tensao superficial

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
CURITIBA – PR
2011
ANA PAULA PATIAS GUIMARÃES
DIANDRA SANCHEZ LEITNER
LAIZE CHAVES BILOTTI
LORENA PANAGE MOURA
RELATÓRIO DE FISICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL II
TENSÃO SUPERFICIAL – PARTE 1
Trabalho referente à primeira prática
sobre tensão superficial, realizada
pelos alunos da bancada 04, da
disciplina de Fisico-Química
Experimental II, do curso de
Engenharia Química, setor de Exatas
da UFPR.
Profa.: Dra. Isabel Cristina Riegel

2. 1. Introdução
Uma molécula no interior do líquido (Figura 1) sofre radialmente e, em
média, igualmente em todas as direções, forças de atração das moléculas
vizinhas, de modo que estas forças estão perfeitamente balanceadas. Em
geral, esta atração é efetiva apenas por uma distância d, chamada de alcance
molecular, que é da ordem de 10-7 cm. Para uma molécula que se encontra a
uma distância da superfície do líquido menor do que d (Figura 2), as forças
sobre ela se tornam desbalanceadas, uma vez que uma das metades com
esse raio, abaixo dela, está preenchido totalmente com moléculas que a
atraem, e a metade acima dela, por se estender além da superfície do líquido,
está preenchido apenas parcialmente com moléculas que a atraem.
Figura 1 Sistema em equilíbrio.
Para uma molécula na fronteira do líquido, o desbalanceamento das
forças é máximo (Figura 3). Assim, existe uma forte tendência das moléculas
que se encontram dentro de uma camada superficial serem puxadas para o
interior do líquido, e por isso a superfície do líquido tende a se contrair
espontaneamente na direção do mesmo. Essa tendência em adotar formas que
tornam mínima a sua área superficial de modo que o número máximo de
moléculas fique no interior da fase explica fenômenos como a formação de
gotículas esféricas. [2]
Se uma molécula se move do interior do líquido para a camada
superficial, esta força realiza um trabalho negativo sobre ela. Assim, a
superfície de um líquido pode ser aumentada se um certo número de moléculas
passa do interior do líquido para a camada superficial, fato que só acontece
pela realização de trabalho. A diminuição da superfície permite a realização de
trabalho para o exterior.
A unidade SI para a tensão superficial é o N/m, que é numericamente
igual à razão do aumento da energia de Gibbs superficial com a área, em J/m2.
Na Tabela 1 encontram-se alguns valores da tensão superficial.

3. Tabela 1 – Tensão Superficial de Líquidos
1.1 Ângulo de Contato
A tendência de partículas de água se achatarem sobre a superfície de um
automóvel, por exemplo, é um indicativo que ele precisa ser lavado. Após a
lavagem, gotas de água sobre a superfície teriam contornos mais esféricos,
dizemos que um líquido “molha” uma superfície quando o ângulo de contato θ é
menor de 90°. Por esta definição, a superfície do carro estava molhada antes
da lavagem, e não molhada após a lavagem. Este é um exemplo da tensão
superficial. Sempre que um líquido está em contato com outros líquidos ou
gases, ou com uma superfície gás/sólido como neste exemplo, uma interface
se desenvolve agindo como uma membrana elástica esticada e criando uma
tensão superficial.
O ângulo de contato (θ) entre uma fase líquida e uma fase sólida depende
apenas das tensões entre as faces dos três meios em contato. Ou seja,
independe do formato do recipiente ou da gravidade.
Figura 2 Ilustração da formação do ângulo de Contato.
Esse equilíbrio de forças se dá entre as forças de adeção entre o líquido e
os meios em contato e as forças de coesão do próprio líquido. O Qunado o
equilíbrio de forças desloca-se para o sentido das forças de adesão, ocorre
diminuição dos fenomenos de não molhamento, ou sejá, o algulo de contato

4. aumenta. Quando as forças de adesão são maiores que as de coesão, significa
que o fluido é mais atraido pela superfície do que pelo próprio fluido, ocorrendo
o fenômeno de molhamento.
1.2 Ascenção Capilar
O fenômeno de ascensão capilar é descrito
pelo movimento acendente de fluidos dentro de
tubos muito finos (capilares) por ação natural. Tal
fenômeno só se observa quando as forças de
adesão do fluido com o capilar são maiores que as
forças de coesão do fluido, ou seja, há
molhamento. Como conseqüência da tensão
superficial, ao introduzir um tubo capilar em um
líquido que o molhe, o líquido eleva-se pelo capilar.
Figure 3 Ascenção Capilar em um
capilar de vridro.

