Determinação da tensão superficial pelo método da gota

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CENTRO UNIVERSITÁRIO FAESA 
INSTITUTO SUPERIOR DE EDUCAÇÃO 
CURSO DE LICENCIATURA E BACHARELADO EM QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO EXPERIMENTAL DE FÍSICO-QUÍMICA I 
 
DETERMINAÇÃO DA TENSÃO SUPERFICIAL PELO MÉTODO DA GOTA 
 
 
 
 
 
 
ALAN REINKE PEREIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
VITÓRIA 
2014 
1 – INTRODUÇÃO 
As ligações químicas são classificadas de acordo com a natureza dos 
elementos que estão a se ligar. Quando há uma ligação entre não-metais, 
chamamos essa ligação de ligação covalente, onde se baseia no 
compartilhamento de elétrons a fim de adquirir estabilidade (atingir o octeto na 
camada de valência). Dentro das ligações covalentes, ainda, existe o que 
chamamos de momento dipolo elétrico, influenciado pela criação de cargas 
parciais de algum átomo da ligação covalente. 
Eletronegatividade é uma propriedade periódica que mede a força de um 
átomo para atrair os elétrons do átomo a quem se liga. Existe uma escala de 
eletronegatividade que dita os elementos mais eletronegativos: 
F > O > N > Cℓ > Br > I > S > C > P > H 
Como se pode observar, o Flúor é o mais eletronegativo dessa escala, 
atraindo fortemente os elétrons do átomo a quem está se ligando. Portanto, 
quanto maior a diferença de eletronegatividade, maior a carga parcial gerada. A 
diferença pode ser tão grande que podemos classificá-la como interações, no 
lugar de ligações. É o caso da água. A água tem fórmula H2O, ou seja, formado 
por um átomo fortemente eletronegativo (oxigênio) e um fracamente 
eletronegativo. Quando se estabelece esse tipo de interação, chamamos de 
ligação de hidrogênio (para casos em que H se liga a elementos muito 
eletronegativos: F, O e N) ou também chamado de ponte de hidrogênio. Além 
desse tipo de interação, também existem outros, como a Tabela 1 indica. 
 
Tabela 1: Interações intermoleculares de forma crescente de força[³]. 
 
Como podemos ver, a interação íon-íon (ligação iônica) é a interação 
mais forte, seguido justamente das ligações de hidrogênio, caso citado acima 
com a água. Por ser uma ligação forte, necessita de muita energia para 
desfazê-la. Imaginemos um copo com água. O que realmente acontece 
naquele líquido são as interações por ponte de hidrogênio entre as moléculas 
de água (Ver figura 1). 
 
 
 Figura 1: Distribuição de forças nas moléculas de água[5]. 
A essa força da interação das moléculas da superfície com as moléculas 
mais abaixo recebe o nome de tensão superficial. Em outras palavras, a tensão 
superficial pode ser conceituada como o trabalho necessário para criar uma 
nova superfície de tamanho unitário[4]. 
Entretanto, a tensão superficial também se conceitua como uma força 
contrária a gravidade, decorrente das interações fortes entre as moléculas do 
fluido. De acordo com CASTELLAN, G. (1986, p. 439) “tensão superficial atua 
como uma força que se opõe ao aumento da área do líquido”. Para a tensão 
superficial, a unidade no SI é o N/m, que é numericamente igual a razão do 
aumento da energia de Gibbs superficial com a área, em joules por metro 
quadrado. A grandeza da tensão superficial dos líquidos comuns é da ordem 
da dezena de milinewtons por metro [1]. 
 
 
 
Tabela 2: Tensão superficial de líquidos a 20ºC 
Líquido γ (10-3N/m) Líquido γ (10-3N/m) 
Acetato de etila 
Acetona 
Água 
Álcool etílico 
Álcool metílico 
23,9 
23,70 
72,75 
22,75 
22,61 
Benzeno 
Éter etílico 
n-Hexano 
Tetracloreto de 
carbono 
Tolueno 
28,85 
17,01 
18,43 
26,95 
 
28,5 
Fonte: CASTELLAN, G. (1986). 
 
