Relatório 08 - Tensão Superficial de Liquidos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO 
Fundação Instituída nos termos da lei n
o
 5.152, de 21/10/1966 – São Luís – MA 
Centro de Ciências Sociais, da Saúde e Tecnologia – CCSST 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Daniel de Sousa Andrade 
 
 
 
 
 
 
 
TENSÃO SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IMPERATRIZ-MA 
2018 
 
 
Daniel de Sousa Andrade 
 
 
 
 
Engenharia de Alimentos, Turma 01, 4º Período. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TENSÃO SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS 
 
 
 
 
Relatório para obtenção de nota no 4º 
período, referente à disciplina de Química 
Experimental II. 
 
 
 
 
Professor: José de Ribamar 
 
 
 
 
 
 
 
IMPERATRIZ-MA 
2018 
 
 
SUMÁRIO 
1. Objetivos ........................................................................................................04 
2. Fundamentação Teórica.................................................................................04 
3. Material utilizado.............................................................................................07 
4. Montagem e Procedimentos...........................................................................07 
5. Análise e Explicação.......................................................................................08 
6. Considerações Finais.....................................................................................13 
Apêndice.............................................................................................................14 
Referências.........................................................................................................16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TENSÃO SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS 
 
1 OBJETIVO 
Determinar a tensão superficial de substâncias pelo método do peso da gota (lei de 
Tate). Verificar o efeito da temperatura, concentração e raio do orifício na tensão 
superficial. 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
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). A dimensão da tensão 
superficial é força por unidade de comprimento, sendo no sistema SI igual a N/m. 
 
dA = .d 
Uma vez que a energia de Helmholtz decresce (dA  0) e se a área superficial 
decresce (d  0), as superfícies têm uma tendência natural a se contrair. Este é um 
modo mais formal de expressar o que já havia sido descrito. 
A superfície ou interface onde a tensão existe está 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. 
Um dos métodos utilizados para medir tensão superficial é o método do peso da gota. 
Este método, assim como todos aqueles que envolvem separação de duas 
superfícies, depende da 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. 
 
 
 
 
Figura 1: Formação da gota. 
 
A tensão superficial é calculada pela equação: 
 
2 π r γ = mi g ( Lei de Tate) 
 
Onde: 
 
 mi → massa de uma gota ideal 
 r → raio do tubo (externo se o líquido molhar o tubo) 
 g → aceleração da gravidade 
 
Na prática, o peso da gota obtido, é sempre menor que o peso da gota ideal. A razão 
disto torna-se evidente quando o processo de formação da gota é observado mais de 
perto. A figura abaixo ilustra o que realmente acontece. 
 O líquido ocupa um volume determinado, formando uma superfície bem definida entre 
ele e o ar circundante. Surge daí uma diferença clara entre as moléculas da superfície 
e as que ficam internas no líquido. As que ficam dentro interagem com as demais em 
todas as direções. Em média, portanto, essas interações (ou forças) se anulam 
mutuamente. Já as que ficam na superfície só podem interagir com as que estão do 
lado de dentro. Do lado de fora só existe o ar e as moléculas do ar estão tão separadas 
uma das outras que seu efeito imediato sobre a superfície líquida pode ser 
desprezado. 
O resultado dessas forças atrativas de coesão (forças existentes entre moléculas 
iguais) é a formação de uma película na superfície que sofre uma atração para dentro 
do próprio líquido. E essa propriedade que o líquido apresenta de manter suas 
moléculas coesas na superfície é chamada de tensão superficial (γ). A tensão pode 
também existir entre dois líquidos imiscíveis, sendo então chamada de tensão 
interfacial. 
 
