Determinação da concentração micelar de um surfactante por medidas de tensão superficial - 2019

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM FARMÁCIA 
QMC 5453 - FÍSICO QUÍMICA EXPERIMENTAL 
TURMA: C 
 
EXPERIMENTO 8: DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE MICELAR CRÍTICA DE 
UM SURFACTANTE POR MEDIDAS DE TENSÃO SUPERFICIAL 
 
 
ALUNOS:​ Anne Caroline Ferreira Machado, Jéssica Piovesan de Oliveira, Larissa 
Cristine, Rafael Conceição 
 
 
 
 
 
 
 
FLORIANÓPOLIS, MAIO 2019 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
Os detergentes ou surfactantes são de grande importância para indústria química e 
farmacêutica, por serem fundamentais na composição de emulsões, suspensões e aerossóis. 
Sendo a base da formulação de muitos materiais de limpeza, cosméticos e alguns fármacos. 
Surfactante é uma substância capaz de reduzir a tensão superficial da água, pelo aumento da 
concentração na superfície da solução, pois eles apresentam em sua estrutura química uma 
região hidrofílica, a qual tem afinidade com a água e uma hidrofóbica, que possui afinidade 
pelo ar ou óleo. Por consequência desse efeito, os surfactantes em meio aquoso tendem a 
migrar para a superfície, posicionando-se de maneira que a parte hidrofóbica fique em 
contato com o ar, e a hidrofílica se volte para solução. Dessa forma, as moléculas do 
surfactante tendem a se arranjar de modo a minimizar a repulsão entre grupos hidrofóbicos e 
a água. 
A tensão superficial é definida como sendo a força exercida no plano da superfície de 
líquidos medida perpendicularmente a direção da força, ou seja a força é “força por unidade 
de comprimento”.A tensão superficial diminui com o aumento da concentração do 
surfactante. 
O equipamento para medida de tensão superficial utilizado foi o Tenciômetro de Du Nouy 
que se trata de um instrumento de precisão usado para medidas de tensão superficial ou 
interfacial de líquidos, como soros, óleos, detergentes e etc. os valores são medidos dentro de 
±0,05 dina cm​-1 ​e podem ser obtidos pela leitura direta do aparelho. 
 
 
 
 
 
 
 
2. OBJETIVO 
 Determinar a tensão superficial de uma solução de surfactante em meio aquoso e a 
concentração micelar crítica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Materiais 
● Reagentes: Dodecil sulfato de sódio (SDS); água deionizada. 
● Vidraria: 1 béquer de 50 mL; 9 balões volumétricos; frasco para medida da tensão 
superficial; frascos lavadores. 
● Equipamentos: Tensiômetro de Du Nouy; balança e termômetro. 
Procedimento: 
Foram utilizados 9 balões volumétricos com um volume de 50 mL. A solução-estoque de 
Lauril Sulfato de sódio (SDS) 0,10 mol/L já estava previamente preparada. A partir desta 
solução,foram preparadas quatro soluções de diferentes concentrações através da fórmula 
M1.V1 =M2.V2 
0,10. V1 = 5,0 x 10 ​=​ ​25 mL 1,0 x 10 . ​V1 = 5,0 x 10 ​= 25 mL− 2 − 3 − 4 
0,10.V1 = 1,0 x 10 = ​ ​5 mL 1,0 x 10 . ​V1 = 1,0 x 10 ​= 5 mL − 2 − 3 − 4 
0,10.V1 = 5,0 x 10 ​=​ ​2,5 mL 1,0 x 10 . ​V1 = 5,0 x 10 ​=​ ​2,5 mL− 3 − 3 − 4 
0,10.V1 = 1,0 x 10 ​=​ ​0,5 mL 1,0 x 10 . ​V1 = 1,0 x 10 ​=​ ​0,5 mL− 3 − 3 − 4 
 
Com a solução de número 4, mais outras quatro soluções (mais diluídas) foram preparadas, 
seguindo a tabela abaixo: 
TABELA 1: DADOS EXPERIMENTAIS 
 
