Tensão Superficial

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS TOLEDO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE QUIMICA BACHARELADO
 
PRÁTICA 6 – TENSÃO SUPERFICIAL
Relatório entregue como parte da avaliação da disciplina Físico-Química Experimental I, do curso Química Bacharelado, ministrado pelo Professor Doutor Douglas Cardoso Dragunski.
Alunas: Bruna Grassi;
 Camila Dias;
 Gabriela Lauer;
 Giulia Fukase;
 Lucas Mendes. 
TOLEDO – PR – Brasil
Maio de 2018
INTRODUÇÃO
Nos líquidos, as forças intermoleculares atrativas são responsáveis pelos fenômenos de capilaridade como a subida de água em tubos capilares. Sendo responsáveis também pelos fenômenos de superfície, em que o teorema de Arquimedes é aparentemente quebrado como, por exemplo, com o andar de insetos sobre a superfície da água ou a flutuação de uma agulha de aço sob a água [1].
Cada molécula no interior do líquido é atraída pelas demais moléculas igualmente, em todas as direções, enquanto as moléculas que estão na superfície são atraídas para o interior do líquido mais fortemente que em direção ao ar. Deste modo, ocorre uma contração espontânea da superfície. No interior do líquido, as forças de coesão atuam no sentido de estabilizar o sistema, reduzindo a energia potencial de cada molécula. A figura 1 mostra o comportamento das forças que atuam sobre uma molécula na superfície do líquido [1].
Figura 1: Forças atuantes na superfície de um líquido. 
 	A grandeza desta força, atuam perpendicularmente (por unidade de comprimento) ao plano na superfície é definida como tensão superficial γ. A dimensão da tensão superficial é força por unidade de comprimento, sendo no sistema SI igual a N/m [2].
Uma vez que a energia de Helmholtz decresce (dA ® 0) e se a área superficial decresce (dq ® 0), as superfícies têm uma tendência natural a se contrair. Este é um modo mais formal de expressar o que já havia sido descrito [2].
A superfície ou interface onde a tensão existe é situada entre o líquido e seu vapor saturado no ar, normalmente a pressão atmosférica. A tensão pode também existir entre dois líquidos imiscíveis, sendo então chamada de tensão interfacial [3].
Um dos métodos utilizados para medir a tensão superficial é o método do peso da gota. Este método, assim como todos aqueles que envolvem separação de duas superfícies, consiste na suposição de que a circunferência multiplicada pela tensão superficial é a força que mantém juntas as duas partes de uma coluna líquida. Quando esta força está equilibrada pela massa da porção inferior, a gota se desprende. A figura 2 mostra a formação da gota [3].
Figura 2: Formação da gota.
Ao se colocar um líquido em contato com um sólido produz-se um “cabo de guerra” entre as moléculas, as moléculas do sólido puxando para seu lado, as moléculas do líquido para o outro. Desta forma, se derramado água numa lâmina limpa de vidro, o vidro atrairá as moléculas de água mais fortemente do que elas se atraem. Logo a água é forçada a se espalhar na superfície do vidro. A ação capilar dos líquidos se dá pelo fato da tendência dos líquidos de subir pelas paredes de tubos capilares (tubos muito finos) e é uma consequência da tensão superficial [3]. Como pode ser observado pela Figura 3.
Figura 3: Representação esquemática da formação e desprendimento de uma gota formada a partir de uma capilar.
OBJETIVO
Determinar a tensão superficial de líquidos pelo método da gota, comparando os valores obtidos, relacionando com as forças intermoleculares.
MATERIAIS E REAGENTES
Bureta;
Pipeta de tamanhos variados;
Béquer;
Vidro relógio;
Água destilada; 
Solução de NaCl (0,25%, 0,5% 1,0%, 1,5%);
Solução de detergente (0,25%, 0,5% 1,0%, 1,5%).
PROCEDIMENTO
Para determinar a tensão das soluções de etanol, água, cloreto de sódio (0,25%, 0,5% 1,0%, 1,5%) e solução de detergente (0,25%, 0,5% 1,0%, 1,5%), utilizou-se a bureta de 25 mL. Mediu-se o diâmetro da bureta com o auxílio de um paquímetro. Introduziu-se a primeira amostra na bureta até a marca de 2 mL e em seguida realizou-se a contagem das gotas presentes no volume da solução. As gotas foram recolhidas em um vidro de relógio de massa já conhecida, e que após o recolhimento das gotas teve sua massa medida novamente. O procedimento foi realizado com todas as soluções.	
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Sendo a tensão superficial uma propriedade intrínseca dos líquidos, a mesma depende da natureza do líquido e está relacionada com as forças intermoleculares. Logo a tensão superficial é a responsável pela forma da gota, desta forma foi utilizado o método da gota, para se encontrar a tensão superficial das soluções preparadas previamente. Os dados obtidos experimentalmente se encontram na Tabela 1.
Tabela 1. Contagem de gotas das soluções.
	
