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SUMÁRIO 1.0 – INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 1 2.0 – OBJETIVO ....................................................................................................................... 3 3.0 – METODOLOGIA ............................................................................................................. 3 3.1 – Materiais ........................................................................................................................ 3 3.2 – Procedimento experimental ........................................................................................... 3 4.0 – RESULTADO E DISCUSSÃO ........................................................................................ 4 5.0 – CONCLUSÃO ................................................................................................................ 15 6.0 – REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 16 1 1.0 – INTRODUÇÃO A tensão superficial surge no líquido como resultado do desequilíbrio entre as forças agindo sobre as moléculas da superfície em relação àquelas que se encontram no interior da solução, as moléculas de qualquer líquido localizadas na interfase líquido-ar realizam um número menor de interações intermoleculares comparadas com as moléculas que se encontram no interior do líquido, a força resultante que atrai as moléculas da superfície de um líquido para o seu interior torna-se o principal obstáculo para a formação de bolhas e gotas, como estas forças de coesão tendem a diminuir a área superficial ocupada pelo líquido, observamos frequentemente gotas adotarem a forma esférica, pela mesma razão ocorre à formação dos meniscos, e a consequente diferença de pressões através de superfícies curvas ocasiona o efeito denominado capilaridade, a esta força que atua na superfície dos líquidos dá-se o nome de tensão superficial e, geralmente, quantifica-se a mesma determinando-se o trabalho necessário para aumentar a área superficial [1] . As moléculas presentes na superfície de um líquido estão em constante interação com suas moléculas interiores, tais interações resultam em forças intensas sobre essas moléculas, uma força gerada a partir dessas interações é a tensão superficial. O termo tensão superficial de um líquido α refere-se à tensão interfacial γαβ para o sistema do líquido α em equilíbrio com seu vapor β, tensões superficiais de líquidos são frequentemente medidas contra o ar, quando a fase β é um gás inerte à pressão baixa ou moderada, o valor de γαβ é quase independente da composição de β [1]. Para se determinar a tensão superficial de um líquido podem-se usar três diferentes métodos: Ascensão capilar: pode ser usado para se medir à tensão superficial de interface líquido- vapor e líquido-líquido, neste caso um tubo capilar é inserido no líquido e com a medida da altura em que o líquido sobre no capilar nos permite calcular o γ, com base na equação abaixo é possível se calcular a tensão superficial pelo método de ascensão capilar [2] ; p α -p β = 2γ/R Eq. 01 Peso da gota: Quando uma gota se forma na ponta de um tubo têm-se as seguintes forças atuando, a força peso e a força capilar [3] . No exato momento de desprendimento, a força exercida pelo peso da gota (m.g) é equilibrada pela tensão superficial () multiplicada pela circunferência (2..r) da gota 2 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 (), de acordo com a equação abaixo [2] ; r gVd aa a 2 Eq. 02 Usando-se um método de comparação é possível simplificar a expressão matemática para al la l a nd nd Eq. 03 Outro método para se medir a tensão superficial é o método do anel de DuNoüy, ele é um excelente método para o cálculo da tensão superficial desde que se ignore os efeitos do tempo, para essa prática foi utilizado o método do peso da gota, feito a partir da comparação da tensão superficial de dois líquidos [3] . 