UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS

UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

GRADUAÇÃO EM QUÍMICA INDUSTRIAL

AULA Nº. 06

DETERMINAÇÃO DA TENSÃO SUPERFICIAL PELO MÉTODO DA GOTA

Alunos: Thiago Oliveira Lopes, Glauco César e Eduardo Andrade.

Professora: Msc. Lílian Físico-Química Experimental I

Experimento realizado dia 17/04/2009.

INTRODUÇÃO:

Muitas mudanças ocorrem na superfície dos líquidos e sólidos, pois é onde ocorrem à vaporização e a condensação, porém pouco se percebe os eventos que ali ocorrem. Entretanto, a superfície de um líquido tem propriedades interessantes por si mesmas, incluindo a tensão superficial, e ver-se-á como a forma de uma superfície afeta o comportamento de um líquido. Essas propriedades são modificadas se um soluto está presente, particularmente, e se o mesmo é um agente ativo na superfície [1].

Ao se aplicar uma força normal à superfície do líquido, este tende a aumentar de área, porém, têm-se a impressão de que a superfície do líquido é constituída de uma membrana a qual impede este aumento de área. O efeito desta "membrana" é conseqüência direta das forças de atração para o interior do líquido, chamadas forças de Van Der Waals, e que são sentidas pelas moléculas da superfície. A esta força que se opõe ao aumento da área do líquido foi dado o nome de tensão superficial. Assim, quanto maiores a força de coesão entre as moléculas de um líquido, maior será a sua tensão superficial [1].

Líquidos tendem a adotar formas que minimizam sua área superficial, pois então um maior número de moléculas encontra-se em seu volume e dessa forma permanecem cercadas por outras moléculas.

Gotas de líquidos, portanto, tendem a ser esféricas, porque uma esfera é a forma com a menor razão superfície/volume. Entretanto, pode haver outras forças presentes que competem contra a tendência de assumir essa forma ideal e, em particular, a gravidade pode achatar essas esferas em poças ou oceanos [1].

São diversos os métodos que podem ser empregados para a determinação da tensão superficial e estes são classificados em estáticos, dinâmicos e de desprendimento (ou separação). Dentre os métodos estáticos destacam-se o da ascensão capilar, o da placa de Wilhelmy e do anel de DuNoüy. Enquanto os dois últimos necessitam de equipamentos específicos, nem sempre disponíveis em cursos de graduação, o primeiro apresenta, em geral, erros experimentais bastante elevados, acima de 20%. Isto se deve ao fato deste método, descrito por alguns autores como o mais preciso, poder ser utilizado somente quando o ângulo de contato, formado pelo menisco e a parede do tubo, for zero, como no caso dos capilares. Entretanto, este diâmetro deve ser uniforme ao longo do tubo, restrição dificilmente atendida pelos capilares disponíveis comercialmente e com preços acessíveis. O método dinâmico da oscilação permite a determinação da tensão superficial em intervalos de tempo bastante curtos, mas trata-se de um dos métodos mais complexos existentes. Por outro lado, a determinação da tensão superficial fundamentada no desprendimento, como o

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método do peso da gota (um dos mais antigos) ou volume da gota, é convenientemente mais simples [2].

O método da gota é, talvez, o mais convenientemente correto para se medir a tensão superficial de um gás-líquido ou líquido-líquido (interface). O procedimento é formar gotas do líquido no fim de um tubo, permitindo a queda dentro de um recipiente até que o suficiente tenha sido coletado, assim o peso da gota pode ser determinado corretamente [1].

Esse método é muito antigo, com observações feitas por Tate (1864), e uma simples expressão para o peso da gota é encontrado pela fórmula abaixo:

O procedimento usual é para aplicar um fator de correção ‘f ’ na equação anterior, assim que W’ é encontrado por [1].

Harkins e Brown concluíram que o “ ” mostrado será uma função da razão

ou , onde V é o volume da gota. Isto foi verificado experimentalmente. O volume da gota V é determinado a partir da densidade do líquido. Logo:

O método da gota pode ser usado para a determinação das tensões interfaciais líquido-líquido. A mesma equação é aplicada, todavia, deve ser relembrado que W’ e ‘m’ agora denotam o peso e a massa da gota menor do que o líquido deslocado [1].

