Velocidade do som e compressibilidade em líquidos iónicos

Abstract

Os líquidos iónicos são uma classe de sais iónicos orgânicos constituídos por catiões orgânicos combinados com aniões orgânicos ou inorgânicos, que se encontram no estado líquido a temperaturas abaixo dos 100ºC. Têm sido considerados compostos atrativos com propriedades intrínsecas únicas desejáveis à sua utilização no âmbito de uma química mais sustentável, e por isso, o conhecimento destas é necessário para estabelecer uma relação entre a sua estrutura química, interações iónicas e as suas características. Assim, o principal objetivo deste trabalho é obter medidas de velocidade ultrassónica nos líquidos iónicos, a fim de estudar essa propriedade. No método experimental foi usada uma célula acústica cilíndrica que é previamente cheia com a amostra do líquido purificado em estudo e, através do uso de dois transdutores acústicos (um usado como emissor da onda e outro como recetor), os ultrassons vão percorrer o líquido. Os sinais são transmitidos para um osciloscópio digital que permite transferir os dados obtidos para um computador onde são processados por forma a determinar a velocidade ultrassónica. Seguidamente, foi realizada uma calibração da célula usando líquidos padrão: água mili-Q, tolueno (pureza 99 % de ) e 1,4 – butanediol (pureza de ). A calibração foi obtida com desvio padrão ( ) de , e um desvio médio absoluto (DMA%) de 0,07. Obtiveram-se medidas da velocidade acústica de sete líquidos iónicos, nomeadamente do tipo amónio, fosfónio e imidazólio, numa gama de temperaturas de a . Os resultados evidenciaram uma diminuição da velocidade relacionada com um aumento da temperatura. Foram calculadas compressibilidades isentrópicas e molares a partir da velocidade do som e de valores da literatura de densidade e tensão superficial. Estabeleceram-se correlações das compressibilidades molares com a finalidade de mostrar que estas se mantêm praticamente constantes com variação de temperatura, apresentando um desvio padrão, em média de . Por fim, foram obtidos os valores da velocidade nestes líquidos com a expressão de Auerbach e comparados com os determinados experimentalmente. Sugere-se que esta relação seja alvo de alguns ajustes para líquidos iónicos.

The ionic liquids are a group of organic ionic salts formed by organic cations combined with organic or inorganic anions, which are in the liquid state at temperatures below 100oC. These compounds have been considered attractive with unique intrinsic properties desirable for use within a more sustainable chemistry, and thus the knowledge of these is critical to establish a relationship between their chemical structures, ionic interactions and their characteristics. Therefore, the main goal of this work is to perform ultrasonic velocity measurements in ionic liquids to study this property. In the experimental method it was used a cylindrical acoustic cell which was previously filled with the sample of purified liquid in study, and by using two acoustic transducers (one used as transmitter and the other one as receiver of the wave), the ultrasound will pass through the liquid. The signals are sent to a digital oscilloscope that allows the transfer of obtained data to a computer where they are processed in order to determine the ultrasonic velocity. After this procedure, the cell was calibrated with three pattern liquid: mili-Q water, toluene (purity 99%) and 1,4-butanediol (purity 99%). Calibration was achieved with standard deviation (σ) of and average absolute deviation (% DMA) of 0,07. It were obtained acoustic velocity measurements of seven ionic liquids, namely of ammonium, phosphonium and imidazolium type, in a temperature range of 243,15K to 293,15K. The results showed a decrease of velocity associated with an increase of temperature. The isentropic and molar compressibilities were calculated from the sound velocity and literature values of density and surface tension. Correlations were established of molar compressiblities with the purpose of showing that they remain practically constant with temperature variation, revealing a standard deviation, an average of . Finally, the velocity values in these liquids were obtained with the expression of Auerbach and compared with those experimentally determined. It is suggested that this relationship is subject to certain adjustments for ionic liquids.