FQ Lista 31 - Fenomenos de Superficie

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Lista de Exercícios 3.1 = Fenômenos de Superfície. 
 
 
Questões: 
 
1. Porque a gota de um líquido é esférica? 
2. O que acontece com a tensão superficial no ponto crítico gás-líquido? 
3. Explique porque, ao se espalhar a água empossada com um rodo, esta água 
evapora mais rapidamente. 
4. Relacione a variação (a) da pressão de vapor e (b) da solubilidade com o tamanho 
da partícula. 
5. Descreva as características que diferenciam a adsorção física e a adsorção química? 
Em qual caso pode haver multicamadas (porque)? 
 
 
Problemas: 
 
Medidas de tensão superficial: 
 
Para todos os problemas a seguir, considere a tensão superficial e a massa específica 
da água, a 25°C: 72,8 mN m-1 e 1,0 g cm-3, respectivamente. 
 
1. Transformou-se 1 cm3 de água em pequenas gotas de raio igual a 10-5 cm. Calcule 
a energia de Gibbs das gotas relativas a energia da água. 
Resposta: 2,18 J. 
2. Qual o trabalho reversível que se deve fazer, a 25°C, para pulverizar um quilograma 
de água, em gotas de raio igual a 0,5 mm? 
Resposta: 0,437 J. 
3. Quanto trabalho é necessário para aumentar a área superficial de um recipiente de 
água de 200,0 cm2 para 300 cm2 ? Esse trabalho pode ser realizado sobre a água 
quando, por exemplo, um recipiente plástico se deforma e expõe uma área 
superficial maior. 
Resposta: 7,28 x10-4 J. 
4. Em um ambiente com gravidade zero, uma amostra de mercúrio tem forma esférica. 
Considere uma amostra com raio de 1,000 cm. Determine quanto trabalho é 
necessário para dividir o mercúrio em 10 esferas iguais, admitindo que o único 
trabalho realizado está relacionado com a variação na energia de superfície. 
Considere a tensão superficial do mercúrio igual a 484 mN m-1. 
Resposta: 0,697 x10-3 J. 
5. Num ambiente com gravidade zero, uma amostra de água tem forma esférica. 
Considere uma amostra com um raio de 2,00 cm. Determine quanto trabalho é 
necessário para dividir a gota de água em 15 esferas iguais, admitindo que o único 
trabalho realizado está relacionado com a variação na energia de superfície. 
Resposta: 0,537 x10-3 J. 
6. Uma lâmina de barbear típica, com bainha dupla, tem dimensões de 19,9 mm por 
38,9 mm, uma espessura de 0,250 mm e uma massa de 1,1240 g é posta na 
superfície da água cuidadosamente. Determine se a lâmina irá afundar 
espontaneamente ou se ficará na superfície. 
Resposta: 72,8 > 3,56, flutua. 
7. Uma lâmina de vidro tem dimensões de 5,0 cm por 1,5 cm, uma espessura de 
1,0 mm e uma massa de 4,13 g é posta na superfície da água cuidadosamente. 
Determine se a lâmina irá afundar espontaneamente ou se ficará na superfície. 
Resposta: 72,8 > 54,0, flutua. 
8. Uma emulsão de tolueno em água pode ser preparada despejando-se uma solução 
alcoólica de tolueno em água. O álcool se difunde e deixa o tolueno disperso em 
pequenas gotículas. Se 10g de uma solução a 15% em massa de etanol e 85% em 
massa de tolueno for despejada em 10g de água, forma-se uma emulsão 
espontaneamente. A tensão interfacial entre as gotículas de tolueno em suspensão 
e a mistura de água e álcool é 0,036 N/m, o diâmetro médio das gotículas é 10-4 cm 
e a densidade do tolueno é 0,87 g/cm3. Calcule o aumento da energia de Gibbs que 
acompanha a formação das gotículas. 
Resposta: 2,11 J. 
9. No tensiômetro de DuNouy, mede-se a força necessária para arrancar um anel de 
fio fino da superfície líquida. Se o diâmetro do anel for 1,0 cm, e a força para arrancar 
o anel, com o líquido aderido em sua periferia interna e externa, for de 6,77 mN, qual 
é a tensão superficial do líquido? 
Resposta: 108 x10-3 N/m. 
10. No tensiômetro de DuNouy, Qual deverá ser o raio do anel para que a força para se 
arrancá-lo seja numericamente igual a tensão superficial do líquido? 
Resposta: 8 cm. 
11. A densidade do mercúrio a 25 oC é 13,53 g cm-3 e sua tensão superficial é 0,484 
N/m. Qual seria a depressão capilar do mercúrio em um tubo de vidro de diâmetro 
interno igual a 1 mm, se admitirmos = 180o? Despreze a densidade do ar. 
Respostas: 14,6 mm. 
12. Se a água, a 25 °C, ascende a uma altura de 7,36 cm em um tubo capilar de raio 
interno igual a 0,20 mm, qual a tensão superficial do líquido? 
Respostas: 72 mN m-1. 
13. Uma indústria fabrica capilares de vidro e utiliza o etanol para medir o diâmetro 
interno de seu produto. Se ao colocar um de seus capilares em contato com o etanol 
(densidade de 0,790 g cm-3 e tensão superficial de 22,8 mN m-1) o mesmo exibe uma 
ascensão capilar de 2,0 cm, a 20 oC, qual o diâmetro do tubo, em mm, considerando 
(a) ângulo nulo; (b) ângulo de 45º. 
Resposta: (a) 0,29 mm; (b) 0,16 mm. 
 