Estoque: 0,10 mol/L ​−1 Estoque 1,0 x 10 ​−3​ ​mol/L​ ​−1 
Solução 1 2 3 4 5 6 7 8 
(mol/L) 0,05 0,01 0,005 0,001 0,0005 0,0001 0,00005 0,00001 
V1 (mL) 25 mL 5mL 2,5 mL 0,5 mL 25 mL 5 mL 2,5 mL 0,5 mL 
 
 
 
 
● Medida de tensão superficial 
Foi colocado o líquido (~20 mL) cuja tensão superficial foi medida no frasco apropriado e 
extremamente limpo no Tensiômetro. Após isso colocamos a escala do medidor na posição 
zero e com o parafuso e abaixamos a plataforma até sua posição mais baixa. Colocamos o 
frasco na plataforma. Com o parafuso na sua posição mais baixa, suspendemos a plataforma e 
o frasco até que o anel toque a superfície do líquido. 
Aumentou-se a torção do fio e simultaneamente abaixe a plataforma, mantendo o ponteiro 
sempre coincidindo com o zero do espelho até que o anel se desprenda da superfície do 
líquido. O valor lido na escala no ponto de desprendimento é a força exercida pela superfície 
do líquido sobre o anel, ou seja, a tensão superficial aparente. Foi feito, no mínimo, 3 leituras 
para cada uma das soluções preparadas e feita uma média a cada 3 leituras feitas. 
Os valores experimentais se encontram na tabela abaixo: 
TABELA 2: DADOS EXPERIMENTAIS 
Solução 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ÁGUA 
Mol/L 1,0x10​-1 5,0x10​-2 1,0x10​-2 5,0x10​-3 1,0x10​-3 5,0x10​-4 1,0x10​-4 5,0x10​-5 1,0x10​-5 
Medida 1 35,0 34,0 32,0 40,0 36,5 56,0 61,7 76,0 80,1 78,0 
Medida 2 36,0 35,0 30,0 40,0 36,5 58,7 67,0 76,0 79,8 78,0 
Medida 3 36,0 33,0 29,0 39,0 37,0 61,5 67,0 77,0 80,4 78,5 
Média 
mym-2 
35,6 34,0 30,3 39,6 36,6 58,7 65,5 76,3 80,1 78,1 
 
 
 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 Tratamento dos dados 
4.1. Faça um gráfico de ​tensão superficial ​( = ​mJ m-2​) ​vs. lnC ​(​C ​em mol L-1) 
(ver Figura 3). 
Dados para o gráfico 
solução 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
tensão superficial 
(média) 
eixo Y 
35,6 34,0 30,3 39,6 36,6 58,7 65,5 76,3 80,1 
ln C 
eixo X 
-2,30 -3,00 -4,60 -5,30 -6,60 -7,60 -9,21 -9,90 -11,51 
 
*​Gráfico encontra se em anexo 
4.2. Determine o valor da concentração micelar crítica, CMC (ver Figura 3). Procure na 
literatura o valor da CMC para o SDS e compare com o valor obtido 
experimentalmente. Calcule o erro experimental e discuta sobre a divergência do valor 
encontrado. 
CMC =​ -5,50 ​e ​-5,50 ​= ​0,00410mol/L ​= 4.1 mM ​a 26°C 
Valor teórico: 8,3 mM a 25°C 
erro experimental : ​ x 100 = 50,60%valor teórico
 | teórico− valor experincia | = 8,1
4.1 − 8.3 
 
