Fenômenos de superfície V - Exercícios - Física, Notas de estudo de Física. Universidade Federal da Bahia (UFBA)
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A_Santos8 de Março de 2013

Fenômenos de superfície V - Exercícios - Física, Notas de estudo de Física. Universidade Federal da Bahia (UFBA)

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Apostilas e exercicios de Física da Universidade Federal Fluminense, sobre o estudo dos Fenômenos de superfície.
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Universidade Federal Fluminense - Departamento de Físico-química. Disciplina: Físico-química V - Lista de exercícios - 2/2007 - Fenômenos de superfície 1

1. A tensão superficial da interface água/ar a 1 atm é dada pela seguinte tabela a várias

temperaturas: T / oC 20,0 22,0 25,0 28,0 30,0

γ / 10-3 N/m 72,75 72,44 71,97 71,50 71,18 a. Calcular a entalpia e entropia superficial a 25 oC. R. 2,83.10-6 cal/cm2, 3,74.10-9 cal/K.cm2. b. Se um sólido finamente dividido, já previamente umedecido, for colocado em um recipiente

de água, calor será liberado. Calcular o calor desprendido por 10 g de carvão, cuja área superficial é de 200 m2/g. R. 56,58 cal.

2. A tensão superficial do acetato de etila a 0 oC é 26,5 mN/m e sua temperatura crítica é 523,2 K.

Estime sua tensão superficial a 50 oC. O valor experimental é 20,2 mN/m. 3. Duas placas verticais paralelas separadas 0,1 cm são parcialmente mergulhadas em um líquido

de densidade 1,1 g/cm3 que umedece as placas. Encontre uma expressão para a elevação capilar do liquido. Se esta elevação for 1,3 cm, qual a tensão superficial do líquido?

4. Um cilindro metálico tem um pequeno furo no fundo. O buraco é suave e circular com diâmetro

0,04 mm. Calcule a profundidade que o recipiente pode ser preenchido com antes que a água comece a gotejar pelo buraco. Considere a densidade da água 1,0 g/cm3 e a tensão superficial 72 dina/cm.

5. Encontre a expressão em função dos trabalhos de adesão e coesão para o coeficiente de

espalhamento de uma substância C na interface entre dois líquidos imiscíveis A e B. 6. Água a 20 oC repousa em naftaleno sólido com um ângulo de contanto de 90o. Calcule o

trabalho de adesão da água sobre naftaleno. 7. O Trabalho de adesão para a interface água-acetato de celulose é de 115,9 mJ.m-2. Sabendo que

a água molha um filme de acetato de celulose com um ângulo de 53,7o. calcule a tensão superficial do acetato de celulose. Considere a aproximação para a tensão interfacial água- acetato de celulose. R:46,1.10-3 N/m

γLS = γS + γL – 2 (γS. γL)1/2 8. A 20 oC a densidade do CCl4 é 1,59 g/cm3 e γ = 26,95 mN/m. A pressão de vapor é 11,50 kPa.

Calcule a pressão de vapor de gotas com raio 0,1 μm. Dado: M = 152 g/mol. R.: 11,75 kPa. 9. Calcular a solubilidade dos cristais de BaSO4 de arestas com comprimento de 1 μm, 0,1 μm e

0,01 μm, relativamente à solubilidade dos cristais comuns a 20 oC. Assumir γ = 500.10-3 N/m e ρsolido = 4,50 g/cm3. R.: 1,066; 1,8935; 592,44

10. A 20 oC, a tensão interfacial entre n-hexano e água é 52,2 erg/cm3. As densidades de n-hexano e

água são 0,6599 g/cm3 e 0,9982 g/cm3, respectivamente. Assumindo ângulo de contato nulo calcule a elevação capilar a 20 oC em um tubo com diâmetro interno 0,350 mm imerso em um sistema bifásico n-hexano-água.

11. Uma solução aquosa com 2 % de surfactante apresenta uma tensão superficial de 69,0 dina/cm

a 20 oC. Calcule a área ocupada por uma molécula do surfactante. 12. O comportamento da tensão superficial de soluções aquosas de ácido butírico, a 19oC é dado

pela expressão abaixo, onde γo é a tensão superficial da água pura e c é a concentração da

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Universidade Federal Fluminense - Departamento de Físico-química. Disciplina: Físico-química V - Lista de exercícios - 2/2007 - Fenômenos de superfície 2

solução. Calcular o excesso superficial do ácido quando a concentração da solução for 0,20 mol/l. R.: 4,3 x 10-10 mol/cm2.

