cmc Relatório

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ÁREA: Química Orgânica
TÍTULO: PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DE TENSOATIVOS
AUTORES: TAVARES, L. C. (UFPA) ; BATALHA, F.N. (UFPA) ; MOREIRA, R. F. (UFPA) ; VILAR, D.A.N. (UFPA) ; BARRA, I. M. M. (IFPA) ; FREITAS,C. A. B. (UFPA) ; MARINHO, V. H. S. (UFPA)
RESUMO: Os tensoativos ou surfactantes são compostos anfifílicos com tendência de formar 
agregados chamados micelas. A concentração micelar crítica (CMC), corresponde a 
concentração mínima na qual se inicia a formação de micelas, sendo esta uma importante 
característica de um surfactante. Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivo 
realizar um estudo preliminar de cunho teórico, tipo revisão bibliográfica, a respeito 
da importância de tensoativos para uma gama de atividades industriais. Os resultados 
obtidos com esta pesquisa reafirmam a potencialidade dos tensoativos de modificar 
diferentes propriedades reacionais, o que é muito interessante para os diversos setores 
da indústria.
PALAVRAS CHAVES: tensoativos; aplicações industriais; micelas. 
INTRODUÇÃO: Os tensoativos ou surfactantes são moléculas anfifílicas caracterizadas por possuírem 
uma região hidrofílica e outra hidrofóbica, que em solução aquosa formam agregados 
chamados micelas. A formação das micelas não é estática, pelo contrário, a dinâmica 
das dissociações micelares é importante por participar de numerosas reações de 
solubilização de solutos ou espécies insolúveis. A quantidade solubilizada é em geral 
diretamente proporcional à concentração do tensoativo, desde que a concentração do 
tensoativo seja igual ou superior a CMC e que existam várias possibilidades de 
solubilização no sistema micelar (MANIASSO, 2001). Nesse contexto, destaca-se o uso 
de tensoativos em diversos setores industriais como na produção de fármacos, 
detergentes, óleos para automóveis, emulsificações, entre outros. A partir de sua 
característica anfifílica, o tensoativo possui propriedades reacionais muito 
importantes, em especial a de solubilizar compostos poucos solúveis. Portanto, o 
objetivo deste trabalho é de mostrar, através de uma pesquisa bibliográfica, a imensa 
importância das propriedades tensoativas em processos industriais.
MATERIAL E MÉTODOS: Para a composição deste trabalho, a metodologia utilizada teve como base uma pesquisa 
bibliográfica de caráter qualitativo a cerca dos conceitos básicos sobres os 
tensoativos, bem como sobre a importância de suas propriedades para a indústria, 
contribuindo, desse modo, com setores industriais de limpeza, cosmética, petrologia, 
famacologia, entre outros que são muito úteis para a sociedade em geral. Com estas 
informações necessariamente coletadas, foi possível realizar o estudo sobre estas 
propriedades que, explicadas quimicamente, evidenciam a relevância e a justificativa 
deste trabalho.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os tensoativos são moléculas anfifílicas caracterizadas por possuírem as regiões 
estruturais hidrofílica e hidrofóbica, que dinamicamente se associam espontaneamente 
em solução aquosa formando as micelas (agregados de dimensões coloidais) responsáveis 
pela solubilização de espécies insolúveis. A concentração mínima para se iniciar o 
processo de formação das micelas é denominada concentração micelar crítica (MORAES et 
al, 2004). Abaixo da CMC, o tensoativo está na forma de monômeros e quando se 
aproxima dela é gerada uma estrutura na qual os grupos hidrofílicos (cabeças) ficam 
muito próximos formando uma superfície polar, enquanto que a cadeia linear (cauda) 
forma um núcleo apolar. A CMC depende da estrutura do tensoativo, pois, à medida que 
as micelas vão sendo formadas, ocorrem mudanças nas propriedades físicas do 
tensoativo, como espalhamento da luz, viscosidade, tensão superficial, e a 
solubilização de solutos, dentre outras. Estas propriedades fazem os surfactantes, 
naturais ou sintéticos, serem adequados para uma ampla gama de aplicações industriais 
como a emulsificação, a detergência, a farmacologia, a cosmética, a lubrificação, 
solubilização e dispersão de fases (NITSCHKE et al,2002). Os tensoativos são 
classificados como não-iônico (derivados polioxietileno e polioxipropileno), 
catiônicos (ionizam-se em solução aquosa, liberando íons orgânicos carregados 
positivamente), aniônicos (ionizam-se em solução aquosa, liberando íons orgânicos 
carregados negativamente) ou anfóteros (possuem ambos grupos catiônicos e aniônicos 
no meio hidrofóbico). Dessa forma, o emprego de agentes tensoativos nos diversos 
setores industriais evidenciam a importância de suas propriedades reacionais, 
demonstrando ser um campo que pode ser mais bem explorado e altamente promissor.
CONCLUSÕES: O uso de tensoativos tem se mostrado importante, principalmente na indústria de 
petróleo, na indústria de produtos de limpeza e na indústria de cosméticos e produtos 
de higiene. Seu uso é justificado por suas propriedades relacionadas com sua 
característica anfifílica. Portanto, o estudo a cerca dos tensoativos é de extrema 
importância devido suas propriedades úteis para a indústria, em especial a 
solubilização de compostos pouco solúveis. 
AGRADECIMENTOS: 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: NITSCHKE, Marcia e PASTORE, Gláucia Maria. Biossurfactantes: propriedades e aplicações. Quím. Nova. 2002, vol.25, n.5 ISSN 0100-4042.
MANIASSO, Nelson. Ambientes micelares em química analítica. Quím. Nova . 2001, vol.24, n.1, pp. 87-93. 
MORAES, Solange Leite de and REZENDE, Maria Olímpia Oliveira. Determinação da concentração micelar crítica de ácidos húmicos por medidas de condutividade e espectroscopia. Quím. Nova. 2004, vol.27, n.5, pp.701-705. 
Surfactante é uma palavra derivada da contração da expressão “surface active agent”, termo que significa, literalmente, agente de atividade superficial. Outro termo em português que designa o mesmo tipo de substância é tensoativo. O surfactante (ou tensoativo) é um composto caracterizado pela capacidade de alterar as propriedades superficiais e interfaciais de um líquido. O termo interface denota o limite entre duas fases imiscíveis, enquanto o termo superfície indica que uma das fases é gasosa. Outra propriedade fundamental dos surfactantes é a tendência de formar agregados chamados micelas que, geralmente, formam-se a baixas concentrações em água. A concentração mínima na qual inicia-se a formação de micelas chama-se concentração micelar crítica (CMC), sendo esta uma importante característica de um surfactante. Estas propriedades tornam os surfactantes adequados para uma ampla gama de aplicações industriais envolvendo: detergência, emulsificação, lubrificação, capacidade espumante, capacidade molhante, solubilização e dispersão de fases. Quando o surfactante é produzido por um microrganismo é chamado biossurfactante.
Índice
  [esconder] 
1 Surfactante Alveolar
1.1 Neonatologia
1.2 Agricultura
2 Referências
Surfactante Alveolar[editar | editar código-fonte]
Neonatologia[editar | editar código-fonte]
Surfactante Alveolar é uma espécie de substância secretado dentro dos alvéolos pela membrana alveolar, é uma mistura de moléculas lipoproteicas, produzidas pelas células secretoras do epitélio alveolar. Também conhecida como agente tensoativo, essa substância reduz a tensão superficial do líquido presente nosalvéolos. Substância Surfactante é uma lipoproteína que diminui a força de coesão entre moléculas de água localizadas na membrana alveolar; suas células secretoras são globosas e denominadas Pneumócitos II. Sua produçao começa na 30ª semana de gestação e é essencial que esteja sendo produzido em quantidade suficiente ao nascimento do feto, pois do contrário haverá o colabamento dos alvéolos quando o recém-nascido entrar em contato com o ar.
Agricultura[editar | editar código-fonte]
Surfactante na maioria das vezes utilizados na agricultura correspondem a um aumento de 25 % da eficiência dos produtos
O surfactante é um agente tensoativo na água, o que significa que ele reduz acentuadamente a tensão superficialda água. Na verdade trata-se de uma mistura complexa de vários fosfolipídios, proteínas e íons que nos alvéolos é responsável por manter a tensão superficial variável impedindo que os alvéolos se colabem criando o que chamamos de interdependência alveolar.
O surfactante não se dissolve uniformemente na água por ser uma substância estruturalmente anfipática. Em outras palavras, possui uma cabeça hidrofílica que se dissolve na água, e duas caudas hidrofóbicas que se orientam em direção ao ar.
Referências[editar | editar código-fonte]
GUYTON, Athur C.; HALL, John E. - Tratado de Fisiologia Médica - 10ª edição - Editora Guanabara Koogan, Rio de janeiro, 2002, p. 408.
Concentração micelar crítica
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É a menor concentração onde ocorre a formação de micelas de um surfactante. O aumento da concentração de surfactante após este ponto tem pouco efeito natensão superficial da solução na qual o surfactante está presente.
A concentração onde inicia o processo de formação das micelas (micelização) é chamada de concetração crítica micelar, CMC, que é uma propriedade intrínseca e característica do surfactante.
A adsorção do surfactante na superfície (interface líquido/ar) depende da concentração do mesmo na solução. Em baixas concentrações, as moléculas do surfactante se distribuem na superfície, ficando paralelamente orientadas. Com o aumento da concentração de surfactante, diminui a área disponível em relação ao número de moléculas e, conseqüentemente, tem início uma ligeira ordenação das mesmas em relação à superfície. A orientação vai depender da natureza da superfície se hidrofílica ou hidrofóbica. Em alta concentração há formação de uma camada unidirecional; esta concentração é conhecida como concentração micelar crítica (CMC) (PORTER, 1994).
NTRODUÇÃO
Tensoativos são moléculas anfifílicas caracterizadas por possuírem ambas as regiões estruturais hidrofílica e hidrofóbica, que dinamicamente se associam espontaneamente em solução aquosa a partir de uma determinada concentração denominada concentração micelar crítica (CMC)1. Acima dessa concentração, as moléculas do tensoativo formam grandes agregados moleculares de dimensões coloidais. A esses agregados, que geralmente contem 60 a 100 moléculas do tensoativo, dá-se o nome de micelas2. Geralmente, em solução aquosa, as moléculas do tensoativo agregam-se formando uma esfera com caudas hidrofóbicas voltadas para o seu interior e os grupos hidrofílicos ou carregados, voltados para fora. Abaixo da CMC, o tensoativo está predominantemente na forma de monômeros2. A CMC depende da estrutura do tensoativo (tamanho da cadeia do hidrocarboneto) e das condições do meio (concentração iônica, contra-íons, temperatura etc.)3-5. As micelas são termodinamicamente estáveis e facilmente reprodutíveis.
Ácidos húmicos como tensoativos
Um dos principais constituintes orgânicos presentes no solo são as substâncias húmicas. Essas substâncias consistem de uma mistura complexa de restos de animais e vegetais, em vários estágios de decomposição. No solo, essas substâncias possuem grande capacidade de retenção de calor, influenciando na germinação de raízes, além de possuírem papel importante no transporte de compostos orgânicos no ambiente. Devido a diferentes condições de formação, sua estrutura é indefinida podendo variar de região para região. As substâncias húmicas podem ser classificadas de acordo com a solubilidade em meio aquoso: ácido húmico, insolúvel em meio ácido e solúvel em meio alcalino; ácido fúlvico, solúvel em meio alcalino e em meio ácido e humina, insolúvel em ambos os meios12,13. Dentre essas frações, o ácido húmico (HA) está presente em maior quantidade.
Uma das mais importantes características dos HA é sua capacidade de solubilizar materiais hidrofóbicos12,14.
Os HA têm sido descritos na literatura com propriedades micelares, apresentando sítios hidrofílicos e hidrofóbicos que são responsáveis, por exemplo, pelo aumento da solubilidade de compostos orgânicos não polares em sistemas aquosos14,15. Essas estruturas de HA são responsáveis pelo fenômeno de agregação entre moléculas húmicas em função das condições do meio, como pH e concentração iônica, bem como interações com contaminantes orgânicos e inorgânicos15,16.
Wandruszca e Engebretson17 sugeriram que a característica tensoativa dos HA em água poderia ser atribuída à formação de pseudo micelas húmicas. Essas pseudo micelas húmicas são agregados de moléculas de HA que são análogas à formação de micelas por detergente. Esses compostos possuem núcleos não polares e superfícies polares. Sua estrutura é menos definida que em um detergente sintético, devido à variação da área e à composição do HA18; o efeito, contudo, é similar. Os HA como pseudo micelas podem formar ambos os processos: intra e intermolecular. No caso intramolecular, a forma do polímero espiral do HA dobra-se criando uma forma molecular que pode ser semelhante a um nó em uma corda19. O interior dessas estruturas contém sítios que retém poluentes orgânicos que são, deste modo, solubilizados e transportados20,21. O processo intermolecular envolve a associação de moléculas de HA, tanto grandes quanto pequenas. O efeito é novamente similar, contudo, requer grande concentração de HA. Ambos os processos de agregação são promovidos pela presença dos íons positivos na solução e pelo aumento na temperatura. Segundo Wandruszca e colaboradores22, o HA funciona melhor como tensoativo na presença de sais dissolvidos. Isso é comprovado nos casos em que o sal contém íons metálicos multivalentes como Mg2+. Íons monovalentes como Na+ e H+ também aumentam esse efeito, porém com menor intensidade16,22,23.
A estrutura do HA per si (considerando vários tipos de HA) também possui uma grande influência na propriedade tensoativa. A área molecular e a flexibilidade são importantes variáveis nessa consideração. HAs contendo estruturas grandes e mais flexíveis formam pseudo micelas mais eficientemente e são tensoativos melhores. Quando a estrutura do HA é reduzida em área, todas as formas de agregação de HA são menores. Moléculas pequenas não são adequadas para a formação de pseudo micelas, nesse caso, as características detergentes diminuem consideravelmente19,24.
A temperatura pode influenciar no comportamento do HA como tensoativo. Quando a temperatura da solução aumenta, os HAs tendem a se agregar mais, tornando-se tensoativos mais eficientes, até as proximidades da separação de fase. Esse fenômeno é denominado como "clouding", o qual é bem conhecido na química dos tensoativos25-28.
Tradicionalmente, os métodos envolvidos para a determinação da CMC são condutividade elétrica, tensão surperficial, espectrometria e fluorescência, dentre outros. Neste trabalho, utilizando-se a mesma metodologia desenvolvida para a determinação da CMC do dodecilsulfato de sódio (SDS), determinou-se a CMC do HA proveniente de turfa e de vermicomposto. As determinações desses valores foram feitas por medidas de condutividade e espectroscopia UV-VIS.
 
