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1. OBJETIVO A prática laboratorial teve como objetivo determinar a tensão superficial de líquidos e soluções pelo método da gota, para então comparar os valores obtidos e explicar o efeito da adição de alguns solventes na tensão superficial, além de relacionar os resultados obtidos com as forças intermoleculares. 2. RESULTADOS E DISCUSSÕES O experimento iniciou-se com a determinação da densidade das soluções, água, etanol cloreto de sódio (0,25%; 0,5%; 1,0%; 1,5%), e solução detergente (0,25%; 0,5%; 1,0%; 1,5%), com o auxílio de um picnômetro de 25 mL. Primeiramente pesou-se o picnomêtro seco, e mediu-se sua massa, e com um volume já conhecido, em seguida mede-se a massa com a solução a ser analisada. Os dados brutos experimentais estão dispostos na Tabela 01. Tabela 01: Dados obtidos experimentalmente com o picnômetro Solução Massa picnometro + solução (g) Massa solução Água 41,3 24,62 Álcool 36,07 19,39 NaCl 0,25% 41,26 24,58 NaCl 0,5% 41,4 24,72 NaCl 1% 41,53 24,85 NaCl 1,5% 41,61 24,93 Detergente 0,25% 41,38 24,7 Detergente 0,5% 41,43 24,75 Detergente 1% 41,43 24,75 Detergente 1,5% 42,41 25,73 A partir do volume do picnômetro de 25 mL com massa de 16,68 g e as massas aferidas para cada solução contida neste recipiente, obteve-se a densidade das diferentes soluções empregadas por meio da razão entre massa e volume. Os valores obtidos constam na Tabela 02. Exemplificando o cálculo para a água: Tabela 02 - Densidade das soluções. Solução Densidade (g/mL) Água 0,9848 Álcool 0,7756 NaCl 0,25% 0,9832 NaCl 0,5% 0,9888 NaCl 1% 0,994 NaCl 1,5% 0,9972 Detergente 0,25% 0,988 Detergente 0,5% 0,99 Detergente 1% 0,99 Detergente 1,5% 1,0292 Na segunda etapa mediu-se com auxílio do paquímetro o raio do capilar (bureta) que foi de 0,1 cm. Em seguida, aferiu-se a massa do vidro relógio utilizado para pesagem das gotas. Então seguiu-se com o procedimento experimental, contou-se o número de gotas contidos num volume de 2 mL, obtendo a massa total da contagem da qual descontou-se a massa do vidro relógio a fim de obter a massa referente ao volume de gotas. Esse, então, foi dividido pelo número total de gotas, permitindo a obtenção da massa média de uma gota. Os dados obtidos constam na Tabela 03. Tabela 03: Dados experimentais do número de gotas, das massas total e da gota. Solução Número de gotas Massa total (Kg) Massa da gota (Kg) Água 39 0,00193 4,9487x10-5 Álcool 105 0,00161 1,5333 x10-5 NaCl 0,25% 47 0,00198 4,2128 x10-5 NaCl 0,5% 43 0,00197 4,5814 x10-5 NaCl 1% 41 0,00205 5x10-5 NaCl 1,5% 40 0,00201 5,02 x10-5 Detergente 0,25% 74 0,00206 2,7838 x10-5 Detergente 0,5% 79 0,00252 3,1899 x10-5 Detergente 1% 82 0,00229 2,7927 x10-6 Detergente 1,5% 87 0,00189 2,1724 x10-5 Para obter o volume médio de cada gota, utilizou-se os valores da densidade e da massa de cada gota. Exemplificação do cálculo para a água, temos: Analisando as moléculas de água localizadas na superfície, têm-se uma atração das moléculas abaixo delas, mas não têm moléculas de água acima delas. Desta forma isto faz com que as moléculas da superfície estejam “desbalanceadas”, em outras palavras as moléculas da superfície ficam com a força resultante de atração perpendicular à superfície e voltada para dentro do líquido. Esta força está permanentemente puxando as moléculas de água da superfície para dentro do líquido. A tensão superficial ocorre pelo não balanceamento de atração das moléculas da superfície, esta tensão é o principal parâmetro para a determinação do tamanho das gotas, outro parâmetro importante é a densidade, (DALTIN 2011). Para determinar a tensão superficial, utilizamos o método da gota, um dos mais usados. Este método, assim como todos aqueles que envolvem separação de duas superfícies, depende da suposição de que a circunferência multiplicada pela tensão superficial é a força que mantém juntas as duas partes de uma coluna líquida. A tensão superficial é calculada pela Equação 01 (Lei da Tate): (01) Onde: mi – massa de uma gota ideal r – raio do tubo g – aceleração da gravidade Na prática, o peso da gota