Respostas de uma Prova de Cinética uma Questão de Cálculo e Outra um Roteiro

Cálculo das Tensões Superficiais do Alumina Dados os valores de tensão superficial γL componente dispersiva γLD e componente polar γLP para nhexano etanol e acetona calculamos os componentes da tensão sólidovapor do alumina utilizando o método de Owens Wendt Rabel e Kaelble OWRK com o ângulo de contato igual a zero Para o nhexano que é um líquido não polar γLP 0 a relação simplifica para γSD γL γLD2 Substituindo os valores para o nhexano γSD 1841842 γSD 184 mNm Com o componente dispersivo do sólido γSD conhecido utilizamos os dados do etanol e acetona para encontrar o componente polar do sólido γSP Para etanol γSP γL γSDγL γLP 2 γSP 214 184 188 262 γSP 346 mNm Para acetona γSP 252 184 165 87 2 γSP 531 mNm Considerando que o componente polar deve ser o mesmo independentemente do líquido tomamos a média dos dois valores γSP 346 531 2 γSP 439 mNm CINÉTICA DE MATERIAIS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DCEM Nome Nota 3ª Avaliação Questão 1 Usando dados de ascensão capilar O ângulo de contato entre o nhexano e a superfície de uma amostra de alumina é igual a 0 Os coeficientes angulares medidos para a ascensão do hexano etanol e da acetona numa coluna capilar contendo a alumina foi de 004047 000346 e 006717 cm2s respectivamente Considerando os dados tabelados e as equações correspondentes calcule a tensão solidovapor polar dispersiva e total da alumina Faça todos os cálculos a mão numa folha em branco escaneie e envie documento legível em pdf via SIGAA 35 Questão 2 Desenvolvimento de roteiro prático 1 Leia o artigo que foi disponibilizado sobre determinação da cinética de intumescimento de géis de acrilamida e acrilato de sódio 2 Considere que no Laboratório dispomos de poliacrilato de sódio na forma de pó água destilada balança vidrarias volumétricas e demais vidrarias e material de laboratório conforme visto nas práticas anteriores 3 Construa um roteiro prático para se avaliar a cinética de intumescimento desse poliacrilato de sódio na forma de pó seguindo um modelo padrão a Quais materiais seriam necessários b Qual o procedimento experimental a ser adotado c Quais os tratamentos dos dados necessários para se obter as informações sobre a cinética de intumescimento de acordo com o que você leu no artigo d Discuta o fenômeno do intumescimento a luz do que vocês sabem sobre fenômenos interfaciais molhabilidade transporte de massa em sistemas heterogêneos absorção adsorção etc 35 OBS 1 responder a prova enviando um arquivo único em pdf juntar a Questão 1 e Questão 2 num único arquivo pdf OBS 2 evite se fundamentar na resposta do colega para responder a sua prova as provas são individuais e serão avaliadas dessa forma inclusive observandose a semelhança na construção das respostas SÍNTESE E ESTUDO DO INTUMESCIMENTO DE GÉIS DE ACRILAMIDA E ACRILATO DE SÓDIO EM ÁGUA E EM MEIO SALINO Antonio Sávio G Magalhães1 José Benjamin Machado M Júnior1 Judith P A Feitosa1 1 Depto de Química Orgânica e Inorgânica da UFC Caixa Postal 12200 13560905 FortalezaCE judith ufcbr Synthesis and study of the swelling of acrylamide and sodium acrylate gels in water and saline medium Gels of acrylamide AAm sodium acrylate NaAAc and NNmethylenebisacrylamide BAAm as crosslinking agent were produced starting from a redox initiator system K2S2O8TEMED through freeradical polymerization in aqueous solution at ambient temperature and pressure The proportion of the monomers and crosslinking agent was varied and the initiator system maintained constant The swelling of the gels was tested in the presence of NaCl CaCl2 and AlCl3 as the effect of charge and degree of crosslinking studied A rapidly mass increase was observed in the first two hours reaching an equilibrium value about 90 after 20 h of immersion The gel with larger content of charge and lesser degree of crosslinking presented higher degree