 
Isotermas de Adsorção: 
 
14. A citação fornecida é uma diretriz. Verifique a exatidão de cada citação antes de 
usar. O ácido esteárico, C17H35COOH, tem uma densidade de 0,85 g/cm3. A 
molécula ocupa uma área de 0,205 nm2 em uma película de empacotamento denso. 
Calcule o comprimento da molécula. 
Respostas: 2,70 nm. 
15. O volume em cm3 de metano, medidos nas CNTP, adsorvidos em 1 g de carvão a 
0 oC e a várias pressões, em mmHg, é: p (V), 100 (9,75); 200 (14,5); 300 (18,2); 400 
(21,4). Construa a isoterma de Freundlich e determine as constantes k e n. Construa 
a isoterma de Langmuir e determine as constantes K e p. Compare as constantes 
das duas isotermas. 
 
16. A adsorção do cloreto de etila em uma amostra de carvão a 0 oC e a várias pressões 
são: p(mmHg)/m(g adsorv); 20/3,0; 50/3,8; 100/4,3; 200/4,7; 300/4,8. (a) Determine 
a fração de superfície coberta em cada pressão; (b) Se a área da molécula do cloreto 
de etila é 0,260 nm2, qual a área do carvão? 
Resposta: (a) 60,4; 72,9; 88,4; 93,8; 95,8; (b) 12000 m2 g-1. 
 
17. A análise de adsorção de um corante, em diferentes concentrações, em carvão ativo, 
apresentou as seguintes massas adsorvidas: c(10-4 mol L-1)/m(gcorante/gcarvão): 
1,0/1,57; 5,0/5,14; 20,0/9,0; 30/9,82; 50/10,6. Utilizando-se da isoterma de Langmuir: 
(a) Determine as constantes b e K para o sistema; (b) Qual o significado das duas 
constantes? 
Resposta: (a) 12,0 g ,1500 M-1. 
 
18. O número de cm3 de metano, medidos nas CNTP, adsorvidos em 1 g de carvão a 
0 oC e a várias pressões é: p(mmHg)/cm3 adsorvidos; 100/9,75; 200/14,5; 300/18,2; 
400/21,4. (a) Construa a isoterma de Freundlich e determine as constantes k e n. 
(b) Construa a isoterma de Langmuir e determine as constantes K e p. (c) Discuta o 
significado de cada uma das constantes das duas isotermas. (d) Determine a fração 
de superfície coberta a cada pressão e a área de 1 g de carvão (ACH4= 0,0911 nm2). 
Resposta: (a) 0,717 e 1,764; (b) 33,09 cm3 e 0,00413 mmHg-1; (d) 81 m2 g-1. 
 
19. A adsorção de butano sobre NiO em pó foi medida a 0 oC, os volumes do butano 
medidos nas CNTP adsorvidos por grama de NiO são: p(kPa)/V(cm3/g); 7,543/16,46; 
11,852/20,72; 16,448/24,38; 20,260/27,13; 22,959/29,08. (a) Calcule o volume, nas 
CNTP, adsorvido por grama quando o pó é recoberto por uma única camada (p0= 
103,24 kPa) 
Resposta: (a) 60,44 mmHg