 
 
 
 Forças coesivas existentes entre as moléculas 
 
Nos dois casos, a tensão depende da natureza do líquido, do meio que o rodeia e da 
temperatura. Em geral, a tensão superficial diminui com o aumento da temperatura, já 
que as forças de coesão diminuem ao aumentar a agitação térmica. Em geral, a 
tensão superficial diminui com o aumento da temperatura, já que as forças de coesão 
diminuem ao aumentar a agitação térmica. 
Sempre que se põe um líquido em contato com um sólido produz-se um “cabo de 
guerra” entre as moléculas, as do sólido puxando para seu lado, as do líquido para o 
outro. Assim, se derramado água numa lâmina limpa de vidro, o vidro atrairá as 
moléculas de água mais fortemente do que elas se atraem. Então a água é forçada a 
se espalhar na superfície do vidro. A ação capilar dos líquidos se deve à tendência 
dos líquidos de subir pelas paredes de tubos capilares (tubos muito finos) e é uma 
conseqüência da tensão superficial. 
 
Representação esquemática da formação e desprendimento de uma gota formada a partir de 
uma capilar 
Observa-se que somente a porção mais externa da gota é que alcança a posição de 
instabilidade e cai. Perto de 40% do líquido que forma a gota permanece ligado ao 
tubo. Para corrigir o erro causado pelo peso da gota, introduz-se na equação descrita 
anteriormente o fator de correção f. 
 
 
Assim: 
 
O fator de correção f é uma função do raio do tubo e do volume da gota. Estes valores 
são tabelados. 
 
3 MATERIAL UTILIZADO 
 Vidraria 
o Buretas; 
o Béqueres de 50 ml; 
o Pipetas; 
o Seringas; 
o Tubos de ensaio; 
 Reagentes 
o Água destilada; 
o Etanol; 
 Outros 
o Balança Analítica; 
o Caneta para retroprojetor; 
o Garras; 
o Nível horizontal; 
o Placa de aquecimento; 
o Pissetas; 
o Suporte universal; 
o Termômetro. 
 
4 MONTAGEM E PROCEDIMENTO 
EXPERIMENTO 1 – DETERMINAÇÃO DO DIÂMETRO DO TUBO 
Para determinar o diâmetro do tubo que será utilizado para o gotejamento, utilizou-se 
uma técnica baseada no peso da gota. Utilizando como referência o valor da tensão 
superficial da água destilada a 20º C, γ = 0.0728 N/m = 72.8 mN/m. 
- Para o procedimento usou-se 40 gotas de água destilada. 
- As 40 gotas de água destilada foram gotejadas em um béquer, e realizou-se a 
medição de sua massa. 
 
 
- O procedimento de medida de massa das 40 gotas foi repetido por três vezes afim 
de se ter uma maior precisão no valor obtido. 
- Usou-se uma equação para determinar o raio do tubo. 
 
EXPERIMENTO 2 – EFEITO DA CONCENTRAÇÃO (ETANOL) NA TENSÃO 
SUPERFICIAL 
- Após determinar-se o diâmetro do tubo que será utilizado para o gotejamento, 
preparou-se 3 soluções de etanol, com concentrações de 5%, 10% e 20%. 
- Realizou-se o gotejamento das soluções em um béquer e mediu-se a massa das 
gotas. 
- A partir dos dados obtidos calculou-se a tensão superficial de cada uma das 
soluções. 
 
5 ANÁLISE E EXPLICAÇÃO 
- DETERMINAÇÃODO DIÂMETRO DO TUBO 
Para a determinação do diâmetro do tubo que realizou o gotejamento utilizou-se a 
seguinte equação: 
𝑑 = 2 ∗ 𝑟 =
𝑚𝑡
𝑛
𝑓
∗
𝑔
𝜋
∗
1
𝛾
 
Onde; 
d – diâmetro 
r – raio 
mt – massa total das gotas 
n – número de gotas 
f – fator de correção 
g – gravidade 
γ – tensão superficial 
Realizou-se a medição da massa de 40 gotas de água destilada por três vezes. Essas 
40 gotas foram gotejadas diretamente do tubo ao qual deseja-se obter o diâmetro. Os 
valores das massas encontradas são apresentados na tabela a seguir. 
 
