Tensão Superficial

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍA
DEPARTAMENTO DE QUIMICA
CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
CURSO DE LICENCIATURA EM QUIMICA
DISCIPLINA – FISICO QUIMICA EXPERIMENTAL
DOCENTE - DAUCI
	
LUÍS HENRIQUE BARBOSA SOUZA
RELATÓRIO – TENSÃO SUPERFICIAL
	
CAMPINA GRANDE-PB
OUTUBRO, 2019
1. INTRODUÇÃO
A tensão superficial é uma propriedade intrínseca dos líquidos e mesmo que não seja bem entendida, é bastante observada diariamente, ou seja, em uma gota sobre uma folha ou um inseto que caminha sobre a água. Fenômenos de superfície tem interesse multidisciplinar e são importantes tanto para a física quanto para a química, a biologia e as engenharias. Além disso, há vários efeitos observados no dia a dia, que estão relacionados as propriedades da interface entre duas fases. Por exemplo, grãos de areia, clipes de papel e outros objetos pequenos podem flutuar sobre a superfície da água mesmo sendo mais densos do que ela; algumas espécies de insetos conseguem andar sobre a superfície da água sem se molhar.
Uma propriedade dos líquidos é possuir uma superfície plana bem definida, o que os distingue dos gases. Tal propriedade é devido a existência de forças tangenciais à superfície, que é denominada tensão superficial. A tensão superficial surge das forças intermoleculares, as moléculas na superfície de um liquido estão sujeitas a fortes forças de atração das moléculas interiores. A resultante dessa força atua de maneira que a superfície liquida seja menor possível. Sendo assim podemos defini-la como um fenômeno de superfície sendo a tendência de um liquido a diminuir sua superfície até que sua energia de superfície potencial seja mínima, sendo essa condição necessária para que o equilíbrio seja estável.
Sabemos que a forma geométrica que apresenta menor área para um determinado volume é a esfera, então pela ação da tensão superficial, a tendência de uma porção de um liquido leva a formar uma esfera ou uma curva/menisco quando o liquido entra em contato com um recipiente.
Também é em virtude da tensão superficial da água que alguns insetos conseguem caminhar sobre ela, comunidades tais como bactérias, fungos, larvas e crustáceos sobrevivem graças a essa tensão em lagos. 
Figura 1. Mosquito sobre a tensão superficial
A tensão superficial está nas forças intermoleculares do liquido que faz com que se crie uma espécie de membrana elástica na sua superfície. A tensão superficial depende da natureza do liquido, tendo como característica que quanto mais volátil o liquido menor a sua tensão superficial, e quanto maior a pressão de vapor, menor a sua tensão. Ela também depende da pureza e temperatura que se encontra, alguns aditivos podem drasticamente mudar a tensão quando são dissolvidos, diminuído assim a sua tendência de formar gotas, fazendo com que a molécula da água tenha uma maior superfície de contato, molhando os tecidos. 
Quando paramos para analisar percebemos que temos líquidos que não conseguem molhar alguns tipos de materiais. a tensão depende muito das forças de atração e a molhabilidade é dada pela diferença existente entre essas forças, forças essas que são classificadas como coesão e atração do liquido pelo solido. Para que seja possível quantificar a molhabilidade utilizamos o ângulo de contato que é o ângulo formado por uma gota de liquido na fronteira das 3 fases. Se as forças de coesão forem menores que as adesivas, o ângulo de contato será maior que 90°, e se as forças de coesão forem maiores que as adesivas o ângulo se torna menor que 90°. Alguns fatores também podem alterar a tensão superficial da água, sendo eles: a natureza do liquido, a sua pureza, a temperatura, a presença de substancias dissolvidas e uso de tensoativos ou surfactantes.
Um dos métodos que podem ser utilizados para calcular a tensão superficial de líquidos é o peso gota. Este método, assim como todos aqueles que envolvem a separação de duas superfícies, depende da suposição de que a circunferência multiplicada pela tensão superficial é a força que mantem juntas as duas partes de uma coluna liquidam. Quando essa força está equilibrada pela massa da porção inferior, a gota se desprende.