PARTE EXPERIMENTAL
Amostragem
As amostras de HAs estudadas foram provenientes de turfa e vermicomposto. A turfa foi coletada a uma profundidade de 10 a 25 cm, em uma turfeira às margens do rio Mogi-Guaçu, localizada nas proximidades do município de Luiz Antônio, no estado de São Paulo. O vermicomposto foi produzido a partir do esterco bovino tratado com Eisenia foetida. A extração do HA foi realizada segundo o procedimento da Sociedade Internacional de Substâncias Húmicas29 (adaptado).Determinação da CMC
O tensoativo utilizado neste trabalho foi o SDS (C12H25OSO3Na), de procedência Mallinckrodt.
As soluções de SDS e HA utilizadas para a determinação da CMC foram preparadas a partir de uma solução estoque de 50 mmol/L e 200 mg/L, respectivamente, em água. Para o preparo da solução de HA foi necessário adicionar uma pequena quantidade de NaOH 0,1 mol/L para sua dissolução.
Condutividade
O condutivímetro utilizado foi o CD-21, Digimed. O equipamento foi calibrado com solução de KCl 0,01 mol/L. A condutância específica foi de 1411 S/cm, à temperatura de 25 ºC.
Inicialmente adicionaram-se à cela condutimétrica cerca de 50 mL de água ultrapura, seguidos de alguns microlitos da solução estoque de SDS com o auxílio de uma micropipeta (Gilson, pipetman). Homogeneizou-se a mistura por meio de um agitador magnético. Para cada microlitro adicionado registrou-se uma medida. O mesmo procedimento foi realizado para a determinação da CMC do HA em solução aquosa.
Espectroscopia UV-VIS
O método de determinação da CMC por espectroscopia de absorção UV-VIS baseia-se na variação do espectro de absorção do corante em função da concentração do tensoativo adicionado para uma concentração fixa do corante.
A partir da solução estoque de SDS 50 mmol/L em água obtiveram-se as seguintes concentrações: 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 15; 20; 25 e 30 mmol/L. Os sistemas de diluições utilizados foram água ultrapura, 10 mmol/L de tampão fosfato de sódio pH 7,0 e 5 mmol/L de tampão borato de sódio pH 9,3.
Para os estudos com HA partiu-se da solução estoque de HA 200 mg/L em água (a que foi adicionada uma pequena quantidade de NaOH 0,1 mol/L para dissolver o HA) e as seguintes concentrações foram obtidas: 8; 16; 20; 22; 24; 28; 32; 36; 40; 44; 48; 52; 56 e 60 mg/L. Os mesmos sistemas de diluição utilizados para o SDS foram utilizados para o HA.
Os valores de concentrações de SDS e HA foram escolhidos acima e abaixo do valor teórico da CMC no sistema aquoso, que para o SDS é 8 mmol/L30 e para o HA é aproximadamente 30 mg/L19, dependendo da sua natureza.
Os espectros na região do visível foram obtidos com um espectrofotômetro Hitachi, modelo U3501. O corante sudan III (504 nm) foi utilizados para a identificação das micelas.
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Determinação da CMC por condutividade
Inicialmente foi determinada a CMC do SDS a fim de se estabelecer um método de análise utilizando um tensoativo que já possuía um valor teórico determinado e, a seguir, expandir a metodologia para a determinação da CMC do HA.
O valor da CMC do SDS determinado por condutividade foi obtido pela intercessão de duas retas. A Figura 1mostra a variação da condutância em função da concentração de SDS adicionado em água.
 
