Tensão Superficial da Água.

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ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
BEATRIZ Apª OLIVEIRA DE QUEIROZ (3608N) 
BRUNA MOREIRA BRANCO (3608N) 
DIEGO BUENO (3609N) 
 
 
 
 
 
 
 
 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO SUPERFICIAL PELO MÉTODO DA GOTA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho feito para a disciplina de Laboratório de 
Reatores Químicos e Bioquímicos do curso de 
Engenharia Química do Centro Universitário 
Unifacvest. 
 
Profª. Tamara Zanette. 
 
 
 
 
 
Lages, 06 de Março de 2018 
 
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
 
A tensão superficial (e a quantidade mais fundamental, energia livre superficial) 
exerce um papel importantíssimo na físico-química das superfícies. A tensão superficial y​s de 
um líquido é definida muitas vezes como a força que atua ortogonalmente a qualquer 
segmento unitário imaginado na superfície do líquido (DUNCAN J. SHAW, 1975, p. 42). 
É mais conveniente definir tensão superficial e energia livre superficial como o 
trabalho necessário para aumentar a superfície em uma unidade de área, por um processo 
isotérmico e reversível. (DUNCAN J. SHAW, 1975, p. 42). A tensão interfacial y​i ​de um 
líquido ​é definida muitas vezes como a força de contração por unidade de comprimento, ao 
longo do perímetro de uma superfície, se a superfície separa duas fases não gasosas 
(DUNCAN J. SHAW, 1975, p. 43). 
Existem alguns processos que precisam ter uma tensão superficial dos líquidos menor, 
com isso o uso dos tensoativos ou surfactantes é essencial. Os surfactantes ou tensoativos têm 
moléculas com cabeça polar e cauda apolar. A cabeça polar é hidrofílica e tem afinidade com 
as moléculas de água. A cauda apolar é hidrofóbica e, como tal, tem pouca ou nenhuma 
afinidade com as moléculas de água. Os surfactantes quando adicionados à água diminuem a 
sua tensão superficial, favorecendo o seu espalhamento (DUNCAN J. SHAW, 1975, p. 48). 
Para o Behring, J. L (2003), devido à presença do grupo lipofílico, que ocupa 
preferencialmente a superfície do líquido, diminuindo a força de coesão entre as moléculas do 
solvente e, consequentemente, diminuindo a tensão superficial. Entretanto, após saturar a 
superfície, a adição de novas moléculas de tensoativos tem pouco efeito sobre o valor da 
tensão superficial, principalmente após atingirem uma certa concentração crítica (CMC), 
onde se formam espontaneamente agregados moleculares de dimensões coloidais, chamados 
micelas. A CMC depende da estrutura dos tensoativos (tamanho da cadeia do hidrocarboneto) 
e das condições experimentais (força iônica, contra-íons, temperatura etc.), e as discussões 
sobre sua formação, funções e relações com aplicações industriais é de extrema importância. 
O método da gota foi proposto por Tate em 1864 e depois foi aprimorada por Harkins 
e Brown e Paddy e vários outros pesquisadores. O procedimento que é seguido nesse método 
é o seguinte: uma quantidade de gotas que cai de um tubo capilar que possua um valor 
conhecido de raio e que tenha um eixo vertical é pesada. Neste método utiliza-se 
uma estalagmômetro, porém para líquidos que possuem baixa volatilidade um equipamento 
simples, como a bureta, pode ser utilizado, sendo assim se pode regular através da quantidade 
de líquido o tempo de formação da gota. (LUZ, 2001). 
 
 
 ​ Figura 1 - Método do peso da gota 
 Fonte: PILLING, S 
 
No exato momento de desprendimento, a força exercida pelo peso da gota (m.g) é 
equilibrada pela tensão superficial (g) multiplicada pela circunferência (2. .r) da gota π 
formada. Desta forma, a tensão superficial pode ser calculada pela medida da massa (m) de 
uma gota do líquido, ou mesmo, pelo volume da gota (V) e a densidade do líquido (r), de 
acordo com a Equação abaixo (BEHRING, J. L.; LUCAS, M.; MACHADO, C.; 
BARCELLOS, I. O., 2003). 
 
Na prática, o peso da gota obtido, é sempre menor que o peso da gota ideal. A razão 
disso pode ser observada na imagem abaixo, onde aproximadamente 40% do líquido que 
forma a gota permanece ligado ao tubo (SHAW, D. J. 1975). 
 
