RELATÓRIO 5 - TENSÃO SUPERFICIAL

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CAMPUS VILA VELHA
FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL
Turma: Licenciatura em Química
Alunas: Deborah Pimentel, Diego Suhet e Quézia Costa
Título: Tensão Superficial
Data: 03/05/2022
1. INTRODUÇÃO
Os líquidos tendem a adotar formas que tornam mínima a sua área superficial, de
modo que o número máximo de moléculas fica no interior da fase líquida, envolvidas
pelas moléculas vizinhas e com elas interagindo. As gotículas de líquido, por isso,
tendem a ser esféricas, pois a esfera é a forma que tem a menor área superficial
para um dado volume. Entretanto, é possível que outras forças também estejam
presentes competindo contra a tendência do líquido em adquirir essa forma ideal,
em particular as forças da gravidade terrestre, que tendem a achatar as esferas em
poças ou oceanos (ATKINS, 2008).
A tensão superficial surge nos líquidos como resultado do desequilíbrio entre as
forças agindo sobre as moléculas da superfície em relação àquelas que se
encontram no interior da solução. Em outras palavras, a tensão superficial pode ser
definida como a força resultante da atração entre as moléculas do interior do líquido
pelas moléculas na sua superfície (ADAMSON.; GAST, 1997).
Quando se coloca água em uma superfície encerada, ela 'se espalha em bolhas',
formando esferas distorcidas. Esse comportamento deve-se a um desequilíbrio das
forças intermoleculares na superfície do líquido. As moléculas no interior são
atraídas igualmente em todas as direções, enquanto as da superfície sofrem uma
força líquida para o interior. Essa força para o interior atrai as moléculas da
superfície para dentro, reduzindo a área superficial. Essa força para o interior
também ocasiona o empacotamento das moléculas de forma mais densa, fazendo
com que o líquido comporte-se quase como se ele tivesse uma pele. Esse efeito
permite que uma agulha colocada com muito cuidado na superfície da água flutue e
alguns insetos 'caminhem' na água mesmo se suas densidades forem maiores que
a da água (BROWN, 2005).
Uma medida das forças para o interior que devem ser vencidas para que a área
superficial de um líquido seja expandida é determinada por sua tensão superficial. A
tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área superficial de um
líquido em quantidade unitária. Por exemplo, a tensão superficial da água a 20º C é
7,29 x 10-2 J/m2, que significa que se deve fornecer uma energia de 7,29 x 10-2 J/m2
para aumentar a área superficial de determinada quantidade de água em 1 m2. A
água tem alta tensão superficial por causa de suas fortes ligações de hidrogênio. A
tensão superficial do mercúrio é ainda maior (4,6 x 10-1 J/m2) devido a suas ligações
metálicas ainda mais fortes entre os átomos de mercúrio (BROWN, 2005).
Quanto mais forte as forças intermoleculares, maior a viscosidade, ou resistência ao
fluxo de um líquido. A tensão superficial de um líquido também aumenta à medida
que as forças intermoleculares aumentam em intensidade. A tensão superficial é
uma medida da tendência de um líquido em manter uma
área superficial mínima. A adesão de um líquido às paredes de um tubo estreito e a
coesão do líquido explicam a ação capilar e a formação de meniscos em sua
superfície (BROWN, 2005).
2. OBJETIVOS
Medir a tensão superficial relativa de líquidos puros e de soluções bem como
verificar o efeito do etanol sobre a tensão superficial da água.
3. MATERIAIS E REAGENTES
● Acetona P.A;
● Água destilada;
● Álcool etílico P.A;
● Balança analítica;
● Béquer 50 mL;
● Bureta 25 mL
● Garra dupla metálica
● Solução “X”
● Suporte universal
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Com uma garra, prendeu-se uma bureta de 25 mL em um suporte universal.
Pesou-se um béquer de 50 mL vazio em uma balança analítica e mediu-se a
temperatura da água. Completou-se o volume da bureta com água e contou-se a
quantidade de gotas formadas em um volume de 1 mL. Pesou-se o béquer em que
fez-se a contagem de gotas. Fez-se em triplicata.