Soluções
	Massa vidro de relógio + solução (g)
	Massa vidro de relógio vazio (g)
	Massa da solução (g)
	Quantidade de gotas
	Massa de uma gota (g)
	Densidade (g/mL)
	Etanol
	31,4020
	29,8718
	1,5302
	110
	0,01391
	0,7651
	Água
	31,8381
	29,8712
	1,9669
	40
	0,04917
	0,9834
	NaCl – 0,25%
	31,8429
	29,8706
	1,9723
	39
	0,05057
	0,9861
	NaCl – 0,50%
	31,8881
	29,8709
	2,0172
	39
	0,05172
	1,0086
	NaCl – 1,0%
	31,8063
	29,8714
	1,9354
	37
	0,05230
	0,9677
	NaCl – 1,5%
	31,8480
	29,8712
	1,9768
	38
	0,05202
	0,9884
	Detergente – 0,25%
	31,8803
	29,8717
	2,0086
	44
	0,04565
	1,0043
	Detergente – 0,5%
	31,8746
	29,8713
	2,0033
	59
	0,03395
	1,0016
	Detergente – 1,0%
	31,8510
	29,8716
	1,9794
	84
	0,002356
	0,9897
	Detergente – 1,5%
	31,8541
	29,8718
	1,9823
	96
	0,02064
	0,9911
A densidade de cada solução foi calculada por meio da equação 1, a partir do volume e da massa da solução contidos na Tabela 1. Já para a massa de uma gota, dividiu-se a massa da solução pela quantidade de gotas.
Eq. 1
Em seguida, calculou-se o fator de correção (), por meio da equação 2, sendo que aproximadamente 40% do líquido que forma a gota permanece ligada ao tubo, ocorre assim a contração da gota, deste modo leva-se em consideração este fator. Após o levantamento dos dados, utilizou-se a equação 3 para calcular a tensão superficial das soluções, conforme os dados da Tabela 2.
Eq.2
Eq.3
Tabela 2. Tensão superficial das soluções problemas e tabelada na literatura.
	
Soluções
	Raio da Bureta (m)
	Massa de 1 Gota (kg)
	Volume Gota (mL)
	Desvio ()
	Tensão Superficial (Nm-1)
	Tensão Superficial Literatura (Nm-1) 
	Etanol
	0,0016
	1,39 x10-5
	0,018
	0,6250
	0,0222
	2,2 x 10-2
	Água
	0,0016
	4,91 x10-5
	0,050
	0,6669
	0,0717
	7,2 x 10-2 
	NaCl – 0,25%
	0,0016
	5,05 x10-5
	0,051
	0,6669
	0,0738
	-
	NaCl – 0,50%
	0,0016
	5,17 x10-5
	0,051
	0,6669
	0,0755
	-
	NaCl – 1,0%
	0,0016
	5,23 x10-5
	0,054
	0,6828
	0,0746
	-
	NaCl – 1,5%
	0,0016
	5,20 x10-5
	0,052
	0,6828
	0,0742
	-
	Detergente – 0,25%
	0,0016
	4,56 x10-5
	0,045
	0,6669
	0,0666
	-
	Detergente – 0,5%
	0,0016
	3,39 x10-5
	0,033
	0,6515
	0,0507
	-
	Detergente – 1,0%
	0,0016
	2,35 x10-5
	0,023
	0,6362
	0,0360
	-
	Detergente – 1,5%
	0,0016
	2,06 x10-5
	0,020
	0,6250
	0,0321
	-
 
