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PARTE A 1. Calcule o trabalho necessário para esticar um filme de sabão(aq) para aumentar sua área em 4 cm2, sabendo que a tensão interfacial líquido-ar desta solução é 28 mN.m-1. 2. Uma gota de óleo com raio de 1,0 cm é derramada sobre a água. Calcule o trabalho necessário para uma dispersão hipotética deste óleo na água de forma a obter gotículas dispersas com raio de 0,10mm, assumindo que a tensão intefacial água/óleo seja de 30 mN.m-1. 3. Diga qual é o efeito de cada uma das variáveis abaixo na ascenssão capilar: (a) raio do capilar (b) tensão interfacial líquido/ar (b) temperatura (d) densidade do líquido (e) ângulo de contato líquido/sólido 4. A figura ao lado ilustra um processo de separação de duas fases dentro de uma terceira fase. Por exemplo, duas fases líquidas são separadas, criando duas novas interfaces líquido/ar. O trabalho necessário para isto é uma função de todas as tensões interfaciais envolvidas. (a) Qual é o trabalho necessário para separar as duas fases líquidas ao lado? Este é o trabalho de adesão. (b) E o qual seria o trabalho necessário se as duas fases fossem iguais? Este é o trabalho de coesão. 5. Na ilustração ao lado, ar foi soprado pelo cano cujas pontas haviam sido mergulhadas em água com sabão. Todavia, a formação da bolha de sabão foi observada em apenas uma das extremidades, aquela com o maior raio na ponta. Justifique este fenômeno. 6. Em um belo dia, com “céu de brigadeiro” , a umidade relativa do ar estava em 115%, mas nenhuma nuvem era observada. Entretanto, quando aviões passam pela região, observa-se a formação de uma “cauda” de gotículas de água condensadas, atrás do avião. Qual deve ser o raio mínimo para que estas uma gota seja formada nestas condições atmosféricas? Considerando a densidade da água, qual é o número mínimo de moléculas que devem se aproximar a fim de formar esta gota? Assuma T=275K e γ(H2O)=75,2 mN.m-1 7. Dois fenômenos bastante corriqueiros podem ser associados ao diferencial de pressão de Laplace: (a) a dificuldade de filtrar soluções em filtros cujos poros são muito pequenos; (b) a bomba do chimarrão que, vez ou outra, entope e deixa a vida do gaucho mais difícil. Calcule qual é a pressão que deve ser feita para fazer a água, a 25ºC, passar através de (i) filtros de poros com 22 μm e (ii) uma bomba com poros de 0,5 mm. 8. Qual é o efeito na tensão interfacial líquido/ar na água dos seguintes aditivos: (a) adição de NaCl (b) aumento da T (c) adição de sabão (d) adição de pequena quantidade de butanol 9. Calcule o tamanho mínino de uma cavidade (bolha) de vapor de água se formando a 10 cm abaixo da superfície da água, a 375 K, que seria termodinamicamente estável. Nesta temperatura, a ρ(H2O) = 957 kg m3, a tensão superficial é 58,5 mN m-1 e a pressão de vapor de equilíbrio é 108,8 kPa. 10.Quando a temperatura é 25ºC, o etanol tem uma tensão superficial de 22.4 mN m-1, ângulo de contato com vidro de 0º e sua densidade é 0,79 g cm3. Calcule a ascenssão do etanol num capilar de raio 0,1 mm. Faça o mesmo para a água, nas mesmas condições. QMC5415 - 20132 - LISTA DE EXERCíCIOS P1L1 PARTE B Questão 01. Dentre cada par de sistemas abaixo, escolha o sistema com a MAIOR tensão superficial: a. { } H2O(l, 298K) ou { } H2O(l, 278K) b. { } H2O(l, 298K) ou { } KCl(aq, 298K) c. { } H2O(l, 298K) ou { } CH2Cl2(l, 298K) d. { } Hexano ou { } Metanol, ambos a 298K e. { } H2O(l, 298K) ou { } Hg(l, 298K) f. { } H2O(l, 298K) ou { } H2O(l, 298K)+sabão(aq) g. { } Etanol (l, 351K) ou { } Etanol (g, 351K) Questão 02. Classifique as