Química do bem
10/3/2010
Por Fábio de Castro
Agência FAPESP – Compreender as propriedades dos líquidos iônicos – alternativa reciclável aos solventes convencionais utilizados em processos industriais – tem sido uma preocupação crescente para cientistas em todo o mundo, já que esses produtos têm inúmeras aplicações coerentes com os preceitos da "química verde", um conjunto de diretrizes que visa à redução do impacto ambiental dos processos químicos.
Um estudo realizado por pesquisadores do Instituto de Química (IQ) da Universidade de São Paulo (USP) acaba de contribuir para o avanço do conhecimento sobre uma categoria especial desses compostos: os líquidos iônicos tensoativos, que poderão ter aplicações importantes, especialmente na descontaminação de água.
O trabalho acaba de ser publicado na edição on-line da Journal of Colloid and Interface Science e será capa da edição de maio da revista.
Cientistas da USP investigam propriedades de líquidos iônicos tensoativos – solventes “verdes” que poderão ter inúmeras aplicações industriais. Trabalho é capa da Journal of Colloid and Interface Science
A pesquisa faz parte da tese de doutorado de Paula Decot Galgano, orientada por Omar El Seoud, professor do Departamento de Química Fundamental do IQ-USP, que divide com a aluna a autoria do artigo. O trabalho foi feito no âmbito do Projeto Temático “Síntese, propriedades e aplicações de tensoativos e biopolímeros funcionalizados: um enfoque de Química Verde”, coordenado por El Seoud e apoiado pela FAPESP.
O termo “líquidos iônicos tensoativos” (SAIL, na sigla em inglês) foi lançado na literatura internacional pelo grupo de El Seoud, em 2007. De acordo com o professor, o fato de o artigo ter sido escolhido para figurar na capa da revista é uma conquista para a ciência brasileira.
“Estamos contentes pela escolha, pois ela reflete o impacto da nossa contribuição científica, além do reconhecimento da importância do assunto”, disse El Seoud à Agência FAPESP.
Segundo o professor, os líquidos iônicos são denominados solventes “verdes” por possuírem propriedades especiais. “Eles têm alta polaridade, uma excelente estabilidade química e térmica – o que permite a reciclagem do solvente no processo industrial – e pressão de vapor extremamente baixa. Na prática, isso significa que podem ser empregados como solventes em um processo industrial sem perigos de explosão ou de fogo”, explicou.
O que distingue os líquidos iônicos tensoativos é a presença em suas estruturas de cadeias alquílicas compridas – o que confere a eles poderes de emulsificação e de suspensão, por exemplo. “Esses compostos formam micelas – agregados que conseguem incorporar certos contaminantes", disse.
A solução é então filtrada através de uma membrana que deixa passar apenas a água, retendo as micelas com os contaminantes. "Além da descontaminação de água de compostos aromáticos policíclicos, compostos clorados e metais pesados, os líquidos iônicos tensoativos têm potencial para outras aplicações importantes, por exemplo, como a catálise homogênea de reações químicas diversas”, declarou.
Como se trata de um assunto essencialmente novo, a primeira etapa das pesquisas, segundo El Seoud, consiste no estudo das propriedades das soluções de líquidos iônicos tensoativos a fim de otimizar as condições de suas aplicações.
“Se pudermos conhecer detalhadamente essas propriedades, poderemos definir, por exemplo, quais as melhores faixas de concentração e temperatura para aplicação desses tensoativos. Esse é exatamente o enfoque do artigo e da tese de Paula”, disse o professor.
Tensoativos verdes
Os líquidos iônicos tensoativos empregados no estudo foram os cloretos de 1-alquil-3-metilimidazólio, com grupo cadeias carbônicas de 10 a 16 átomos de carbono.
Segundo El Seoud, esses tensoativos são produtos “verdes”, pois a parte alquílica é feita pela transformação de alcoóis graxos, obtidos pela hidrogenólise de óleos e gorduras nos cloretos correspondentes.