5. 2. Objetivos
Identificar a tensão superficial de vários líquidos.
Observar o fenômeno de capilaridade e estimar a tensão superficial de
líquidos e soluções.

6. 3. Procedimento Experimental
A primeira parte do procedimento experimental foi dedicada a entender
as interações moleculares chamadas de forças de coesão (entre moléculas
da mesma fase) e forças de adesão (entre moléculas de fases diferentes).
Para isso, primeiramente uma placa de vidro foi lavada com água de
torneira e água destilada e secada com papel toalha. Em seguida água,
metanol, butanol e dodecil foram gotejados separadamente na placa de
vidro e as amostras foram listadas em ordem crescente de ordem de
espalhamento. Por fim, as amostras foram gotejadas lado a lado, na
tentativa de misturá-las na placa de vidro, de modo que observou-se se elas
são miscíveis, imiscíveis ou parcialmente miscíveis:
a) Água + metanol;
b) Água + butanol;
c) Água + dodecil;
d) Butanol + metanol;
e) Dodecil + metanol;
f) Dodecil + butanol.
Na segunda parte do procedimento experimental, foram lavados e secados
uma régua pequena e um tubo capilar. Aquela, então, foi mergulhada em um
béquer o qual continha certa quantidade de água. Em seguida mergulhou-se a
ponta do capilar na água e este foi colocado junto com a escala da régua.
Verifica-se se o capilar está limpo abaixando-o e levantando-o, com a ponta
mergulhada na água, o nível do líquido dentro do capilar deve sempre retornar
à posição original. Foram feitas três medidas de alturas de água no béquer e
do menisco do capilar. O procedimento foi repetido com os outros líquidos
(metanol, butanol e dodecil).

7. 4. Resultados
Na primeira parte do experimento foram obtidos os seguintes resultados:
a) Água + metanol: miscível, pois ambos compostos são polares;
b) Água + butanol: parcialmente miscível, pois o butanol, apesar de ter
um grupo -OH polar e semelhante a água, possui uma cadeia
carbônica longa o que faz com que a molécula possua uma parte
apolar considerável;
c) Água + dodecil: solúvel, pois apesar de o dodecil possuir uma cadeia
carbônica longa, ele possui uma ponta polar e é um tensoativo (reduz
a tensão superficial da água);
d) Butanol + metanol: solúvel, pois ambos são alcoóis (polares), logo,
são moléculas semelhantes;
e) Dodecil + metanol: parcialmente solúvel
f) Dodecil + butanol: parcialmente solúvel
Na segunda parte do experimento, realizada em um tubo capilar, foram
medidas as alturas de cada substância para que, a partir da mesma, fosse
possível calcular a tensão superficial de cada elemento. Para calcular a tensão
superficial, foi utilizada a fórmula de capilaridade representada abaixo.
𝛾 =
𝑟.𝜌.𝑔.∆𝐻
2
(equação 01)
Mas para calcular a tensão superficial de cada substância é preciso
conhecer o raio do tubo do capilar. Para isso, vamos utilizar a mesma formula
acima, empregando o valor da tensão superficial de uma substância conhecida,
a água. A tensão superfícial da água foi obtida a partir da tabela 1 abaixo na
temperatura ambiante resultando em um valor de 72,516 mN/m.
Tabela 1 – Densidade e Tensão Superficial da Água no Ar em Diversas Temperaturas

8. A partir da tensão superfícial pode-se, então, calcular o raio do tubo
capilar. Os raios obtidos por cada bancada apresentam-se nas tabelas abaixo.
Tabela 2
Bancada A
H2O
Δh (m)
0,0123
0,013
Δh médio (m) 0,01265
ρ (kg.m-3 ) 998,23
γ (mN.m-1)(teorico) 72,516
r (m) 0,00118
Tabela 3
Tabela 4
Calculados os raios de cada bancada, pode-se então calcular a tensão
superficial de cada substância utilizando a mesma formula apresentada acima.
Os calculos foram feitos e estão representados nas tabelas abaixo.
Bancada B
H2O
Δh (m)
0,025
0,026
0,024
Δh médio (m) 0,025
ρ (kg.m-3 ) 998,23
γ (mN.m-1)(teorico) 72,075
r (m) 0,00059
Bancada C
H2O
Δh (m)
0,026
0,025
0,026
Δh médio (m) 0,02567
ρ (kg.m-3 ) 998
γ (mN.m-1)(teorico) 72,075
r (m) 0,00058