 
 ​ Figura 2 - Processo de formação da gota 
 Fonte: PILLING, S 
 
A massa ideal de uma gota não é a mesma obtida experimentalmente, por isso existe a 
necessidade de corrigir o volume da gota pela introdução de um fator de correção (​f​), devido 
ao fato desta não se separar na forma esférica (BEHRING, J. L.; LUCAS, M.; MACHADO, 
C.; BARCELLOS, I. O., 2003). O fator de correção f e uma função do raio do tubo e do 
 
volume da gota. Estes valores estão tabelados: 
 
Tabela 1. ​Fator de correção para o método do peso da gota 
 
 Fonte: (SHAW, D. J. 1975) 
 
O valor de V (volume), pode ser calculado através da fórmula da densidade, na qual se 
usará o valor da massa da gota obtida experimentalmente. Já na fórmula de tensão superficial 
utiliza-se a massa da gota ideal pois já está acrescido o fator de correção (f), consta abaixo a 
tabela da massa da gota de água que se desprende de tubos de diferentes diâmetros é abaixo a 
fórmula final de tensão superficial (DUNCAN J. SHAW, 1975). 
 
Tabela 2. ​Massa de uma gota de água que se desprende de tubos de diferentes 
diâmetros 
 
 Fonte: (SHAW, D. J. 1975) 
 
 ​ (2)γ = m x g2 x π x r x f 
 
Onde: tensão superficial γ = 
 m = massa de uma gota ideal 
g = aceleração da gravidade 
r = raio do tubo 
f = fator de correção 
 
Para auxílio nos cálculos para obtenção de tensão superficial temos abaixo as tabelas 
com a densidade da água a certas temperaturas, e o valor tabelado de tensão superficial da 
água para posterior comparação dos resultados. 
 
Tabela 3. ​Densidade da água e Tensão superficial da água em função da Temperatura 
T °C Densidade da água (g/mL) T °C Tensão superficial da água γ 
(dyna/cm) 
20 0,99823 0 75,64 
21 0,99702 5 74,90 
22 0,99780 10 74,22 
23 0,99757 15 73,05 
24 0,99732 20 72,75 
25 0,99707 25 71,97 
26 0,99681 - - 
27 0,99652 - - 
28 0,99622 - - 
29 0,99592 - - 
30 0,99561 - - 
Fonte: CRC Handbook of Chemistry and Physics 
 
 Gráfico 1.​ Tensão Superficial da água x temperatura 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
A existência de forças de atração van der Waals de curto alcance entre as moléculas, 
responsáveis pela existência do estado líquido, é um fato bastante conhecido. Os fenômenos 
da tensão superficial e tensão interfacial são prontamente explicáveis em termos dessas 
forças. As moléculas situadas no interior de um líquido são, em média, sujeitas a forças de 
atração iguais em todas as direções, ao passo que as moléculas situadas, por exemplo, numa 
superfície de separação líquido-ar estão submetidas a forças de atração não-balanceadas ou 
não-equilibradas, do que resulta uma força em direção ao interior do líquido. O maior número 
possível de moléculas se deslocará da superfície para o interior do líquido; a superfície 
tenderá, por isso, a contrair-se espontaneamente. Isso também explica por que gotículas de 
um líquidoou bolhas de um gás tendem a adquirir uma forma esférica (DUNCAN J. SHAW, 
1975, p. 42). 
O método da gota é, talvez, o mais convenientemente correto para se medir a tensão 
superficial de um gás-líquido ou líquido-líquido (interface). O procedimento é formar gotas 
do líquido no fim de um tubo, permitindo a queda dentro de um recipiente até que o 
suficiente tenha sido coletado, assim o peso da gota pode ser determinado corretamente. Esse 
método é muito antigo, com observações feitas por Tate (1864), para realizá-lo utiliza-se 
uma estalagmômetro, porém para líquidos que possuem baixa volatilidade um equipamento 
simples, como a bureta, pode ser utilizado, sendo assim se pode regular através da quantidade 
de líquido o tempo de formação da gota. (ADERJANE F. Lacerda, LUCIANA P. Santos, 
SILVIA M. A). 
Alguns processos precisam ter uma tensão superficial dos líquidos menor, com isso o 
uso dos tensoativos ou surfactantes é essencial. McBain sugeriu o comportamento 
aparentemente anômalo dos tensoativos, em diminuir a tensão superficial da água, poderia 
ser explicado em termos de formação de agregados organizados, ou micelas, dos íons de 
substâncias tenso-ativas, sendo as cadeias carbônicas lipofílicas orientadas para o interior da 
micela, deixando assim os grupos polares em contato com o meio aquoso. A concentração 
acima da qual a formação de micelas se torna apreciável é chamada de concentração micelar 
crítica (c.m.c) (DUNCAN J. SHAW, 1975, p. 54). 
Neste trabalho, testou-se o emprego de uma bureta comum para a obtenção das gotas, 
visando assim determinar a tensão superficial pelo método do peso da gota para água 
destilada e para uma solução de detergente e avaliar o efeito da adição de um tensoativo sobre 
a tensão superficial da água, obtendo assim resultados por meio dos cálculos para se fazer as 
comparações entre estes dois tipos de líquidos. 
 
