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EXPERIÊNCIA 03 - TENSÃO SUPERFICIAL - ISOTERMA DE GIBBS Andressa Maria Jackiw, Leila Hack, Valéria Cristina Sezanosky Pinto - BANCADA 5 Profª Drª Izabel C. Riegel-Vidotti Universidade Federal do Paraná Centro Politécnico – Jardim das Américas – 81531-980 – Curitiba – PR – Brasil Tensão superficial é a força que atua ortogonalmente a qualquer seguimento unitário imaginado na superfície do líquido. Na prática, é o trabalho necessário para aumentar a superfície em uma unidade de área por um processo isotérmico e reversível. Sua origem está nas Forças de van der Waals que atuam nas moléculas, situadas no interior do líquido, em todas as direções. A tensão superficial foi medida pelo método da massa da gota. O cálculo da tensão é dado pela equação 1: 𝛾 = 𝑚𝑖𝑔 2𝜋𝑅𝑓 (1) O valor de R.f depende do capilar utilizado. Para calculá-lo, utilizamos o método da gota com a água, que tem tensão conhecida de 72,8x10-3 N/m. O valor encontrado está disposto na tabela1. Tabela 1: Dados utilizados para descobrir R.f H2O nº de gotas massa das gotas (g) massa de uma gota (g) R.f 1 24 1.006 0.04192 8.86E-04 2 25 1.027 0.04108 3 25 1.025 0.04100 média 0.04133 Substituindo o valor de R.f na equação (1), calculamos a tensão superficial do butanol em diferentes concentrações, conforme mostra a tabela 2. Tabela 2: Tensão superficial do butanol em diferentes concentrações. Concentração de Butanol (mol/L) ϒ (mN/m) 0.0052 78.8621 0.0100 76.7586 0.0200 73.7347 0.0400 66.9191 0.1000 58.2962 0.2000 51.8501 0.5000 38.9273 0.6000 41.9955 0.7040 32.1964 0.8000 30.1656 0.8500 28.5420 Traçando o gráfico da tensão superficial em função do logarítimo natural da concentração, obteve-se o gráfico abaixo. Conforme o esperado, com o aumento da concentração de butanol a tensão superficial foi diminuindo. Para o cálculo do coeficiente angular, foram pegos os dados correspondentes aos pontos intermediários da curva, ignorando os pontos 1, 7, 9, 10 e 11, por distoarem muito da reta. Desta forma, tem-se que o valor do coeficiente angular é igual a -8,7953 mN/m. Tendo que a equação conhecida como Isoterma de Gibbs é dada pela equação (2), onde 𝑎 é o coeficiente de atividade e 𝛾 é a tensão superficial, e considerando que em soluções diluídas a atividade é igual a concentração molar, podemos calcular a concentração superficial em excesso: 𝛤 = − 1 𝑅𝑇 𝑑𝛾 𝑑𝑙𝑛𝑎 (2) A temperatura utilizada corresponde a 25°C e a constante universal dos gases usada no cálculo foi de 8,314 J/ mol.K. Desta forma, o valor calculado para a concentração superficial em excesso foi de 3,54818 x 10-6 mol/m². 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 8 Te n sã o S u p er fi ci al - ϒ (m N /m ln [ButOH] (mol/m³) Tensão Superficial x ln[ButOH] y = -8,7953x + 98,661 R² = 0,9939 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 7 Te n sã o S u p er fi ci al - ϒ (m N /m ) ln [ButOH] (mol/m³) Tensão Superficial x ln[ButOH] Para calcular a área ocupada por cada molécula, basta utilizar a equação (3), onde NA corresponde ao número de Avogadro. 𝐴 = 1 𝑁𝐴𝛤 (3) A área ocupada por cada molécula de butanol foi de 4.68164 x 10-19 m², equivalente a 46.81636 Ӓ².
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