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Tensao Superficial, Notas de estudo de Química

As moléculas na superfície de um líquido estão sujeitas a forte força de atração das moléculas interiores. A resultante dessas forças, - cuja direção é a mesma de plano tangente à superfície (em qualquer ponto desta) - atua de maneira a que a superfície líquida seja a menor possível. A grandeza desta força, atuando perpendicularmente (por unidade de comprimento) ao plano na superfície é definida como tensão superficial γ

Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 26/11/2009

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giselle-bussi-10 🇧🇷

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TENSÃO SUPERFICIAL
1. MÉTODO DO PESO DA GOTA
INTRODUÇÃO TEÓRICA
As moléculas na superfície de um líquido estão sujeitas a forte força de atração das
moléculas interiores. A resultante dessas forças, - cuja direção é a mesma de plano tangente à
superfície (em qualquer ponto desta) - atua de maneira a que a superfície líquida seja a menor
possível. A grandeza desta força, atuando perpendicularmente (por unidade de comprimento)
ao plano na superfície é definida como tensão superficial γ. A dimensão da tensão superficial
é força por unidade de comprimento, sendo no sistema SI igual a N/m.
A superfície ou interface onde a tensão existe está situada entre o líquido e seu vapor
saturado no ar, normalmente a pressão atmosférica. A tensão pode também existir entre dois
líquidos imiscíveis, sendo então chamada de tensão interfacial.
Um dos métodos utilizados para medir tensão superficial é o método do peso da gota.
Este método, assim como todos aqueles que envolvem separação de duas superfícies, depende
da suposição de que a circunferência multiplicada pela tensão superficial é a força que
mantém juntas as duas partes de uma coluna líquida. Quando esta força está equilibrada pela
massa da porção inferior, a gota se desprende.
A tensão superficial é calculada pela equação
2π r γ = mi g (Lei de Tate) (1)
onde: mi massa de uma gota ideal
r raio do tubo (externo se o líquido molhar o tubo)
g aceleração da gravidade
Esquema de uma gota formada
a partir de um capilar
Na prática, o peso da gota obtido, é sempre menor que o peso da gota ideal. A razão
disto torna-se evidente quando o processo de formação da gota é observado mais de perto. A
figura abaixo ilustra o que realmente acontece.
Representações esquemáticas da formação e desprendimento de
uma gota formada a partir de um capilar
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TENSÃO SUPERFICIAL

1. MÉTODO DO PESO DA GOTA

INTRODUÇÃO TEÓRICA

As moléculas na superfície de um líquido estão sujeitas a forte força de atração das moléculas interiores. A resultante dessas forças, - cuja direção é a mesma de plano tangente à superfície (em qualquer ponto desta) - atua de maneira a que a superfície líquida seja a menor possível. A grandeza desta força, atuando perpendicularmente (por unidade de comprimento) ao plano na superfície é definida como tensão superficial γ. A dimensão da tensão superficial é força por unidade de comprimento, sendo no sistema SI igual a N/m. A superfície ou interface onde a tensão existe está situada entre o líquido e seu vapor saturado no ar, normalmente a pressão atmosférica. A tensão pode também existir entre dois líquidos imiscíveis, sendo então chamada de tensão interfacial. Um dos métodos utilizados para medir tensão superficial é o método do peso da gota. Este método, assim como todos aqueles que envolvem separação de duas superfícies, depende da suposição de que a circunferência multiplicada pela tensão superficial é a força que mantém juntas as duas partes de uma coluna líquida. Quando esta força está equilibrada pela massa da porção inferior, a gota se desprende.

A tensão superficial é calculada pela equação

2 π r γ = mi g (Lei de Tate) (1)

onde: mi→ massa de uma gota ideal r → raio do tubo ( externo se o líquido molhar o tubo) g → aceleração da gravidade Esquema de uma gota formada a partir de um capilar

Na prática, o peso da gota obtido, é sempre menor que o peso da gota ideal. A razão disto torna-se evidente quando o processo de formação da gota é observado mais de perto. A figura abaixo ilustra o que realmente acontece.