 
As duas retas correspondem ao estado de monômero e micela do tensoativo. O ponto de intercepção corresponde ao valor da CMC. Antes da CMC, a variação da condutividade é devida à adição de moléculas do tensoativo à solução. Após a CMC, a variação da condutividade deve-se ao aumento de micelas no meio e a partir da CMC a concentração do monômero permanece constante.
O valor da CMC do SDS em água através de medidas de condutividade foi 8,1 mmol/L, concordante com o valor teórico30.
A Figura 2 apresenta a variação da condutância em função da concentração do HA de turfa e de vermicomposto, em água. Os resultados obtidos para a CMC através da intercessão das retas para o HA de turfa e de vemicomposto em solução aquosa (pH 6,8) foram 36,0 e 28,0 mg/L, respectivamente. À medida que se aumentou a concentração de HA, houve um aumento nas medidas de condutividade, similar ao que ocorreu com o SDS.
 
INTRODUÇÃO
Surfactantes ou agentes tensoativos são moléculas anfifílicas, que se associam espontaneamente em solução aquosa, a partir de uma determinada concentração. Apresentam uma região apolar e outra polar, ou iônica, e podem ser divididos em neutros ou iônicos. Os tensoativos iônicos podem ser catiônicos ou aniônicos ou, ainda, anfóteros, quando ambas as cargas estão presentes no surfactante.1
Em soluções diluídas as moléculas dos surfactantes apresentam-se dispersas, enquanto que em soluções mais concentradas organizam-se em agregados moleculares, que geralmente contêm de 50 a 100 moléculas, denominados micelas.
 Discussão A principal razão que leva os monômeros de surfactantes a se associarem sob a forma de micelas é a diminuição da área de contato entre as cadeias hidrocarbônicas do surfactante e da água.1
A concentração onde se inicia o processo de formação das micelas, micelização, é denominada concentração micelar crítica (cmc), que é uma propriedade intrínseca e característica do surfactante a uma dada temperatura e concentração eletrolítica.2 São as micelas as responsáveis pela catálise micelar e pela solubilização de gorduras.
Durante a formação dos agregados, os grupos hidrofílicos (cabeças) dos surfactantes ficam muito próximos, gerando uma repulsão eletrostática que se opõe ao processo de micelização, conforme ilustrado na Figura 1. Nessa etapa, os contra-íons desempenham um papel fundamental: blindam a carga do agregado e diminuem o potencial elétrico, provocando repulsão entre as cabeças dos monômeros.1,2
 
 
O processo de formação dos agregados ocorre num intervalo pequeno de concentrações e pode ser detectado pela variação brusca produzida em determinadas propriedades físico-químicas da solução em função da concentração do surfactante, como mostrado na Figura 2.3
 
 
Os métodos normalmente utilizados na determinação de cmc de surfactantes são a condutimetria e a tensiometria. Neste trabalho propõe-se utilizar a potenciometria como alternativa ao estudo de surfactantes.
Potenciometria
Os métodos potenciométricos são baseados nas medidas do potencial das células eletroquímicas na ausência de correntes apreciáveis. Desde o início deste século, técnicas potenciométricas são utilizadas para a localização dos pontos finais nas análises por métodos titulométricos.4 A potenciometria também tem sido utilizada como um método pelo qual as concentrações dos íons são obtidas diretamente do potencial de um eletrodo de membrana seletivo a íon. Tais eletrodos são relativamente livres de interferência e proporcionam medições rápidas e convenientes para determinações quantitativas de cátions e ânions.5 O desenvolvimento da potenciometria em eletrodos seletivos a íons é uma área de grande interesse, sendo utilizada em larga escala para a determinação de íons em ambientes aquosos.6
Eletrodos seletivos a íons são definidos como sensores eletroquímicos que monitoram variações de atividade iônica em solução, sendo o potencial do eletrodo descrito pela Equação de Nernst4 (Equação 1):
onde, E representa o potencial do eletrodo íon seletivo; Eº, o potencial padrão do eletrodo; n corresponde à carga iônica do íon e aA, à atividade do íon primário, para o qual o eletrodo responde. Convenciona-se utilizar coeficiente angular positivo para cátions, e negativo para ânions.7
Os eletrodos indicadores de membrana, essenciais para a prática da análise potenciométrica, baseiam-se em reações de troca iônica e difusão de íons nas interfaces de diferentes tipos de membrana.5,7
O eletrodo de membrana utilizado neste trabalho, para o estudo de surfactantes, é constituído de um trocador líquido imobilizado em membrana de cloreto de polivinila (PVC), dissolvidos em tetraidrofurano (THF).1 A evaporação do solvente produz uma membrana flexível, que pode ser cortada e fixada na extremidade de um tubo plástico ou de vidro.
Neste artigo são apresentados os resultados da aplicação de uma metodologia para obtenção da concentração micelar crítica (cmc) dos tensoativos dodecilsulfato de sódio (SDS) e brometo de dodeciltrimetilamônio (DTAB). Além disso, a exemplo de outros trabalhos citados na literatura,8,9 a utilização da potenciometria reforça novas tendências de pesquisa que permitem aos estudantes aprofundar conhecimentos a respeito do comportamento de eletrodos modificados, executando experimentos simples, com materiaisacessíveis e de baixo custo.
 
CONTRIBUIÇÕES PEDAGÓGICAS DA EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE QUÍMICA
As atividades experimentais em geral têm sido enfatizadas, dada a sua importância do ponto de vista do desenvolvimento cognitivo e da utilização do método científico na resolução de problemas.10
No entanto, nos cursos de Química, em geral, prevalece uma visão simplista sobre a experimentação, muitas vezes embasada no empirismo da observação e teorização. É comum o entendimento de que a demonstração ou comprovação de um fenômeno é suficiente para a aprendizagem.
Torna-se necessário, então, que se proceda a um planejamento de atividades experimentais com o objetivo de discutir e aprofundar o conhecimento sobre a natureza da Ciência. Conhecimento este que influencia a aprendizagem dos estudantes11 e auxilia na compreensão de que as observações estão relacionadas com as teorias e possibilitam uma interpretação das mesmas.12
Outro aspecto a ser ressaltado, quanto às atividades experimentais, é o papel motivador que desempenham. Apesar de alguns estudos confirmarem as expectativas de professores e alunos a respeito da motivação inerente às aulas experimentais, admite-se que provavelmente os alunos muitas vezes se motivam justamente pelo aspecto visual dos experimentos.
Contudo, uma das características positivas das atividades experimentais é a possibilidade de questionamentos e explicitação do conhecimento dos alunos. Desse modo, desde que realizados de forma criativa, por meio de atividades e resolução de problemas relacionados ao cotidiano dos alunos, os experimentos deixam de ser uma forma de comprovação de conhecimentos e passam a atuar como uma atividade inovadora, encorajando o questionamento e a formulação de hipóteses que revelem o caráter contraditório do conhecimento. Ou seja, cria-se para o aluno uma situação de dificuldade intelectual conhecida como situação-problema, que deve ter como conseqüência a passagem por diferentes níveis de entendimento dos fenômenos estudados.13
Torna-se evidente a importância da participação dos educandos no contexto das aulas de laboratório dos cursos de graduação em Química, durante o planejamento e estruturação do trabalho experimental, pois promove a reconstrução do conhecimento e confere à universidade o papel de centro de competência na aproximação entre pesquisa e educação.11,14
A metodologia proposta neste trabalho consiste no desenvolvimento e aplicação de eletrodos de membrana construídos em laboratório, destacando a potenciometria como uma alternativa às técnicas clássicas de condutimetria e tensiometria, usualmente empregadas nas aulas de físico-química dos cursos de graduação.
Paralelamente, ao discutir a importância de um experimento simples, em que a técnica potenciométrica pode ser comparada às técnicas usuais, pretende-se também enfatizar o papel da experimentação nas aulas de físico-química, como forma de estimular os estudantes a atuarem na pesquisa, construindo conhecimentos múltiplos da área de Química.
 