 
MEDIÇÃO MASSA TOTAL (kg) MÉDIA DAS MASSAS 
(kg) 
01 0,0026691 
0,0026798 02 0,0026856 
03 0,0026849 
Tabela 01 – medida da massa das gotas de água 
Partindo dos valores de massa obtidos durante o experimento, e adotando o valor da 
massa total das gotas com o valor da média das massa obtidas, pode-se então 
calcular o valor do diâmetro do raio. 
Têm-se que: mt = 0,0026798 kg; n = 40 gotas; f = 0,6; g = 9,81 m/s²; π = 3,1416; γ = 
0,0728 N/m. substituindo os valores na fórmula descrita anteriormente, têm-se: 
 
𝑑 =
𝑚𝑡
𝑛
𝑓
∗
𝑔
𝜋
∗
1
𝛾
 
𝑑 = 
0,0026798
40
0,6
∗
9,81
3,1416
∗
1
0,0728
 
𝑑 =
0,0000669
0,6
∗ 3,1226 ∗ 13,7362 
𝒅 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟒𝟕𝟗 𝒎 = 𝟎, 𝟒𝟕𝟗 𝒄𝒎 
- CÁLCULO DAS TENSÕES SUPERFICIAIS DAS SOLUÇÕES DE ETANOL 
Para a determinação do diâmetro do tubo que realizou o gotejamento utilizou-se a 
seguinte equação: 
𝛾 =
𝑚𝑡
𝑛
𝑓
∗
𝑔
𝑑 ∗ 𝜋
 
Onde; 
γ – tensão superficial 
mt – massa total das gotas 
n – número de gotas 
f – fator de correção 
 
 
g – gravidade 
d – diâmetro 
Preparou-se três soluções com concentrações diferentes a partir de um reagente 
comercial de etanol. Foram feitas diluições do reagente comercial a fim de se obter 
três soluções uma de 5% de etanol, outra de 10% de etanol e uma outra com 20% de 
etanol. 
Realizou-se a medição da massa de 40 gotas de cada solução por três vezes. Essas 
40 gotas foram gotejadas, os valores das massas encontradas são apresentados na 
tabela a seguir. 
SOLUÇÃO 
MASSA 
MEDIÇÃO 01 
(kg) 
MASSA 
MEDIÇÃO 02 
(kg) 
MASSA 
MEDIÇÃO 03 
(kg) 
MÉDIA DAS 
MASSAS 
(kg) 
5% 0,0017581 0,0017627 0,0017409 0,0017539 
10% 0,0017543 0,0018030 0,0019011 0,0018194 
20% 0,0020371 0,0018275 0,0017441 0,0018695 
Tabela 02 – medida da massa das soluções de etanol 
Partindo dos valores de massa obtidos durante o experimento, e adotando o valor da 
massa total das gotas com o valor da média das massa obtidas, pode-se então 
calcular o valor da tensão superficial para cada solução. 
- SOLUÇÃO DE 5% DE ETANOL 
Têm-se que: mt = 0,0017539 kg; n = 40 gotas; f = 0,6; g = 9,81 m/s²; π = 3,1416; d = 
0,00479 m. substituindo os valores na fórmula descrita anteriormente, têm-se: 
 
𝛾 =
𝑚𝑡
𝑛
𝑓
∗
𝑔
𝑑 ∗ 𝜋
 
𝛾 =
0,0017539
40
0,6
∗
9,81
0,00479 ∗ 3,1416
 
𝛾 =
0,0000438
0,6
∗
9,81
0,015
 
 
 
𝜸 = 𝟎, 𝟎𝟒𝟕 𝑵/𝒎 
- SOLUÇÃO DE 10% DE ETANOL 
Têm-se que: mt = 0,0018194 kg; n = 40 gotas; f = 0,6; g = 9,81 m/s²; π = 3,1416; d = 
0,00479 m. substituindo os valores na fórmula descrita anteriormente, têm-se: 
 
