Determinação Da Tensão Superficial E Interfacial Entre Dois líquidos Pelo método Adaptado Do Peso Da Gota

Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – Campus Santo Ângelo

Departamento de Ciências Exatas e da Terra

Curso de Química Industrial

Disciplina: Físico-Química Experimental II

“Determinação da tensão superficial e interfacial entre dois líquidos pelo método adaptado do peso da gota”

Alunos:

Krystian Werle

Sabrina Denise Paveglio

Professor: MSc. Zuleica Souza dos Santos

Santo Ângelo, 26 de agosto de 2014.

1 – OBJETIVO

Determinar a tensão superficial da água e a tensão superficial da água em relação ao surfactante pelo método adaptado do peso da gota.

2 – INTRODUÇÃO

A força que existe na superfície de líquidos em repouso é denominada tensão superficial. Esta tensão superficial se dá devido às fortes ligações intermoleculares, as quais dependem das diferenças elétricas entre as moléculas, e pode ser definida como a força por unidade de comprimento que duas camadas superficiais exercem uma sobre a outra. Este efeito é bem intenso na água e no mercúrio, por exemplo, e pode ser percebido também com a ajuda de outro fenômeno: a capilaridade. Quando um líquido é colocado em um tubo capilar (tubo muito fino), a atração entre as moléculas do líquido e as moléculas do material do tubo podem ser maiores ou menores do que a força de coesão interna do líquido, ocasionando desta forma a formação de uma concavidade ou uma convexidade na superfície do líquido, forma a qual apenas pode ser obtida devido ao efeito de tensão superficial nos líquidos. A tensão superficial pode ser notada também na forma quase esférica de gotas de água que pingam de uma torneira ou mesmo de água espirrada em uma superfície. Esta tensão é ainda mais intensamente percebida no caso de gotas de mercúrio colocadas sobre uma superfície, pois neste caso percebe-se que a tendência é a de formação de pequenas esferas. (Atkins, 1999 – 2003)

Por ser um fenômeno coesivo e, como faz a superfície se contrair, uma das formas de medir sua intensidade é esticar a superfície, ou seja, aumentar sua área. Podemos então definir tensão superficial como sendo o trabalho necessário para aumentar a área da superfície, ou também a força necessária para cortar a superfície, usualmente expressa em milinewtons por metro (mN/m), no Sistema Internacional de Unidades (SI). A tensão superficial varia com a temperatura e a composição e depende da interação entre as moléculas. Por exemplo, o valor da tensão superficial da água pura a 50 °C é de 67,90 mN/m, e a 20 °C é de 72,75 mN/m. Esse valor é considerado alto para os líquidos em geral e, no caso da água, ocorre devido às pontes de hidrogênio entre as moléculas. A tensão superficial do etanol a 20 °C é de 22,55 mN/m, enquanto a do mercúrio é de 476 mN/m. Mas, o que são os surfactantes, e como essas moléculas diminuem a tensão superficial dos líquidos? A molécula de um surfactante, como no caso dos fosfolipídios, possui duas partes distintas: uma hidrofóbica, constituída de cadeias hidrocarbônicas, e outra hidrofílica (“grupo polar”). Como os nomes sugerem, uma parte interage com a água, enquanto a outra a repele. Quando uma pequena quantidade de fosfolipídios é misturada com água, suas moléculas se orientam na interface formando uma “monocamada” (Figura 1), uma fina camada com a espessura de apenas uma molécula.

Figura 1 – Orientação das moléculas de surfactante na interface ar-água. As cadeias hidrocarbônicas ficam voltadas para o ar, enquanto o grupo polar comporta-se como se estivesse realmente dissolvido na água. Fonte: Gugliotti, 2002

Devido a essa orientação, os fosfolipídios diminuem a atração entre as moléculas de H2O da superfície. Isto pode ser entendido como se elas estivessem causando “defeitos” na membrana elástica, diminuindo a tensão superficial da água (ou a tensão interfacial ar-água). (Gugliotti, 2002)

A importância da tensão superficial restringe-se a sua relação com o que se convencionou chamar de “molhabilidade”. Assim, quanto menor a tensão superficial maior a facilidade para um líquido se espalhar. Entretanto, as implicações deste fenômeno são bem mais amplas e estão diretamente relacionadas a muitas situações industriais, como os processos de fermentação, formação de gelo durante o resfriamento de alimentos e estabilidade de emulsões e espuma, bem como às funções vitais, como a tensão superficial nos pulmões. Neste último caso, os pulmões necessitam extrair o O2 do ar e passá-lo à corrente sanguínea, e o fazem através da presença do surfactante pulmonar, fosfolipídios, que baixa sensivelmente a tensão superficial das paredes dos alvéolos, facilitando a difusão do oxigênio.

A determinação da tensão superficial fundamentada no desprendimento, como o método do peso da gota (um dos mais antigos) ou volume da gota, é convenientemente mais simples no método do peso da gota geralmente emprega-se uma vidraria especial, o estalagmômetro, conforme desenho apresentado na Figura 2(a), de modo a poder regular através da quantidade de líquido o tempo de formação da gota. No exato momento de desprendimento, a força exercida pelo peso da gota (m.g) é equilibrada pela tensão superficial (γ) multiplicada pela circunferência (2.π.r) da gota formada.

Há neste caso a necessidade de corrigir o volume da gota pela introdução de um fator de correção (f), devido ao fato desta não se separar na forma esférica. Uma vez mais, o aparato recomendado para a medição não é comum a laboratórios de química, e a sugestão de empregar uma microbureta acoplada a um dispositivo controlador de vazão não simplifica a metodologia. Neste trabalho, testou-se o emprego de uma bureta comum para a obtenção das gotas (Figura 2b), e a validação da metodologia deu-se através da comparação da tensão superficial de vários líquidos e a CMC de tensoativos comerciais com valores da literatura e/ou mensurados por outros métodos. O principal