PARTE EXPERIMENTAL
Construção dos eletrodos seletivos para determinação da cmc
Materiais e reagentes
Utilizaram-se os reagentes dodecilsulfato de sódio (SDS), proveniente da Sigma, brometo de dodeciltrimetilamônio (DTAB) e plastificante dibutilftalato, da Aldrich, na forma em que foram recebidos, e os reagentes cloreto de polivinila (PVC), brometo de sódio, nitrato de prata e sulfeto de sódio, de procedência Sigma. As soluções foram preparadas com água desionizada pelo sistema água Millipore Milli-Q.
Eletrodo de membrana seletiva para surfactante
A mistura de surfactantes foi preparada a partir de 1,4220 g de SDS e 1,5415 g de DTAB, dissolvidos separadamente em béquer contendo 10 mL de água desionizada. As soluções foram misturadas resultando num precipitado branco, que foi filtrado e lavado várias vezes com água desionizada, recristalizado em acetona a quente, filtrado e seco em dessecador.1
A membrana polimérica foi obtida a partir de 1,0 g de PVC, 0,0012 g do precipitado e 1,5 g de dibutilftalato de potássio, dissolvidos em 10 mL de THF, sob agitação constante.1 Após a evaporação do solvente, a membrana foi cortada e fixada no topo de um tubo de vidro de 1 cm de diâmetro por 10 cm de comprimento. Internamente um fio de prata recoberto com brometo de prata foi imerso em solução 0,01 mol L-1 de NaBr e SDS.
Eletrodo de membrana sólida para brometo
O eletrodo de referência consiste de um tubo de vidro de 10 cm de comprimento e 1 cm de diâmetro, onde foi fixada uma membrana sólida seletiva para brometo nas proporções 2:1 de AgBr/Ag2S prensada a 25-30 t.10Internamente foi imerso um fio de prata recoberto com brometo de prata em solução 0,01 mol L-1 de NaBr.1,9
Técnicas utilizadas para a determinação da cmc
Para determinar a cmc dos surfactantes SDS e DTAB utilizaram-se três técnicas distintas: Condutimétrica - titulações condutimétricas foram realizadas a 25 ºC, com um condutivímetro da marca Atiorion modelo 170. O procedimento de medição consiste da adição de uma solução estoque de surfactante numa célula que contém um volume apropriado de água destilada e desmineralizada mantida sob agitação. A cmc foi obtida do encontro de duas retas do gráfico de condutividade em função da concentração de SDS. Todas as correlações lineares forneceram valores maiores que 0,999; Tensiométrica - as medidas de tensão superficial foram obtidas utilizando um tensiômetro da Kruss GMBH, modelo K 8, com escala de divisão de 0,1 mNm equipado com um anel de Pt-Ir-20. Para cada medição, foi utilizado volume de 10 mL da solução do surfactante correspondente em um frasco termostatizado a 25 ºC; Potenciométrica - o sistema dispõe de um potenciômetro da marca Orion 720A, um eletrodo de membrana seletiva para surfactante (indicador) e eletrodo para brometo.9 As medições de potencial foram obtidas a 25 ºC, após adição de volume previamente calculado de surfactante. A cmc é determinada através da construção da curva de potencial em função do logaritmo da concentração molar de surfactante.
A Figura 3 ilustra o sistema utilizado para obtenção das medidas potenciométricas e os eletrodos empregados.
 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Mudanças nas propriedades da solução, quando do início da formação das micelas, orientam discussões envolvendo fenômenos de superfície e colóides. Assim, a cmc pode ser determinada pelo estudo de várias propriedades, como condutividade elétrica, tensão superficial e potencial, empregadas nesse estudo.
Em baixas concentrações, os monômeros de surfactantes encontram-se em equilíbrio em solução e adsorvidos nas interfaces.1 Com o aumento da concentração, a adsorção aumenta formando monocamada de surfactante, saturando a superfície da solução. Neste ponto, a adição de surfactantes provoca agregação da parte hidrofóbica das moléculas de surfactantes resultando em micelas, agregados de 50 ou mais monômeros, que adotam a forma esférica, conforme a Figura 1.
Acima da cmc não existe um aumento significativo no número de monômeros isolados e, conseqüentemente, a força de coesão das moléculas da superfície é pouco modificada, não se observando efeitos significativos sobre a tensão superficial da solução. No caso da condutividade elétrica, a partir da cmc o acréscimo é menor, pois os aglomerados micelares conduzem menos que os respectivos monômeros individuais.
A Figura 4 ilustra o perfil da curva condutimétrica. O ponto de encontro da extrapolação das duas retas corresponde à concentração micelar crítica (cmc).
 
 
Os surfactantes iônicos possuem dois tipos de comportamento em solução aquosa. Abaixo da cmc os monômeros comportam-se como eletrólito forte. Após a micelização, monômeros adicionados contribuem para a formação de micelas, diminuindo o incremento da condutividade da solução com a adição de surfactante,2 conforme ilustrado na figura acima.
Na Figura 5 tem-se o gráfico obtido para a medição da cmc utilizando tensiometria.
 
 
Os líquidos tendem a adotar uma forma que minimize sua área de superfície, numa tentativa de manteras moléculas com um maior número possível de vizinhos semelhantes.15 As gotas de líquidos tendem a assumir a forma esférica, pois a esfera é a forma com a menor razão superfície/volume. Para se perturbar a superfície de um líquido é necessário realizar algum trabalho. A razão entre o trabalho realizado e a área de deslocamento na superfície do líquido é denominada tensão superficial.16 Este fenômeno confere ao líquido uma "casca" de moléculas na superfície, produto de um desequilíbrio das forças intermoleculares no líquido.
A tensão superficial da água é diminuída pela adição de surfactante. Quando um surfactante é adicionado à água, suas moléculas tendem a se arranjar de modo a minimizar a repulsão entre os grupos hidrofóbicos e a água. Próximo a superfície, os grupos polares orientam-se para a solução aquosa, enquanto que os grupos apolares se localizam na interface água-ar minimizando, assim, o contato com a água. Isto gera uma diminuição na tensão superficial do sistema, pois provoca um desarranjo de suas superfícies. Após a cmc, ao contrário dos monômeros, as micelas se dispersam na solução, não apresentando efeito adicional sobre a tensão superficial.
Na Figura 6 é apresentado o perfil da curva de potencial em função da concentração de SDS.
 
 
O perfil da curva mostra que a partir de aproximadamente 0,003 mol L-1 o eletrodo se torna mais sensível à leitura do incremento de monômeros de SDS, mantendo um coeficiente angular bem definido. Com o aumento da concentração de SDS ocorre um decréscimo na diferença de potencial, observando-se um valor potenciométrico mínimo próximo a 0,0080 mol L-1. Esta inflexão caracteriza o início da formação de micelas, indicando a cmc do respectivo surfactante. Logo após a cmc, o acréscimo de surfactante produz um aumento na diferença de potencial. Tendo em vista que após a cmc, a concentração de monômeros do SDS permanece constante em solução, a variação da diferença de potencial pode ser atribuída ao aumento da concentração de agregados micelares na solução, que podem bloquear e diminuir a atividade dos monômeros na superfície do eletrodo.
O valor de cmc encontrado por potenciometria para SDS, neste trabalho, está em concordância com os valores experimentais apresentados na Tabela 1 e com a literatura. 1,2
 
 
Determinou-se potenciometricamente a cmc do surfactante catiônico brometo de dodeciltrimetilamônio (DTAB), utilizando-se o eletrodo para surfactante construído em laboratório (Figura 7).
 