Existem vários métodos para se calcular a tensão superficial de um 
líquido, uma delas é o método da gota. O método da gota, assim como todos 
os métodos que envolvem separação, depende da suposição de que a 
circunferência vezes a tensão superficial é a força que mantém juntas as duas 
partes de uma coluna líquida[¹]. 
 
Figura 2: Forças que atuam sobre a gota de um líquido[²]. 
As forças atuando na gota é justamente a força peso (P) e força capilar 
(Fc). Para líquidos a massa será: 
 m = Vg . ρ Equação 1.0 
Onde Vg é o volume da gota e ρ a densidade. A equação 1.1 expressa a força 
peso: 
 P = m . g Equação 1.1 
Substituindo a Equação 1.0 em Equação 1.1, temos: 
 P = Vg . ρ . g Equação 1.2 
A Fc é proporcional a tensão superficial γ e à L (linha de contato entre a gota e 
o tubo). Da definição de tensão superficial, tem-se que: 
 γ =
L
Fc
 Equação 1.3 
Sendo: 
 L = 2πr Equação 1.4 
Substituindo a Equação 1.4 na Equação 1.3: 
 γ = 
r2
Fc
 Equação 1.5 
Para que a gota se desprenda do tubo, é necessário que as forças 
atuando sobre ela sejam iguais, para isso: 
 Fc = P Equação 1.6 
Substituindo as Equação 1.2 e 1.5 em 1.6, temos: 
 γ2πr = Vg . ρ . g 
 γ = 
r
Vg


2
 Equação 1.7 
No método da gota, usa-se, como base, a tensão superficial de um 
líquido (da água, no caso). É feita a medida do número de gotas (n) que é 
formado em certo volume, que é constante. Sendo assim, o volume de cada 
gota será: 
 V = 
n
Vt
 Equação 1.8 
Em que V é o volume da gota e Vt é o volume total utilizado na análise. 
O mesmo também é feito para outro líquido que queira se saber a tensão 
superficial pelo método da gota. Sendo assim, temos, substituindo a Eq 1.8 em 
1.7, nós encontramos o valor da tensão superficial para a água (γa) e para o 
líquido de interesse (γl) 
 , Equação 1.9 
Se dividirmos γa por γl, teremos: 
 
2 – RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
No experimento, o método da gota foi realizado com o auxílio de uma 
bureta de 10 mL, ou seja, a quantidade de gotas da Equação 1.91 é 
proveniente da quantidade de gotas presentes em 10 mL de amostra. 
Como se sabe, nesse método utiliza-se a tensão superficial de um 
líquido para determinar outro. Utilizamos a tensão superficial da água, mas 
para isso precisamos saber a temperatura da mesma. Com o auxílio de um 
termômetro, mediu-se 20ºC, então, analisando a Tabela 2, podemos usar a 
tensão superficial igual a 72,75 dyn/cm. Para tanto, ainda existem incógnitas 
para a Equação 1.91, como a densidade. Com a ajuda de picnômetro foi 
medida a densidade da água e também dos líquidos em análise: 
 
Tabela 3: Valor das densidades das amostras utilizadas. 
 
Substância 
 
 
 
ρ (g/mL) 
 
 
Água 1,009 
Álcool etílico 0,878 
Tensoativo (alquil benzeno sulfanato de sódio) 1,008 
Cloreto de sódio 1,026 
Sabendo a densidade dos líquidos em análise e sabendo a tensão 
superficial da água a 20ºC, as únicas incógnitas restantes, para calcular a 
tensão do líquido, são as quantidades de gotas em determinado volume da 
água e do líquido em análise. Usando a bureta de 10 mL, calculamos, através 
de triplicata, o número de gotas que continha na amostra de 10 mL. 
 Equação 1.91 
Tabela 4:Quantidade de gotas de cada líquido em uma amostra de 10 mL. 
 
