica (ICM). Os dados experimentais para a velocidade do som nos compostos foram comparados com os valores determinados pela Teoria do Fator de Colisão (TFC). Os fatores de colisão (S) de solventes puros utilizados nos cálculos CFT foram estimados usando as velocidades do som experimentais, e os volumes molares foram calculados pelo método de contribuição grupal de Bondi.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A raiz do desvio quadrático médio dos dados experimentais e estimados para densidade pelos métodos apresentados são mostrados na Tabela 1 e a raiz do desvio quadrático médio dos dados experimentais e estimados para velocidade do som pela Teoria do Fator de Colisão (TFC) são mostrados na Tabela 2. Os menores desvios são percebidos para os LIPs de menor peso molecular, sendo o modelo de Índice de Conectividade Mássica (ICM) o mais adequado na predição de massa específica, pois apresenta os menores desvios em todos os compostos, conforme tabela 2. Na previsão de velocidade do som, para LIPs contendo os mesmos ânions, foi observado que os maiores desvios na predição obtidos por este método são para os com menor massa molecular. Tais propriedades medidas também apontaram uma tendência decrescente com o aumento da temperatura, em virtude de uma maior cinética iônica.

Tabela 1

Raiz dos desvios quadráticos médio dos dados experimentais e estimados para a massa específica pelos métodos apresentados.

Tabela 2

Raiz dos desvios quadráticos médios dos dados experimentais e estimados para velocidade de propagação do som dos LIPs estudados pela TFC.

CONCLUSÕES: Dados físico-químicos de LIPs são importantes tanto para o desenho de processos tecnológicos limpos, como para a compreensão das interações em tal tipo de compostos. Neste artigo, apresentou-se a síntese e dados experimentais de densidade e velocidade do som para cinco LIPs e foram avaliadas as capacidades de modelos teóricos na predição destas propriedades. Observou-se uma boa concordância entre os dados preditos e teóricos em todo o trabalho, tanto em sinal quanto em magnitude e conclui-se que o modelo mais adequado para predição da massa específica é o do ICM.

AGRADECIMENTOS: À CAPES, pelas bolsas de Rebecca Andrade e Brenda Mueller; À PROPCI, PROAE e PROGRAD, pelo financiamento para apresentação deste trabalho no 9º ENTEQUI.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: GONZÁLEZ C.; IGLESIAS M.; LANZ J.; MARINO G.; ORGE B.; RESA J.M. Temperature influence on refractive indices and isentropic compressibilities of alcohol (C2-C4) + olive oil mixtures. Journal of Food Engeneering. nº 50, 29-40, 2001.
BONDI A. Van Der Waals volumes and radii. Journal of. Physics Chemical, nº 68, 441-451, 1964.