 
O perfil da curva ilustrada na Figura 7 apresenta quebra na linearidade em concentração próxima a 0,015 mol L-1, correspondente à cmc do surfactante. Após a cmc, a diferença de potencial tem um leve decréscimo e tende a um patamar. Devido à composição do eletrodo, que não possui internamente solução de DTAB, a sensibilidade do eletrodo diminui, não impedindo sua utilização na determinação da cmc deste surfactante. O valor encontrado está de acordo com o da literatura.17
A alteração brusca do comportamento do potencial, verificada nas Figuras 6 e 7, demonstra uma mudança das características da solução relacionada com a formação de micelas. Alteração essa que coincide com as das propriedades condutimétricas e tensiométricas evidenciando, assim, a coerência dos resultados obtidos nesse trabalho.
 
CONCLUSÕES
O eletrodo de membrana para surfactante mostrou-se eficiente na determinação da cmc dos surfactantes aniônico e catiônico, sendo os valores encontrados para SDS e DTAB concordantes com os da literatura.2,10,13Constatou-se, portanto, que a técnica potenciométrica é uma ferramenta adicional de baixo custo para o estudo de surfactantes em aulas práticas de graduação, no curso de Química, ampliando as possibilidades de aproveitamento de equipamentos existentes em laboratórios para o estudo de sistemas através de aplicação de diferentes técnicas de análise.
Os resultados aqui apresentados demonstram que técnicas fundamentadas em conceitos simples podem fornecer resultados bastante precisos na elucidação de sistemas surfactantes.
 
Fenômenos causados pela tensão superficial[editar | editar código-fonte]
A. Gota d'água contraída sobre uma folha.
 
B. Instabilidade de um filete de água produz a formação de gotas.
 
C. Inseto caminhando sobre a água.
 
D. Lâmpada de lava com aconvecção entre duas fases líquidas distintas: água e cera.
 
E. Lágrimas de vinho subindo sobre o vidro do cálice.
 
F. Bolha de sabão.
 
G. Efeito de capilaridade puxando água para dentro de um tijolo.
 
H. Lavando as mãos (e outras coisas) com sabão.
A. A gota água da chuva sobre uma superfície de hidrofóbica, tal como uma folha. As forças moleculáres de adesão entre a água e a superfície são muito mais fracas que as forças de coesão. A tensão superficial dá às gotas a esta forma quase esférica, porque uma esfera tem a menor relação de superfície/volume possível.
B. Gotas se formam quando um filete líquido é esticado, aumentando a relação de superfície/volume. A animação mostra o filete d'água aderido à torneira ganhando massa até ser esticada a um ponto em que a tensão de superfície já não pode ligá-la à torneira. Assim que o filete se rompe, a gota se torna esférica pelo própria tensão de superfície.1
C. Objetos mais densos que a água flutuam por causa tensão superficial quando eles têm superfície hidrofóbica (não molhável) e se seu peso for menor que as forças resultantes da tensão superficial,2 como aranhas d'água usando a tensão superficial para caminhar sobre a água. Neste caso, a superfície da água funciona como uma membrana elástica.3
D. Separação de óleo e água (neste caso, água e cera derretida) é causada pela tensão superficial entre dois líquidos distintos. Este caso de tensão superficial também é chamado de tensão de interface, mas a física é a mesma.
E. Lágrimas de vinho acontecem quando bebidas alcólicas sobem sobre o vidro, acumulam e descem em forma de gotas. Este é o efeito de Marangoni, que ocorre porque existe um gradiente de tensão superficial nos cantos do copo. A bebida alcólica é uma mistura principalmente composta de água e etanol, que possui tensão superficial mais baixa que água pura. As gotas sobem não só por causa da baixa tensão superficial, mas também porque o aumento da superfície facilita aevaporação do álcool. Assim que o álcool evapora, a tensão superficial sobe as gotas se formam e descem de volta para a superfície do vinho.
F. Bolhas de sabão são formadas por uma membrana d'água com ar dentro e fora. Esse tipo de bolha normalmente necessita do sabão (surfactante) para reduzir a tensão superficial da água e assim deixar a bolha mais estável.
G. Capilaridade acontece quando a afinidade do líquido pela superfície é grande o suficiente para vencer a o seu próprio peso. A porosidade do material é diretamente proporcional à relação superfície de contato/volume.
H. Sabões, detergentes e outros surfactantes rompem a tensão superficial, por que essas moléculas possuem um lado com boa afinidade com a água (hidrofílico) e outro lado com boa afinidade com gorduras (hidrofóbico ou lipofílico).
Física[editar | editar código-fonte]
Grandeza física[editar | editar código-fonte]
A letra grega γ é normalmente usada para representar a tensão superficial. A tensão superficial tem a grandeza de força por unidade de comprimento, que é equivalente a energia por unidade de área. Normalmente, o termo energia de superfície é usado para a dimensão de energia por unidade de área. Energia de superfície é um termo mais geral, também aplicado a sólidos. Em SI sua grandeza é newton por metro ou joule por metro quadrado. O sistema cgs também é muito utilizado, com suas grandezas dina por centímetro e erg por centímetro quadrado.4
Equação de Young-Laplace[editar | editar código-fonte]
O diagrama mostra, na seção transversal, uma agulha que está sobre a tensão superficial da água. Seu peso, Fw, faz uma força contra a superfície da água que é equilibrada pelas forças de tensão superficial da água em ambos os lados, Fs5
A tensãosuperficial está relacionada com a diferença de pressão entre os dois lados de uma interface pela equação de Young-Laplace:
Em que  e  são os raios de curvatura da interface.
Tensão superficial de alguns líquidos[editar | editar código-fonte]
Abaixo, a tensão superficial de vários líquidos em Dina por centímetro, equivalente, no Sistema Internacional de Unidades a milinewton por metro:
	Líquido
	Temperatura em °C
	Tensão superficial em dyn/cm
	Ácido acético
	20
	27,6
	Ácido acético (40,1%) + água
	30
	40,68
	Ácido acético (10%) + água
	30
	54,56
	Acetona
	20
	23,7
	Éter etílico
	20
	17
	Etanol
	20
	22,27
	Etanol (40%) + água
	25
	29,63
	Etanol (11,1%) + água
	25
	46,03
	Glicerina
	20
	63
	Hexano
	20
	18,4
	Ácido clorídrico em solução aquosa
	20
	65,95
	Isopropanol
	20
	21,7
	Mercúrio
	15
	487
	Álcool metílico
	20
	22,6
	Octano
	20
	21,8
	Solução aquosa de cloreto de sódio
	20
	82,55
	Sacarose + água
	20
	76,45
	Água
	0
	75,64
	Água
	25
	71,97
	Água
	50
	67,91
	Água
	100
	58,85
A Tensão Superficial é um fenômeno que ocorre em todos os líquidos, ela se caracteriza pela formação de uma espécie de membrana elástica em suas extremidades. Tomemos como exemplo a água, que por sua vez tem a maior Tensão Superficial dentre os outros líquidos.
Na imagem abaixo temos representado um recipiente com água e duas moléculas destacadas. A molécula A, que se encontra submersa, sofre atração das demais moléculas a sua volta (essas que estão compreendidas no círculo vermelho). Como ela está rodeada de moléculas, a atração que ela sofre por cada uma delas é anulada pela atração realizada pela molécula do lado oposto. No caso da molécula B, que se encontra na superfície, ela também sofre atração por todas as moléculas a sua volta, porém, como ela não possui nenhuma molécula (de água) em cima para anular a força que as moléculas que estão sob ela fazem, acaba resultando uma força que a puxa para baixo e isso acontece com todas as moléculas que se encontram na extremidade. Em outras palavras, a tendência de todas as moléculas do líquido é se compactarem em direção ao centro de massa, pois existe sempre uma resultante em todas as moléculas que aponta para o centro, de forma que criem a superfície externa de menor área possível, uma vez que todo sistema mecânico tende a adotar o estado de menor energia potencial.
Essa ideia ajuda a entender a forma arredondada das gotas de água e também alguns eventos físicos que acontecem, tais como alguns objetos de aço como por exemplo clipes e lâminas de barbear, que possuem densidade maiores que a da água, não afundarem quando colocados horizontalmente e de forma delicada sobre ela. Alguns insetos e pequenos animais conseguem andar por cima da água e inclusive existem espécies de plantas que crescem por cima dela! Tudo isso é possível graças a tensão superficial.
Um experimento simples que pode ser feito em casa é encher um copo com água e colocar suavemente algum objeto (clipes, lâmina de barbear, agulha, etc) leve sobre ela e observar que ele não afundará e depois podemos ainda adicionar alguma substância surfactante, como por exemplo o detergente, que agirá diminuindo as forças de ligação entre as moléculas do líquido e podemos observar que o objeto afundará.
Fontes:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tens%C3%A3o_superficial
http://www.fisica.ufs.br/egsantana/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm
Arquivado em: Físico-química, Mecânica de Fluidos
Tensioativos ou tensoativos também chamados de surfactantes, são substâncias que diminuem a tensão superficial ou influenciam a superfície de contato entre dois líquidos. Quando utilizados na tecnologia doméstica são geralmente chamados de emulsionantes ou emulgentes, ou seja, substâncias que permitem conseguir ou manter a emulsão.
São feitos de moléculas na qual uma das metades é solúvel em água e a outra não.
Entre os tensioativos encontram-se substâncias sintéticas que são utilizadas regularmente, como detergentes e produtos para máquina de lavar louça.
O tensioativo é um produto que pode se misturar a qualquer produto inflámavel e não detectável quimicamente.
O Commons possui uma categoriacontendo imagens e outros ficheiros sobre Tensioativo
	
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	4 - TENSÃO SUPERFICIAL
	
	OBJETIVO
      Determinar o coeficiente de tensão superficial, de alguns líquidos à temperatura ambiente e com a superfície livre em contato com o ar.
	...........
	