Figura 2. Desprendimento da gota
A tensão superficial pode ser calculada pela equação de Tate da seguinte forma:
2.π.r.ɣ = m.g
Onde: m é a massa da gota ideal
 R é o raio do tubo
 g é a aceleração da gravidade
Mas no método da gota peso, o peso da gota obtido é sempre menor do que o peso da gota ideal, por essa razão e aplicado um fator de correção a equação de Tate que é definida como a função do raio do tubo e do volume da gota. Sendo assim podemos dizer que a equação de Tate pode ter a seguinte forma:
ɣ = 
2. OBJETIVOS
Nosso presente experimento tem como objetivo calcular a tensão superficial utilizando o método do peso gota.
3. MATERIAIS E SUBSTÂNCIAS UTILIZADOS
3.1 Materiais:
· Becker de 50 mL
· Balança analítica
· Bureta
· Pipeta graduada
· Stalagnômetro de Trawbe
· Termômetro
3.2 Substâncias utilizadas:
· Água destilada
· Álcool etílico 95% P.A
· Acetona
· Solução de NaCl 5%
· Solução de NaCl 30%
· Álcool 40%
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
No presente experimento foram utilizados dois equipamentos laboratoriais, sendo o primeiro a pipeta e o segundo o uso da bureta. No uso da pipeta, inicialmente foi feita a lavagem da pipeta com água destilada (rissagem) para lavagem e eliminação de algumas impurezas que poderiam estar contidas na mesma. Para inicio do procedimento, utilizamos a água destilada, adicionando um volume indefinido na pipeta, deixando gotejar 20 gotas. O procedimento foi repetido para as demais substâncias.
E para um segundo momento foi utilizado a bureta, realizando o mesmo procedimento da proveta, tendo o cuidado de gotejar exatamente 20 gotas no Becker para que pudesse ser feita a pesagem da massa. Lembrando de ter sempre o cuidado de manter um nível alto de solução na pipeta e bureta, para evitar variações no peso das gotas.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Seguindo as orientações da professora, realizamos as anotações das seguintes massas (em gramas) buscando sempre anotar os resultados na apostila para os eventuais cálculos. A professora ficou responsável por realizar o gotejamento das soluções tanto na pipeta como na bureta, buscando manter ao máximo o mesmo tamanho em cada gota, com fins de mantê-las de forma mais idêntica possível. Pesando 20 gotas de cada solução obtivemos os seguintes valores:
Obs.: precisamos determinar a tensão superficial da água como base para o restante dos cálculos.
Figura 3. Massa da gota d'água com tubos de diferentes diâmetros
Figura 4. Fator correção para o método peso gota
Dados obtidos experimentalmente:
	DADOS OBTIDOS COM A PIPETA
	Solução (%)
	 1ª medição
	 2ª medição
	Media 
	1 gota
	ɣ (Dinas/cm)
	Água destilada
	1,3005
	1,328
	1,31425
	0,06571
	72,80 
	solução de NaCl 5
	1,3129
	1,3322
	1,32255
	0,06613
	73,25 
	solução de NaCl 30
	1,4951
	1,4874
	1,49125
	0,07456
	82,60 
	Álcool 40
	0,5668
	0,5739
	0,5703
	0,02852
	31,59 
	Álcool PA
	0,367
	0,3565
	0,36175
	0,01809
	20,03 
	DADOS OBTIDOS COM A BURETA
	Solução (%)
	 1ª medição
	 2ª medição
	Media 
	1 gota
	ɣ (Dinas/cm)
	Água destilada
	0,8073
	0,8132
	0,81025
	0,0405
	72,31 
	solução de NaCl 5
	0,9836
	0,9748
	0,9792
	0,04896
	87,38 
	solução de NaCl 30
	1,0643
	1,0260
	1,04515
	0,05225
	93,27 
	Álcool 40
	0,4529
	0,4516
	0,45222
	0,0226
	40,35 
	Álcool PA
	0,3632
	0,3574
	0,3603
	0,0180
	31,15 
Obs.: Todos os valores estão dados em gramas.
6. APLICAÇÃO DOS RESULTADOS
1) Como um tensoativo quebra a tensão superficial?
R = Quando um tensoativo é adicionado a água suas moléculas tentam se arranjar de modo a minimizar a repulsão entre grupos hidrofóbicos e a água. Os grupos polares ficam na solução aquosa, próxima a superfície, e os grupos apolares ficar na interface água-ar, minimizando o contato com a água. Isto gera uma diminuição na tensão superficial da água, pois provoca um desarranjo de sua superfície.
