Estudo do mecanismo de carregamento elétrico da superfície de nanopartículas de EDL-MF : um modelo alternativo

Abstract

A determinação da densidade superficial de carga é um tema de grande interesse na ciência coloidal. No caso de fluidos magnéticos com dupla camada elétrica (EDL-MF), o carregamento da superfície resulta da protonação/desprotonação de sítios na superfície dos nanocristais e, portanto, pode ser ajustado pelo pH do meio. Na última década, a partir de um método potenciométrico-condutimétrico (MPC) baseado em titulações simultâneas, foi proposta uma metodologia para o cálculo da concentração dos sítios superficiais carregados de nanopartículas de EDL-MF e caracterizar sua a pH-dependência com o modelo de 2-pK. Neste trabalho, propomos um modelo alternativo para determinar a densidade superficial de carga estrutural de nanopartículas de EDL-MF, que combina os princípios da titulação em massa e do MPC. Nesta abordagem, denominada Método Potenciométrico-Condutimétrico Modificado (MPCM), realizamos titulações potenciométricas-condutimétricas simultâneas em amostras de EDL-MF a partir de meio ácido (pH = 2,0). Em seguida, na região de titulação da superfície da partícula, deduzimos a quantidade de sítios protonados/desprotonados a partir do balanço de massa medindo-se a concentração dos íons hidrônio remanescentes na dispersão após cada adição de titulante. Os resultados do valor de saturação da densidade de carga de superfície obtidos com o MPCM estão em boa concordância com o do MPC. Além disso, a pH-dependência da carga de superfície determinada usando o MPCM é mais realista em comparação com o MPC, uma vez que não requer o estado de equilíbrio para o processo de transferência de prótons entre a superfície e o seio da dispersão. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The surface charge determination is a topic of outstanding interest in the colloid science. In the case of electric double layered magnetic fluids (EDL-MF), the surface charging arises from protonation/deprotonation equilibria on the nanocrystal surface and therefore can be tuned by the pH of the medium. In the last decade, from a potentiometric-conductimetric method (PCM) based on simultaneous titrations it has evidenced that EDL-MF behaves as a mixture of strong and weak diprotic acids. The former is related to the colloid bulk solution, and the latter is associated to the particle surface. The concentration of the charged surface sites was achieved using the mass balance. Then, by using a 2-pK model it has been possible to determine the pH dependence of the surface charge density. In this work we propose an alternative model to determine of the structural surface charge density of EDL-MF nanoparticles which combines the principles of the mass titration [2] and the PCM. In this approach, called Modified Potentiometric-Conductimetric Method (MPCM), we perform simultaneous potentiometric-conductimetric titrations of the EDL-MF samples starting from acidic medium (pH = 2.0). Then, in the region of the particle surface titration, we deduce the amounts of surface adsorbed/desorbed protons from the material balance measuring the concentration of hydronium ions remaining in dispersion after each addition of titrant. The results of the saturation value of the surface charge density obtained with the MPCM are in very good agreement with that of PCM. Moreover, the pH-dependence of the surface charge determined using the MPCM is more realistic compared with the PCM since it does not require the equilibrium state for the surface protonation/deprotonation process.