Química das Superfícies e Interfaces  Interface sólido/liquido

1. Química das Superfícies e Interfaces  Interface sólido/liquido Valentim M. B. Nunes Departamento de Engenharia Química e do Ambiente 2009

2. Química das Superfícies e Interfaces Wetting and dewetting phenomena are all around us. The formation of rain droplets sitting on a plant or hanging from a spiders web provide familiar examples for deweting. On the other hand, spreading of paint and adhesives on solid surfaces or the application of cosmetics onto the human skin rely on the wetting properties for this liquids. In fact, you could not read these lines without the tear films which wet your eyes and which are stabilized by the closure of your eyelids.

3. Química das Superfícies e Interfaces O molhamento de uma superfície envolve geralmente o deslocamento de um gás (normalmente o ar) por um liquido à superfície sólida. Um agente tensioactivo diz-se que tem poder molhante quando promove este efeito. Molhamento Espalhamento Imersão Adesão

4. Química das Superfícies e Interfaces Espalhamento Um liquido espalha-se pela superfície sólida aumentando a área interfacial SL e LG e diminuindo a SG. S  0 Se S < 0 o líquido forma gotas com um ângulo de contacto, definido pela equação de Young:

5. Química das Superfícies e Interfaces Imersão Na imersão completa de um sólido num liquido, a área LG permanece inalterada. Se SG > SL,  < 90º - o processo é espontâneo. Se SG < SL,  > 90º - é necessário trabalho para emergir o sólido.

6. Química das Superfícies e Interfaces Adesão Equação de Dupré: Combinando com a equação de Young, obtém-se:

7. Química das Superfícies e Interfaces O molhamento de uma superfície sólida hidrofóbica por um meio aquoso é favorecido pela adição de agentes tensioactivos: Wa aumenta e L diminui, logo  diminui. Agentes tensioactivos, particularmente aniónicos, são usados como agentes de molhamento em muitas situações: indústria têxtil para obter resultados em processos como branqueamento, tintagem , etc.

8. Química das Superfícies e Interfaces FlutuaçãoA flutuação de um sólido numa superfície líquida depende do ângulo de contacto  que pode ser modificado por factores como adição de óleo à superfície, surfactantes, etc.

9. Química das Superfícies e Interfaces Tratamento de minério por flutuação (Flotação) O minério é esmagado, e misturado com água, à qual se adiciona um óleo. Este vai adsorver-se à superfície do minério, o que faz com que o ângulo de contacto na interfase SLG aumente. Outras partículas permanecem molhadas pela água. As moléculas de óleo (collector oil) são amfifílicas, criando uma superfície hidrofóbica. É então adicionado um agente espumante e forçado ar no fundo do vaso. As partículas aderem às bolhas de ar vindo à superfície, onde são recolhidas ricas em metal (ver figura)

10. Química das Superfícies e Interfaces Partículas molhadas ar ar ÀGUA Partículas de mineral não molhadas ar Para o método ser eficaz o ângulo de contacto dever ser entre 50 a 75 °. Este método é também utilizado por exemplo no tratamento de efluentes.

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12. Química das Superfícies e Interfaces Efeitos detergentes A detergência consiste na remoção de sujidade de superfícies sólidas por meio de surfactantes, consistindo na principal aplicação deste tipo de materiais. Durante séculos foi usado o sabão:

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15. Química das Superfícies e Interfaces • Um bom detergente deve obedecer às seguintes características: • Bom poder molhante para entrar em contacto com a superfície • Capacidade para remover a sujidade para o interior do líquido • Capacidade para solubilizar a sujidade • A formulação apropriada é dependente de vários factores: • Tipo de superfície: vidros, plásticos, cerâmicos, fibras naturais, sintéticos, pele, cabelos, etc. • Sujidade: características polares/apolares, reactividade ou inércia química • Molhamento. Em roupas, por exemplo, é necessário reduzir a tensão superficial a  40 mNm-1.

16. Química das Superfícies e Interfaces Remoção da sujidade: Designando por O a sujidade (do termo Oil) temos: WSO = OW + SW - SO A acção do detergente consiste em reduzir OW e SWdiminuindo a energia de adesão entre o Oil e a superfície sólida. Se a sujidade é líquida, a remoção é uma questão de ângulo de contacto. A adição de detergente diminui o ângulo de contacto na interface SOW. Se 0<<90° a remoção é por meios mecânicos, e se 90°<  < 180° o processo envolve solubilização.

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18. Química das Superfícies e Interfaces Os melhores surfactantes são os que adsorvem na interfase sólido/água e óleo/água, com melhores efeitos detergentes. A adsorção na interface água/ar com a consequente diminuição de  não é indicação de bom desempenho.

19. Química das Superfícies e Interfaces ADSORÇÃO A PARTIR DE SOLUÇÕES Este é um tópico com bastante aplicação em inúmeros processos, como em cromatografia, clarificação de soluções por adição de carvão activado, etc. A adsorção a partir de solução é mais simples de estudar que a adsorção de gases em sólidos. Basta misturar o sólido com a solução até não se observar variação da concentração da solução. Obtêm-se assim isotérmicas de adsorção aparentes, uma vez que existe competição entre adsorção e as interacções soluto/solvente.

20. Química das Superfícies e Interfaces Utilizam-se geralmente as equações de Langmuir e de Freundlich, modificadas para: Onde x/m é a quantidade de soluto adsorvida por massa de sólido, c é a concentração de equilíbrio e a, k e n são constantes; (x/m)max é a capacidade de monocamada.

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