RELATÓRIO 8 DE AULAS EXPERIMENTAIS TENSÃO SUPERFICIAL

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

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RELATÓRIO 8 DE AULAS EXPERIMENTAIS

TENSÃO SUPERFICIAL

DISCENTE

Paulo Cesar Evaristo Milane

PROFESSOR REPONSÁVEL

Profª. Drª. Adriana Evaristo de Carvalho

Dourados, 2021 – Brasil.

INTRODUÇÃO

As moléculas de um líquido interagem através de forças de coesão, que se tornam fracas com a distância tornando desprezíveis a distâncias maiores de 0.1 micrometros, portanto uma molécula de um líquido interage apenas com moléculas que estão dentro de seu “campo de coesão”. Quando a molécula está dentro do volume de um líquido, sua força de coesão é zero, pois as moléculas em seu redor estão distribuídas de forma simétrica1. Contudo, uma molécula na superfície livre do líquido é sujeita a forças de coesão das moléculas das camadas abaixo do liquido conforme é ilustrado na Figura 1.

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Fig.1 A superfície age como uma “membrana” que tende a comprimir o líquido. Modelo de forças de coesão atuando em uma molécula dentro do volume (a) de um liquido e na superfície (b).

As moléculas na superfície de um líquido também estão sujeitas a forças de atração das moléculas interiores. A resultante dessas forças, cuja direção é a mesma de plano tangente à superfície, atua de maneira a que a superfície líquida seja a menor possível1. A grandeza desta força, atuando perpendicularmente (por unidade de comprimento) ao plano na superfície é dita tensão superficial (γ)4.

A superfície ou interface onde a tensão existe está situada entre o líquido e seu vapor saturado no ar, normalmente à pressão atmosférica. A tensão pode também existir entre dois líquidos imiscíveis, sendo então chamada de tensão interfacial. A dimensão da tensão superficial é de força por unidade de comprimento, no sistema internacional é dada por N/m3.

Um dos métodos mais utilizados para medir a tensão superficial é o método do peso da gota. Este método, assim como todos aqueles que envolvem separação de duas superfícies, depende da suposição de que a circunferência multiplicada pela tensão superficial é a força que mantém juntas as duas partes de uma coluna líquida. Quando esta força está equilibrada pela massa da porção inferior, a gota desprende-se2.

A gota de massa ideal (mi) se desprende do tubo no instante que seu peso (P) se iguala as forças de tensão superficial (Fγ) que sustentam a gota, como mostra a Eq.1.4

Fγ = P = mi g         (1)              

As forças de tensão (Fγ) que mantém a gota ligada ao resto do líquido é dado pelo produto da circunferência que do orifício por onde a gota irá se formar (contém a linha AB) pela tensão superficial do líquido, uma propriedade inerente a cada líquido, como pode ser observado na Eq.2.4

Fγ = 2 π r γ           (2)

A partir das expressões (1) e (2) temos que o peso da gota é proporcional ao raio do tubo r e a tensão superficial do líquido γ. Esta é a denominada lei de Tate1.

mi .g = rγπ 2 → γ =     (3)[pic 4]

Contudo, devido ao fato da gota não se romper justo no extremo do tubo e sim, mais abaixo na linha A’B’ de menor diâmetro e, que não há segurança de que o líquido situado entre os níveis AB e A’B’ seja arrastado pela gota, existe um fator de contração de forma que a massa real da gota m difere da massa ideal da gota através da expressão m = mi.f. O fator f é chamado de coeficiente de contração e é determinado experimentalmente. Na prática, o peso da gota obtido, é sempre menor que o peso da gota ideal. A razão disto torna-se evidente, quando o processo de formação da gota é observado mais de perto2.

Levando em consideração o fator de contração f podemos escrever a lei de Tate para a massa verdadeira da gota como

γ = [pic 5]

sendo m a massa da gota, g a aceleração da gravidade3.

Para minimizarmos o erro experimental recomenda-se fazer a medida da massa de um número grande de gotas e depois dividir esse valor pela quantidade de gotas empregada. De tal forma que a Eq. 4 pode ser escrita como

γ =           (4)[pic 6]

onde mt representa a massa total das gotas pingadas e n é o número de gotas4.

A aplicação desta lei nos permite realizar medidas relativas da tensão superficial. Sabendo a tensão superficial da água podemos medir a tensão superficial do líquido em estudo.

OBJETIVOS

Medir a tensão superficial de álcool etílico e de soluções de NaCl e de detergente.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Prendeu-se uma bureta de 25 mL em um suporte. Primeiramente encheu-se a bureta com água destilada e determinou-se o número de gotas que foram formadas para cada milímetro. Para isso foi medido o número de gotas formadas em 3 mL e dividiu-se pelo volume. Repetiu-se o processo anterior dessa vez utilizando álcool etílico absoluto.

Repetiu-se as medidas, dessa vez utilizou-se soluções de NaCl 1%, 2%, 4%, 8% e 15% em massa. Por fim repetiu-se o procedimento utilizando-se agora soluções de detergente. As concentrações foram: 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 1,0; 2,0 gramas de detergente por 100 gramas de água.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

De acordo com a literatura, sabe-se que para encontrar o valor da tensão superficial de um determinado líquido, deve-se aplicar a seguinte equação:

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Em que  representa o valor da tensão superficial da água destilada, na qual tem valor de 72,8 N/m. O γ1 representa o valor da tensão superficial do líquido em questão, d1 e da, equivale a densidade do líquido em análise e a densidade da água destilada (1 g/mL), respectivamente. E para representar a quantidades de gotas, do líquido em análise e da água, formadas no bico da bureta, usa-se n1 e na.[pic 8]