A Determinação da Tensão Superficial em Sólidos

UFSCar-Departamento de Química

Determinação da Tensão Superficial em Sólidos

Giovanna Scalli Tâmega 770351

Natasha Leandra Chiaranda da Rosa 759118 

Data: (29/04/2022). *Refeito

Resumo

A tensão superficial consiste em um fenômeno que ocorre na interface entre duas fases químicas, geralmente um líquido e um sólido, de modo que a camada superficial do líquido se comporte como uma película elástica. A presente experiência tem o intuito de determinar os valores de tensão superficial em três superfícies poliméricas diferentes a partir dos líquidos água e diiodometano.

Introdução

A tensão superficial consiste em uma propriedade intrínseca dos líquidos que depende das forças intermoleculares. Uma determinada substância em estado líquido quando colocada sobre uma superfície apresenta uma separação entre ela e o ambiente ocorrendo a formação de uma película elástica, tal fato ocorre devido às interações entre as moléculas da superfície e do interior da substância.1 Em uma gotícula de água sobre uma superfície, por exemplo, as moléculas da superfície são mais fortemente atraídas em direção ao interior do líquido do que em direção ao ambiente, já as moléculas do interior da gotícula são atraídas igualmente pelas demais moléculas e em todas as direções.2 A gotícula pode permanecer nesta forma ou se espalhar sobre a superfície, de modo que formará um ângulo de contato com a mesma, tal ângulo não depende do recipiente e da gravidade mas sim das três tensões interfaciais, dessa forma, pode se determinar a molhabilidade do líquido, isto é, sua capacidade de manter contato com uma superfície sólida. Há uma relação inversa entre a tensão superficial e o ângulo de contato das gotas (θ), portanto, quanto maior a tensão superficial, menor será a molhabilidade da superfície e, consequentemente, maior será o valor do ângulo de contato.3 Conhecendo-se o ângulo de contato (θ) pode-se determinar a tensão superficial de amostras sólidas por meio da equação proposta por Souheng Wu, em que expressão para a tensão superficial é obtida a partir da média harmônica proposta por Fowkes (equação 1).

[pic 1]

(1)

Onde θ é o ângulo de contato, é a componente dispersiva do líquido,  é a componente polar do líquido, é a componente dispersiva do sólido e   é a componente polar do sólido. A tensão superficial pode ser decomposta em termos de interações dispersivas e polares, obtendo-se a equação 2.[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]

[pic 6]

(2)

Ambas as equações apresentadas serão utilizadas para determinar-se a tensão superficial nas superfícies poliméricas.

Resultados e Discussões

Para realização dos cálculos foram utilizados os seguintes valores das componentes dispersiva e polar para cada líquido, bem como a tensão superficial deles (tabela 1), estes dados foram retirados dos artigos de referências.

Tabela 1. Valores das componentes dispersiva e polar para cada substância.

Substância	Componente Dispersiva ()[pic 7]	Componente Polar )[pic 8]	Tensão superficial ()[pic 9]
Água	21,8	51,0	72,8
Diiodometano	50,8	0	50,8

Os ângulos de contato para cada amostra foram medidos utilizando-se o programa Image J, de modo que se realizou três medidas (triplicata), obtendo-se a média delas (tabela 2, 3 e 4).

Tabela 2. Média dos ângulos medidos das gotas de água e diiodo em superfície de poliamida (PA).

Líquido	Água	Diiodometano
1ª medida	66,001º	40,684º
2ª medida	65,751º	40,914º
3ª medida	71,095º	40,061º
Média	67,616º	40,553º

Tabela 3. Média dos ângulos medidos das gotas de água e diiodo em superfície de poli(tereftalato de etileno) (PET).

Líquido	Água	Diiodometano
1ª medida	65,171º	40,061º
2ª medida	72,562º	40,298º
3ª medida	72,181º	52,582º
Média	69,971º	44,314º

Tabela 4.Média dos ângulos medidos das gotas de água e diiodo em superfície de polipropileno (PP).

Líquido	Água	Diiodometano
1ª medida	92,121º	56,014º
2ª medida	96,082º	66,656º
3ª medida	93,094º	60,843º
Média	93,766º	61,171º

Os valores de tensão superficial foram calculados (tabela 5) a partir da equação de Fowkes (arquivo em anexo) utilizando-se os dados extraídos da literatura e o cosseno dos ângulos obtidos.