of swelling The gels with less hydrophilic character presented larger constants rate of swelling Introdução Hidrogéis são uma classe de materiais que têm despertando grande interesse no meio científico e tecnológico Na área biomédica relevantes trabalhos com hidrogéis como agentes de encapsulação e liberação controlada de drogas e na engenharia de tecidos têm sido citados1 Na agricultura há um grande interesse por estes materiais pelo fato de melhorarem as propriedades físicas do solo De acordo com Flannery e Busscher2 e Johnson3 o uso de hidrogéis aumenta a quantidade de umidade disponível na região da raiz diminuindo a freqüência de irrigação No mercado mundial existem atualmente mais de 100 marcas comerciais de hidrogéis Israel é um dos grandes importadores deste material para promover um uso mais eficiente da sua escassa água O Brasil pouco utiliza desta tecnologia em razão do alto custo e da pouca disponibilidade no mercado nacional Hidrogéis baseados em acrilamida são bastante mencionados no meio cientifico Durmaz e col45 contribuíram para o entendimento de aspectos físicos e químicos de hidrogéis de acrilamida Wlodzimierz e col6 estudaram a influência de géis de poliacrilamida em presença de fertilizantes no crescimento de tomates Kulicke e Nottelmann 7 estudaram aspectos estruturais e de intumescimento em géis copoliméricos não iônicos e iônicos baseados em acrilamida Experimental Materiais Os sais utilizados NaCl CaCl2 e AlCl36H2O foram de grau analítico da VETEC Acrilamida AAm e o ácido acrílico AAc o acelerador da reação NNNNtetrametilenodiamino EMED e o iniciador persulfato de potássio K2S2O8 todos da MERCK O reticulante NNmetilenobisacrilamida BAAm da PHARMACIA BIOTECH A acrilamida foi utilizada em solução 3 molL O sal acrilato de sódio NaAAc foi preparado a partir do AAc através de neutralização com NaOH até pH70 obtendose uma solução 3 molL Preparação dos hidrogéis Utilizouse como reator um balão de fundo redondo de 100 mL Sob agitação e borbulhamento de gás N2 foram adicionados os monômeros em proporções pré determinadas variando os volumes das soluções e em seguida o agente de reticulação Após 10 min de borbulhamento adicionouse o iniciador e o acelerador O sistema foi fechado e mantido sob agitação até atingir o ponto de gel Após 24 horas o material foi recolhido triturado e posto para secar à 100ºC em estufa até massa constante Foram sintetizados cinco géis mantendose constantes as proporções de BAAm 05 mol K2S2O8 01 mol e TEMED 01 mol variando a fração molar dos monômeros Foi obtida a seguinte série de géis AAmNaAAc respectivamente 25 mol 75 mol 4060 4555 7030 e 8020 Um sexto gel foi produzido com grau de reticulação 01 mol e um gel comercial foi utilizado a titulo de comparação Nos cálculos das proporções monoméricas tomouse como 100 mol a soma dos dois monômeros Experimentos de intumescimento Amostras dos géis foram pesadas secas e intumescidas após vários intervalos de tempo de imersão no meio em estudo Cada experimento foi realizado em triplicata A partir da equação 1 onde W é o ganho de massa de água por grama de gel m a massa do material intumescido e m0 a massa do material seco foi possível Anais do 7o Congresso Brasileiro de Polímeros 216 acompanhar a cinética de intumescimento dos materiais W mm₀ 1 1 Resultados e Discussão A partir de análises de UV foi possível quantificar a presença de acrilamida na água de lavagem dos géis e conseqüentemente estimar o rendimento reacional em função de acrilamida que foi na ordem de 996 Na cinética de intumescimento dos géis em água observouse um rápido ganho de massa na primeira hora de imersão alcançando cerca de 90 do estado de equilíbrio com 2 horas de imersão Por volta de 20 horas os sistemas já haviam atingido o equilíbrio A tabela traz os graus de intumescimento de equilíbrio dos géis sintetizados e de uma marca comercial utilizada como condicionador de solo Tabela Grau de