Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Mistura Termodinâmica de Líquidos Iônicos Próticos de Cadeia Curta: 2-Hidróxi Formiato de Monoetanolamina (2-HEAF) + 2-Hidróxi Acetato de Dietanolamina (2-HDEAA)
AUTORES: Saturnino, L. (UFBA) ; Iglesias, M. (UFBA) ; Ravazzano, C. (UFBA) ; Lima, K. (UFBA) ; S. Andrade, R. (UFBA)
RESUMO: Os líquidos iônicos estão sendo estudados extensivamente, devido às suas
extraordinárias propriedades e potenciais aplicações industriais. Apesar
deste esforço, uma lacuna considerável de conhecimento é observada no que
diz respeito às informações termodinâmicas relacionadas com o entendimento
dos fenômenos envolvidos na formação de mistura. Neste trabalho, uma mistura
binária de líquidos iônicos próticos compreendendo formiato e acetato como
ânions e 2-hidroxi etanolamina e 2-hidroxi dietanolamina como cátions,
respectivamente, tem sido estudada para se ter conhecimento das propriedades
volumétricas e acústicas como função da temperatura.Os resultados obtidos
indicam que as interações iônicas presentes nesta mistura são mais fortes do
que as interações entre componentes iônicos puros.
PALAVRAS CHAVES: Líquidos Iônicos Próticos; Mistura Binária; Termodinâmica
INTRODUÇÃO: Os líquidos iônicos (LIs) são novos e versáteis meios para muitas sínteses
químicas e possuem um amplo espectro de aplicações industriais[1-12].
Normalmente,
esses compostos apresentam excelente estabilidade química e térmica, alto
poder como solvente e muitos deles são descritos como ambientalmente
amigáveis, devido a sua pressão de vapor desprezível, o que minimiza os
potenciais riscos de contaminação atmosférica[13].No que se refere aos meios
de
reação, os LIs têm sido objeto de grande interesse no contexto da síntese
verde por causa da sua ampla aceitação como meio de reação alternativa e
foram encontrados para atuar como catalisadores seletivos para diferentes
reações. Os chamados líquidos iônicos próticos (LIPs) têm demonstrado um
impacto ambiental baixo e uma quase insignificante toxicidade, mantendo
muitas das características previamente observadas em outros sais orgânicos
análogos[14-15].A atual pesquisa lida com a análise termodinâmica de
interação de
mistura entre dois líquidos iônicos próticos recentemente desenvolvidos e
estudados: 2-hidroxi formiato de etanolamina (2-HEAF) e 2-Hidroxi Acetato de
dietanolamina (2-HDEAA)[16,17], como uma função da temperatura. As
propriedades
medidas de velocidade do som e densidade de misturas foram correlacionados
com expansões polinomiais que são dependentes da composição e da
temperatura. Os dados experimentais foram usados para testar a capacidade de
previsão de diferentes modelos: para densidade o modelo Mchaweh-Nasrifar-
Moshfeghian (MNM) e para a velocidade do som a Teoria do Fator de Colisão
(TFC). Finalmente, estes modelos mostraram uma capacidade qualitativa de
previsão de propriedades que deve ser de interesse para estudar misturas
complexas evolvendo diferentes Líquidos Iônicos Próticos.
MATERIAL E MÉTODOS: Primeiramente, para a síntese dos LIPs: os compostos de amina foram
colocados num balão de três bocas feito todo em vidro equipado com um
condensador de refluxo, um sensor de temperatura e um funil de gotejamento.
O balão foi montado em um banho térmico controlado. Um ligeiro aquecimento e
agitação forte são necessários para aumentar a miscibilidade entre os
reagentes e, em seguida, permitir que a reação se complete. O ácido orgânico
foi adicionado gota a gota ao balão sob agitação com uma bagueta. A agitação
foi continuada durante vinte e quatro horas no escuro a temperatura
ambiente, a fim de se obter um líquido viscoso no final. Uma viscosidade
mais baixa foi observada no produto final, quando a massa molar dos
reagentes diminuiu. A reação é uma neutralização ácido-base, que ocasiona a
criação de um sal de formiato ou acetato de mono ou dietanolamina.Durante o
decorrer dos experimentos, a pureza dos líquidos iônicos foi monitorada por
medições de diferentes propriedades físicas. Os líquidos iônicos puros foram
armazenados sob luz solar, protegidos, a umidade constante, atmosfera de
nitrogênio e temperatura ambiente. As densidades e velocidades do som de
componentes iônicos puros foram medidas com um densímetro de tubo
vibracional e um analisador de som. Cada mistura foi preparada com uma massa
conhecida de ambos os líquidos iônicos, e, em seguida, injetada para um
frasco de vidro. As misturas foram seladas nos frascos com uma capa de
alumínio e uma tampa de borracha. Além disso, o espaço vazio nos frascos foi
minimizado. Estes compostos iônicos são fortemente higroscópicos, e, a fim
de diminuir o teor de água o máximo possível, eles foram secos durante 48
horas à temperatura ambiente e sob um vácuo de 20 kPa, com agitação, antes
de cada utilização.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A densidade e a velocidade do som das misturas iônicas foram correlacionados
como uma função da composição. Densidades e velocidade do som são dadas como
material suplementar para esta mistura. Os parâmetros de ajuste foram
obtidos pelo método dos mínimos quadrados não ponderado aplicando o
algoritmo de Marquardt que se encaixe.A Figura 1 reúne a evolução da
velocidade do som como uma função da temperatura e composição, mostrando os
valores mais elevados para baixas composições do composto mais pesado e
temperatura mais baixa. Na Tabela 1 é possível comparar os valores de
densidade e velocidade do som experimentais e os encontrados na literatura
para os líquidos iônicos próticos puros a 298.15 K. Nos últimos anos, tem
ocorrido um interesse cada vez maior para a aplicação de técnicas de som de
frequências baixas e altas para aplicações termodinâmicas. Neste trabalho,
os dados experimentais para a velocidade do som das misturas foram
comparados com os valores determinados pela Teoria do Fator de Colisão (TFC)
que é dependente dos fatores de colisão entre as moléculas em função da
temperatura em solvente puro ou de mistura. As relações pertinentes para
estes cálculos e a sua base teórica foram descritos na literatura indicada.