3 2.0 – OBJETIVO Esta prática tem por objetivo medir a tensão superficial do álcool etílico absoluto, de soluções de lauriléter sulfato de sódio e cloreto de sódio em diferentes concentrações. 3.0 – METODOLOGIA 3.1 – Materiais Tabela 1. Descrição dos materiais utilizados na prática. Materiais Reagentes e Solventes/Soluções Béquer de 50 mL; Álcool etílico 92,8 %; Bureta de 25 mL; Água destilada; Garra; Soluções de NaCl: 1 %, 2 %, 4 %, 8 % e 15 % Suporte universal. Soluções de Detergente: 0,1 %, 0,2 %, 0,4 %, 0,6 %, 1 % e 2 %. 3.2 – Procedimento experimental Prendeu-se uma bureta de 25 mL em um suporte. Encheu-se a bureta com água destilada e determinou-se o número de gotas que se formaram para cada mililitro. Para isso, foi medido a razão do número de gotas formadas em 3 mL pelo volume. Repetiu-se o procedimento utilizando álcool etílico absoluto. Repetiu-se também as medidas utilizando soluções de NaCl 1 %, 2 %, 4 %, 8 % e 15 % em massa e soluções de detergente 0,1 %, 0, 2%, 0,4 %, 0,6 %, 1 % e 2 % gramas de detergente por 100 gramas de água. 4 4.0 – RESULTADO E DISCUSSÃO Os experimentos foram realizados em duplicata, sendo denominados experimento 1 e experimento 2. Por meio da equação 4, pode-se calcular o volume da gota de água encontrado nos experimentos Experimento 1 V1A = V = 3 mL = 0,052 mL na 58 Experimento 2 Va = V = 3 mL = 0,055 mL na 54 A tensão superficial da água (a) é de 7,28. 10−2 N. 𝑚−1. Por meio dos dados obtidos pode se calcular o raio da gota de água: Pela equação 2 temos: r gVd aa a 2 Experimento 1 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 5,2. 10−8 𝑚−3. 9,8 m. 𝑠−2 2πr 7,28. 10−2 Kg. m. 𝑚−1. 𝑠−2 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 5,2. 10−8 𝑚−3. 9,8 m. 𝑠−2 2πr 7,28. 10−2 = 5.096. 10−3 6,28 r r = 0,0011 m Experimento 2 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 5,5. 10−8 𝑚−3. 9,8 m. 𝑠−2 2πr 7,28. 10−2 Kg. m. 𝑚−1. 𝑠−2 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 5,5. 10−8 𝑚−3. 9,8 m. 𝑠−2 2πr 7,28. 10−2 = 5,36. 10−3 6,28. r r = 0,0012 m 5 Cálculo da a para o álcool etílico absoluto Para o álcool etílico determinou-se 146 gotas no experimento 1 e 150 gotas no experimento 2, sendo gasto 3 mL em ambos. A densidade do álcool é de 0,7954 g.cm -1 , convertendo as unidades de medidas temos 795,4 Kg. 𝑚−3. Experimento 1 al la l a nd nd 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 146 795,4 Kg. 𝑚−3. 58 146000 𝑙 = 3321,59 𝑙 = 2,3. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 al la l a nd nd 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 150 795,4 Kg. 𝑚−3. 54 1495557,5 𝑙 = 3126,88 𝑙 = 2,1. 10−2 N. 𝑚−1 A tensão superficial da água (a) é de 7,28. 10−2N. 𝑚−1, sendo este um valor tabelado. A partir deste, calculou-se a tensão superficial do álcool etílico e obteve-se o valor de 2,2. 10−2N. 𝑚−1. Nota-se que o álcool etílico possui uma tensão superficial consideravelmente menor que a da água, devido um menor número de interações intermoleculares, e, consequentemente, menor coesão entre asmoléculas. Cálculo da 𝒍 da solução de NaCl Por meio das soluções de NaCl, em diferentes concentrações, é possível determinar a 𝑙 , uma vez que a densidade varia conforme a concentração. As soluções de NaCl foram preparados pelo técnico de laboratório. Solução de NaCl 1%: Obteve-se 55 gotas no experimento 1 e 54 no experimento 2, a qual a presente concentração apresenta densidade de 1,0053 g.cm -3 , convertendo as unidades de medidas temos 1005,3 Kg. 