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Interfaces líquido-líquido estão presentes em vários processos de separação e reacção em engenharia química. Embora a utilização de sistemas líquidos bifásicos seja comum na indústria, a sua aplicação é normalmente realizada de uma forma empírica, dado que pouco se conhece acerca das características das interfaces em termos da sua estrutura (ex. composição e orientação molecular), propriedades termofísicas de equilíbrio (ex. tensões interfaciais) e dinâmica (ex. coeficientes de difusão à interface). Estas propriedades são particularmente importantes em sistemas de extracção líquido-líquido, em escoamentos multifásicos e em catálise.
Diferentes técnicas experimentais podem ser utilizadas para obter informação de interfaces líquidas, nomeadamente, medições de tensão interfacial e diferentes métodos espectrofotométricos. A especificidade das interfaces levanta no entanto alguns problemas no que respeita a estas técnicas. A medição de tensões interfaciais é uma técnica bastante sensível a impurezas, que funcionando como surfactantes podem reduzir consideravelmente os valores de tensão interfacial, e a utilização dos métodos ópticos leva por vezes a conclusões que dependem do método utilizado.
Estudos de simulação molecular têm por isso ganho importância como técnicas alternativas para avaliar as interfaces à escala molecular. Avanços recentes permitiram obter estimativas consistentes de tensões interfaciais revelando igualmente alguma informação acerca da natureza intrínseca da interface, difusão molecular paralela e perpendicular à interface, adsorção superficial, orientação molecular e energias livres de transferência de soluto através da interface. Avanços importantes no nosso conhecimento de processos interfaciais são assim esperados da combinação de diferentes métodos experimentais de caracterização com metodologias da simulação molecular.
O aumento da consciência ambiental tem reforçado o número de estudos envolvendo sistemas líquidos bifásicos com solvente  |
Resumo
Interfaces líquido-líquido estão presentes em vários processos de separação e reacção em engenharia química. Embora a utilização de sistemas líquidos bifásicos seja comum na indústria, a sua aplicação é normalmente realizada de uma forma empírica, dado que pouco se conhece acerca das características das interfaces em termos da sua estrutura (ex. composição e orientação molecular), propriedades termofísicas de equilíbrio (ex. tensões interfaciais) e dinâmica (ex. coeficientes de difusão à interface). Estas propriedades são particularmente importantes em sistemas de extracção líquido-líquido, em escoamentos multifásicos e em catálise.
Diferentes técnicas experimentais podem ser utilizadas para obter informação de interfaces líquidas, nomeadamente, medições de tensão interfacial e diferentes métodos espectrofotométricos. A especificidade das interfaces levanta no entanto alguns problemas no que respeita a estas técnicas. A medição de tensões interfaciais é uma técnica bastante sensível a impurezas, que funcionando como surfactantes podem reduzir consideravelmente os valores de tensão interfacial, e a utilização dos métodos ópticos leva por vezes a conclusões que dependem do método utilizado.
Estudos de simulação molecular têm por isso ganho importância como técnicas alternativas para avaliar as interfaces à escala molecular. Avanços recentes permitiram obter estimativas consistentes de tensões interfaciais revelando igualmente alguma informação acerca da natureza intrínseca da interface, difusão molecular paralela e perpendicular à interface, adsorção superficial, orientação molecular e energias livres de transferência de soluto através da interface. Avanços importantes no nosso conhecimento de processos interfaciais são assim esperados da combinação de diferentes métodos experimentais de caracterização com metodologias da simulação molecular.
O aumento da consciência ambiental tem reforçado o número de estudos envolvendo sistemas líquidos bifásicos com solventes "amigos do ambiente". Entre estes destacam-se os líquidos iónicos, cujas inúmeras combinações de catião e anião permitem o design de solventes específicos para determinadas aplicações em sistemas de reacção, extracção, ou processos combinados de reacção/extracção.
É por isso importante desenvolver métodos para caracterizar adequadamente interfaces líquido-líquido contendo líquidos iónicos. Contudo, devido à sua maior complexidade, a falta de conhecimento acerca destes sistemas é ainda mais evidente que para os sistemas convencionais água/solvente orgânico.
A importância de interfaces líquido-líquido contendo líquidos iónicos justifica assim combinar estudos experimentais e teóricos de forma a que a melhor compreensão da natureza molecular das interfaces permita relacioná-la com as suas características macroscópicas. Nesta proposta pretende-se combinar estudos experimentais de propriedades macroscópicas, como a tensão superficial e moleculares como arranjos moleculares à interface, com metodologias de dinâmica molecular com o objectivo de complementar e /ou esclarecer os resultados obtidos dos estudos teóricos e experimentais, individualmente.
A abordagem a seguir nesta proposta pretende estudar uma série de interfaces água - líquido iónico onde a natureza (hidrofobicidade, polaridade, tamanho de catião e anião) do líquido iónico será variável. Cada sistema será estudado simultaneamente de uma forma experimental (tensão interfacial e sum frequency generation) e teoricamente (dinâmica molecular).
Partindo do equilíbrio de fases destes sistemas fluídos heterogéneos pretende-se conhecer i) as composições das fases em equilíbrio, ii) a tensão interfacial, iii) a composição e orientação molecular da interface, iv) os coeficientes de difusão nas fases bulk, e nas direcções paralela e perpendicular à interface e a energia livre de transferência de solutos entre as duas fases em equílibrio. |