𝛾 =
𝑚𝑡
𝑛
𝑓
∗
𝑔
𝑑 ∗ 𝜋
 
𝛾 =
0,0018194
40
0,6
∗
9,81
0,00479 ∗ 3,1416
 
𝛾 =
0,0000455
0,6
∗
9,81
0,015
 
𝜸 = 𝟎, 𝟎𝟒𝟗 𝑵/𝒎 
- SOLUÇÃO DE 20% DE ETANOL 
Têm-se que: mt = 0,0018695 kg; n = 40 gotas; f = 0,6; g = 9,81 m/s²; π = 3,1416; d = 
0,00479 m. substituindo os valores na fórmula descrita anteriormente, têm-se: 
 
𝛾 =
𝑚𝑡
𝑛
𝑓
∗
𝑔
𝑑 ∗ 𝜋
 
𝛾 =
0,0018695
40
0,6
∗
9,81
0,00479 ∗ 3,1416
 
𝛾 =
0,0000467
0,6
∗
9,81
0,015
 
𝜸 = 𝟎, 𝟎𝟓𝟏 𝑵/𝒎 
- GRÁFICO CONCENTRAÇÃO PERCENTUAL DE ETANOL VERSUS TENSÃO 
SUPERFICIAL 
Após encontrar os valores das tensões superficiais para cada concentração 
percentual de etanol torna-se possível elaborar um gráfico relacionando os dados. 
 
 
 
Gráfico 01 – Concentração percentual x tensão superficial 
Realizando uma linearização no gráfico e obtendo a melhor reta de regressão linear 
obtém-se a seguinte equação para o gráfico: 
y = 3750x – 172,08 
Partindo dessa fórmula torna-se possível encontrar um possível valor da tensão 
superficial para outras concentrações percentuais de etanol. Calculando o valor da 
tensão superficial para uma concentração percentual de 40 % de etanol teremos: 
y = 3750x – 172,08 
x = (y + 172,09) / 3750 
x = (40 + 172,09) / 3750 
x = 0,056, 
Logo teremos a tensão superficial para a solução percentual de 40% de etanol é 
 γ = 0,056 N/m 
Calculando o valor da tensão superficial para uma concentração percentual de 100 % 
de etanol teremos: 
y = 3750x – 172,08 
x = (y + 172,09) / 3750 
y = 3750x - 172,08
R² = 0,9643
0
5
10
15
20
25
0,0465 0,047 0,0475 0,048 0,0485 0,049 0,0495 0,05 0,0505 0,051 0,0515
Concetração percentual do etanol versus Tensão superficial 
 
 
x = (100 + 172,09) / 3750 
x = 0,056, 
Logo teremos a tensão superficial para a solução percentual de 100% de etanol é 
 γ = 0,072 N/m 
 
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Para calcular a tensão superficial um dos métodos utilizado é o método do peso da 
gota. Este método, assim como todos aqueles que envolvem separação de duas 
superfícies, depende da suposição de que a circunferência multiplicada pela tensão 
superficial é a força que mantém juntas as duas partes de uma coluna líquida. 
A gota se desprende quando a força da gravidade multiplicada pela massa da gota for 
maior que a força da tensão superficial versus a circunferência. Alguns resultados não 
foram possíveis ser calculados por falta de dados na literatura, mas mesmo assim 
podemos concluir que o experimento correu muito bem e os erros que deu é aceitável 
diante das condições do experimento. 
Os erros experimentais podem ter ocorrido principalmente devido à má formação da 
gota, no caso da bureta, isso acontece no controle da vazão. Além disso, trabalhamos 
com líquidos bastante voláteis (álcool e acetona), a evaporação pode ter diminuído o 
peso das quarenta gotas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APÊNDICE 
Questões: 
1. Defina tensão superficial e tensão interfacial. 
Tensão superficial é um efeito físico que ocorre na interface entre 
duas fases químicas. Ela faz com que a camada superficial de 
um líquido venha a se comportar como uma membrana elástica. Esta 
propriedade é causada pelas forças de coesão entre moléculas 
semelhantes, cuja resultante vetorial é diferente na interface. Enquanto as 
moléculas situadas no interior de um líquido são atraídas em todas as 
direções pelas moléculas vizinhas, as moléculas da superfície do líquido 
sofrem apenas atrações laterais e internas. Este desbalanço de forças de 
atração faz a interface se comportar como uma película elástica, como 
um látex. 
A tensão interfacial de um par de substâncias pode ser negativa; neste caso 
a energia potencial de coesão diminui à medida que a área da interface 
aumenta, e este aumento se produz espontaneamente por ser a adesão 
entre as moléculas mais intensa do que a coesão entre elas. Por exemplo, 
certos óleos minerais flutuando sobre água tendem a espalhar-se até 
constituírem uma película monomolecular (o que sugere um processo para 
medir o número de Avogadro). 
 