𝑚−3. 6 Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 55 1005,3 Kg. 𝑚−3. 58 55000 𝑙 = 4245 𝑙 = 7,7. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 54 1005,3 Kg. 𝑚−3. 54 53840,7 𝑙 = 3952,035 𝑙 = 7,34. 10−2 N. 𝑚−1 Solução de NaCl 2%: Obteve-se 55 gotas e 51 gotas para os respectivos experimentos. A respectiva densidade relacionada a esta concentração é de 1,0125 g.cm -3 , convertendo as unidades de medidas temos 1012,5 Kg. 𝑚−3. Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 55 1012,5 Kg. 𝑚−3. 58 55000 𝑙 = 4275,2 𝑙 = 7,7. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 51 1012,5 Kg. 𝑚−3. 54 50849,55 𝑙 = 3980,34 𝑙 = 7,8. 10−2 N. 𝑚−1 Solução de NaCl 4%: Obteve-se 56 gotas e 53 gotas para os respectivos experimentos. A respectiva densidade relacionada a esta concentração é de 1,0268 g.cm -3 , convertendo as unidades de medidas temos 1026,8 Kg. 𝑚−3. 7 Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 56 1026,8 Kg. 𝑚−3. 58 56000 𝑙 = 4335,56 𝑙 = 7,7. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 53 1026,8 Kg. 𝑚−3. 54 52843,65 𝑙 = 4036,56 𝑙 = 7,6. 10−2 N. 𝑚−1 Solução de NaCl 8%: Obteve-se 57 gotas e 54 gotas para os respectivos experimentos. A respectiva densidade relacionada a esta concentração é de 1,0559 g.cm -3 , convertendo as unidades de medidas tem-se 1055,9 Kg. 𝑚−3. Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 57 1055,9 Kg. 𝑚−3. 58 57000 𝑙 = 4458,4 𝑙 = 7,8. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 54 1055,9 Kg. 𝑚−3. 54 53840,7 𝑙 = 4150,95 𝑙 = 7,7. 10−2 N. 𝑚−1 Solução de NaCl 15% Obteve-se 55 gotas e 51 gotas para os respectivos experimentos. A respectiva densidade relacionada a esta concentração é de 1,1085g.cm -3 , convertendo as unidades de medidas tem-se 1108,5 Kg. 𝑚−3. 8 Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 55 1108,5 Kg. 𝑚−3. 58 55000 𝑙 = 4678,4 𝑙 = 8,5. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 51 1108,5 Kg. 𝑚−3. 54 49852,5 𝑙 = 4357,74 𝑙 = 8,7. 10−2 N. 𝑚−1 Cálculo da 𝒍 da solução de lauriléter sulfato de sódio Solução de lauriléter sulfato de sódio 0 % A solução de lauriléter sulfato de sódio 0 % não apresenta a presença de detergente em sua composição. Logo, conclui-se q a 𝑙 em solução de lauril 0 gramas de detergente por 100 gramas de água é equivalente 𝑎 . Solução de lauriléter sulfato de sódio 0,1 % (w/w) De acordo com a ficha de informações de segurança de produtos químicos (FISPQ) [4] , as soluções de detergente apresentam densidades de 1,02 g.cm -3 , indiferente das concentrações. Obteve-se 57 gotas e 56 gotas para os respectivos experimentos. Convertendo as unidades de medidas da respectiva densidade relacionada temos 1020 Kg. 𝑚−3. Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 57 1020 Kg. 𝑚−3. 58 57000 𝑙 = 4306,84 𝑙 = 7,5. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 56 1020 Kg. 𝑚−3. 54 55834,8 𝑙 = 4009,824 𝑙 = 7,2. 10−2 N. 𝑚−1 9 Solução de lauriléter sulfato de sódio 0,2 % (w/w) Obteve-se 73 gotas e 54 gotas para os respectivos experimentos. A respectiva densidade relacionada a esta concentração de detergente não altera a densidade do mesmo. Logo, a densidade é a mesma. Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 73 1020 Kg. 𝑚−3. 58 73000 𝑙 = 4306,84 𝑙 = 5,8. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 54 1020 Kg. 𝑚−3. 54 53840,7 𝑙 = 4009,824 𝑙 = 7,4. 10−2 N. 