intumescimento W gH2Og no estado de equilíbrio dos géis em função da composição e meio de imersão e constante de velocidade de intumescimento dos géis em água Gel NaCl M CaCl2 M AlCl3 M H2O 101 102 101 102 101 102 103 104 W kmin1 comercial 70 335 2575 52 105 40 40 20 14 70 195 185 039 4060 47 94 50 80 20 60 30 169 176 055 4555 48 97 60 16 15 60 90 177 173 048 7030 44 81 12 18 50 35 30 119 162 085 8020 39 80 14 19 85 45 60 112 147 101 2575 470 Grau de reticulação 01mol Experimento em andamento Um maior percentual de carga no gel parece contribuir para um maior poder de absorção de água O grau de intumescimento do gel menos reticulado 01 mol mostrouse muito superior aos géis com 05 mol de reticulação e também ao gel comercial Em meio salino há uma acentuada diminuição no grau de intumescimento dos géis sendo o efeito menor para o cátion monovalente Para o meio AlCl3 104M o grau de intumescimento dos géis ficou na mesma ordem do meio H2O com exceção para os géis mais hidrofóbicos A partir do gráfico da equação 2 onde Weq e Wt são os graus de intumescimento respectivos de equilíbrio e num tempo específico foi possível determinar a constante de velocidade de intumescimento k para os géis em água logWeq Weq Wt kt 2 Observase na tabela que os géis menos hidrofílicos possuem maiores valores para k embora apresentem menores valores para W Valores na mesma ordem de grandeza foram obtidos para gel de ASNaAMPS em água e meio salino8 Os perfis das curvas de intumescimento dos géis em água em NaCl 10¹ e 102M AlCl3 104M foram semelhantes ou seja um rápido aumento seguido de um platô O mesmo foi observado para o gel mais hidrofóbico 8020 Em solução de CaCl2 101 e 102 M e AlCl3 101 102 e 103 M os géis mais hidrofílicos apresentaram perfis de intumescimento diferentes havendo inicialmente um rápido ganho de massa seguido de uma diminuição até o sistema atingir o equilíbrio como pode ser visto na Figura 1 0 50 100 150 200 250 300 0 1 2 3 4 5 6 7 8 tempomin W gH 2O g Figural Cinética de intumescimento dos géis 4555 e 8020 em solução de AlCl3 01M Conclusões Um grau de intumescimento máximo em água foi obtido para o gel com maior percentual de carga e menor grau de reticulação A presença dos sais de Na Ca2 e Al3 interferem significativamente no poder de intumescimento dos géis A presença de carga no gel parece influenciar na cinética de intumescimento Agradecimentos Ao CNPq pela bolsa concedida FUNCAP e CTHidro pelo auxílio financeiro Referências Bibliográficas 1 A S Hoffman Advanced Drug Delivery 200243312 2 R L Flannery W J Busscher Comunications in Soil Science and Plant Analysis 1982132103111 3 M S Johnson J Sci Food Agric 19843510631066 4 S Durmaz O Okay Polym 20004136933704 5 S Durmaz O Okay Polym 200041 57295735 6 W Bres L A Weston Hort Sci 1993 281010051007 7 W M Kulicke H Nottelmann International ACS Symposium Polymers Materials Science and Engineering 57 New Orleans USA 1987 8 W F Lee C H Hsu J Appl Polym Sci 1998 69 229237 esultados e Discussão Calcule a tensão superficial total dispersiva e polar dos materiais usado ões relativas e levandose em conta os valores tabelados Alcanos η Tensões interfaciais cP mJ m2 γL γLD γLP nhexane 0326 184 184 glicerol 1412 640 340 300 ethanol 1144 214 188 26 água 1002 728 218 510 ta os resultados conforme os valores esperados para o material escolhido ibliografia ADAMIAN Rupen ALMENDRA Ericksson Físicoquímica uma aplicaçã materiais COPPE UFRJ Rio de Janeiro 2002 Washburn EW 1921 The dynamics of capillary flow Physical Review 17 2 Marmur A 1992 Wettability In Schrader ME and Loeb GI eds Modern A toWettability Theory and Applications New York Plenum Press Assim a tensao total do solidovapor γS e a soma dos componentes dis persivo e polar γS γS D γS P γS 184 439 γS 2279 mNm Portanto o alumina possui uma componente dispersiva de 184 mNm uma componente polar aproximada de 439 mNm e uma tensao total solidovapor de aproximadamente 2279 mNm 2