Substância 
 
 
 
n (número de gotas) 
 
 
Água 248,66 
Álcool etílico 540 
Tensoativo (alquil benzeno sulfanato de sódio) 463,33 
Cloreto de sódio 216,66 
 
Eliminando as incógnitas, pode-se utilizar a Equação 1.91 a fim de 
calcular a tensão superficial do álcool etílico, tensoativo e também do cloreto de 
sódio. 
Tabela 5: Tensões superficiais dos líquidos em análise. 
 
Substância 
 
 
 
γ (10-3N/m) 
 
 
Álcool etílico 29,15 
Tensoativo (alquil benzeno sulfanato de sódio) 39 
Cloreto de sódio 84,90 
 
Em função dos resultados apresentados acima, foi questionado a 
diferença entre as amostras. Para isso, basta analisarmos as estruturas dos 
compostos em relação a água. 
Ainda analisando os valores das tensões superficiais, foi pesquisado na 
literatura o mesmo, e constatou-se que a tensão do álcool etílico, nessa mesma 
temperatura, é de 22,75, como se observa na tabela 2. A diferença nos valores 
se dá pelo método experimental, onde não há exatidão na contagem de gotas 
no volume de amostra, mesmo que por triplicata. Aproximações no cálculo de 
densidade também são válidos na interferência no valor da tensão superficial. 
Em relação a estrutura das amostras, podemos colocá-las em ordem 
decrescente de polaridade, sendo assim: 
Cloreto de sódio > Tensoativo > Álcool etílico 
Para melhor análise, observe a tabela abaixo expondo as estruturas dos 
compostos: 
 
Tabela 6: Estruturas dos compostos em análise. 
 
Substância 
 
 
Estrutura 
 
 
 
Álcool etílico 
 
 
Tensoativo (alquil benzeno sulfanato de sódio) 
 
 
Cloreto de sódio 
 
 
Ao analisar as estruturas, podemos concluir as interações que as 
moléculas do composto fazem entre si. Pelo fato do cloreto de sódio ser o mais 
polar, ele tem uma interação muito forte, pois há, também, uma grande 
diferença de polaridade entre sódio e cloro. Seguindo a mesma linha de 
raciocínio, o tenso ativo tem uma pequena cadeia polar seguido de uma 
enorme extensão apolar, não sendo uma interação tão forte quanto a de cloreto 
de sódio. O etanol, por último, tem uma cadeira praticamente toda apolar, 
interação fraca entre suas moléculas. 
Sendo o cloreto de sódio, por sua vez, o composto mais polar dentre os 
três em análise, ele irá aumentar a tensão superficial, ou seja, a interação 
cloreto de sódio-cloreto de sódio será muito forte. As moléculas irão interagir de 
maneira que dificulte a caída das gotas da bureta. O raciocínio é válido para os 
demais compostos. O etanol tem uma cadeia muito apolar, pouco interativa, 
então é esperado que a tensão superficial diminua consideravelmente e a 
quantidade de gotas seja relativamente maior, em comparação aos demais 
compostos. Isso é provado, como explícito na tabela 4. 
 
3 – CONCLUSÃO 
Quando analisamos estruturas químicas, observamos partes polares e 
apolares presentes. Justamente essas partes apolares e polares que fornecem 
ao composto a capacidade de interagir com outras moléculas que tenham 
polaridade semelhante, em outras palavras, moléculas com polaridades 
semelhantes são miscíveis, seja polar-polar ou apolar-apolar. Essa interação 
fornece a molécula o que chamamos de tensão superficial. Quanto maior a 
interação de compostos, maior será a tensão superficial criada. 
 
4 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] CASTELLAN, G. Fundamentos de Físico-Química. Rio de Janeiro. LTC, 
1986. 
[2] SANTOS, V. M. – Guia de Prática Físico-Química I – FAESA, 2014 
[3] BRAGA. W. M. Caderno de Laboratório de Química Orgânica I. 2013 
[4] NETZ, P. A.; ORTEGA, G. G.; Fundamentos de Físico-Química: Uma 
abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas. Porto Alegre. ArtMed, 
2002. 
[5] A química do corpo humano: tensões superficiais nos pulmões. 
Disponível em: http://qnint.sbq.org.br/qni/visualizarConceito.php?idConceito=42 
Acesso em: 09 de novembro de 2014.