Tensão Superficial

1- Objetivo

Determinação da tensão superficial de líquidos. Utilizando a técnica do peso da gota e determinar valor do coeficiente de tensão superficial de três líquidos: água, detergente e álcool.

2- Introdução

Muitas mudanças ocorrem na superfície dos líquidos e sólidos, pois é onde ocorrem à vaporização e a condensação, porém pouco se percebe os eventos que ali ocorrem. Entretanto, a superfície de um líquido tem propriedades interessantes por si mesmas, incluindo a tensão superficial, e ver-se-á como a forma de uma superfície afeta o comportamento de um líquido. Essas propriedades são modificadas se um soluto está presente, particularmente, e se o mesmo é um agente ativo na superfície .[1]

Ao se aplicar uma força normal à superfície do líquido, este tende a aumentar de área, porém, têm-se a impressão de que a superfície do líquido é constituída de uma membrana a qual impede este aumento de área. O efeito desta "membrana" é consequência direta das forças de atração para o interior do líquido, chamadas forças de Van Der Waals, e que são sentidas pelas moléculas da superfície. A tensão superficial exerce um papel importantíssimo na físico-química das superfícies, é definida como o trabalho necessário para aumentar a superfície em uma unidade de área, por um processo isotérmico e reversível. dw= - dAA [3]. Assim, quanto maiores a força de coesão entre as moléculas de um líquido, maior será a sua tensão superficial.[1]

Figura (1)-Tensão Superficial.

Os fenômenos da tensão superficial e tensão interfacial são explicáveis em termos dessas forças. As moléculas situadas no interior de um líquido são, em média, sujeitas a forças de atração iguais em todas as direções, ao passo que as moléculas situadas, por exemplo, numa superfície de separação líquido-ar estão submetidas a forças de atração não balanceadas ou não equilibradas, do que resulta uma força em direção ao interior do líquido. [3]

As moléculas ou íons de surfactantes tendem a se aglomerar em micelas, grupos de moléculas de tamanho coloidal. As caudas hidrofóbicas tendem a se reunir umas às outras enquanto as cabeças hidrofílicas proporcionam película externa protetora. As micelas só se formam acima de uma concentração micelar crítica (cmc), concentração acima da qual a formação de micelas se torna apreciável, é percebida pela descontinuidade pronunciada nas propriedades físicas da e acima da temperatura de Kraft. A cmc é percebida pela descontinuidade pronunciada nas propriedades físicas da solução, tais como condutância molar, pressão osmótica e tensão superficial.

Líquidos tendem a adotar formas que minimizam sua área superficial, pois então um maior número de moléculas encontra-se em seu volume e dessa forma permanecem cercadas por outras moléculas. O maior número possível de moléculas se deslocará da superfície para o interior do líquido; a superfície tenderá, por isso, a contrair-se espontaneamente. Isso também explica por que gotículas de um líquido ou bolhas de um gás tendem a adquirir forma esférica. [3]

Entretanto, pode haver outras forças presentes que competem contra a tendência de assumir essa forma ideal e, em particular, a gravidade pode achatar essas esferas em poças ou oceanos. [1]

São diversos os métodos que podem ser empregados para a determinação da tensão superficial e estes são classificados em estáticos, dinâmicos e de desprendimento (ou separação). Dentre os métodos estáticos destacam-se o da ascensão capilar, o da placa de Wilhelmy do anel de DuNoüy. Enquanto os dois últimos necessitam de equipamentos específicos, nem sempre disponíveis em cursos de graduação, o primeiro apresenta, em geral, erros experimentais bastante elevados, acima de 20%. Isto se deve ao fato deste método, descrito por alguns autores como o mais preciso, poder ser utilizado somente quando o ângulo de contato, formado pelo menisco e a parede do tubo, for zero, como no caso dos capilares. Entretanto, este diâmetro deve ser uniforme ao longo do tubo, restrição dificilmente atendida pelos capilares disponíveis comercialmente e com preços acessíveis. O método dinâmico da oscilação permite a determinação da tensão superficial em intervalos de tempo bastante curtos, mas trata-se de um dos métodos mais complexos existentes. Por outro lado, 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. [2]

Figura (2)-Representação esquemática da formação e desprendimento de uma gota formada a partir de uma capilar.

Figura (3)- Anel de Du Nouy de platina, placa Wilhelmy Platina

O método da gota é, talvez, o mais convenientemente correto para se medir a tensão superficial de um gás-líquido ou líquido-líquido (interface). O procedimento é formar gotas do líquido no fim de um tubo, permitindo a queda dentro de um recipiente até que o suficiente tenha sido coletado, assim o peso da gota pode ser determinado corretamente [1]

Figura (4)-Formação da gota.

Esse método é muito antigo, com observações feitas por Tate (1864), e uma simples expressão para o peso da gota é encontrado pela fórmula abaixo:

W ´ = 2πrγ

O procedimento usual é para aplicar um fator de correção ‘f ’ na equação anterior, assim que W’ é encontrado por [1]

W ´ = 2πrγf

Harkins e Brown concluíram que o “ f ” mostrado será uma função da razão r/a ou r / V¹/³, onde V é o volume da gota. Isto foi verificado experimentalmente. O volume da gota V é determinado a partir da densidade do líquido. Logo:

γ = mg

2π r

O método da gota pode ser usado para a determinação das tensões interfaciais líquido-líquido. A mesma equação é aplicada, todavia, deve ser relembrado que W’ e ‘m’ agora denotam o peso e a massa da gota menor do que o líquido deslocado [1]

2.1- Tensoativos

A água não molha muito bem