O método da gota é um dos mais convenientemente correto para se medir a tensão superficial de um gás-líquido ou líquido-líquido.
Analisando os resultados que se encontram na Tabela 2, observou-se que o etanol possui a menor tensão superficial, devido as suas interações intermoleculares. Na molécula do álcool, há um número menor de pontes de hidrogênio, indicando uma menor força de coesão entre as suas moléculas, resultando em uma baixa tensão superficial. Comparando o valor encontrado experimentalmente com o valor da literatura, notou-se que os valores são iguais, mostrando a eficiência do método da gota.
O valor da tensão superficial da água obtido experimentalmente também foi próximo ao valor da literatura.Seu alto valor para a tensão, ocorre devido à atração ocasionada pelas pontes de hidrogênio entre as moléculas da superfície.
Para a solução de NaCl, a tendência é que haja aumento da tensão superficial de forma proporcional ao aumento da concentração, sendo assim, ao aumentar a concentração da solução, maior deveria ser a tensão superficial, pelo fato do aumento das interações intermoleculares provocadas pelo NaCl. Porém, experimentalmente obteve-se uma diminuição da tensão superficial conforme do aumento da concentração. Este erro pode ser justificado devido a solução ser muito antiga ou algum erro do operador.
E, nas soluções de detergentes, observou-se que, ao aumentar a concentração, o valor da tensão superficial diminui, devido ao fato de que essas soluções são surfactantes, desse modo, as moléculas tendem a diminuir a tensão superficial da água, pois tendem a romper as interações entre as moléculas da água.
CONCLUSÃO
Por meio da prática realizada foi possível determinar e calcular pelo método do peso da gota a tensão superficial da água destilada, soluções de cloreto de sódio e detergente em diferentes concentrações, observando que a tensão superficial das substâncias está diretamente ligada às forças intermoleculares e ao volume da gota dessas substâncias formada no fim de um tubo. 
REFERENCIAS
[1] ATKINS, P.; PAULA, J. Atkins Physical Chemistry 8ed. Nova York: Oxford Press. 2006.
[2] DE SOUZA, N. J. M.; Experimentos em Físico Química, 1995. 2ed. Curitiba-PR. Neoprinte Ltda.
[3] Adaptação no método no peso da gota para a determinação da tensão superficial. Disponível em: <http://quimicanova.sbq.org.br/imagebank/pdf/Vol27No3_492_20-ED03174.pdf>. Acesso em: 22 de maio de 2018.
QUESTÕES
Defina tensão superficial e tensão interfacial.
A tensão superficial se caracteriza pela formação de uma membrana elástica na superfície de um liquido, um molécula que está no meio do liquido sofre atração das demais moléculas, como ela está rodeada de moléculas, a atração que ela sofre e anulada, já as moléculas que se encontram na superfície do liquido, e atraída apenas para baixo e para os lados, sendo assim a forca de atração nela e nula, compensando assim nas moléculas que estão abaixo dela e ao lado, como a forca de atração com as molécula ao lado e maior, ocorre a formação da membrana elástica, que está caracterizada pela tensão superficial.
A tensão interfacial, e a superfície de separação entre duas substâncias como agua e óleo.
Descreva outros métodos para a medida de tensão superficial. Faça ilustrações.
 Pode-se medir a tensão superficial com a ajuda de um capilar, basta mergulha-lo em um recipiente com agua, e medir a altura que o líquido subiu pelo capilar, então calcula-se a tensão superficial pela formula S=(d.h.g.a)/2, na qual (S){\displaystyle S} representa a tensão superficial, (d){\displaystyle \rho } representa a densidade do líquido em questão, (h){\displaystyle h} representa o nível ao qual o líquido sobe no tubo, (g){\displaystyle g} representa a aceleração devida à gravidade atuando sobre o líquido (9,8 {\displaystyle {\frac {m}{s^{2}}}}) e {\displaystyle a} (a) representa o raio do tubo capilar.
Dê exemplos de substâncias que aumentem a tensão superficial da água.
Como a água e uma substância polar, todas as substâncias polares irão aumentar a sua tensão superficial como por exemplo a glicerina e Propan-2-ol.
Como são constituídos e como se classificam os surfactantes e tensoativos? Dê exemplos.
Os tensoativos são divididos em 3 tipos, Catiônicos, Aniônicos e anfóteros:
Catiônicos são os tensoativos que possuem um ou mais grupamentos funcionais que a o se ao se ionizar em solução aquosa fornece íons orgânicos carregados positivamente. Alguns exemplos são os condicionadores para cabelos, alguns xampus anti-caspa.
Aniônicos são os tensoativos que possuem um ou mais grupamentos funcionais que a o se ao se ionizar em solução aquosa fornece íons orgânicos carregados negativamente. Alguns exemplos são os emulsificantes, espessantes.
Anfóteros são os tensoativos que podem se comportar tanto como aniônico como catiônico, o que define isso é o PH em que a solução se encontra. Alguns exemplos são os sabonetes líquidos, xampus infantis.
Como agem os xampus e condicionadores?
Os xampus são usados para lavar a sujeira do couro cabeludo, sendo assim usa-se um surfactante aniônico, porem após a lavagem do cabelo, o mesmo fica carregado eletrostaticamente negativo, então usa-se o condicionador que contem surfactantes catiônicos, onde ele vai ser capaz de arrastar algumas moléculas do xampu que ainda tenham ficado nos fios, anulando assim a carga eletrostática nos cabelos.
6. Quais são os fatores que influenciam a tensão superficial? Explique cada fator.
Um fator que influência a tensão superficial de um liquido, são suas ligações intermoleculares, um liquido que possui ligações de hidrogênio terá uma tensão superficial maior que um liquido que possui ligações dipolo-dipolo, isso porque as interações do liquido que possui ligações de hidrogênio são mais fortes
Outro fator é a temperatura, quanto maior a temperatura menor e a tensão superficial, isso se dá pois, quanto maior a agitação térmica das moléculas, menor são as forças de atração.