Posteriormente o experimento foi repetido com misturas de 25 土 0,5 mL de água e
etanol em diferentes proporções, sendo elas: (1) 70% água e 30% etanol; (2) 50%
água e 50% etanol; (3) 30% água e 70% etanol; (4) somente etanol; (5) somente
acetona; (6) mistura desconhecida de etanol e água. Todo o procedimento foi
realizado em triplicata.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Utilizou-se no experimento uma técnica em que consistia a contagem de gotas da
bureta, onde fez-se uma relação e assim seria possível calcular o peso de cada
gota. Neste método, a tensão superficial é calculada relacionando o volume da
amostra retirada da bureta pelo número de gotas contadas enquanto esse volume
era subtraído.
A água destilada utilizada para realização do experimento estava em temperatura
ambiente (25º C), portanto foi possível comparar os valores previamente tabelados
de tensão superficial em temperaturas próximas a essa, podemos observar na
Tabela 1.
Tabela 01. Tensão superficial da água conforme a temperatura.
Temperatura da
água (ºC)
Tensão superficial
(dina.cm-1)
20 72,75
25 71,97
30 71,18
Fonte: Apostila de Físico-Química experimental, 2022.
De acordo com a tabela, foi possível constatar que a tensão superficial da água a 25º
C é de 71,97 dina.cm-1. Depois de apresentados os dados tabelados, iniciou-se a
experimentação, onde contou-se as gotas até que 1 mL da bureta fosse retirado e
pesado num béquer de massa conhecida. Os dados obtidos estão representados na
tabela 2.
Tabela 2. Massa e número de gotas de soluções hidroalcoólicas e acetona a 25º C.
Tubo Solução (v/v) Massa e nºde gotas 1
Massa e nº
de gotas 2
Massa e nº
de gotas 3
Massa/gotas
média
Desvio
Padrão
Tensão
superficial
Y / dina
cm-1
1 70% água +30% etanol
52 gotas
0,9512 g
51 gotas
0,9675 g
48 gotas
0,9504 g
50,33 gotas
0,9563 g 0,00965004 34,48
2 50% água +50% etanol
56 gotas
0,9337 g
57 gotas
0,9563 g
59 gotas
0,9495 g
57,33 gotas
0,9465 g 0,01159482 29,96
3 30% água +70% etanol
63 gotas
0,8472 g
61 gotas
0,8463 g
64 gotas
0,8401 g
62,66 gotas
0,8445 g 0,0038656 24,45
4 Etanol 68 gotas0,7591 g
68 gotas
0,7673 g
68 gotas
0,7608 g
68 gotas
0,7624 g 0,00432781 20,34
5 Acetona 59 gotas0,7192 g
59 gotas
0,7496 g
58 gotas
0,7650 g
58,66 gotas
0,7446 g 0,0233057 23,03
6 X 62 gotas0,9095 g
60 gotas
0,9122 g
59 gotas
0,9151 g
60,33 gotas
0,9123 g 0,00280059 27,44
7 Água 25 gotas0,9844 g
26 gotas
1,0160 g
25 gotas
1,0137 g
25,33 gotas
1,0047 g 0,01761788 71,97
Fonte: autoral
O valor da tensão superficial da água foi retirado da literatura; os outros foram
calculados experimentalmente. O valor da densidade utilizado no cálculo de tensão
superficial é a massa média da água obtida, já que o volume padrão adotado foi 1
mL. Com os valores obtidos, foi possível calcular a tensão superficial da acetona e
do etanol puro e em solução, por meio da equação 1 abaixo.
γ
𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜
= 
ρ
𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜
 𝑛
á𝑔𝑢𝑎 
 γ
á𝑔𝑢𝑎
 
ρ
á𝑔𝑢𝑎
 𝑛
𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 
Equação 1
Abaixo estão apresentados os cálculos para os tubos da tabela 2.