OBJETIVOS 
 
Realizar um experimento em laboratório, com a finalidade de determinar a tensão 
superficial de líquidos puros e de soluções, pelo método da gota. 
Avaliar o efeito da adição de um tensoativo sobre a tensão superficial da água. 
 
MATERIAIS E REAGENTES 
 
Tabela 4​. Materiais e reagentes utilizados na metodologia. 
Materiais Quantidade Reagentes 
Suporte Universal 1 Água destilada 
Bureta ( 25 mL) 1 Detergente 
Garra 2 - 
Béquer 1 - 
Erlenmeyer ( 250mL) 3 - 
Cronômetro 1 - 
Balança Analítica 1 - 
Paquímetro 1 - 
 
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Primeiramente posicionou-se as vidrarias, pesou-se os erlenmeyers com tampa, 
zerou-se a bureta ​com água destilada, que estava presa em um suporte universal com auxílio 
de uma garra, conforme figura abaixo. 
 
 
Figura 3: ​Aparelhagem para determinação de tensão superficial pelo método da gota. 
 
Abriu-se a torneira da bureta, ajustou a torneira para que formasse 1 gota por minuto 
aproximadamente (adotamos que o tempo foi de um minuto pelo método de arredondamento, 
pois obtivemos 50 segundos como tempo da primeira gota, e um minutos e quatro segundos 
para a segunda gota), recolheu-se 10 gotas de água no erlenmeyer 1 , repetiu-se o 
procedimento no béquer 3 gotejando somente 5 gotas. No béquer 2 foram recolhidas 5 gotas 
de solução de detergente e água, não conseguimos ajustar o tempo de uma gota por minuto 
mesmo após inúmeras tentativas, o procedimento foi realizado então com uma gota a cada 25 
segundos. 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Com a realização do experimento obtivemos os seguintes dados: 
 
 Peso 
inicial 
(vazio com 
tampa) ​(g) 
Peso final 
(com 
tampa)​ (g) 
Peso da 
gota ​(total) 
(g) 
Peso de 
uma gota 
(g) 
Diâmetro 
interno 
(cm) 
Diâmetro 
externo 
(cm) 
Erlenmeyer 
1 
 58,177 58,594 ​(10 
gotas de 
água 
destilada) 
0,417​ ​(10 
gotas de 
água 
destilada) 
0,0417 0,23 0,26 
Erlenmeyer 
2 
65,475 65,698 ​(10 
gotas de 
solução de 
detergente e 
água 
destilada) 
0,223 ​(10 
gotas de 
solução de 
detergente e 
água 
destilada) 
 
0,0223 0,22 0,25 
Erlenmeyer 
3 
102,819 103,024​ (5 
gotas de 
água 
destilada) 
0,205​ ​(5 
gotas de 
água 
destilada) 
 
0,041 0,27 0,32 
 
Através da subtração do peso final, do peso inicial do erlernmeyer, dividindo o 
resultado pelo número de gotas, temos a massa de uma gota; medido experimentalmente o 
diâmetro da bureta sendo este 0,0066 m, portanto o raio é 0,0033 m, e utilizando-se então das 
fórmulas e valores tabelados, temos: 
 
Cálculos Erlenmeyer 1 (10 gotas de água destilada) 
Dados: 
Peso de 1 gota = 0,0417g 
 