	
	
.
	
	
	1-
	INTRODUÇÃO
	
	
	
	.
	
	
	
	Um líquido quando escoa de uma torneira quase fechada, o faz em forma de pingos sucessivos que assumem formas características. Uma lâmina de barbear, apesar de mais densa que a água, se cuidadosamente colocada, pode flutuar na superfície. Estes fenômenos e muitos outros indicam que a superfície de um líquido está sob tensão; daí o nome de Tensão Superficial.
	
	
	
	.
	
	
	
	A tensão superficial pode ser explicada pelas forças que agem nas moléculas da superfície do líquido. Uma molécula que se localiza no interior do líquido fica sujeita a forças intermoleculares de todas as moléculas circundantes. A resultante destas forças intermoleculares será praticamente nula permitindo o movimento das moléculas no interior do líquido. 
	
	
	
	.
	
	
	
	Na superfície, entretanto, havendo presença de um número muito reduzido de moléculas acima dela, a resultante das forças intermoleculares estará dirigida para o interior do líquido. Isto significa que o líquido procurará a forma que apresente a menor superfície possível dentro das condições que lhe são impostas.
	
	
	
	. 
.
	
	
	1.1-
	DEFINIÇÃO DE TENSÃO SUPERFICIAL
	
	
	
	.
	
	
	
	Suponha que a superfície de um líquido seja aumentada ( estirada ) de uma quantidade infinitamente pequena ( dA ), devido à ação de um agente externo. Este incremento superficial ( dA ), para processos reversíveis e isotérmicos é proporcional ao trabalho dW executado pelo agente externo.
	
	
	
	.
	
	
	
	  
d W   =     dA
	( 1 )
	
	
	.
	
	
	
	A constante  , caracteriza uma propriedade da superfície do líquido e é denominada Tensão Superficial. Ela nos fornece justamente o trabalho necessário para aumentar de uma unidade a área da superfície do líquido, mantendo-se constante a temperatura.
	
	
	
	.
	
	
	
	No SI a unidade de  é J / m2.
	
	
	
	. 
.
	
		
Figura 1 Tensiômetro de Du Nouy 
	.......
	............
	. 
.
	...........
	
	1.2-
	 DESCRIÇÃO DO TENSIÔMETRO DE DU-NOUY
	
	
	
	.
	
	
	
	O tensiômetro ( Fig 1 ) consta de uma haste de alumínio fixada em um fio fino de aço, suportando pela extremidade um anel construído de fio de platina.
	
	
	
	.
	
	
	
	Uma das extremidades do fio de aço acha-se presa um mancal solidário a dois parafusos E1 ( o menor ) e E2 ( o maior ). Como a rotação de E1 em relação a E2altera a tensão no fio, esse ajuste não deverá ser feito pelo aluno. O ajuste do zero deve ser feito girando apenas o parafuso maior E2 . O parafuso F serve para travar o parafuso E2.
	
	
	
	.
	
	
	
	A outra extremidade acha-se presa a uma roda dentada engrenada a um sem-fim T, que permite torcer o fio de aço.
	
	
	
	.
	
	
	
	Em condições de uso correto, o anel do tensiômetro deve passar através da superfície livre do líquido, paralelamente a ela, sendo portanto necessário exercer uma força F para vencer a tensão superficial.
	
	
	
	.
	
	
	
	Sendo C o perímetro do anel, a força F ( devido à tensão superficial ) será dada por:
	
	
	
	.
	
	
	
	F   =   2   C
	( 2 )
	
	
	.
	
	
	
	Onde  é o coeficiente de tensão superfície superficial do líquido em estudo e o fator 2 indica a existência de duas películas ( veja figura 2 ). 
	
	
	
	.Figura 2 
	
	
	.
	
	
	
	O comprimento médio da circunferência será dado por:
	
	
	
	.
	
	
	
	C   =     ( D  -  d )
	
	
	
	.
	
	
	
	onde D é o diâmetro externo do anel e d, o diâmetro do fio que forma o anel.
	
	
	
	.
	
	
	
	O coeficiente de tensão superficial do líquido será dado por: 
	
	
	
	onde F é a força necessária para separar o anel da superfície do líquido em estudo.
	
	
	
	.
	
	
	
	Sendo o ângulo de torção (  ) proporcional ao torque aplicado ao fio de aço, e = F x d, mantendo d fixo, temos:
	
	
	
	.
	
	
	
	F   =   k  
	( 3 )
	
	
	.
	
	
	
	onde k é uma constante característica do aparelho.
	
	
	
	concluímos que :
	
	
	
	.
	
	
	
	
	( 4 )
	
	
	.
	
	
	
	onde  é o ângulo em que o anel se separa do líquido.
	
	
	
	. 
.
	
	
	2-
	PREPARAÇÃO
	
	
	
	.
	
	
	2.1-
	Material 
	
	
	 
	 
	
	
	.
	 Tensiômetro de Du-Nouy.
	
	
	.
	 Conjunto de cavaleiros para calibração ( 0,5g 1,0g e 2,0 g ).
	
	
	 
	 Água destiladae solução de sabão emágua.
	
	
	
	,
	
	
	
	Cuidados Importantes
	
	
	
	
	
	
	 
	 
	
	
	. 
	O anel de platina é muito frágil e deve ser manuseado com muito cuidado pois, representa uma responsabilidade financeira ao aluno enquanto estiver fazendo uso do aparelho. 
	
	
	
	
	
	
	.
	 O anel de platina não deverá nunca ser tocado com os dedos pois, mesmo películas muito finas de óleo e outros materiais podem mascarar os resultados.
	
	
	
	
	
	
	.
	 Use a pinça para manusear o anel em qualquer fase do trabalho.
	
	
	
	. 
.
	
	
	2.2-
	CALIBRAÇÃO DO TENSIÔMETRO
	
	
	
	. 
.
	
	
	
	AJUSTES PRELIMINARES
	
	
	
	.
	
	
	.
	 Com o auxílio do nível de bolha, nivele a plataforma do aparelho.
	
	
	
	.
	
	
	.
	 Pendure o anel no gancho da extremidade livre da haste h. Girando o parafuso T leve o ponteiro ao zero. Solte o parafuso F e girando em E2 faça com que a haste fique na posição horizontal, quase tocando o encosto.
	
	
	
	.
	
	
	. 
	Fixe de novo o parafuso F.
	
	
	
	. 
.
	
	
	2.3-
	DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE K
	
	
	
	.
	
	
	. 
	Com o aparelho previamente zerado ( haste horizontal quase tocando o encosto e o ponteiro apontado o para o zero ), utilize os cavalheiros de massas 0,50 g, 1,00 g, 1,50 g e 2,00 g e meça os ângulos de torção correspondente. Estes ângulos serão obtidos com auxílio do parafuso T, ao conduzirmos a haste novamente à posição horizontal de referência.
	
	
	
	.
	
	
	.
	 Tabele as medidas, confeccione um gráfico m versus  e através do mesmo,  
determine k ( constante que caracteriza seu aparelho ).g = (9,78  0,01)ms -2 .
	
	
	
	. 
.
	
	
	3- 
	DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE TENSÃO SUPERFICIAL
	
	
	
	.
	
	
	3.1-
	Com o seu tensiômetro calibrado, verifique se a origem para as medidas do ângulo permanece inalterada.
	
	
	
	.
	
	
	3.2-
	Meça cuidadosamente a espessura e o diâmetro externo do anel. Anote os valores encontrados.
	
	
	
	.
	
	
	3.3-
	Lave o recipiente cuidadosamente, enxágüe-o e seque-o com secador.
	