2. Dê exemplos de substâncias que aumentem a tensão superficial da 
água. 
Temperatura 
3. Como são constituídos e como se classificam os surfactantes e 
tensoativos? Dê exemplos. 
Surfactantes ou tensoativos são substâncias utilizadas para limpeza em 
geral, pois conseguem “envolver” sujeira e retirá-la junto com a água, 
através de um processo chamado emulsificação. Analisando melhor a 
química dessas substâncias, vemos que elas são constituídas por longas 
cadeias carbônicas (hidrofóbicas) com um grupo hidrofílico em uma de suas 
extremidades. Essa propriedade permite ao surfactante interagir tanto com 
substâncias polares (água) quanto com as apolares (sujeira). Há vários 
tipos de substâncias tensoativas, uma delas é o sabão obtido atravésde um 
processo chamado saponificação. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Interface
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fase_(qu%C3%ADmica)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Superf%C3%ADcie
https://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido
https://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a
https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Coes%C3%A3o_(qu%C3%ADmica)&action=edit&redlink=1
https://pt.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula
https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1lculo_vetorial
https://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1tex
http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio08/substancias.pdf
http://www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula24_Emul&Homogeneizacao.ppt
http://www.infoescola.com/compostos-quimicos/agua-solvente-universal/
http://www.infoescola.com/compostos-quimicos/agua-solvente-universal/
http://vestibular.uol.com.br/resumo-das-disciplinas/quimica/confira-a-diferenca-entre-moleculas-polares-e-apolares.htm
http://vestibular.uol.com.br/resumo-das-disciplinas/quimica/confira-a-diferenca-entre-moleculas-polares-e-apolares.htm
http://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/saponificacao-como-ocorre-essa-reacao.htm
 
 
4. Desenhe uma estrutura para a micela? 
 
5. Como agem os xampus e condicionadores? 
Sozinha, a água não consegue soltar a sujeira presa ao cabelo e é aí que 
entra o xampu. Ele é composto de substâncias tensoativas – lauril sulfato 
de sódio e lauril éter sulfato de sódio, principalmente -, cujas moléculas se 
dividem em hidrófilas e hidrofóbicas. 
As moléculas hidrófilas se misturam com a água, mas as hidrofóbicas 
odeiam água e logo procuram uma sujeirinha para se juntar. E, quando 
encontram o sebum, formam aglomerados de moléculas – as micelas -, que 
vão embora pelo ralo na hora do enxágue. 
A lavagem leva embora o sebum dos fios, deixando-os com carga elétrica 
negativa, o que faz com que os fios tentem se repelir. O condicionador tem 
substâncias que deixam o produto com carga elétrica positiva. Por isso, 
quando encontra os fios, eletrizados negativamente pelo xampu, torna-os 
neutros e muito mais fáceis de pentear. Além disso, condicionadores têm 
substâncias, como silicone, que simulam o sebum e proteínas e 
aminoácidos que ajudam a botar as escamas em ordem. 
6. Quais são os fatores que influenciam a tensão superficial? 
Forças intermoleculares (natureza química), Para a maioria dos líquidos, a 
tensão superficial é uma função linear da temperatura, Tipo de soluto e sua 
concentração. 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
RODRIGUES, D. P. MANUAL DE PRÁTICAS: Tensão Superficial. p.42-46. 
(UAEQ) UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA QUÍMICA. Laboratório de 
Físico-Química. Apostila de Físico-Química Experimental I. Universidade Federal de 
Campina Grande (UFCG). Campina Grande. 2009