O erro experimental encontrado é de 50,60 % abaixo do valor encontrado na literatura (8,3 
mM a 25°C). O valor não foi satisfatório problemas durante a diluição ou até mesmo no 
manuseio do aparelho contribuíram para que não chegássemos no valor esperado, há também 
uma variação na temperatura do valor experimental (26°C) para o valor teórico (25°C). 
4.3. Resolva a equação 1 e obtenha o valor do excesso superficial ( ) de surfactante na 
monocamada adsorvida na superfície da água. Para obter , determine o ​coeficiente 
 
angular​, da porção linear do gráfico ​(imediatamente antes da descontinuidade)​. (Ver 
Figura 3, Equação 1). A partir do coeficiente angular, ​y = ax + b; 
a ​= y/x = ​-ΓRT​. Use ​R ​= 8,314x103 ​mJ mol-1 K-1 ​e ​T ​= a temperatura (K) obtida 
experimentalmente. 
Coeficiente angular →a 
a = = =​ - 8,57 J/ m²Δx
Δy (70 − 40)
(−9,50) − (6,00) 
Determinação do excesso superficial 
 ​ a = ​-ΓRT 
 ​ - 8,57 = -Γ . 8,314 . 299 = 
Γ = ​3,45 X 10-³ -----> ​ 3.45 mmol m​-2 
4.4. Calcule a área ocupada por molécula. Use a Equação 2, ​A=1/N ​ para encontrar o 
valor da área ocupada do surfactante na superfície em (m2 molécula-1) e converta o 
resultado em Å2 molécula-1, Veja apêndice 1. 
(1m = 1010 Å e 1m2 = 1020 Å2). O valor da área ocupada por molécula encontrado é 
adequado ou é um valor absurdo. Reflita a respeito e comente sobre o valor encontradolembrando que o comprimento da ligação entre carbono-carbono para um 
hidrocarboneto de cadeia linear é de aproximadamente 1,4 Å. 
 
Γ = ​3,45 X 10-³ 
N = 6,02 X 10 ​²​³ 
A = = ​= 4,81 X 10 ​-​²² m​2​/molécula . 1NΓ. 1(6,02 X 10 ²³).( 3,45 X 10−³) 
Converter o resultado: 
A = (​ 4,81 X 10 ​-​²²) . ( 1 X 10 ​20​) = 0,05 A²/ molécula 
 
 
 
4.5. Observe o perfil do gráfico experimental que obteve para o SDS de ​vs lnC ​veja se 
houve um mínimo próximo ao valor da CMC, ver Figura 3. Para esta resposta pode 
usar como base a ref. 1 pg 288. 
Observando o gráfico , pode-se afirmar que houve um dos valores de mínimo próximo ao 
valor do CMC. O mínimo aparece devido a liberação abaixo da CMC, das impurezas 
tensoativas durante a quebra das micelas do tensoativo onde aquelas estavam solubilizadas. 
Este mínimo aparenta ser uma possível violação da equação de gibbs. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. QUESTIONÁRIO 
1. Defina tensão superficial e tensão interfacial. 
 
Uma molécula no interior de um líquido está sob efeito das forças de atração ou repulsão 
pelas outras moléculas que a circundam, porém a força resulta é praticamente nula. Já uma 
molécula na superfície do líquido recebe as forças de atração e repulsão abaixo, só que essas 
forças não são compensadas, pois não existem moléculas acima, acarretando em uma força 
resultante para baixo. Esse fenômeno é chamado de tensão superficial 
Tensão interfacial refere-se a mistura que tiveram duas ou mais fases. A explicação teórica é 
a mesma da tensão superficial, no entanto ao invés da superfície da mistura, essa tensão 
ocorre na zona onde os dois líquidos diferentes se encontram e como eles são diferentes as 
forças intermoleculares entre ambos não se anulam, acarretando em resultantes diferentes de 
zero. 
 
2. Comente a regra de Gibbs para a tensão superficial. Dê 2 exemplos de substâncias 
que aumentem a tensão superficial e duas substâncias que diminuem a tensão 
superficial da água. 
 
Segundo a regra de Gibbs, se adição de um soluto a uma solução aquosa aumentar a tensão 
superficial, a superfície limite será mais diluída do que o interior da solução. E se a adição de 
um soluto a uma solução aquosa baixar a tensão superficial da solução, a concentração deste 
na superfície limite será maior do que no seu interior. Na prática geralmente eletrólitos fortes 
como KCl, NaCl aumentam a tensão superficial e eletrólitos fracos, ou substâncias orgânicas 
diminuem a tensão superficial da água. Um exemplo clássico de substâncias que reduzem a 
tensão superficial da água são os surfactantes: detergentes e sabões. 
 
