Autor(es):
Pereira, Rui Francisco Gonçalves Pinto Fernandes 
Data: 2012
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10316/18390
Origem: Estudo Geral - Universidade de Coimbra
Assunto(s): Surfactantes aniónicos; Iões metálicos
Descrição
O conhecimento do mecanismo e das diferentes propriedades envolvidas nas
interacções entre iões metálicos di- e trivalentes e surfactantes aniónicos revela-se
fundamental, nas áreas que utilizam conjuntamente estas espécies, possibilitando uma
optimização dos processos existentes ou mesmo novas aplicações.
Neste trabalho é estudado o efeito de diferentes surfactantes aniónicos no
comportamento de iões metálicos multivalentes, em solução aquosa. Para tal, foram
utilizados sistemas envolvendo dois tipos de surfactantes aniónicos: sulfatos (dodecil
sulfato de sódio) e carboxilatos (octanoato, decanato e dodecanoato de sódio); e os
seguintes iões metálicos: alumínio(III), crómio(III), lantânio(III), gadolínio(III), cálcio(II)
e chumbo(II). A utilização de dois tipos de surfactantes aniónicos permite aferir acerca
do efeito do grupo iónico dos mesmos no processo de interacção com os iões metálicos. O
facto de serem utilizados surfactantes baseados em carboxilatos, com diferentes
tamanhos de cadeia alquílica, possibilita ainda uma avaliação do efeito hidrofóbico no
processo de interacção. A escolha dos iões metálicos foi realizada de modo a abarcar
distintas propriedades, tais como a valência, densidade de carga, hidratação, e diferentes
áreas de aplicação. A labilidade do ião alumínio, relativamente à perda de moléculas de
água da sua esfera de hidratação primária, quando comparada com o ião crómio, que é
praticamente inerte a esta substituição, é um exemplo das distintas propriedades em
análise. O facto de alguns iões metálicos possuírem interessantes propriedades
magnéticas e espectroscópicas abre também a possibilidade de identificar o efeito dos
surfactantes nas mesmas. A variabilidade das propriedades dos sistemas em estudo
permite identificar a predominância de efeitos no processo de interacção entre iões
metálicos e surfactantes. Os sistemas foram estudados recorrendo a diferentes técnicas experimentais,
tais como: condutibilidade eléctrica, potenciometria (pH e usando eléctrodos selectivos),
espectroscopia de ressonância magnética nuclear (27Al e 139La), turbidimetria,
luminescência e espectrometria de massa por plasma acoplado indutivamente. Os
complexos sólidos resultantes da interacção foram caracterizados através de
espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), ressonância
magnética nuclear (1H e 13C), difracção de raio-X, termogravimetria, calorimetria
diferencial de varrimento e termomicroscopia de luz polarizada.
Através da quantificação de iões metálicos em solução, são propostos modelos
que permitem estimar as constantes de associação relativas à complexação de diferentes
iões metálicos e surfactantes. Nos sistemas em que participa o dodecil sulfato de sódio, é
realizado um estudo termodinâmico ao processo de micelização, identificando o efeito de
distintos iões trivalentes nesse processo.
Com os dados apresentados nesta dissertação pensamos poder contribuir para a
um maior conhecimentos dos factores que limitam ou induzem a interacção entre iões
metálicos e surfactantes aniónicos. The knowledge of the mechanisms and of the different properties involved in the
interactions between di- and trivalent metal ion and anionic surfactants are
fundamental, in areas that use these two species, and can help in process optimization or
even lead to new applications.
In this work, we have studied the effect of different anionic surfactants on the
behaviour of multivalent metal ions in aqueous solution. For this, systems were used
involving two different types of anionic surfactants: sulfates (sodium dodecyl sulfate)
and carboxylates (sodium octanoate, decanoate and dodecanoate), together with the
following metal ions: aluminium(III), chromium(III), lanthanum(III), gadolinium(III),
calcium(II) and lead(II). The two different types of anionic surfactants were used to shed
light on the effect of the ionic group on the interaction process with metal ions. The use
of carboxylate surfactants, with different alkyl chain lengths, makes the evaluation of the
hydrophobic effect in the interaction process possible. Metal ions have been chosen to
encompass different properties, such as valency, charge density, hydration, and the
different application areas. The lability of aluminium ions in terms of the exchange of
coordinated water molecules from the primary coordination sphere, when compared
with chromium, which is practically inert to substitution, is one example of the different
properties in analysis. Interesting magnetic and spectroscopic properties of metal ions
open the possibility of studying their change upon surfactant addition. The variation of
the system properties will lead to the identification of the main effects occurring in the
interaction process between metal ions and surfactants.
Systems were studied by various experimental techniques, such as: electrical
conductivity, potentiometry (pH and ion selective electrodes), nuclear magnetic
resonance spectroscopy (27Al and 139La), turbidity, luminescence and inductively coupled plasma-mass spectrometry. The solid complex resulting from interaction, were
characterized by Fourier-transform infrared (FTIR), nuclear magnetic resonance (1H and
13C), X-ray powder diffraction, thermogravimetry, differential scanning calorimetry and
polarized light thermal microscopy.
Based on the quantification of metal ions in solution, models were proposed to
estimate the association constants for complexation of the different metal ions with
surfactants. A thermodynamic study of the micellization process was made for systems
where sodium dodecyl sulfate is present, allowing the identification of the effect of
different trivalent metal ions.
With the results presented in this dissertation we think we are contributing to a
better understanding of the factors that restrict or enhance the interaction between
metal ions and anionic surfactants. Tese de doutoramento em Química, na especialidade de Química Macromolecular, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