Densidade da água 25°C = 0,99707 g/mL 
 
d = m/v 
 
mL
0,99707 g = V
0,0417 g 
0,0417gmL
0,99707 g.V = 
mL V = 0,0417 0,99707 
V = 0,0418 mL 
V = 0,042 mL 
= ​r/V​1/3 
= 0,33 / (0,042)​1/3 
= 0,33/0,3476 
= 0,949 
= 0,95 
 
f = 0,6034 (Valor tabela 1) 
 
Dados: 
Peso de 1 gota = 0,0417g 
 
Densidade da água 20°C = 0,99823 g/mL 
 
d = m/v 
 
mL
0,99823 g = V
0,0417 g 
0,0417gmL
0,99823 g.V = 
m​L V = 0,0417 0,99823 
V = 0,04177 mL 
V = 0,042 mL 
 
f = 0,6034 (Valor tabela 1) 
 
​Após obtido o valor do f, podemos calcular a tensão superficial da gota de água destilada 
a partir da fórmula (2): 
Cálculo da tensão superficial da gota de água destilada 
Dados: 
 m = 0,091620 (Tabela 2) 
 g = 9,81 m/s​2 
 r = 0,0033 m 
 
γ = m x g2 x π x r x f 
 
γ = 0,091620 x 9,812 x 3,14 x 0,0033 x 0,6034 
 
 
 
γ = 0,89879220,012504861 
 
1, 7 γ = 7 8 
dyna/cm2 γ = 7 
 
Obtivemos 72 dyna/cm como valor de 
tensão superficial da gota de água destilada, 
valor este que se assemelha muito ao 
tabelado para 20°C e 25°C, os quais são 
respectivamente 72,75 e 71,97 dyna/cm. 
 
 
Cálculos Erlenmeyer 3 (5 gotas de água destilada) 
Dados: 
Peso de 1 gota = 0,041g 
 
Densidade da água 25°C = 0,99707 g/mL 
 
d = m/v 
 
mL
0,99707 g = V
0,041g 
0,041gmL
0,99707 g.V = 
mL V = 0,041 0,99707 
V = 0,0411mL 
V = 0,041 mL 
= ​r/V​1/3 
=​ 0,33 / (0,041)​1/3 
= 0,33/0,3448 
= 0,957 
= 0,96 
 
f = 0,6034 (Valor tabela (1) para 0,95 (valor 
mais próximo do resultado)) 
Tendo obtido o mesmo valor de f, e sendo que 
as demais incógnitas são as mesmas utilizadas 
no cálculo do erlenmeyer 1 (10 gotas de água 
destilada), o valor de tensão superficial da gota 
de água é o mesmo para o erlenmeyer 3 (com 5 
gotas de água destilada) sendo então: 
γ = 0,091620 x 9,812 x 3,14 x 0,0033 x 0,6034 
2 dyna/cm γ = 7 
Dados: 
Peso de 1 gota = 0,041g 
 
Densidade da água 20°C = 0,99823 g/mL 
 
d = m/v 
 
mL
0,99823 g = V
0,041g 
0,041gmL
0,99823 g.V = 
mL V = 0,0410,99823 
V = 0,041mL 
 
f = 0,6034 (Valor tabela 1) 
 
​Para se descobrir o valor de tensão superficial da solução de água destilada e detergente, 
fez-se uma regra de três com os valores obtidos para água destilada, que serve para 
comparação: 
Cálculo Erlenmeyer 2 (10 gotas de solução de água destilada e detergente) 
Dados: 
Peso de 1 gota (água destilada) = ma = 0,0417 g 
Peso de 1 gota (solução de ​água destilada e detergente) ​= mb = 0,0223 g 
 