	
	
	.
	
	
	3.4-
	Lave cuidadosamente o anel com tricloretileno, deixando-o mergulhado por alguns minutos. Enxágüe o anel com álcool e seque-o com o secador.
	
	
	
	.
	
	
	3.5-
	Pendure o anel no gancho do extremo da haste.
	
	
	
	.
	
	
	3.6-
	Coloque o recipiente com o líquido na plataforma e levante completamente o parafuso M. Suspenda a plataforma, fazendo-a deslizar pelo eixo vertical, até que o anel mergulhe dentro do líquido ( para isso use a pinça ).
	
	
	
	.
	
	
	3.7-
	Por meio do parafuso M faça com que o anel atinja a superfície do líquido. 
	
	
	
	.
	
	
	3.8-
	Afim de manter sempre a haste na posição horizontal , ao mesmo tempo em que por meio do parafuso T se tenta retirar o anel do líquido, atue no parafuso M para baixar a plataforma. Prossiga até romper a película presa ao anel. Anote o ângulo
	
	
	
	.
	
	
	3.9-
	Faça 5 determinações de  para cada líquido.  
.
	
	
	3.10-
	Apresente numa única tabela  e  para cada líquido com seus respectivos desvios ( 90% ).  
.
	
	
	3.11-
	Anote a temperatura ambiente.
	
	
	
	. 
.
	
	
	4-
	ANÁLISE E DISCUSSÃO
	
	
	
	.
	
	
	4.1-
	Se a haste não estiver na posição horizontal, o que se espera que aconteça com valor obtido para  ?
	
	
	
	.
	
	
	4.2-
	Compare com relação à precisão todos os resultados com os respectivos valores fornecidos.
	
	
	
	
.
	
	
	
	Fim da Exp. 4
	
	
	
	
	
INTRODUÇÃO
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. As moléculas de qualquer líquido localizadas na interfase líquido-ar realizam um número menor de interações intermoleculares comparadas com as moléculas que se encontram no interior do líquido. A força resultante que atrai as moléculas da superfície de um líquido para o seu interior torna-se o principal obstáculo para a formação de bolhas, gotas e a nucleação de cristais em líquidos. Como estas forças de coesão tendem a diminuir a área superficial ocupada pelo líquido, observamos freqüentemente gotas adotarem a forma esférica. Pela mesma razão ocorre a formação dos meniscos, e a conseqüente diferença de pressões através de superfícies curvas ocasiona o efeito denominado capilaridade. A esta força que atua na superfície dos líquidos dá-se o nome de tensão superficial e, geralmente, quantifica-se a mesma determinando-se o trabalho necessário para aumentar a área superficial1.
Em geral, as discussões em sala de aula sobre a importância da tensão superficial restringem-se a sua relação com o que se convencionou chamar de "molhabilidade". Assim, quanto menor a tensão superficial maior a facilidade para um líquido se espalhar. Entretanto, as implicações deste fenômeno são bem mais amplas e estão diretamente relacionadas a muitas situações industriais, como os processos de fermentação, formação de gelo durante o resfriamento de alimentos2 e estabilidade de emulsões e espuma, bem como às funções vitais, como a tensão superficial nos pulmões. Neste último caso, os pulmões necessitam extrair o O2 do ar e passá-lo à corrente sanguínea, e o fazem através da presença do surfactante pulmonar, fosfolipídios, que baixa sensivelmente a tensão superficial das paredes dos alvéolos, facilitando a difusão do oxigênio3. Da mesma forma, o processo de tingimento nas indústrias têxteis necessita da adição de uma substância que diminua a tensão superficial (um tensoativo) das soluções dos corantes, facilitando a interação destes com o tecido a ser tinto, e aumentando a umectação das fibras4,5.
De fato, a aplicação de tensoativos, ou surfactantes, na indústria têxtil fornece uma ótima relação teoria-prática para a discussão da ação destes compostos sobre a tensão superficial. Devido à propriedade de reduzir a tensão superficial dos líquidos, os tensoativos podem ser classificados em: umectantes, detergentes, emulsionantes e solventes. As moléculas dos produtos tensoativos são constituídas por um grupo lipofílico e um grupo hidrofílico6.
Os tensoativos quando em solução, devido à presença do grupo lipofílico, ocupam preferencialmente a superfície do líquido, diminuindo a força de coesão entre as moléculas do solvente e, conseqüentemente, diminuindo a tensão superficial. Entretanto, após saturar a superfície, a adição de novas moléculas de tensoativo tem pouco efeito sobre o valor da tensão superficial, principalmente após atingirem uma certa concentração crítica (CMC), onde se formam espontaneamente agregados moleculares de dimensões coloidais, chamados micelas. A CMC depende da estrutura do tensoativo (tamanho da cadeia do hidrocarboneto) e das condições experimentais(força iônica, contra-íons, temperatura etc), e as discussões sobre sua formação, funções e relações com aplicações industriais é de extrema importância.
Portanto, a condução de experimentos que possibilitem a quantificação da tensão superficial, bem como o acompanhamento do efeito de tensoativos sobre esta propriedade, é fundamental em cursos de química, engenharia química e farmácia.
São diversos os métodos que podem ser empregados para a determinação da tensão superficial e estes são classificados em estáticos, dinâmicos e de desprendimento (ou separação). Dentre os métodos estáticos destacam-se o da ascensão capilar1,7, o da placa de Wilhelmy1,8 e do anel de DuNoüy1,9. Enquanto os dois últimos necessitam de equipamentos específicos, nem sempre disponíveis em cursos de graduação, o primeiro apresenta, em geral, erros experimentais bastante elevados, acima de 20%. Isto se deve ao fato deste método, descrito por alguns autores como o mais preciso1, poder ser utilizado somente quando o ângulo de contato, formado pelo menisco e a parede do tubo, for zero, como no caso dos capilares. Entretanto, este diâmetro deve ser uniforme ao longo do tubo, restrição dificilmente atendida pelos capilares disponíveis comercialmente e com preços acessíveis. O método dinâmico da oscilação10 permite a determinação da tensão superficial em intervalos de tempo bastante curtos, mas trata-se de um dos métodos mais complexos existentes. Por outro lado, a determinação da tensão superficial fundamentada no desprendimento, como o método do peso da gota (um dos mais antigos)11 ou volume da gota, é convenientemente mais simples1.
No método do peso da gota geralmente emprega-se uma vidraria especial, o estalagmômetro, conforme desenho apresentado na Figura 1a, de modo a poder regular através da quantidade de líquido o tempo de formação da gota. No exato momento de desprendimento, a força exercida pelo peso da gota (m.g) é equilibrada pela tensão superficial () multiplicada pela circunferência (2..) da gota formada. Desta forma, a tensão superficial pode ser calculada pela medida da massa (m) de uma gota do líquido, ou mesmo, pelo volume da gota (V) e a densidade do líquido (), de acordo com a Equação 1.
 
 
Há neste caso a necessidade de corrigir o volume da gota pela introdução de um fator de correção (f), devido ao fato desta não se separar na forma esférica12. Uma vez mais, o aparato recomendado para a medição não é comum a laboratórios de química, e a sugestão de empregar uma microbureta acoplada a um dispositivo controlador de vazão não simplifica a metodologia.
Neste trabalho, testou-se o emprego de uma bureta comum para a obtenção das gotas (Figura 1b), e a validação da metodologia deu-se através da comparação da tensão superficial de vários líquidos e a CMC de tensoativos comerciais com valores da literatura e/ou mensurados por outros métodos. O principal objetivo é fornecer um experimento laboratorial altamente factível e que forneça baixos erros experimentais na determinação da tensão superficial, auxiliando desta forma o processo de ensino-aprendizagem na relação teoria-prática13.
 