2) O que são micelas? Faça umailustração.
R = Umas das características comuns a todos os surfactantes é a capacidade de formar agregados em solução aquosa a partir de uma determinada concentração. Esses agregados são denominados de micelas. A concentração onde inicia o processo de formação das micelas (micelização) e chamada de concentração critica micelar, (CMC), que é uma propriedade intrínseca e característica do surfactante.
3) Como são constituídos e como se classificam os surfactantes? Dê exemplos.
R = Surfactantes ou tensoativos são compostos orgânico, constituídos por moléculas anfifílicas contendo partes polares e apolares, com propriedades de atividade superficial, resultado da adsorção destes compostos na superfície de líquidos ou na interface entre dois líquidos imiscíveis. Em meio aquoso, acima de uma determinada concentração, os surfactantes formam micelas e outros agregados, nos quais as porções lipofílicas das moléculas ou íons fica orientada para o interior da micela e apenas os grupos polares ficam na parte externa, em contato com a água.
Os surfactantes podem ser caracterizados pela sua polaridade, neste caso temos:
· Tensoativos aniônicos: constituem a maior classe de tensoativos e a mais utilizada pela indústria em geral, pois nessa classe se encontram os tensoativos principais dos sabões, xampus e detergentes.
· Tensoativos catiônicos: são tensoativos que apresentam mais alta capacidade de aderirem as superfícies solidas, mesmo após a retirada da solução do tensoativo, sendo utilizado como aditivos de lubrificantes, amaciantes e anticorrosivos.
· Tensoativos não iônicos: os tensoativos desse tipo são caracterizados por possuírem grupos hidrofílicos sem cargas, ligados a cadeia graxa. Dentre eles, podemos destacar emulsionantes, agentes espessantes e dispersantes.
· Tensoativos anfóteros: são caracterizados por apresentarem, na mesma molécula, grupamentos positivos e negativos. O grupamento positivo é, normalmente, representado por um grupo de nitrogênio quaternário e o negativo por um grupo carboxilato ou sulfonato.
4) Agentes emulsificantes são capazes de impedir que os componentes (disperso e dispersante) de uma emulsão se separem. Caseína e leite, detergente e gema de ovo são agentes emulsificadores. Justifique e explique como funciona.
R = A emulsão é um composto termodinamicamente instável, portanto há necessidade de incorporar um agente emulsificante. Os emulsificantes são tensoativos que diminuem a tensão superficial formando uma película em volta das gotas de óleo, essa película é hidrófila, o que significa que possui afinidade com a água, assim a emulsão fica estabilizada e não ocorre a separação dos componentes.
5) Defina molhabilidade e ângulo de contato. Representar a molhabilidade pelo ângulo entre o contorno da gota e a interface solido/liquido.
R = O termo molhabilidade é utilizado para descrever o quanto uma gota 	de liquido se espalha sobre a superfície, molhando-a. Compostos de elevada tensão superficial tendem a se comportar como gotas esféricas sobre uma superfície, molhando-a pouco já que as moléculas apresentam forte atração entre si e tendem a se manter juntas. Quando a tensão superficial é menor, o liquido se espalha mais sobre a superfície, adquirindo um formato chamado de lente. Essa lente apresenta um determinado ângulo de contato com a superfície sólida que depende diretamente da tensão superficial do liquido.
o sólido se mostrará completamente molhado pelo liquido se o ângulo de contato for zero, e somente molhado se o ângulo de contato tiver valor finito. A redução da tensão superficial do liquido diminui o ângulo de contato e aumenta a área da superfície molhada. O alto valor de tensão superficial da água faz com que ela forme gotas na superfície do vidro de uma vidraça após a chuva. O álcool etílico em contrapartida apresenta tensão superficial muito menor que a da água, tendo menos tendência para formação de gotas sobre a superfície do vidro que água. É por isso que muitas pessoas limpam vidros utilizando papel embebido com álcool. Como a formação de gotas é diminuída, existe menor chance de manchar após a secagem.
7) Calcular a tensão superficial das soluções utilizadas na prática.
