Determinação da tensão superficial de um líquido

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Universidade Federal do Rio Grande 
Escola de Química e Alimentos 
Curso de Engenharia Química 
Disciplina de Físico-Química Experimental II 
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1. Identificação 
Experimento: Determinação da tensão superficial de um líquido pelo método da ascensão 
capilar 
Autores: Luiza Anderson e Scarlet Tuchtenhagen 
Professor responsável: Tito Sant’anna Cadaval Júnior. 
Data: 16 de abril de 2018 
2. Resumo 
As moléculas na superfície de um líquido estão sujeitas a forte força de atração das moléculas 
interiores. A resultante dessas forças, - cuja direção é a mesma de plano tangente à superfície 
(em qualquer ponto desta) - atua de maneira a que a superfície líquida seja a menor possível. A 
grandeza desta força, atuando perpendicularmente (por unidade de comprimento) ao plano na 
superfície é definida como tensão superficial (𝛾). No presente experimento, tem-se como 
objetivo determinar as tensões superficiais de três líquidos, relaciona-las com os valores teóricos 
além de calcular o erro obtido no experimento. 
3. Introdução 
As interfaces entre líquidos e gases (superfícies) e entre diferentes líquidos são regiões de 
características diferentes daquelas do interior. Os átomos do interior dos líquidos estão 
fracamente ligados a seus vizinhos que se movem incessantemente. Entretanto, os átomos que 
estão na superfície ligam-se apenas com seus vizinhos das partes mais interiores do líquido, uma 
vez que os átomos da fase gasosa, em contato com o líquido, estão muito dispersos no espaço, 
interagindo muito menos com os átomos da superfície do líquido. Isto faz com que os átomos 
da superfície tenham, em média, maior coesão do que do interior. Assim, a superfície de um 
líquido pode ser compreendida como uma fina película que reveste toda sua extensão. 
Aumentar a superfície de um material significa deslocar átomos até lá, para uma região de maior 
energia. Criar ou aumentar uma superfície requer, portanto, trabalho. A energia superficial, 𝛾, é 
definida como a energia envolvida na variação da área superficial de uma unidade de área. Sua 
unidade no SI é J.m-2. Também é denominada tensão superficial, cuja unidade é N.m-1. A tensão 
superficial é também apresentada como a força aplicada para formar uma unidade de 
comprimento de superfície. E a superfície é apresentada como uma membrana ou filme 
superficial elástico que reveste, ou separa, o líquido. Este filme é mantido esticado pela tensão 
superficial. A área superficial de líquidos tende a ser a mínima possível para minimizar a energia 
da superfície. Por isso, pequenas gotas de líquidos tendem ao formato esférico na tentativa de 
minimizar a área superficial em respeito a seu volume. 
 
A tensão superficial é afetada pela temperatura. Quanto maior a temperatura, mais fraca é a 
interação entre os átomos. Portanto, menor é a tensão superficial. Químicos podem causar 
grande alteração da tensão superficial. Denominam-se surfactantes, substâncias capazes de 
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diminuir a tensão superficial. Por exemplo, uma gota de detergente na água faria um mosquito 
que flutua sobre a água afundar. Surfactantes são largamente empregados em limpeza para 
fazer com que a água molhe completamente as superfícies, penetrando no espaço entre os 
resíduos de sujeira, de modo a serem retirados mais facilmente. [1] 
Uma das manifestações da tensão interfacial é a capilaridade, ou os fenômenos da ascensão ou 
depressão capilar. Um tubo capilar (ou duas placas muito próximas) parcialmente imerso em um 
líquido mostrará uma elevação ou uma depressão da superfície do líquido em seu interior 
conforme a afinidade do material do tubo com o líquido, em última análise: da intensidade das 
interações entre as espécies. [2] 
 