PARTE EXPERIMENTAL
Equipamentos, materiais e reagentes
Para a determinação da tensão superficial foram utilizadas buretas de 25 e 50 mL e erlenmeyers de 10 mL. Os solventes empregados foram n-hexano, álcool etílico, acetato de etila, tetracloreto de carbono, todos de grau analítico e água destilada. Os surfactantes utilizados foram o brometo de n-hexadecil trimetil amônio, CTAB, (CH3(CH2)15 N(CH3)3Br), catiônico; o polioxietileno(20)sorbitan monooleato, TWEEN 80, (R-(C17 H33)COO), não-iônico e o lauril sulfato de sódio, SDS, (C12H25NaO4S), aniônico.
Para fins de comparação, as tensões superficiais e a CMC dos surfactantes também foram quantificadas em um Tensiômetro Interfacial K8 Krüss, com anel de Pt-Ir de 20 mm de diâmetro.
Metodologia
A bureta foi fixada em suporte universal e acoplada a um erlenmeyer, de forma que a parte inferior à torneira ficasse toda dentro do recipiente coletor. Desta forma evita-se a influência de correntes de ar sobre a formação da gota. Com o auxílio da torneira é possível ajustar a queda das gotas em intervalos regulares de aproximadamente 1 min. É importante montar o aparato em um local com o mínimo de vibrações possível. Para cada solução foram coletadas 10 gotas, sendo os experimentos realizados em triplicata e a uma temperatura de 23 °C. As massas foram determinadas em balanças analíticas. O raio (r) da circunferência da gota, na Equação 1, será idêntico ao raio interno da vidraria utilizada, quando esta não tocar a superfície do líquido. Dados publicados em 197514 revelam uma relação linear entre a massa de uma gota e o raio da extremidade do tubo onde esta se formou. Assim, construímos a Equação 2 (n = 23 pontos, r2 = 0,9992), de onde determina-se o raio (r) necessário para o cálculo da tensão superficial exclusivamente a partir da massa (m) de uma gota.
Conforme já mencionado, somente uma fração da gota se desprende do tubo durante o experimento, não formando uma circunferência perfeita. À medida que o orifício do tubo torna-se menor, a fração que se desprende torna-se maior e, a extrapolação para um tubo de diâmetro zero indica que, nestas condições, a gota se desprenderia integralmente. Harkins e Brown15 propuseram que o fator de correção (f) na Equação 1 depende da razão r/V1/3, onde r é o raio na extremidade do tubo e V o volume de uma gota. Este volume pode ser determinado a partir da massa de uma gota e sabendo-se a densidade () do líquido ( = m/V). Infelizmente, nenhuma equação matemática se adapta à relação estabelecida (Figura 2) por Harkins e Brown15,16, que determinaram o valor do fator de correção para tubos de diferentes diâmetros, e o caminho mais fácil para se determinar o valor de f é através de uma interpolação gráfica com valores de r/V1/3 estando preferencialmente entre 0,6 e 1,2, onde a inclinação é menos acentuada.
 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Inicialmente, determinou-se o raio da bureta, medindo-se a massa de uma gota de água destilada e aplicando-se este resultado na Equação 2. Na seqüência, fez-se a rinçagem da bureta com o solvente orgânico em estudo, coletando-se a seguir 10 gotas deste líquido. A partir da determinação da massa de uma gota e empregando-se os dados da Figura 2 para determinação do fator de correção, pode-se determinar a tensão superficial dos líquidos em questão. A Figura 3 apresenta os resultados obtidos e compara os mesmos com valores da literatura. Estes últimos foram apurados dos dados publicados por Jasper17 e, por regressão linear, determinou-se a tensão superficial a 23 °C.
 
 
Os erros relativos obtidos, em todos os casos, não ultrapassaram 10%, e são bastante inferiores àqueles comumente registrados quando se emprega o método da capilaridade para a determinação da tensão superficial. Da mesma forma, a bureta pode ser empregada na demonstração do efeito ocasionado pelos surfactantes sobre o valor da tensão superficial da água e, a partir do perfil da curva da tensão superficial versus a concentração de surfactante, determina-se a CMC do tensoativo. De fato, a mudança nas propriedades da solução, quando do início da formação das micelas, apresenta-se como um excelente exemplo para as discussões envolvendo fenômenos de superfície e colóides. Assim, a CMC pode ser determinada pelo estudo de várias propriedades, como condutividade elétrica, pressão osmótica, crioscopia, viscosidade, índice de refração, viragem de cor com corantes e espuma e, como empregado neste estudo, tensão superficial.
Quando presentes em soluções aquosas de baixas concentrações, as moléculas de surfactantes encontram-se na superfície da água, formando o filme superficial, ou no interior da solução, isoladas ou aos pares. Com o aumento da concentração formam-se as micelas, agregados de 50 ou mais monômeros, que adotam a forma esférica. Acima da CMC não existe um aumento significativo no número de partículas isoladas e, conseqüentemente, a forçade coesão das moléculas da superfície é pouco modificada e não se observam mais efeitos significativos sobre a tensão superficial da solução.
A demonstração do efeito dos surfactantes sobre a tensão superficial pode ser realizada empregando-se tensoativos de uso comum, como o SDS, TWEEN ou CTAB (Figura 4).
 
 
Em baixas concentrações, na parte esquerda dos gráficos, a concentração de surfactante não é suficiente para a saturação da superfície, e a tensão superficial praticamente não é alterada. Quando ocorre a formação de um filme superficial recobrindo toda a superfície do líquido, a tensão superficial da solução aquosa diminui acentuadamente, até o ponto onde se inicia a formação das micelas. A CMC é então determinada a partir do segundo ponto de inflexão, obtendo-se os seguintes valores experimentais: 8,2 x 10-4 mol dm-3 para o CTAB; 2,6 x 10-4 mol dm-3 para o TWEEN 80 e 9,1 x 10-3 mol dm-3 para o SDS. Os respectivos valores da literatura18 para estes surfactantes são 9,2 x 10-4; 2,0 x 10-4 e 7,5-8,5 x 10-3 mol dm-3. A eficiência do método do peso da gota empregando-se exclusivamente uma bureta pode ser ainda comprovada pela comparação com os resultados obtidos quando um tensiômetro interfacial foi empregado para a quantificação da CMC, neste caso obtiveram-se os valores de: 10,0 x 10-4 mol dm-3 para o CTAB; 1,9 x 10-4 mol dm-3 para o TWEEN 80 e 10,0 x 10-3 mol dm-3para o SDS, todos a 23 °C.
 
CONCLUSÃO
A química é sabidamente uma ciência experimental e a realização de experimentos como instrumento para a discussão de conceitos teóricos é amplamente difundida. Contudo, restrições financeiras tendem a impor limites na efetivação de diversas práticas, principalmente com a contínua modernização dos instrumentos analíticos. O método do peso da gota já se apresenta como uma técnica extremamente simples para a determinação da tensão superficial e a modificação sugerida neste trabalho, torna-o acessível a laboratórios com condições mínimas de operação.
Alguns fatores precisam ser observados cuidadosamente durante a execução do experimento, pois de outra forma acarretarão em valores de tensão superficial bastante distintos daqueles presentes na literatura. Assim, é sabido que a temperatura influencia a tensão superficial, e recomenda-se efetuar o experimento em locais com temperaturas entre 15 e 25 °C. Desta forma os erros serão minimizados, pois tanto os dados empregados para a construção da Equação 2, quanto os apresentados na Figura 2 foram estabelecidos a 20 °C. A bureta deve ser fixada em local com o mínimo de vibrações, pois este fator pode acarretar no desprendimento prematuro da gota e, conseqüentemente, esta terá massa inferior àquela considerada ideal. Da mesma forma, a vidraria empregada deve possuir ponta plana, o que pode ser obtido lixando-se cuidadosamente a ponta da bureta. Outro fator fundamental para o sucesso do experimento é a formação lenta e controlada das gotas, a fim de garantir que a relação entre a massa da gota e o raio interno da bureta esteja de acordo com o proposto pela Equação 2. Por fim, cabe destacar que não há necessidade de se empregarem balanças analíticas para a determinação da massa da gota. Uma vez que muitos laboratórios não dispõem de tal equipamento, é possível utilizar balanças semi-analíticas, observando-se que um número maior de gotas deve ser coletado, a fim de minimizar o erro experimental advindo deste instrumento.
Os resultados aqui apresentados demonstram que técnicas fundamentadas em conceitos extremamente simples, onde a visualização dos aspectos teóricos se dá de forma direta, e as formulações matemáticas adquiriram sentido físico, podem fornecer resultados bastante precisos, motivando os alunos para estudos mais avançados. Finalmente, cabe destacar que a realização deste experimento possibilita uma ampla discussão sobre as aplicações industriais dos surfactantes nos mais diversos setores produtivos.
 
 Tensiometro de du noi ... seu tipo de tensiômetro usa um anel de platina , que está submerso em um líquido. À medida que o anel é puxado para fora do líquido , a força necessária é medido com precisão , a fim de determinar a tensão superficial do líquido . Este método requer que o anel de platina ser quase perfeita; mesmo uma pequena mancha ou arranhão pode alterar consideravelmente a precisão dos resultados. A correção para flutuabilidade deve ser feita. Este método é considerado menos preciso do que o método de placa , mas ainda é amplamente utilizada para a medição da tensão interfacial entre dois líquidos .