Parâmetro de solubilidade de Hildebrand - Hildebrand solubility parameter

O parâmetro de solubilidade de Hildebrand (δ) fornece uma estimativa numérica do grau de interação entre os materiais e pode ser uma boa indicação de solubilidade , particularmente para materiais não polares, como muitos polímeros . Materiais com valores semelhantes de δ são provavelmente miscíveis .

Definição

O parâmetro de solubilidade de Hildebrand é a raiz quadrada da densidade de energia coesiva :

A densidade de energia coesiva é a quantidade de energia necessária para remover completamente o volume unitário de moléculas de seus vizinhos para a separação infinita (um gás ideal ). Isso é igual ao calor de vaporização do composto dividido por seu volume molar na fase condensada. Para que um material se dissolva, essas mesmas interações precisam ser superadas, pois as moléculas são separadas umas das outras e rodeadas pelo solvente. Em 1936, Joel Henry Hildebrand sugeriu a raiz quadrada da densidade de energia coesiva como um valor numérico que indica o comportamento de solvência. Posteriormente, isso ficou conhecido como “parâmetro de solubilidade de Hildebrand”. Materiais com parâmetros de solubilidade semelhantes serão capazes de interagir uns com os outros, resultando em solvatação , miscibilidade ou intumescimento.

Usos e limitações

Sua principal utilidade é fornecer previsões simples de equilíbrio de fase com base em um único parâmetro que é prontamente obtido para a maioria dos materiais. Essas previsões são frequentemente úteis para sistemas apolares e ligeiramente polares ( momento de dipolo <2 debyes ) sem ligações de hidrogênio. Encontrou uso particular na previsão da solubilidade e intumescimento de polímeros por solventes. Parâmetros de solubilidade tridimensionais mais complicados, como parâmetros de solubilidade de Hansen , foram propostos para moléculas polares.

A principal limitação da abordagem do parâmetro de solubilidade é que ela se aplica apenas a soluções associadas ("semelhante se dissolve semelhante" ou, tecnicamente falando, desvios positivos da lei de Raoult ): não pode ser responsável por desvios negativos da lei de Raoult que resultam de efeitos como a solvatação ou a formação de complexos doador-aceitador de elétrons. Como qualquer teoria preditiva simples, ela pode inspirar excesso de confiança: é melhor usada para triagem com dados usados ​​para verificar as previsões.

Unidades

As unidades convencionais para o parâmetro de solubilidade são ( calorias por cm 3 ) 1/2 , ou cal 1/2 cm −3/2 . As unidades SI são J 1/2 m −3/2 , equivalente ao pascal 1/2 . 1 caloria é igual a 4.184 J.

1 cal 1/2 cm −3/2 = (4,184 J) 1/2 (0,01 m) −3/2 = 2,045 10 3 J 1/2 m −3/2 = 2,045 MPa 1/2 .

Dada a natureza não exata do uso de δ, muitas vezes é suficiente dizer que o número em MPa 1/2 é duas vezes o número em cal 1/2 cm −3/2 . Onde as unidades não são fornecidas, por exemplo, em livros mais antigos, é geralmente seguro assumir a unidade não SI.

Exemplos

Substância δ [cal 1/2 cm −3/2 ] δ [MPa 1/2 ]
n-pentano 7,0 14,4
n-hexano 7,24 14,9
Éter dietílico 7,62 15,4
Acetato de etila 9,1 18,2
Clorofórmio 9,21 18,7
Diclorometano 9,93 20,2
Acetona 9,77 19,9
2-propanol 11,6 23,8
Etanol 12,92 26,5
PTFE 6,2
Poli (etileno) 7,9
Poli (propileno) 8,2 16,6
Poliestireno) 9,13
Poli (óxido de fenileno) 9,15
PVC 9,5 19,5
Poliuretano (PU / PUR) 8,9
ANIMAL 10,1 20,5
Nylon 6,6 13,7 28
Poli (metacrilato de metila) 9,3 19,0
(Hidroxietil) metacrilato 25-26
poli (HEMA) 26,93
Etilenoglicol 29,9, 33,0

Da tabela, o poli (etileno) tem um parâmetro de solubilidade de 7,9 cal 1/2 cm -3/2 . Bons solventes são provavelmente éter dietílico e hexano . (No entanto, o PE só se dissolve em temperaturas bem acima de 100 ° C.) O poli (estireno) tem um parâmetro de solubilidade de 9,1 cal 1/2 cm −3/2 e, portanto, o acetato de etila é provavelmente um bom solvente. O náilon 6,6 tem um parâmetro de solubilidade de 13,7 cal 1/2 cm −3/2 , e o etanol é provavelmente o melhor solvente dos tabulados. No entanto, o último é polar e, portanto, devemos ter muito cuidado ao usar apenas o parâmetro de solubilidade de Hildebrand para fazer previsões.

Veja também

Referências

Notas

Bibliografia

Barton, AFM (1991). Manual de parâmetros de solubilidade e outros parâmetros de coesão (2ª ed.). CRC Press.

Barton, AFM (1990). Handbook of Polymer Liquid Interaction Parameters and Other Solubility Parameters . CRC Press.

links externos