1. Tensão Superficial

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS DE TOLEDO
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DETERMINAÇÃO DA TENSÃO SUPERFICIAL
GABRIELA JULIANI MOREIRA
LUÍSA ROBERTO MARTINS
MARJHORIE THAIS MENEGUZZO DEON
ROBERTA GONÇALVES BENETTI
TOLEDO – PR, 
MARÇO – 2016.
GABRIELA JULIANI MOREIRA
LUÍSA ROBERTO MARTINS
MARJHORIE THAIS MENEGUZZO DEON
ROBERTA GONÇALVES BENETTI
DETERMINAÇÃO DA TENSÃO SUPERFICIAL
Relatório entregue como requisito parcial de avaliação da disciplina de Físico-Química do curso de Engenharia Química da Universidade Estadual do Oeste do Paraná – Campus Toledo.
Prof. Drª. Tatiana Rodrigues da Silva Baumgartner.
	
 TOLEDO – PR, 
MARÇO – 2016.
1. INTRODUÇÃO
Nos líquidos, as forças intermoleculares atrativas são responsáveis pelos fenômenos de capilaridade como a subida de água em tubos capilares. Além disso, elas são responsáveis também pelos fenômenos de superfície, em que o teorema de Arquimedes é aparentemente violando como o andar dos insetos sobre a superfície livre da água e a flutuação de uma agulha de aço. 
Cada molécula no interior do líquido é atraída pelas demais moléculas igualmente, em todas as direções, enquanto as moléculas que estão na superfície são atraídas para o interior do líquido mais fortemente que em direção ao ar. Dessa forma, ocorre uma contração espontânea da superfície. No interior do líquido, as forças de coesão atual no sentido de estabilizar o sistema, reduzindo a energia potencial de cada molécula. A Figura 1 mostra o comportamento das forças que atuam sobre uma molécula na superfície do líquido. 
Figura 1 – Forças atuantes na superfície de um líquido.
Considerando uma pequena variação ∆A na área da superfície livre de um líquido a temperatura constante, a energia ∆W associada ao trabalho que as demais moléculas realizam sobre aquelas que provocam é estimada pela equação (01). 
A equação define o coeficiente de tensão superficial do líquido (. Este valor é tabelado e pode ser encontrado na literatura para alguns líquidos em contato com o ar.
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. A dimensão da tensão superficial é de força por unidade de comprimento, no sistema internacional é dada por N/m.
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). Um dos mais utilizados para medir a tensão superficial é o método do peso da gota, que envolve a separação das duas superfícies.
No método do peso da gota, no exato momento de desprendimento, a força exercida pelo peso da gota (Equação 02). A forças da tensão Fy são dadas pelo produto da circunferência do orifício por onde a gota irá se formar pela tensão superficial do líquido (Equação 03).
A lei de Tate implica que o peso da gota é proporcional ao radio do tubo r e a tensão superficial do líquido e é dada pela Equação 04.
Como a gota não se rompe justo no extremo do tubo, existe um fator de correção de forma que a massa real da gota difere da massa ideal da gota. O fator pode ser determinado experimentalmente. Levando em consideração o fator de correção, a lei de Tate para a massa verdadeira da gota ( pode ser escrita como:
O método da gota minimiza o erro a partir da medida de massa de um grande número de gotas com posterior divisão pela quantidade de gotas empregadas. Assim, e equação anterior se torna:
Onde representa a massa total das gotas pingadas e é o número de gotas. Geralmente, o valor de é aproximado para 0,6.
2. OBJETIVOS
A partir da utilização do método da gota, determinar, experimentalmente, o raio de uma gota e, posteriormente, o efeito da concentração da solução de detergente e água na tensão superficial. 
3. MATERIAIS E REAGENTES
Balança analítica;
Bureta de 25 mL; 
Béqueres;
Detergente;
Gelo;
Água;
Termômetro. 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
4.1 Determinação do diâmetro da bureta
	Primeiramente, ajustou-se a temperatura da água para 20ºC com o uso de pedras de gelo. Então, pesou-se um béquer e a água, à 20ºC, foi despejada dentro da bureta. A bureta foi aberta, e deixou-se pingar 30 gotas. O béquer foi novamente pesado para obter-se a massa de água. O procedimento foi realizado em triplicata. A partir do valor da tensão superficial da água na temperatura ajustada, foi possível calcular o raio do tubo. 
4.2 Efeito da concentração na tensão superficial
	Adicionou-se, dentro da bureta, uma solução de água e detergente. A primeira a ser utilizada foi de 5% de detergente. Como feito anteriormente, um béquer foi pesado e deixado em baixo da bureta, que foi aberta deixando que pingasse 30 gotas no béquer. Por fim, o béquer foi pesado para se obter o peso da solução. O procedimento foi realizado em triplicata. 
	O mesmo foi realizado para outras três soluções, com concentrações de 30, 50 e 70% de detergente para que fosse observado o efeito da concentração na tensão superficial. 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
5.1 Determinação do diâmetro da bureta
A fim de determinar o raio do tubo utilizado para o gotejamento, utilizou-se a equação (06) e como referência o valor da tensão superficial da água a 20 °C (). Além disso, para todos os cálculos o fator de correção utilizado foi de 0,6. A Tabela 1 apresenta os valores da massa de água após as 30 gotas, realizada em triplicata, bem como os valores de raio do tubo determinados.
Tabela 1 – Valores da massa de água e raio do tubo.
	Repetições
	Massa total (kg).(103)
	Raio (m).(10³)
	1
	1,5529
	1,8512
	2
	1,6223
	1,9339
	3
	1,6500
	1,9669
	