Quando um tubo capilar é mergulhado em um líquido capaz de molhar o tubo, ocorre a chamada 
ascensão capilar. Supondo que o ângulo de contato entre o líquido e o sólido seja igual a zero e 
que o menisco formado seja esférico, o líquido ascenderá no capilar até uma altura tal que a 
pressão hidrostática da coluna líquida no interior do capilar se iguale à pressão excedente: 
∆ℎ𝜌𝑔 =
2𝛾
𝑟
 (1) 
Onde: 
r: raio do capilar (m) 
∆h: altura da coluna líquida (m) 
𝜌: densidade do líquido (kg.m-3) 
g: aceleração gravitacional (m.s-2) 
O valor de 𝛾 (tensão superficial) será obtido em N.m-1 
4. Metodologia 
Inicialmente, a análise do teste de tensão superficial é realizado colocando o líquido a ser 
estudado em um recipiente termostatizado a 25ºC. Logo após, é feito com que o líquido se 
desloque para cima, no capilar, utilizando uma seringa com mangueira acoplada à tampa do 
recipiente e então lê-se as alturas dos níveis da amostra no capilar, visto que a diferença fornece 
a ascensão capilar. O processo é repetido para todas as substâncias a serem analisadas. A 
primeira substância analisada foi o tolueno. Após essa medição, é realizado o teste para os 
outros líquidos, começando com a acetona, depois o clorofórmio e então o metanol, seguindo 
uma ordem crescente de volatilidade. 
 
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5. Resultados e Discussões 
O experimento começa com a análise do tolueno, cuja tensão superficial e massa específica (já 
ajustada a temperatura) são conhecidas e iguais a 35,22mN.m-1 e 882,4 kg.m-3. Por este dado 
ser conhecido, a análise começa com ele, pois, através disto é possível determinar o raio do 
capilar usado. A altura de ascensão capilar obtida pelo o tolueno foi de 30,3mm, usando a 
fórmula (1) conclui-se que o raio do capilar é de r=0,2686mm. 
As demais substâncias, CHCl3, CH3OH, C3H6O foram ordenadas por volatilidade, uma vez que não 
foi utilizado água para a lavagem da pipeta, a evaporação foi necessária antes de cada análise 
para um dado composto. A ordem estabelecida foi: 
1° Acetona (P.E. 56°c) 
2° Clorofórmio (P.E. 61,2°C) 
3° Metanol (P.E. 64,7°C) 
Mudanças na temperatura e na pressão alteram a massa específica de um material. A massa 
específica de referência (𝜌0) é dada a 25,9°C, devido a temperatura experimental ser de 23,8°C 
foi preciso o ajuste da massa específica pela relação: 
...10)(10)( 6223   xTTxTT ooo  (2) 
Onde os coeficientes α, β e γ são tabelados para cada substância. 
Aplicando a equação (1) e (2) aos dados experimentais, têm-se os seguintes resultados: 
Tabela 1- Dados experimentais 
Amostra Altura observada 
no capilar (mm) 
Massa 
específica 𝜌0 
(kg.m-3) 
Massa 
específica 𝜌 
(kg.m-3) 
Tensão 
superficial- 
𝛾 (mN.m-1) 
Acetona (C3H6O) 30,3 821,48 810,11 32,34 
Clorofórmio 
(CHCl3) 
61 1526,43 1522,44 122,35 
Metanol (CH3OH) 28 809,99 807,91 29,80 
 
Tabela 2- Tensões superficiais dos líquidos a 20°C, ao ar com 1 atm e as obtidas no laboratório 
a 23,9°C e Patm. 
Amostras Valor teórico (mN.m-1) Valor experimental Erro 
Acetona 23,70 32,34 36,45% 
Clorofórmio 27,00 122,35 353,7% 
Metanol 22,60 29,80 31,8% 
Fonte: OKUNO, E.; CALDAS, I. L.; CHOW, C.l. Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: HARBRA, 1986. p.328. 
Acima podemos comparar os valores teóricos com os valores experimentais. A discrepância 
entre os resultados é notória e pode ser atribuído aos erros laboratoriais. 
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6. Conclusão 
Observando os resultados obtidos, percebe-se uma porcentagem de erro muito grande,isto se 
deve aos erros experimentais tais como a dificuldade de leitura e manuseio dos materiais do 
laboratório, a conversão das unidades (°C para mm), além é claro da influência da temperatura 
nos resultados. Porém, houve um bom entendimento da prática, podendo inserir os conceitos 
teóricos ao experimento no laboratório. 
7. Referências 
[1] ESTATÍSTICA DE FLUÍDOS. Tensão superficial, espalhamento de líquidos, ângulo de contato 
e equação de laplace. Disponível em: <http://www.aulas.e-
agps.info/sinterizacao/laplace.pdf>. Acesso em: 18 abr. 2018. 
[2] TRATAMENTO DE MINÉRIOS: PRÁTICAS LABORATORIAIS . – medida da tensão superficial. 
Disponível em: 
<http://mineralis.cetem.gov.br/bitstream/cetem/1072/1/cap%2027%20tens%c3%a3o%20sup
erficial.pdf>. Acesso em: 18 abr. 2018.