OBJETIVO :

Determinar a tensão superficial relativa de líquidos puros e de soluções.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

Primeiramente preparou-se as soluções 1,0 mol/L de NaCl e 0,1 mol/L de Lauril sulfato de sódio.

Logo em seguida, foram determinadas as densidades dos quatro reagentes em questão (das duas soluções preparadas, do álcool e da água) do lauril pelo método do picnômetro e dos demais através de um densímetro.

Feito isso, encheu-se uma bureta de 50 mL, que estava presa a um suporte universal com o auxílio de uma garra, com água destilada, conforme a figura abaixo.

Figura 1: Aparelhagem para determinação de tensão superficial pelo método da gota.

Abriu-se a torneira da bureta e começou-se a gotejar a água. Contou-se a quantidade de gotas até que o volume da bureta diminuísse 1 mL. Repetiu-se isso mais duas vezes.

Este mesmo procedimento foi realizado em duplicata para o álcool etílico, lauril sulfato de sódio e para o cloreto de sódio, sempre contando o número de gotas equivalente a 1mL.

RESULTADOS E DISCUSSÕES:

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1. Cálculo de densidade:

- Lauril sulfato de sódio:

- Álcool etílico:

- Solução de cloreto de sódio:

- Água:

2. Determinação da tensão superficial relativa:

De acordo com a literatura, pode-se calcular a tensão superficial a partir da seguinte fórmula:

Onde:

R = raio da ponta do tubo;

g = aceleração da gravidade;

ρ = densidade da substância.

Substituindo o valor de Vg, tem-se:

O valor da tensão superficial da água era conhecido, então foi feita a razão entre a tensão superficial da água e de um

líquido ou substância qualquer, obtendo-se a seguinte equação:

A tensão superficial da água foi fornecida (71,97 dyn/cm à 25 ºC), as densidades foram calculadas, e o número de gotas das substâncias equivalente a 1 mL também foram medidos, sendo assim possível calcular a tensão superficial das substâncias considerando a água como padrão.

Como a análise foi feita em triplicata, utilizou-se a média do número de gotas em relação a 1 mL da substância analisada. Os resultados estão dispostos na tabela abaixo:

Tabela 01: determinação do número de gotas em 1 mL de substância

Substância 1ª amostra 2ª amostra Média

Água 21 22 21,5

Lauril 66 68 67

Alcool 58 59 58,5

Solução de 19 19 19

- Lauril sulfato de sódio:

- Álcool etílico:

- Solução de cloreto de sódio:

O alto valor da tensão superficial da água deve-se a atração decorrente das pontes de hidrogênio entre as moléculas de sua superfície. Nota-se que o álcool etílico

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possui uma tensão superficial bem menor que a da água, devido um menor número de pontes de hidrogênio realizadas pelas suas moléculas, e conseqüentemente menor coesão entre as moléculas.

A solução de lauril possui uma tensão superficial menor que a da água pura, pois o lauril sulfato de sódio (detergente) diminui as interações entre as moléculas da água, “quebrando” sua tensão superficial. Diferentemente da solução de lauril, a solução de NaCl apresentou uma tensão superficial consideravelmente maior que a água pura, ou seja, a presença do cloreto de sódio dissolvido na água aumentou as interações intermoleculares (maior coesão entre as moléculas).

CONCLUSÃO :

Após a realização dos experimentos concluímos que a tensão superficial de

substâncias está diretamente ligada às forças intermoleculares (coesão) e ao volume da gota dessa substância formada no fim de um tubo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

1- http://www.hottopos.com/regeq9/adejane.htm. Acessado em 16 de abril de 2009, às 20:11 hrs.

2- http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s010040422004000300021. Acessado em 16 de abril de 2009, às 20:29 hr.

3- Adaptado de “Apostila de Físico-Química Experimental I”; SILVA, Valmir Jacinto.

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