	Média
	1,9173
Sendo assim, o raio do tubo para os demais cálculos é considerado o valor médio, sendo este de 1,9173x10-3 m. 
5.2 Efeito da concentração (detergente/água) na tensão superficial
A Tabela 2 apresenta as massas de 30 gotas para cada solução e Tabela 3 demonstra as respectivas tensões superficiais calculadas a partir da equação (06), utilizando-se do raio determinado anteriormente e da média da massa.
Tabela 2 – Massas das soluções
	Solução
	Solução (valores em volume)
	Medida de massa 1 (kg).(104)
	Medida de massa 2 (kg).(104)
	Medida de massa 3
(kg).(104)
	Média de massa (kg).(104)
	1
	95% água + 5% detergente
	5,661
	5,742
	5,992
	5,798
	2
	70% água + 30% detergente
	5,586
	5,646
	5,536
	5,5893
	3
	50% água + 50% detergente
	5,358
	5,485
	5,360
	5,401
	4
	30% água + 70% detergente
	5,063
	5,183
	4,690
	4,979
Tabela 3 – Tensões superficiais das soluções
	Solução
	Solução 
(valores em volume)
	Tensão superficial ()
(N.m-1)
	1
	95% água + 5% detergente
	0,0262
	2
	70% água + 30% detergente
	0,0253
	3
	50% água + 50% detergente
	0,0244
	4
	30% água + 70% detergente
	0,0225
A partir dos dados calculados de tensões superficiais para cada concentração percentual de detergente, plotou-se um gráfico da concentração de detergente (%) em função da tensão superficial (). A figura 2 ilustra o ajuste linear.
Figura 2: Concentração de detergente (%) versus tensão superficial (γ).
A equação da reta obtida pelo ajuste linear é dado por e o R2=0,91318. Logo, para determinar a tensão superficial de uma solução contendo uma porcentagem específica de água e detergente, pode-se utilizar a equação (07).
Onde C (%) é a concentração de detergente utilizada na solução e A e B são os coeficientes linear e angular, respectivamente.
Dessa forma, para uma solução contendo 60% de água e 40% de detergente, a tensão superficialé de 0,0242 N/m. Comparando-se com as tensões superficiais para 30 e 50%, percebe-se que o valor obtido está entre as mesmas.
Analisando-se os resultados, pode-se perceber que quanto maior a adição de detergente na solução menor é a tensão superficial, comprovando que as forças de atração das moléculas da superfície de um líquido são diminuídas com a presença de de detergentes, podendo-se reduzir ou romper o limite entre o líquido e o sólido nele apoiado ou imerso. Além disso, fica evidente que a adição do detergente diminui a tensão superficial da água. 
Substâncias que provocam o efeito de reduzir a tensão superficial da água são chamadas de surfactantes ou tensoativos, dentre elas pode-se citar os detergente e sabões. Estes, ao diminuírem a tensão superficial da água, facilitam a penetração desta em pequenos espaços, ajudando na limpeza que representa sua maior aplicação. Os surfactantes também apresentam aplicação na agricultura e sua utilização corresponde a um aumento de 25% da eficiência dos produtos. 
6. CONCLUSÃO
Com o término da realização da prática bem como a realização dos cálculos pertinentes, foi possível cumprir os objetivos propostos relacionando a concentração de uma solução com a tensão superficial. 
Além disso, pode-se observar que a adição de substâncias surfactantes como o detergente diminuem a tensão superficial da água e que, conforme, aumenta-se a concentração, menor é a tensão superficial. Dessa forma, a utilização de substâncias desse tipo auxilia na limpeza, pois faz com que a água penetre em pequenos espaços. 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Tensão Superficial. Disponível em: <http://coral.ufsm.br/gef/Fluidos/fluidos20.pdf>. Acesso em: 21 de fevereiro de 2016.
Tensão Superficial. Disponível em: <http://www.fisica.ufmg.br/~labexp/roteirosPDF/Tensao_Superficial.pdf>. Aceso em: 21 de fevereiro de 2016.
Adaptação no método no peso da gota para a determinação da tensão superficial. Disponível em: <http://quimicanova.sbq.org.br/imagebank/pdf/Vol27No3_492_20-ED03174.pdf>. Acesso em: 21 de fevereiro de 2016.