TENSÃO SUPERFICIAL DE SOLUÇÕES: MÉTODO CONTA GOTAS E EXCESSO SUPERFICIAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

Aline Machado Gaspar

Clara Gabrielle Alves de Souza

Isabelle Magalhães

 Nathyele Kettlin da Costa

Walter Matheus de Bastiani

RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA

TENSÃO SUPERFICIAL DE SOLUÇÕES: MÉTODO CONTA GOTAS E EXCESSO SUPERFICIAL

Curitiba

2019

INTRODUÇÃO

A  tensão  superficial  () é a força que deve ser realizada para quebrar a estrutura coesa formada pelas moléculas e, consequentemente, aumentar a área da superfície. O método  do  peso  da  gota é  uma  forma  de  se  determinar a tensão superficial embasada no desprendimento, foi  proposto  por  Tate  em  1864  e  depois  foi  aprimorado.  O método é o seguinte, uma  quantidade  de  gotas  que  cai  de  um  tubo  capilar  que  possua  um  valor conhecido  de  raio  e  que  tenha  um  eixo  vertical  é  pesada. Quando a  gota  é  desprendida  do  equipamento a força aplicada  pelo  peso  da  gota  (m.g) é  estabilizada  pela  tensão  superficial  vezes  a   circunferência  da  gota  formada  (2..r). (Figura 1)[pic 1][pic 2]

                     [pic 3]

Figura 1. Método do peso da gota

Portanto, o cálculo da tensão superficial pode  ser realizado através da medida  de massa. 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, existe um fator de contração de forma que a massa real da gota difere da massa ideal da gota através da expressão (). O fator  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. Somente a porção mais externa da gota é que alcança a posição de instabilidade. (Figura 2). [pic 4][pic 5][pic 6]

[pic 7]

Figura 2. Esquema da gota caindo.

Levando em consideração o fator de contração () podemos escrever a Lei de Tate para a massa verdadeira da gota como:[pic 8]

[pic 9]

Onde:  é a massa da gota (kg); é a aceleração da gravidade (m/s2); é o raio do tubo capilar (m);  é o fator de correção.[pic 10][pic 11][pic 12][pic 13]

Para o cálculo do raio do capilar () dados publicados sugerem a seguinte relação, a 23°C, para o caso da água:[pic 14]

= -0,0002815 + 38,1292 .[pic 15][pic 16]

Onde:  é o raio do tubo capilar;  é a massa da gota (kg).[pic 17][pic 18]

Entre os fatores que influenciam a tensão superficial estão as substâncias dissolvidas, que quando introduzida em um líquido pode modificar a sua tensão superficial, por alterar as forças de coesão existentes. As substâncias polares aumentam a tensão superficial por aumentarem as forças de atração. As substâncias apolares, interferem com as forças de coesão, baixando a tensão superficial.

Os tensoativos são  substâncias  capazes  de  fazer  com  que  seja  diminuída  a  tensão superficial  de  soluções  aquosas devido sua propriedade anfipática. Quando adicionado à água, suas moléculas tentam se arranjar de modo à minimizar a repulsão entre grupos hidrofóbicos e a água: os grupos polares ficam na solução aquosa, próximo à superfície, e os grupos apolares ficam na interface àgua-ar, minimizando o contato com a água. Uma das características comum a todos os tensoativos é a capacidade de formar agregados em solução aquosa a partir de uma determinada concentração, denominados micelas. A concentração onde inicia o processo de formação das micelas é chamada de concentração crítica micelar (CMC). Após a CMC as micelas ficam dispersas em toda a solução, não apresentando efeito sobre a tensão superficial da água.

Quando um soluto abaixa a tensão superficial de um líquido, o soluto é positivamente adsorvido porque as camadas superficiais da solução são enriquecidas neste soluto. E quando um soluto aumenta a tensão superficial de um líquido, o soluto é negativamente adsorvido na superfície. Para este fenômeno define-se o excesso superficial () que representa a quantidade de matéria em excesso de soluto, por unidade de área de superfície.[pic 19]

Segundo o teorema de Gibbs, as moléculas que baixam a tensão superficial concentram-se à superfície e as que a elevam afastam-se da superfície, propondo a seguinte relação entre excesso superficial e a tensão superficial das soluções:

[pic 20]

Onde: é a constante dos gases (8,314 JK-1.mol-1); é a temperatura (K); é a tensão superficial (N.m-1); é a concentração do soluto no seio da solução.[pic 21][pic 22][pic 23][pic 24]

Segundo esta relação, precisamos conhecer como varia a tensão superficial com a concentração das soluções para calcular o excesso superficial. Assim, em um gráfico de tensão superficial vs acha-se o coeficiente angular (da reta e aplica-se o valor na do raio para o cálculo de (mol.m-2). Assim, pode-se determinar a área (m2) ocupada por uma molécula pela seguinte fórmula:[pic 25][pic 26][pic 27]

  [pic 28]

Onde: é a área ocupada por uma molécula (m2);  é o número de Avogadro; é o excesso superficial (moléculas/m2).[pic 29][pic 30][pic 31]

OBJETIVO

Calcular a tensão superficial, pelo método da gota, calcular o excesso superficial e a área ocupada por uma molécula de n-butanol.

METODOLOGIA

• Bureta 25 mL;
• Copo plástico
• água destilada;
• soluções de n-butanol a 0,02; 0,05; 0,10; 0,20 e 0,30 mol.L-1.

na primeira parte do experimento tinha como objetivo descobrir a massa de uma gota e o seu raio, então, pesou-se o copo plástico e anotou-se o valor. Completou-se a Bureta com água destilada e contou-se o número de gotas em 1,0mL de água deixando as gotas caírem no frasco. Repetiu-se o procedimento mais uma vez, pois foi feito em duplicata.