3. Defina micelas? Procure na literatura modelos de micelas e dê exemplos das 
diferentes formas. 
 
 
Micelas são estruturas globulares formadas por um agregado de moléculas anfipáticas, 
compostos que possuem características polares e apolares simultaneamente, dispersos em um 
líquido constituindo uma das fases de um colóide. 
 
4. Discuta a regra de Traube para os surfactantes. Veja ref. 1. 
 
​O efeito da cadeia hidrocarbônica dentro de uma série homóloga de tensoativos iônicos 
observado no processo de adsorção para uma dada superfície sólida indica que estes materiais 
seguem a regra de Traube. Isto quer dizer que muitas das características de uma substância, 
incluindo a tensão superficial e a adsorção, variam regularmente com o peso molecular das 
espécies, assumindo a ausência de outras formas de interação. 
A inclusão dos tensoativos à regra de Traube tem sido assunto de muitos estudos. Tem-se 
verificado que a adsorção de fato aumenta com o aumento do peso molecular da porção 
hidrofóbica da molécula tensoativa. Quanto mais longa é a cadeia do tensoativo, em uma 
dada série homóloga, maior é a quantidade de tensoativo adsorvido e menor a concentração 
total na qual a saturação ocorre. Verifica-se também que a CMC da mesma série diminui de 
uma maneira similar. Uma vez que a saturação da adsorção frequentemente coincide com o 
início da formação de micelas, é inferido que os dois fenômenos são relacionados. 
 
5. Descreva outros métodos que poderiam ser usados para determinar a tensão 
superficial. 
 
​Um outro método que poderia ser utilizado é o método da placa de Wilhelmy, o mesmo 
princípio do medito de Lê Comte DuNouy, onde a força que impede o desprendimento da 
superfície do líquido de uma lamínula, de vidro ou de mica, é dado pelo produto: Da tensão 
superficial (Y) e do perímetro da placa(P). 
A força que atua sobre o sistema de torção, quando a placa está suspensa no ar (Far) 
somada a ​y​P, é igual à força que impede a retirada da placa da superfície do líquido, 
assumindo que o volume da placa é nulo. 
 
 F= Far + yP 
 Y​= F – Far / P 
 
 
6. Descreva o que ocorre com a distribuição de íons em interfaces carregadas, segundo o 
modelo de Stern. Defina Plano de Cisalhamento, Eletroforese e Potencial zeta. 
 
No modelo de Stern, a dupla camada elétrica se divide em duas partes bem distintas, 
separadas pelo plano de Stern, que se localiza a uma distância da superfície igual ao raio de 
íons hidratados. Neste modelo está prevista a adsorção específica de íons, além da adsorção 
puramente eletrostática. 
 Plano de cisalhamento: é o plano ao longo do qual acontece o cisalhamento do material; 
Potencial zera: é a medida do potencial elétrico entre a superfície externa da camada 
compacta que se desenvolve ao redor da partícula e o meio líquido em que ela está inserida. 
​Eletroforese: é quando a influência de um campo elétrico espacialmente uniforme provoca a 
movimentação de partículas carregadas (juntamente com os íons adsorvidos na camada de 
Stern) em relação a um líquido estacionário. 
 
7. Como agem os xampus e condicionadores? Que tipo de surfactantes são usados nestes 
cosméticos? 
 
​Os xampus têm em sua composição surfactantes aniônicos para solubilizar e retirar a 
oleosidade e a sujeira que fica aderida no cabelo, porém as cargas negativas da cabeça polar 
da molécula formam complexos estáveis com polímeros neutros ou com proteínas, 
componentes dos cabelos. Após o uso do xampu, o cabelo fica carregado eletrostaticamente 
devido à repulsão entre as moléculas do surfactante ligadas a queratina. 
Já o condicionador é composto por condicionadores catiônicos, cujos não se ligam ao cabelo 
e são capazes de remover as moléculas do surfactante aniônico do xampu. Neutralizando 
assim as cargas eletrostáticas que se ligam ao cabelo após a aplicação do xampu. 
Devido a essa ação, é recomendável usar a combinação de ambos para não deixar o cabelo 
carregado eletrostaticamente. 
 