𝑚−1 Solução de lauriléter sulfato de sódio 0,4 % (w/w) Obteve-se 75 gotas e 56 gotas para os respectivos experimentos. A respectiva densidade relacionada a esta concentração de detergente não altera a densidade do mesmo. Logo, a densidade é a mesma. Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 75 1020 Kg. 𝑚−3. 58 75000 𝑙 = 4306,84 𝑙 = 5,7. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 56 1020 Kg. 𝑚−3. 54 55834,8 𝑙 = 4009,824 𝑙 = 7,2. 10−2 N. 𝑚−1 10 Solução de lauriléter sulfato de sódio 0,6 % (w/w) Obteve-se 76 gotas e 59 gotas para os respectivos experimentos. A respectiva densidade relacionada a esta concentração de detergente não altera a densidade do mesmo. Logo, a densidade é a mesma. Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 76 1020 Kg. 𝑚−3. 58 76000 𝑙 = 4306,84 𝑙 = 5,6. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 59 1020 Kg. 𝑚−3. 54 58825,95 𝑙 = 4009,824 𝑙 = 6,8. 10−2 N. 𝑚−1 Solução de lauriléter sulfato de sódio 1,0 % (w/w) Obteve-se 94 gotas e 69 gotas para os respectivos experimentos. A respectiva densidade relacionada a esta concentração de detergente não altera a densidade do mesmo. Logo, a densidade é a mesma. Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 94 1020 Kg. 𝑚−3. 58 94000 𝑙 = 4306,84 𝑙 = 4,6. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 69 1020 Kg. 𝑚−3. 54 68796,45 𝑙 = 4009,824 𝑙 = 5,8. 10−2 N. 𝑚−1 Solução de laurilétersulfato de sódio 2,0 % (w/w) Obteve-se 65 gotas e 77 gotas para os respectivos experimentos. A respectiva densidade relacionada a esta concentração de detergente não altera a densidade do mesmo. Logo, a densidade é a mesma. 11 Experimento 1 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 1. 103 Kg. 𝑚−3. 65 1020 Kg. 𝑚−3. 58 65000 𝑙 = 4306,84 𝑙 = 6,6. 10−2 N. 𝑚−1 Experimento 2 a l a l l a d n d n 7,28. 10−2 N. 𝑚−1 𝑙 = 997,05 Kg. 𝑚−3. 77 1020 Kg. 𝑚−3. 54 76772,85 𝑙 = 4009,824 𝑙 = 5,2. 10−2 N. 𝑚−1 A partir dos resultados obtidos, plotou-se os gráficos para visualizar o efeito das concentrações dos solutos presentes nas soluções nos valores de tensão superficial. Nota-se que a tensão superficial do NaCl aumentou conforme a concentração do mesmo. Observa-se também que tanto a gráfico do experimento 1 (Figura 1) e o gráfico referente ao experimento 2 (Figura 2) apresentaram comportamentos similares. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 7,6x10 -2 7,8x10 -2 8,0x10 -2 8,2x10 -2 8,4x10 -2 8,6x10 -2 / N m -1 Concentração de NaCl / % m/m Figura 1: Relação entre concentração de NaCl pela tensão superficial obtidos no experimento 1. 12 0 2 4 6 8 10 12 14 16 7,2x10 -2 7,4x10 -2 7,6x10 -2 7,8x10 -2 8,0x10 -2 8,2x10 -2 8,4x10 -2 8,6x10 -2 8,8x10 -2 9,0x10 -2 / N m -1 Concentração de NaCl / % m/m Figura 2: Relação entre concentração de NaCl pela tensão superficial obtidos no experimento 2. A partir dos gráficos pode-se avaliar, também, o comportamento da tensão superficial do lauriléter sulfato de sódio em diferentes concentrações nos experimentos 1 e 2. 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 4,5x10 -2 5,0x10 -2 5,5x10 -2 6,0x10 -2 6,5x10 -2 7,0x10 -2 7,5x10 -2 8,0x10 -2 m -1 Concentração de Lauriléter sulfato de sódio / % m/m Figura 3: Relação entre concentração de lauriléter sulfato de sódio pela tensão superficial, sendo estes valores obtidos no experimento 1. 13 De acordo com a Figura 3, é possível perceber que um ponto apresenta comportamento insatisfatório, desprezando este, que pode ter sido acarretado devido aos erros relacionados a contagem de gotas ou na preparação da solução, obtém-se o gráfico apresentado na Figura 4. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 4,5x10 -2 5,0x10 -2 5,5x10 -2 6,0x10 -2 6,5x10 -2 7,0x10 -2 7,5x10 -2 8,0x10 -2 m -1 Concentração de Lauriléter sulfato de sódio / % m/m Figura 4: Relação entre concentração de lauriléter sulfato de sódio pela tensão superficial, sendo estes valores obtidos no experimento 1, após desprezar o ponto insatisfatório. 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 5,0x10 -2 5,5x10 -2 6,0x10 -2 6,5x10 -2 7,0x10 -2 7,5x10 -2 8,0x10 -2 / N m -1 Concentração de Lauriléter sulfato de sódio / % m/m Figura 5: Relação entre concentração de lauriléter sulfato de sódio pela tensão superficial, sendo estes valores obtidos no experimento 2. 14 Devido às afinidades com a água, o lauril sulfato de sódio diminui suas interações entre as moléculas da água, fazendo com que sua tensão superficial “se quebre”, acarretando em uma tensão superficial menor que a da água pura. Os tensoativos têm moléculas com cabeça polar e cauda apolar, onde a cabeça polar é hidrofílica, tem afinidade com as moléculas de água e a cauda apolar é hidrofóbica, tem pouca ou nenhuma afinidade com as moléculas de água. As moléculas do tensoativo tendem a se concentrar na superfície livre da água, com as cabeças hidrofílicas voltadas para o interior do líquido e as caudas hidrofóbicas voltadas para o exterior, quando estão em equilíbrio. Sendo assim, quanto maior as quantidades de tensoativo presente na água, mais afastadas ficam umas das outras e, portanto, menores devem ser as intensidades das forças de tensão superficial. Com a adição de mais tensoativo, a superfície livre da água atinge a saturação, atingindo seus valores mínimos nas intensidades das forças de tensão superficial. Diferentemente da solução de lauril, a solução de NaCl apresentou uma tensão superficial consideravelmente maior que a água pura, ou seja, a presença de íons na água aumentou as interações intermoleculares (maior coesão entre as moléculas). 15 5.0 – CONCLUSÃO Após a realização dos experimentos, concluímos que a tensão superficial de substâncias está diretamente ligada às forças intermoleculares e ao volume da gota. Isso ocorre em soluções puras (água e etanol), como observados experimentalmente. Pelo fato da água ter uma maior densidade que o álcool, pôde-se ver uma diferença de quase o dobro no valor da tensão superficial da água com o álcool etílico, o que acarretou em uma menor tensão superficial e um maior número de gotas. Tendo em vista os alguns possíveis erros como erro na contagem das gotas, calibração dos instrumentos e preparo das soluções ou aproximações de casas decimais, o experimento demonstrou a diferença do efeito causado na tensão superficial da água entre a adição do tensoativo e do cloreto de sódio. A alteração foi significativa e mensurável, onde percebeu-se a diminuição da tensão superficial causada pelo tensoativo e o aumento da mesma causada pelo NaCl, como visualizado nos gráficos. 16 6.0 – REFERÊNCIAS [1] Peter Atkins, Julio de Paula; Fisico-Quimica volume; tradução da nona edição; Edilson Clemente da Silva, Oswaldo Esteves Barcia, Marcio Jose Estillac de Mello Cardoso – editora LTC: Rio de Janeiro 2012. [2] Ira N. Levine; Fisico-Quimica volume1; tradução da sexta edição; Edilson Clemente da Silva, Oswaldo Esteves Barcia – editora LTC: Rio de Janeiro 2012. [3] CARVALHO A. E. Apostila de Físico - Química Experimental. UFGD, Dourados - MS, pág. 31, 2015. [4] Ficha De Informações De Segurança De Produtos Químicos (FISPQ). Produto: lava- louças Ypê Neutro p. 5 Disponível em: <https://www.impakto.com.br/ sistema/produtoEspecificacao/110029.pdf> Acesso em: 29 mar. 2016.
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