γ
70% á𝑔𝑢𝑎 + 30%𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
= 0,9563 𝑥 25,33 𝑥 71,97 1,0047 𝑥 50,33 = 34, 48 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚
−1
γ
50% á𝑔𝑢𝑎 + 50%𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
= 0,9465 𝑥 25,33 𝑥 71,97 1,0047 𝑥 57,33 = 29, 96 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚
−1
γ
30% á𝑔𝑢𝑎 + 70%𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
= 0,8445 𝑥 25,33 𝑥 71,97 1,0047 𝑥 62,66 = 24, 45 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚
−1
γ
𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
= 0,7624 𝑥 25,33 𝑥 71,97 1,0047 𝑥 68 = 20, 34 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚
−1
γ
𝑎𝑐𝑒𝑡𝑜𝑛𝑎
= 0,7446 𝑥 25,33 𝑥 71,97 1,0047 𝑥 58,66 = 23, 03 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚
−1
γ
𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑋
= 0,9123 𝑥 25,33 𝑥 71,97 1,0047 𝑥 60,33 = 27, 44 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚
−1
A 25º C sabe-se que à tensão superficial da água é de 71,97 e que a 20 º𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚−1
C esse valor é de 72.75 . SHAW (1975) descreve a tensão superficial𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚−1
teórica na temperatura de 20º C para a acetona de 23,7 e para o etanol𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚−1
de 22,3 . Os valores teóricos estão próximos dos valores encontrados𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚−1
para ambos que foram, respectivamente,23,03 e 20,34 .𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚−1
Apesar de todos os erros relacionados ao método como repetidas pesagens,
contagem de gotas e temperatura, os valores são satisfatórios por estarem próximos
ao teórico na margem de temperatura analisada teórica e experimentalmente, entre
20 e 25º C.
Foi plotado um gráfico para as soluções hidroalcoólicas, relacionando a tensão
superficial e a concentração das misturas, como pode ser visto no gráfico 1.
Gráfico 1 - Tensão superficial pela concentração das soluções hidroalcoólicas
Fonte: autoral.
Com base na equação da reta obtida, pode-se determinar a concentração de etanol
presente na solução desconhecida, substituindo y pelo valor da tensão superficial
dessa mistura, a partir dos cálculos a seguir:
𝑦 =− 20, 522𝑥 + 40, 134
27, 44 =− 20, 522𝑥𝑥 + 40, 134
𝑥 = 0, 62 → 62%
Assim, temos que a concentração de etanol presente na amostra “X” é de 62%,
portanto, 38% de água. O valor se apresenta próximo ao da amostra 3 descrito na
Tabela 2.
6. CONCLUSÃO
Através do experimento realizado pode-se observar a variação no comportamento
das substâncias trabalhadas conforme sua proporção na solução se altera, além
das interações uma com a outra, podendo ser possível calcular a tensão superficial
de cada uma delas. A tensão superficial encontrada para a acetona foi de
e do etanol , valores satisfatórios por serem23, 03 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚−1 20, 34 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚−1
aproximados da literatura, que trás seus valores como sendo de 23,7 para𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚−1
a acetona e de 22,3 para o etanol. A solução X teve seu teor de etanol𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚−1
encontrado, que foi de 62% para 38% de água.
Para as soluções hidroalcoólicas foi possível determinar seus valores de tensão
conforme a proporção de etanol em cada uma delas. Pode-se observar também que
quando calculamos a tensão superficial da água, o etanol vai influenciar diretamente
neste resultado visto que ele diminui consideravelmente a tensão superficial da
água. O motivo para etanol diminuir a tensão superficial da água é que ele modifica
suas forças interfaciais, de forma que aconteça uma ligação mais forte entre as
moléculas da solução. A água possui atrações intermoleculares mais fortes pois a
sua ligação é a de hidrogênio, portanto sua tensão superficial vai ser maior que a
dos outros líquidos utilizados. Pode-se dizer que os resultados obtidos no
experimento foram satisfatórios, pois os valores teóricos estão próximos dos valores
encontrados.
7. REFERÊNCIAS
ADAMSON, A. W.; Physical Chemistry of SurfaceS, 5. ed. New York:
Wiley-Inter-science, 1990.
ATKINS, P. W.; PAULA, J. de. Físico-química, v.2. 8 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência
central. 9 ed. Prentice-Hall, 2005.
DURIGAN, Júlio César. Efeitos de adjuvantes na aplicação e eficácia dos
herbicidas. Jaboticabal: FUNEP, 1993. p. 42.
SHAW, D. J. Introdução à Química dos Colóides e Superfícies (Tradução de J. H.
Maar). Editora Edgard Blucher Ltda. Editora da Universidade de São Paulo, 1975,
185p.