“Os mais notáveis exemplos de líquidos iônicos são os derivados de um composto heteróclito, o imidazol. Um desses derivados, que pretendemos empregar de agora em diante nas pesquisas, é o 4(5)-hidroximetilimidazol, que pode ser obtido a partir da frutose, o açúcar das frutas. Assim estaremos pesquisando líquidos iônicos à base de açúcares”, disse.
O artigo Micellar properties of surface active ionic liquids: A comparison of 1-hexadecyl- 3-methylimidazolium chloride with structurally related cationic surfactants, de Paula Decot Galgano e Omar El Seoud, pode ser lido por assinantes da Journal of Colloid and Interface Science em http://www.sciencedirect.com/science/journal/00219797.
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Journal of Colloid and Interface Science
Volume 345, Issue 1, 1 May 2010, Pages 1-11
Volume 345, Issue 1, 1 May 2010, Pages 1-11
Paula D. Galgano a and Omar A. El Seoud, a,
a Institute of Chemistry, University of São Paulo, P.O. Box 26077, 05513-970 São Paulo, SP, Brazil
Received 7 December 2009;
accepted 27 January 2010.
Available online 1 February 2010.
accepted 27 January 2010.
Available online 1 February 2010.
Abstract
Ionic liquids, ILs, carrying long-chain alkyl groups are surface active, SAILs. We investigated the micellar properties of the SAIL 1-hexadecyl-3-methylimidazolium chloride, C16MeImCl, and compared the data with 1-hexadecylpyridinium chloride, C16PyCl, and benzyl (3-hexadecanoylaminoethyl)dimethylammonium chloride, C15AEtBzMe2Cl. The properties compared include critical micelle concentration, cmc; thermodynamic parameters of micellization; empirical polarity and water concentrations in the interfacial regions. In the temperature range from 15 to 75 °C, the order of cmc in H2O and in D2O is C16PyCl > C16MeImCl > C15AEtBzMe2Cl. The enthalpies of micellization, 
, were calculated indirectly from by use of the van’t Hoff treatment; directly by isothermal titration calorimetry, ITC. Calculation of the degree of counter-ion dissociation, αmic, from conductivity measurements, by use of Evans equation requires knowledge of the aggregation numbers, Nagg, at different temperatures. We have introduced a reliable method for carrying out this calculation, based on the volume and length of the monomer, and the dependence of Nagg on temperature. The Nagg calculated for C16PyCl and C16MeImCl were corroborated by light scattering measurements. Conductivity- and ITC-based 
do not agree; reasons for this discrepancy are discussed. Micelle formation is entropy driven: at all studied temperatures for C16MeImCl; only up to 65 °C for C16PyCl; and up to 55 °C for C15AEtBzMe2Cl. All these data can be rationalized by considering hydrogen-bonding between the head-ions of the monomers in the micellar aggregate. The empirical polarities and concentrations of interfacial water were found to be independent of the nature of the head-group.
, were calculated indirectly from by use of the van’t Hoff treatment; directly by isothermal titration calorimetry, ITC. Calculation of the degree of counter-ion dissociation, αmic, from conductivity measurements, by use of Evans equation requires knowledge of the aggregation numbers, Nagg, at different temperatures. We have introduced a reliable method for carrying out this calculation, based on the volume and length of the monomer, and the dependence of Nagg on temperature. The Nagg calculated for C16PyCl and C16MeImCl were corroborated by light scattering measurements. Conductivity- and ITC-based do not agree; reasons for this discrepancy are discussed. Micelle formation is entropy driven: at all studied temperatures for C16MeImCl; only up to 65 °C for C16PyCl; and up to 55 °C for C15AEtBzMe2Cl. All these data can be rationalized by considering hydrogen-bonding between the head-ions of the monomers in the micellar aggregate. The empirical polarities and concentrations of interfacial water were found to be independent of the nature of the head-group.+++++
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