CÁLCULOS PARA OS DADOS OBTIDO COM A PIPETA
Tensão da água:
Primeiro precisamos calcular o raio do tubo seguindo dados da figura 03. Como primeiro passo devemos fazer a interpolação de dados.
0,068026 ------ 0,23052
0,06571 -------- r
0,069869 ------0,23790
 = 
 =
0,002316r – 0,000550976 = (-0,000958732) + 0,004159r
0,002316r – 0,004159r = (-0,000958732) + 0,000550976
-(0,001843) r = -(0,00040775)
r = 0,221242530 cm
Agora calcularemos o volume de 1 gota
V = 
V = = 0,06590 cm3
Agora temos o cálculo do fator de correção:
 = 0,547 (necessita-se fazer a interpolação do valor obtido segundo a figura 04).
0,50 ------0,6515
0,547 ------ 
0,55 ------ 0,6362
 = 
 = 
(-0,047) + 0,0299 = (-0,0019545) + 0,003
0,0299 + 0,0019545 = 0,003 + 0,046
0,0318545 = 0,05
 = 0,63709
Agora aplicando os valores obtidos na equação de Tate:
ɣH2O = 
ɣH2O = 
ɣH2O = 72,80 dinas/cm
Para o cálculo das demais substâncias, precisamos utilizar a seguinte fórmula:
 = = = 73,25 dinas/cm
 = = = 82,60 dinas/cm
 = = = 31,59 dinas/cm
 = = = 20,03 dinas/cm
Obs.: a massa utilizada nesse caso foi a de 20 gotas.
CÁLCULOS PARA OS DADOS OBTIDOS COM A BURETA
Tensão da água:
Primeiro precisamos calcular o raio do tubo seguindo dados da figura 03. Como primeiro passo devemos fazer a interpolação de dados.
0,033450 ----- 0,09946
0,0405 ------- r
0,042347 ------ 0,13062
 = 
 = 
-0,00705r + 0,000920871 = -0,000183702 + 0,001847r
-0,00705r – 0,001847r = -0,000183702 – 0,000920871
-0,008897r = -0,001104573
r = 0,124 cm
Agora calculemos o volume referente a 1gota.
V = 
V = 
V = 0,0406 cm3
Agora podemos calcular o fator de correção:
 = 0,360 (fazer a interpolação para o cálculo do resultado)
0,35 ----- 0,7011
0,360 ---- 
0,40 ----- 0,6828
 = 
 = 
(-0,01) + 0,006828 = (-0,028044) + 0,04
0,01 – 0,04 = (-0,028044) - 0,006828
-0,05 = - 0,035268
 = 0,70536
calculemos a viscosidade da água com os dados obtidos:
ɣH2O = 
ɣH2O = 
ɣH2O = 72,31 dinas/cm
Realizando os cálculos para as demais substancias obtemos:
 = = = 87,38 dinas/cm
 = = = 93,27 dinas/cm
 = = = 40,35 dinas/cm
 = = = 31,15 dinas/cm
8) Comparar os valores obtidos, com valores da tabela 5.1, para tensão da água, do álcool P.A e da acetona, utilizando a pipeta e a bureta, fazendo comentários.
R = O presente experimento consegui atingir os objetivos, onde os valores encontrados para as tensões superficiais chegaram ao valor bem próximo da literatura. Talvez tivemos alguma pequena diferença nos valores, mais muito pequenos, que podem ter sido devidos a algumas variações práticas no laboratório, como a forma de manuseio e pesagem dos equipamentos.
9) De sugestões interessantes sobre a pratica, que possa contribuir para experiencias futuras.
R = Utilizar o Stalagnômetro, cujo não foi utilizado porque estava com as medições apagadas, para que os alunos possam manusear o equipamento e também que possam compreender a diferença entre os dois métodos, entendendo qual o mais preciso entre eles. Mas apesar de tudo o experimento conseguiu atingir os nossos objetivos, atingindo valores bem próximos do esperado.
7. CONCLUSÃO
Como já foi mencionado anteriormente o experimento alcançou os nossos objetivos pretendidos, com resultados satisfatórios e próximos da literatura. O aprendizado da turma foi alcançado com êxito e as leis teóricas puderam ser compreendidas e utilizadas da maneira correta.