O Físico Química Experiemental

Relato´ rio 1

Disciplina: F´ısico-Qu´ımica Experimental

Experimento: Tensa˜o Superficial de L´ıquidos Puros e Soluc¸o˜es        Data: 10/06/2022 Bancada: 2

Alunos: Athos Bryan Oliveira, Lucas Pereira Santos, Suelen Scalcon, Victoria Milla Pinto e Vitor Elizeu Cechetto.

Introduc¸ a˜o

Entre as mole´culas de um l´ıquido atuam as forc¸as de Van der Waals, que sa˜o as responsa´veis pela existeˆncia do estado l´ıquido. No seu interior, as mole´culas sa˜o atra´ıdas por todas as direc¸o˜es pelas mole´culas vizinhas, de modo que a sua resultante, para cada mole´cula, e´ nula. Uma mole´cula da superf´ıcie, por outro lado, esta´ apenas parcialmente cercada pelas demais. Como consequeˆncia, surge uma forc¸a resultante que atrai as mole´culas da superf´ıcie para o interior da massa l´ıquida, exigindo uma energia m´ınima para isso, a chamada tensa˜o superficial (SCHIFINO, 2013).

L´ıquidos tendem a apresentar sempre a menor superf´ıcie espec´ıfica poss´ıvel, ou seja, a menor relac¸a˜o entre superf´ıcie e volume, o que os faz procurar assumir

a forma esfe´rica. Para aumentar a superf´ıcie livre de um l´ıquido e´ necessa´rio trazer

mole´culas da fase l´ıquida para a interface vencendo a forc¸a resultante anteriormente

citada.   As mole´culas da superf´ıcie apresentam energia de Gibbs superior a`  das

mole´culas no interior da massa l´ıquida. Os l´ıquidos, por isso, opo˜em-se a qualquer tentativa de aumento de sua superf´ıcie, o que justifica o fato de tenderem a apresentar sempre a menor superf´ıcie poss´ıvel (SCHIFINO, 2013).

Quando uma gota l´ıquida e´ posta sobre uma superf´ıcie so´lida, duas situac¸o˜es podem ocorrer, dependendo se o l´ıquido molha ou na˜o o so´lido. O aˆngulo θ, e´ denomi- nado aˆngulo de contato, e e´ definido como sendo o aˆngulo formado pela tangente ao l´ıquido no ponto de contato e o so´lido medido sempre no interior do l´ıquido, definindo o grau de molhabilidade. O aˆngulo de contato e´ determinado pela grandeza relativa de treˆs tenso˜es interfaciais:  a tensa˜o superficial do l´ıquido, a tensa˜o superficial do so´lido e a tensa˜o interfacial so´lido-l´ıquido. Dependendo da intensidade relativa dessas treˆs forc¸as, o aˆngulo de contato pode ser menor ou maior que 90°.  Se o aˆngulo de contato for menor que 90°, o l´ıquido ao ser colocado em um tubo, formara´ um menisco coˆncavo, ocorrendo a ascensa˜o capilar (forc¸as adesivas mais fortes que ascoesivas), ocorrendo o molhamento. Se, por outro lado, o aˆngulo de contato for maior que 90°, o l´ıquido formara´ um menisco convexo, ocorrendo depressa˜o capilar (forc¸as adesivas mais fracas que as coesivas), ocorrendo o molhamento (SCHIFINO, 2013). A Figura 1 representa esse comportamento.

[pic 1]

Figura 1: a) L´ıquido que molha o so´lido; b) L´ıquido que na˜o molha o so´lido.

Nos tubos capilares, ha´ a tendeˆncia de l´ıquidos ascenderem devido a tensa˜o superficial (γ), que pode ser correlacionada com a ascensa˜o capilar (∆h). Portanto, a expressa˜o que representa a ascensa˜o capilar de um l´ıquido para o sistema vidro, a´gua e ar, e´ dada por:

γ = ρ · g · ∆h · r[pic 2]

Sendo g a gravidade e r o raio do tubo capilar.

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(1)

Objetivo

Os objetivos desta pra´tica sa˜o inicialmente entender as interac¸o˜es moleculares

de quatro diferentes l´ıquidos:  a´gua destilada, metano, butanol e dodecilssulfato de

so´dio (SDS), em contato entre eles e sozinhos, as chamadas forc¸as de coesa˜o e de adesa˜o. E em um segundo momento realizar o ca´lculo da tensa˜o superficial de cada um desses compostos, com o me´todo da ascensa˜o capilar.

Material Utilizado

Para a primeira etapa do experimento foi necessa´ria uma placa de vidro; detergente, a´gua de torneira e a´gua destilada para lavagem e os compostos metanol, dodecilssulfato de so´dio, butanol e a´gua destilada em frascos com gotejador.

Para a segunda etapa foi necessa´ria uma laˆmina de vidro, uma re´gua pequena, um tubo capilar e um be´quer de 50 mL.

Procedimento Experimental

Para a realizac¸a˜o da primeira parte do experimento foi utilizada uma placa de vidro, previamente lavada e seca. Inicialmente nessa placa de vidro foram colocadas

separadamente uma gota de cada amostra escolhida e foi observado a ordem de espalhamento dos compostos envolvidos.

Apo´s essa etapa a placa de vidro foi limpa e seca novamente e foram colocadas novamente gotas dos compostos, mas desta vez duas a duas para verificar as forc¸as de cada dupla de composto e suas interac¸o˜es. Por primeiro foram colocadas gotas de a´gua e de metanol, na˜o muito pro´xima uma da outra. Em seguida a dupla foi a´gua e butanol, depois a´gua + SDS, em seguida SDS + butanol, depois a dupla foi o butanol e o metanol e por fim SDS + metanol.

Para a segunda etapa do experimento, foram necessa´rios um tubo capilar, uma re´gua pequena e quatro be´queres, previamente lavados e secos. Foram colocadas quantidades pequenas de cada um dos l´ıquidos utilizados na primeira etapa do expe- rimento em cada um dos be´queres e foram medidas suas respectivas alturas. Logo apo´s, o tubo capilar foi mergulhado em cada um dos l´ıquidos separadamente e a altura da ascensa˜o capilar foi medida. Com esses dois valores foi poss´ıvel obter o chamado , que e´ a diferenc¸a de altura com o capilar mergulhado e a altura de l´ıquido no be´quer.

Para se obter o valor da tensa˜o superficial das amostras, utiliza-se a equac¸a˜o 1 O valor da acelerac¸a˜o da gravidade local e´ de 9,78 m/s2.

Para a amostra de a´gua, o valor da tensa˜o superficial foi dado pela professora e e´ de 73,05 . Com esse valor podemos obter o valor do raio do capilar e com o valor do raio do capilar e o valor da densidade dos outros compostos na temperatura ambiente no dia do experimento, 18 graus, calculamos os valores de tensa˜o superficial dos outros compostos.

Resultados e Discussa˜o

• 1ª parte – Comparac¸a˜o do espalhamento de l´ıquidos em so´lidos

A partir da ana´lise visual na primeira parte do experimento, foi poss´ıvel verificar e comparar o comportamento dos 4 l´ıquidos em relac¸a˜o ao contato com o so´lido de vidro.