alternativas como (V)verdadeiras ou (F)falsas. Considere os trechos entre aspas como verdadeiros: ( ) Se um certo líquido apresenta uma boa molhabilidade em um certo sólido, pode-se pressupor que este líquido iria sofrer uma ascensão quando em contato com um tubo capilar feito deste sólido. ( ) Se um certo líquido apresenta uma baixa molhabilidade em um certo sólido, pode-se pressupor que este líquido iria sofrer uma depressão quando em contato com um tubo capilar feito deste sólido. ( ) O ângulo interno de contato de uma gota de água com vidro deve ser maior do que o da mesma gota mas com teflon. ( ) Os surfistas passam parafina em suas pranchas de surf com o intuito de aumentar a molhabilidade que a água do mar tem na prancha. ( ) “Nas últimas olimpíadas, alguns nadadores usavam rmaiô super-hidrofóbico.” Isto significa que o ângulo interno de contato da água da piscina com a roupa era maior do que 90º. ( ) “Uma das estratégias para evitar o embaçamento do vidro do espelho do banheiro durante um banho quente é de passar, previamente, água com sabão sobre o mesmo”. Esta estratégia funciona por que diminui drasticamente o ângulo de contato da água com o vidro, evitando a formação de gotículas e favorecendo a formação de um filme líquido, que rapidamente escorre. ( ) A força gravitacional da Terra é a responsável pela forma esférica das gotas. ( ) O trabalho de adesão sempre é maior do que o trabalho de coesão. Questão 03. O super-aquecimento de líquidos é uma consequência da Equação de Kelvin: a formação de pequenas cavidades é termodinamicamente impedida. Quando aquecida rapidamente no microondas, uma amostra de água permaneceu líquida mesmo a 105ºC. Sabendo que, nesta temperatura, a tensão superficial da água é 58,9 mN.m-1, a densidade é 958,5 kg.m3 e sua pressão de vapor é 108,3 kPa, calcule o tamanho (raio) da menor cavidade termodinamicamente estável que seria formada a 10 cm abaixo da superfície. r = _______________________ Questão 04. Qual é o trabalho necessário para converter 40,00 L de água, a 30ºC, em um spray de gotículas de 2000 nm? Considere que inicialmente a água encontre-se um um recipiente fechado, sem contato com o ar (área interfacial água/ar = 0) e que todas as gotículas formadas tenham o mesmo tamanho. A tensão superficial da água nesta temperatura é 71,2 mN.m-1. w = _______________________ Questão 05. A ascensão capilar pode ser usada para medir a tensão interfacial de um líquido. Normalmente, mede- se a altura da ascensão em dois ou mais tubos de raios diferentes e, através dos valores, se chega à tensão. Derive uma expressão algébrica para a tensão superficial quando duas alturas são medidas em dois capilares diferentes. (escreva a resposta no verso) Questão 06. Um dos filtros comumente usados em laboratório tem poros de 0.22μm de diâmetro. Qual é a pressão mínima que deve ser aplicada para se fazer passar água a 30ºC nestes poros? A tensão superficial da água nesta temperatura é 71,2 mN.m-1. p = _________________ Questão 07. Sem consultar tabelas, associe corretamente cada interface e respectivo valor de Tensão Interfacial: A. Interface água/butanol! ! ! ! ! ! [ ] 35 mN.m-1 B. Interface água/benzeno ! ! ! ! ! [ ] 57 mN.m-1 C. Interface água/benzaldeído! ! ! ! ! [ ] 15,5 mN.m-1 D. Interface água/teflon! ! ! ! ! ! [ ] 415 mN.m-1 E. Interface água/mercúrio!! ! ! ! ! [ ] 1,8 mN.m-1 --------------- ln pv c pv* ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 2γ MwrρRT cosθ = γ GS − γ LS γ LG Δp = 2γ /r QMC5415 - 20132 - LISTA DE EXERCíCIOS P1L1
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