obtido é sempre menor que o peso da gota ideal. A razão disto torna-se evidente, quando o processo de formação da gota é observado mais de perto. Observa-se na Figura 04 que somente a porção mais externa da gota é que alcança a posição de instabilidade e cai. Perto de 40% do líquido que forma a gota permanece ligado ao tubo. Figura 04: Queda de uma gota Observou-se que durante a pratica, parte da gota ficou ligada ao tubo chegando a cerca de 40% do volume total, sendo assim é necessário calcular o fator de correção para os cálculos da tensão superficial tomando-se com boa aproximação o valor para cada solução. (02) Para corrigir o erro causado pelo peso da gota, introduz-se na equação um fator de correção f. Assim: (03) Adotou-se o valor da gravidade de 9,81 m.s2 com os dados obtidos pode-se calcular as tensões superficiais das diferentes soluções a partir da equação 03. O fator de correção f é uma função do raio do tubo e do volume da gota. Repetiu-se os cálculos para as demais soluções, que estão disponíveis na Tabela 04. Tabela 04: Valores da tensão superficial para diferentes soluções Solução Tensão superficial (N.m-1) Água 0,106538 Álcool 0,034164 NaCl 0,25% 0,091962 NaCl 0,5% 0,100008 NaCl 1% 0,109146 NaCl 1,5% 0,109692 Detergente 0,25% 0,062025 Detergente 0,5% 0,069633 Detergente 1% 0,071598 Detergente 1,5% 0,048403 Tensão superficial é uma força molecular de coesão, cujo efeito é minimizar a área superficial do fluido. Por exemplo, uma gota de um líquido tende a assumir a forma esferica sob a influência da tensão supeficial, pois essa é a forma de menor área (MONTEIRO, 2006). O método da gota é, talvez, o mais convenientemente correto para se medir a tensão superficial de um gás-líquido ou líquido-líquido (interface) (LACERDA et al., Online). Ao analisar os resultados obtidos, que estão dispostos na Tabela 03, observa-se que a tensão superficial menor é do álcool etílico, isto é devido as suas interações moleculares. Já que na molécula do álcool há um menor número de pontes de hidrogênio, consequentemente apresenta uma menor força de coesão entre as suas moléculas, o que resulta em uma baixa tensão superficial, como observado experimentalmente. Comparando com a literatura, o álcool apresenta uma tensão superficial de 0,022 N.m-1 a uma temperatura de 31°C BROOKS (2000), um resultado consideravelmente próximo ao obtido experimentalmente, considerando a temperatura de 31ºC. Segundo BROOK (2000), a tensão superficial da água a 20°C é de 0,073N.m-1, mas o valor para a tensão superficial para agua obtido experimentalmente foi maior do que o encontrado na literatura, mas temos considerar a temperatura de 31ºC A água apresentou um alto valor para a tensão superficial. Isto ocorre devido à atração ocasionada pelas pontes de hidrogênio entre as moléculas da superfície. Ainda segundo BROOK (2000), a tensão superficial da água a 31°C é de 0,071N.m-1, um valor relativamente próximo ao calculado de modo experimental. Ao comparar as soluções de NaCl, observa-se que a tensão superficial é proporcional ao aumento da concentração, ou seja ao aumentar a concentração da solução (mais átomos de NaCl encontram-se na solução), maior é a tensão superficial, isto ocorre pelo aumento das interações intermoleculares provocadas pelo Cloretode sódio. Nas soluções de detergentes, não apresentou valores lineares pois houve erros experimentais, porem o ideal é que a tensão superficial diminua conforme aumenta a concentração, isto se deve ao fato de que essas soluções são surfactantes, sendo assim estas moléculas tendem a diminuir a tensão superficial da água, pois vão “quebrando” as interações entre as moléculas da água. BROOK (2000) ainda determina que água com detergente, a uma certa concentração, a 31°C é de 0,025 N.m-1. Os valores aleatório e diferentes aos da literatura são justificados pela falta calibração dos equipamentos utilizados (balança, bureta, etc.); erros dos operadores; a natureza volátil de algumas substâncias utilizadas; e as diferenças nas condições experimentais realizadas.
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