9. Tabela 5
Bancada A
Alturas medias dos liquidos nos capilares (m)
Substância Metanol
1-
Butanol Dodecil
Δh (m)
0,013 0,012 0,008
0,014 0,011 0,011
Δh (m) 0,0135 0,0115 0,0095
ρ (kg.m-3 ) 790 810 1100
γ (mN.m-1)(exp) 61,2454 53,49283 60,011
γ (mN.m-1)(teorico) 22,07 24,93 25,28
Erro Relativo 178% 115% 137%
Tabela 6
Bancada C
Alturas medias dos liquidos nos capilares (m)
Substância Metanol
1-
Butanol Dodecil
Δh (m)
0,009 0,011 0,014
0,01 0,012 0,013
0,008 0,01 0,015
Δh médio (m) 0,009 0,011 0,014
ρ (kg.m-3 ) 790 810 1100
γ (mN.m-1)(exp) 20,5345 25,73308 44,477
γ (mN.m-1)(teorico) 22,07 24,93 25,28
Erro Relativo 7% 3% 76%
Tabela 7
Bancada D
Alturas medias dos liquidos nos capilares (m)
Substância Metanol
1-
Butanol Dodecil
Δh (m)
0,011 0,01 0,013
0,011 0,009 0,013
0,011 0,01 0,012
Δh médio (m) 0,011 0,009667 0,0127
ρ (kg.m-3 ) 790 810 1100
γ (mN.m-1)(exp) 24,4514 22,03162 39,205
γ (mN.m-
1)(teorico) 22,07 24,93 25,28
Erro Relativo 11% 12% 55%

10. 5. Discussão
Os resultados obtidos na primeira parte podem ser resumidamente
explicados pela frase: “semelhante dissolve semelhante”. Isto é, vimos que
moléculas polares são miscíveis com outras moléculas polares, como é o caso
da água com o metanol. Do mesmo jeito, moléculas apolares normalmente se
misturam com moléculas apolares. No caso da água com o butanol, por
exemplo, a miscibilidade é apenas parcial, isso ocorre pois apesar das duas
moléculas seres polares, o butanol possui uma cadeia carbônica
razoavelmente longa (com quatro carbonos) o que corresponde a uma parte
apolar da molécula, diminuindo assim a sua solubilidade com a água, que é
uma molécula pequena e completamente polar.
Com o dodecil, tem-se um caso atípico. Isto acontece pois ele é um
tensoativo, ou seja, uma substância que reduz a tensão superficial da água ou
a tensão superficial de dois líquidos não miscíveis entre si, o que favorece a
miscibilidade.
Na etapa em que as alturas foram medidas para a determinação da tensão
superficial, o valor da tensão superficial obtido pela bancada “A” apresenta
erros absurdamente altos para todas as substâncias. Isso se deve ao erro de
medida das altura pois, para a determinação do ∆H, foi utilizado uma régua,
cuja imprecisão é muito alta. Em relação às bancadas “B” e “C”, os erros
encontrados são bem menores, tornando-se mais coerentes.

11. 6. Conclusão
Através do experimento realizado observou-se o comportamento das
substâncias em questão quando isoladas e quando interagem umas com as
outras, pode-se ainda calcular e entender a tensão superficial de um fluido e
sua relação com o grau de espalhamento e o ângulo de contato em uma
superfície.
Foi possível, tambêm, determinar a tensão superficial do butanol, metanol e
dodecil, porem com uma imprecisão muito grande no caso do Dodecil.

12. 7. Referências Bibliográficas
[1] RANGEL, R.N., Práticas de Físico-Química, 2006. 3ed. São Paulo-SP. Ed.
Edgard Blucher Ltda.
[2] ATKINS, P., PAULA, J. Atkins Physical Chemistry. 8ed. Nova York:
Oxford Press. 2006
[3] DE SOUZA, N. J. M., Experimentos em Físico Química, 1995. 2ed.
Curitiba-PR. Neoprinte Ltda.
[4]
<http://www.qgsquimica.com.br/qgs/det_comunicacao.php?id=55&det_comunic
=3> acessado em 09/10/2011