γ = γo - 13,10 (dina/cm) [ ln (1 + 19,62 (l/mol) c)] . 12. As tensões superficiais de soluções de NH4NO3, a 20 C, são dadas na tabela abaixo.

Considerando a teoria de adsorção de Gibbs, determine o excesso superficial para a solução 1,00M. R.:-3,65.10-7mol/m2

C / M 0,50 1,00 2,00 3,00 4,00 γ / 10-3 N/m 73,25 73,75 74,65 75,52 76,33

14. Na adsorção de um gás por carvão ativo, tem-se a isoterma, a 297 K,

p pn

.187,01 .00361,0

+ =

onde n é o numero de moles do gás adsorvido por um grama de adsorvente, e p é a pressão de equilíbrio do gás com o gás adsorvido, em atm. Num frasco de 10 L, a 297 K, contendo o gás sob pressão de 0,1 atm, introduzem-se 10 g dede carvão. Desprezando o volume do adsorvente, estimar a pressão residual do gás. R.: 0,09 atm

15. Os dados abaixo são os da adsorção química de hidrogênio sobre o cobre em pó, a 25 oC.

Verifique que a adsorção é de Langmuir nos recobrimentos baixos. Estime K para o equilíbrio da adsorção e o volume adsorvido correspondente ao recobrimento completo.

p/torr 0,19 0,97 1,90 4,05 7,50 11,95 V/cm3 0,042 0,163 0,221 0,321 0,411 0,471

16. Para H2 adsorvido em pó de tungstênio os seguintes dados foram encontrados

θ 0,005 0,005 0,10 0,10 0,10 0,10 p/torr 0,0007 0,03 8 23 50 98,2 t/ 0C 500 600 500 600 700 800

onde p é a pressão de H2 em equilíbrio com tungstênio com cobertura parcial θ. Encontre o calor de adsorção para θ = 0,005 e θ = 0,10.

17. Num processo de tratamento descontinuo de um óleo comestível, visando-se a baixar o teor de impureza, opera-se a 25 oC, juntando-se a um volume conhecido de óleo uma certa massa de carvão ativo. Calcular a massa de carvão necessária para tratar 100 litros de óleo nas seguintes circunstâncias:

• Teor inicial de impureza: 1 % (1,0 g em 100 litros) • Teor final desejado de impureza: 0,001 % • Isoterma da adsorção da impureza no carvão:

c m x 6,0=

onde x é a massa de impureza adsorvida na massa m do carvão e c é a concentração da impureza no óleo em equilíbrio com o carvão, em gramas por litro. Qual a concentração final se a quantidade de carvão for a metade da calculada? R.: 526,5 g; 0,004 %

18. Os dados abaixo foram obtidos para a adsorção do ácido acético em soluções aquosas contendo

carvão ativo. (volume de solução: 200 mL). Mostrar que estes dados se ajustam à isoterma de Freundlich e determine os valores das duas constantes da equação. R.: 0,279; 2,68

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Co (M) antes de adicionar carvão Ce (M) - equilíbrio m de carvão (g)

0,503 0,434 3,96 0,252 0,202 3,94 0,126 0,0899 4,00

0,0628 0,0347 4,12 19. Os dados abaixo são para adsorção de N2 em rutilo a 75 K, onde p está em milímetros de

mercúrio e V em centímetros cúbicos por grama nas CNTP. Faça um gráfico de acordo com a isoterma BET e calcule V∞. c e área superficial específica. A pressão de vapor (em mm Hg) do N2 é dada por

T T

po .0056286,071057,78,339log −+−=

p 1,17 14,00 45,82 87,53 127,7 164,4 V 600,06 719,54 821,77 934,68 1045,75 1146,39

20. Quando plotados na forma linear da equação BET os dados para adsorção de N2 em grafite a 77

K fornecem um coeficiente linear de 0,004 e uma inclinação de 1,7 (ambos em centímetros cúbicos CNTP por grama). Calcule a área específica do sólido assumindo uma área molecular de 16 Ǻ2 para N2. Calcule o calor de adsorção para a primeira camada. O calor de condensação do N2 é 1,3 Kcal/mol.

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