8. Que tipo de resíduo foi gerado neste experimento e como foram tratados ou 
armazenados? Explique. 
 
 
As soluções foram descartadas na pia como orientado pelo professor, pois não geram 
problemas químicos ou contaminação, uma vez que se tratavam de soluções de água e 
dodecil sulfato de sódio (SDS).9.Assista ao vídeo neste site (​https://www.youtube.com/watch?v=A01MTHLpw3Q​) e 
responda: 
 
a) Explique porque a agulha afunda quando uma gota de detergente foi adicionada à 
água. 
 
 ​Antes da adição do detergente, as moléculas de água formavam as ligações de hidrogênio 
entre si. Essa característica cria uma espécie de camada que une as moléculas de água numa 
longa “manta”, a tensão superficial, que permite que a agulha flutue. No momento de adição 
do detergente, a tensão superficial da solução diminuiu(criam-se bolhas), o suficiente para 
formar mais uma membrana acima da água, fazendo a agulha afundar 
 
b) Explique porque os corantes se espalharam quando uma gota de detergente foi 
adicionada ao leite. 
 
 Este efeito ocorre porque o detergente emulsifica o leite e os corantes. Por ser um agente 
tensoativo - que “quebra” a tensão superficial - o detergente impede a dissolução do corante 
no leite, formando micelas. 
 
 
 
6. CONCLUSÃO 
Neste experimento podemos entender um pouco mais sobre a tensão superficial e sua relação 
com o surfactante , substância capaz de reduzir a tensão superficial da água e as forças que 
interagem com esta , assim podemos também entender a grande importância para a indústria 
farmacêutica, Podemos utilizar o equipamento ""tensiômetro de Du NOUY e 
 
compreendemos o seu funcionamento o aparelho é utilizado para medir tanto a tensão 
superficial da água juntamente com o Dodecil sulfato de sódio (SDS), quanto a concentração 
micelar crítica (CMC). No experimento foi encontrado um erro experimental de valor 
significante (50,60%) da concentração micelar crítica (valor encontrado 4.1 mM valor teórico 
8.3 mM). Através do gráfico e dos cálculos foi possível encontrar o valor de 0,05 A²/ 
molécula. O erro experimental pode ter sido gerado pelo mau funcionamento do tensiômetro, 
ou devido a equipe não ter muita habilidade manual e visual com o aparelho, falhas podem 
ter ocorrido na hora da diluição, também, vale a pena ressaltar que a houve divergência na 
temperatura do valor de CMC descrito na literatura (25°C) para a temperatura ambiente no 
dia do experimento (26°C), tudo isso contribuiu para que não fosse possível obter um 
resultado satisfatório. 
 
 
7. BIBLIOGRAFIA 
1- APOSTILA DE EXPERIMENTOS UNIVAP, Professor Dr. Sergio Pilling, 
Bacharelado em Química; 
www1.univap.br/spilling/FQE1/FQE1_EXP5_TensaoSuperficialGota.pdf (Acessado em 
04/11/2018) 
2- Roger P. Woodward, Surface Tension Measurements Using the Drop Shape 
Method ​www.firsttenangstroms.com/pdfdocs/STPaper.pdf​ (Acessado em 04/11/2018) 
3- SEARA – FÍSICA; www.seara.ufc.br/tintim/fisica/tensaosuperficial/tintim2- 
3.htm (Acessado em 04/11/2018) 
4- FENÔMENOS INTERFACIAIS, Professora Elenice Schons, UFG 
https://cetm_engminas.catalao.ufg.br/up/596/o/fen_int_1.pdf​ (Acessado em 04/11/2018)