Representações esquemáticas da formação e desprendimento de uma gota formada a partir de um capilar

Observa-se que somente a porção mais externa da gota é que alcança a posição de instabilidade e cai. Perto de 40% do líquido que forma a gota permanece ligado ao tubo. Para corrigir o erro causado pelo peso da gota, introduz-se na equação descrita anteriormente o fator de correção f.

Assim:

m g

2 r f (2)

O fator de correção f é uma função do raio do tubo e do volume da gota. Estes valores são tabelados abaixo:

Tabela Fator de correção para o método do peso da gota

r/V1/3^ f r/V1/3^ f r/V1/3^ fa 0.00 (1.0000) 0.75 0.6032 1.225 0. 0.30 0.7256 0.80 0.6000 1.25 0. 0.35 0.7011 0.85 0.5992 1.30 0. 0.40 0.6828 0.90 0.5998 1.35 0. 0.45 0.6669 0.95 0.6034 1.40 0. 0.50 0.6515 1.00 0.6098 1.45 0. 0.55 0.6362 1.05 0.6179 1.50 0. 0.60 0.6250 1.10 0.6280 1.55 0. 0.65 0.6171 1.15 0.6407 1.60 0. 0.70 0.6093 1.20 0.

a (^) Os valores desta coluna são menos exatos que os das outras.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Determinação do diâmetro do tubo de vidro

O diâmetro do tubo pode ser medido utilizando-se um paquímetro ou obtido a partir da massa de uma gota de um líquido padrão, cujo valor da tensão superficial seja conhecido. A massa de uma gota de água pura a 20° C, para tubos de diferentes diâmetros, são relacionados na Tabela 2. Para temperaturas superiores ou inferiores a 20° C, mas não muito diferentes, pode-se usar a seguinte relação para calcular a massa da gota da água a 20°C.

Precauções:

Limpeza é essencial em medidas de tensão superficial. Pequenas quantidades de impurezas afetam muito as propriedades superficiais. Portanto, limpe muito bem todo o material a ser usado na experiência. Se o líquido for volátil, é necessário que as gotas sejam recolhidas em recipientes fechados. Além disto, a primeira gota deverá ser "tombada" durante aproximadamente 5 min para que o recipiente fique saturado nos vapores do líquido em questão. Neste caso, é também necessário fazer duas medidas. Uma com aproximadamente 15 gotas e outra com 5 gotas. A diferença de peso entre as duas medidas dará o peso de uma gota livre do peso do vapor. (peso 15 gotas - peso 5 gotas = peso 10 gotas sem vapor).

BIBLIOGRAFIA
  1. Adamson, A.W. ; Physical Chemistry of Surfaces. John Wiley & Sons, 4ª edição.
  2. Shaw,D.J. ; Química dos coloides e de superfícies. Editora Edgard Blucher,cap.4.
  3. Daniels et al ; Experimental Physical Chemistry.
QUESTIONÁRIO:
  1. Apresente em forma de tabela os resultados experimentais obtidos.
  2. A equação utilizada na determinação da tensão superficial pelo método do peso da gota é γ = mg/2πrf. O significa cada termo da equação? Porque é necessário medir tanto a massa quanto o volume da gota? A que se deve o fator de correção f? Como a tabela de f em função de r/V1/3 pode ser construida experimentalmente?
  3. Determine a tensão superficial da água e das soluções aquosa de n-butanol.
  4. Faça um gráfico da tensão superficial da solução aquosa de n-butanol em função da concentração.
  5. Discuta o comportamento que deveria ter o gráfico anterior se o n-butanol fosse substituído por etanol ou hexanol.
  6. Baseado na regra de Traube e no gráfico abaixo para o n-butanol em solução aquosa, a 20º C, preveja a tensão superficial de soluções de etanol nas concentrações de 0, mol.L-1^ e 0,6 mol.L-1.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,

30

40

50

60

70

80

Tensão superficial

mN/m

[n-butanol] (mol/L) Tensão superficial de soluções aquosas de n-butanol a 20º C.