71,87 dyna/cma γ = 
?b γ = 
 
= ​0,0417mb
maγb
γa , 223 x 71, 7 γ = 0 0 8 
 
= ​ ​ / 0,04170,0223
0,0417
γb
71,87
, 02701 γ = 1 6 
 dyna/cm8, 3 γ = 3 4 
 
Obtivemos 72 dyna/cm como valor de tensão superficial da gota de água destilada, 
valor este que se assemelha muito ao tabelado (Tabela para 20°C e 25°C, os quais são 
respectivamente 72,75 e 71,97 dyna/cm; já a tensão superficial da solução de detergente e 
água destilada dyna/cm​. Podemos notar que o valor de tensão superficial da solução 8, 3 γ = 3 4 
de detergente e água destilada diminuiu praticamente na metade, isso ocorre porque o 
detergente como surfactante baixa a tensão superficial da água. Isso ocorreu porque o 
detergente forma um filme superficial recobrindo toda a superfície do líquido, a tensão 
superficial da solução aquosa diminui então acentuadamente, até o ponto onde se inicia a 
formação das micelas. (​Behring, J. L.; Lucas, M.; Machado, C.; Barcellos, I. O.) 
Em baixas concentrações a concentração de surfactante não é suficiente para a 
saturação da superfície, e a tensão superficial praticamente não é alterada. Quando presentes 
em soluções aquosas de baixas concentrações, as moléculas de surfactantes encontram-se na 
superfície da água, formando o filme superficial, ou no interior da solução, isoladas ou aos 
pares. Com o aumento da concentração formam-se as micelas, agregados de 50 ou mais 
monômeros, que adotam a forma esférica. Acima da CMC não existe um aumento 
significativo no número de partículas isoladas e, conseqüentemente, a força de coesão das 
moléculas da superfície é pouco modificada e não se observam mais efeitos significativos 
sobre a tensão superficial da solução. (​Behring, J. L.; Lucas, M.; Machado, C.; Barcellos, I. 
O.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSÃO 
 
 
O método do peso da gota se apresenta como uma técnica extremamente simples para 
a determinação da tensão superficial, pois, utiliza vidrarias comuns e a técnica envolve baixos 
custos. Vimos que alguns cuidados devem ser tomados para se minimizar erros, a 
temperatura é um fator que influencia a tensão superficial, e por isso é recomendado efetuar o 
experimento em locais com temperaturas entre 15 e 25 °C, os equipamentos devem ser bem 
posicionados e o operador deve manuseá-los com cuidado. Tivemos certa dificuldade em 
ajustar o tempo correto para cada gota, porém este erro não prejudicou o resultado dos 
cálculos, os quais ficaram dentro do esperado. 
Os resultados apresentados demonstram que técnicas fundamentadas em conceitos 
extremamente simples, onde a partir da prática podemos visualizar o que antes havíamos 
visto apenas na teoria, e as formulações matemáticas adquiriram sentido físico, podem 
fornecer resultados bastante precisos, e a partir da realização deste experimento pode-se notar 
as aplicações industriais dos surfactantes nos mais diversos setores produtivos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
ADAMSON, Arthur W., Physical Chemistry of Surfaces. -6th. ed. - New York: John Wiley 
& Sons, 1997. 
 
ADERJANE F. Lacerda, LUCIANA P. Santos, SILVIA M. A., determinação Experimental 
da Tensão Superficial de Líqüidos Puros, Universidade Federal De Uberlândia,Faculdade De 
Engenharia Química. 
 
BEHRING, J. L.; LUCAS, M.; Machado, C.; BARCELLOS, I. O., Adaptação no método do 
peso da gota para determinação da tensão superficial: um método simplificado para a 
quantificação da CMC de surfactantes no ensino da química, Departamento de Química, 
Universidade Regional de Blumenau, Blumenau - SC. 
 
CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS. Disponível em: 
http://hbcponline.com/faces/contents/ContentsSearch.xhtml;jsessionid=9E38D2F9015FD1F6
DC57C608F00BD354. Acesso em: 02 de março de 2018. 
 
DANIELS, Farrington et al. Experimental physical chemistry. - 7. ed. - New York : 
McGraw-Hill, 1970. 
 
LUZ, J. A. M; LIMA, R . M. F., Medida de tensão superficial . Disponível em: 
<http://mineralis.cetem.gov.br/bitstream/handle/cetem/1072/Cap%2027%20Tens%C3%A3o
%20Superficial.pdf?sequence=1>, acessado em fevereiro de 2018. 
 
SHAW, D. J., ​Introdução da química dos colóides e de superfícies​, Ed. Edgard Blücher Ltda, 
1975. 
 
PILLING, S. Tensão Superficial de Líquidos. Univap SP. 
Disponível em: 
https://www1.univap.br/spilling/FQE1/FQE1_EXP5_TensaoSuperficialGota.pdf