Tabela 1
Comparação entre a densidade e velocidade do
som experimentais e encontradas na literatura
para os líquidos iônicos próticos puros a
298.15 K
Figura 1
Curva da Velocidade do Som (m.s-1) com temperatura
entre 288.15 - 323.15K
CONCLUSÕES: Os dados físico-químicos básicos de LIPs são importantes tanto para o desenho
de processos tecnológicos novos e mais ecológicos quanto para a compreensão
das interações em tais tipos de compostos. Neste trabalho, verificou-se que:
aumento da temperatura diminui a interação entre os íons, a densidade e a
velocidade do som. O baixo custo, a simplicidade da síntese, a elevada
biodegradação em condições ambientais e o potencial interesse destes sais
líquidos é surpreendente. Assim, melhor conhecimento da mistura termodinâmica
LIs é necessário para projeto e simulação de aplicações químicas.
AGRADECIMENTOS: CAPES – Comissão de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (subsídios
científicos de Saturnino L.) pelo apoio no desenvolvimento da
pesquisa
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] Shamshina, J.L., Barber, P.S. and Rogers, R.D. Ionic liquids in drug delivery. Expert Opinion on Drug Delivery, 10 (10), p. 1367-1381. 2013
[2] Zhang, P., Hu, L., Lu, R., Zhou, W. and Gao, H. Application of ionic liquids for liquid-liquid microextraction. Analytical Methods, 5 (20), p. 5376-5385. 2013
[3] Tavanaie, M.A. Ionic liquids as new solvents for textile fiber formation and modification. Chemical Engineering and Technology, 36 (11), p. 1823-1837. 2013
[4] Díaz, M., Ortiz, A. and Ortiz, I. Progress in the use of ionic liquids as electrolyte membranes in fuel cells. Journal of Membrane Science, 469, p. 379-396. 2014
[5] Zhang, S., Sun, J., Zhang, X., Xin, J., Miao, Q. and Wang, J. Ionic liquid-based green processes for energy production. Chemical Society Reviews, 43 (22), p. 7838-7869. 2014
[6] Lei, Z., Dai, C., Zhu, J. and Chen, B. Extractive distillation with ionic liquids: A review. AIChE J., 60 (9), p. 3312-3329. 2014
[7] Marrucho, I.M., Branco and L.C., Rebelo, L.P.N. Ionic liquids in pharmaceutical applications. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering, 5, p. 527-546. 2014
[8] Martínez-Palou, R. and Luque, R. Applications of ionic liquids in the removal of contaminants from refinery feedstocks: An industrial perspective. Energy and Environmental Science, 7 (8), p. 2414-2447. 2014
[9] Pânzariu, A.E., Mǎluţan, T. and Mangalagiu, I. (2014) The hydrolysis of cellulosic materials in ionic liquids. BioResources, 9 (1), p. 282-292. 2014
[10] Ho, T.D., Zhang, C., Hantao, L.W. and Anderson, J.L. Ionic liquids in analytical chemistry: Fundamentals, advances, and perspectives. Analytical Chemistry, 86 (1), p. 262-285. 2014
[11] Li, L.F. and Hu, Y.C. Application of ionic liquids in lignin processing. Chemistry and Industry of Forest Products, 35 (2), p. 163-170. 2015
[12] Potdar, M.K., Kelso, G.F., Schwarz, L., Zhang, C. and Hearn, M.T.W. Recent developments in chemical synthesis with biocatalysts in ionic liquids. Molecules, 20 (9), p. 16788-16816. 2015
[13] Plechkova, N.V. and Seddon, K.R. Applications of ionic liquids in the chemical industry. Chem. Soc. Rev. 37, p. 123-150. 2008
[14] Greaves T.L. and Drummond, C.J. Protic Ionic Liquids: Properties and Applications. Chem. Rev. 108, p. 206-237. 2008
[15] Greaves, T.L. and Drummond, C.J. Protic Ionic Liquids: Evolving Structure-Property Relationships and Expanding Applications Chem. Rev., 115, p. 11379-11448. 2015
[16] Cota, I., Gonzalez-Olmos, R., Iglesias, M. and Medina, F. New short aliphatic chain ionic liquids: synthesis, physical properties, and catalytic activity in aldol condensations. J. Phys. Chem. B, 111, p. 12468-12477. 2007
[17] Iglesias, M., Andrade, R.S., Garcia-Muñoz, R. and Gonzalez-Olmos, R. New short aliphatic chain protic ionic liquids: effect of temperature on thermodynamic properties. Int. J. Thermophys. (submitted for publication). 2016