Velocidade do som em líquidos iónicos próticos

Abstract

Os líquidos iónicos são uma classe de sais orgânicos, constituídos por catiões e aniões, que apresentam um ponto de fusão inferior a 100ºC, sendo que muitos deles se encontram na fase líquida à temperatura ambiente. Uma característica importante destes líquidos está relacionada com o facto se poder alterar as suas propriedades físicas, térmicas e químicas, mudando apenas a combinação do catião e do anião. Atualmente verifica-se um crescente fenómeno de procura e desenvolvimento de novos líquidos iónicos de modo a substituir os solventes orgânicos comummente utilizados.O objetivo principal deste trabalho consistiu na medição de velocidades ultrassónicas em líquidos iónicos, em função da temperatura e da pressão. Para tal foi necessário o desenvolvimento de programas que permitissem a aquisição dos sinais acústicos labview bem como a sua posterior análise Matlab.Experimentalmente, foi utilizada uma célula acústica cilíndrica, que permite medir a velocidade do som no líquido em estudo, recorrendo a dois transdutores acústicos. O método usado na medição da velocidade do som foi o modo de transmissão não-invasivo, uma vez que os transdutores não se encontravam em contacto direto com o líquido em estudo. Os sinais foram posteriormente adquiridos através de uma placa ADC (Conversor analógico-digital) instalada no computador, com vista à sua análise e salvaguarda dos dados relativos aos líquidos, para posterior cálculo da velocidade ultrassónica. A velocidade do som é obtida através da diferença entre dois intervalos de tempo: Δ t1 que corresponde ao tempo que o sinal acústico demora a percorrer a distância entre os dois transdutores e : Δ t2 que corresponde à diferença entre dois ecos recebidos no lado do transdutor recetor.Os líquidos escolhidos para calibração foram a água (Milli-Q) e o tolueno (99,9%). O desvio padrão da calibração σ_u foi de 0.626 m.s-1 e o desvio médio absoluto (DMA) de 0.0318%.Efetuou-se a medição da velocidade acústica para dois líquidos iónicos: [2HEA][Pr] e [E-2HEA][Pr], para uma gama de temperaturas compreendida entre 293.15 K e 373.15 K, e uma gama de pressões de 0.1 MPa a 20 MPa. Foi também medida a velocidade acústica do glicerol nas mesmas condições de temperatura e pressão. Os resultados demonstraram uma diminuição da velocidade ultrassónica com o aumento da temperatura, bem como um aumento da velocidade com o aumento da pressão.As velocidades de som dos líquidos estudados foram calculadas recorrendo a uma equação de calibração e foram apresentados os resultados tanto em função da velocidade e da temperatura, como em função da velocidade e da pressão.

Ionic liquids are a class of organic salts consisting of cations and anions, with a melting point below of 100º C, many of which are in the liquid phase at room temperature. One of the most important characteristics of these liquids is the possibility of changing their physical, thermal and chemical properties, changing only the combination of the cation and the anion. There has been a growing phenomenon of demand and development of new ionic liquids in order to replace the commonly used organic solvents.The main objective of this work was to measure ultrasonic velocities in ionic liquids, as a function of temperature and pressure.It was necessary to develop programs that would allow acoustic signals to be acquired Labview as well as its later analysis Matlab.A cylindrical cell was used for the experimental testing, which allows to measure the speed of sound in the studied liquid, using two acoustic transducers. The method used to measure sound velocity was the non-invasive transmission mode, since the transducers were not in direct contact with the liquid under study. The signals were later acquired through an ADC (Analog-Digital Converter) card installed in the computer, with the purpose of analyzing and safeguarding the data relative to the liquids, for further calculation of the ultrasonic velocity. The velocity of sound is obtained by the difference between two time intervals, Δ t1 which corresponds to the time the acoustic signal takes to travel the distance between the two transducers and Δ t2 which corresponds to the difference between two echoes received on the receiving transducer side.The liquids chosen for calibration were water (Milli-Q) and toluene (99,9%). The standard deviation σ_u obtained was 0.626 m.s-1 and the average absolute deviation (AAD) was 0.0318%.The acoustic velocity was measured for two ionic liquids: [2HEA] [Pr] and [E-2HEA] [Pr], for a temperature range of 293.15 K to 373.15 K, and a pressure range of 0.1 MPa to 20 MPa. The acoustic velocity of glycerol was also measured under the same temperature and pressure conditions. The results showed a decrease in ultrasonic velocity with increasing temperature as well as an increase in velocity with increasing pressure.The sound velocities of the studied liquids were calculated using the calibration equation and the results were presented as a function of speed and temperature, as well as speed and pressure.