Tensão Superficial

1- INTRODUÇÃO

Tensão superficial é um efeito físico que ocorre na interface entre duas fases químicas. Ela faz com que a camada superficial de um líquido venha a se comportar como uma membrana elástica. Esta propriedade é causada pelas forças de coesão entre moléculas semelhantes, cuja resultante vetorial é diferente na interface.

Enquanto as moléculas situadas no interior de um líquido são atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas, as moléculas da superfície do líquido sofrem apenas atrações laterais e internas como mostra a figura 1. Em outras palavras, a tendência de todas as moléculas do líquido é se compactarem em direção ao centro de massa, pois existe sempre uma resultante em todas as moléculas que aponta para o centro, de forma que criem a superfície externa de menor área possível, uma vez que todo sistema mecânico tende a adotar o estado de menor energia potencial. Este desbalanço de forças de atração que faz a interface se comportar como uma película elástica como um látex.

Devido a essa tensão superficial, alguns objetos mais densos que o líquido podem flutuar na superfície, caso estes se mantenham secos sobre a interface. Este efeito permite, por exemplo, que alguns insetos caminhem sobre a superfície da água e que poeira fina não afunde. A tensão superficial também é responsável pelo efeito de capilaridade, formação de gotas e bolhas, e imiscibilidade entre líquidos polares e apolares (separação de óleo e água).

A água tem uma tensão superficial mais intensa do que a grande maioria dos líquidos usuais (óleo, álcool, solventes, ácidos, etc.); isso se deve pela ocorrência de "pontes de hidrogênio" entre as moléculas de água. Cada molécula estabelece até quatro pontes com as moléculas vizinhas.

Figura 1: Disposição das moléculas de água formando a tensão superficial.

Fonte: http://alfaconnection.net/pag_avsf/fqm0101.htm

A tensão superficial é tipicamente medida em dinas/cm, a força em dinas requerida para quebrar um filme de comprimento 1cm. Equivalentemente, ela pode ser estabelecida como a energia superficial em ergs por centímetro quadrado. Água a 20°C tem uma tensão superficial de 72,8 dinas/cm comparada a 22,3 para o álcool etílico e 465 para o mercúrio. Precisaria de uma força de 72 dinas para romper um filme superficial de água de 1 cm de comprimento. A tensão superficial da água diminui significativamente com a temperatura como mostrado no gráfico 1.

Gráfico 1: Relação entre a temperatura e a tensão superficial da água.

Fonte: http://www.bertolo.pro.br/Biofisica/Fluidos/surten.htm

2- OBJETIVOS

Observar a formação da tensão superficial da água e a quebra dessa tensão através do uso substância surfactante.

3- MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Materiais e Reagentes:

1- 3 béqueres ;

2- 1 agulha de costura;

3- 1 palito;

4- Água;

5- Pó de giz;

6- Detergente.

3.2 Procedimento experimental:

Experimento1

1- Sobre uma mesa, colocamos o primeiro béquer, o qual enchemos de água até a superfície. Após isso, colocamos uma agulha na posição horizontal sobre a superfície da água. Observamos durante alguns minutos;

2- No segundo béquer colocamos água até o seu nível máximo, um pouco acima da borda, mas sem que deixássemos transbordar. Observamos durante alguns minutos;

3- No terceiro béquer colocamos água e acrescentamos um pouco de pó de giz, sobre a superfície da água. Observamos durante alguns minutos.

4- Após realizarmos esses procedimentos acima, encostamos o palito na superfície da água dos 3 experimentos e observamos;

Experimento 2

1- Repetimos o procedimento 4, porém molhamos a ponta do palito no detergente antes de encostá-lo na superfície da água dos 3 experimentos. Observamos durante alguns minutos.

4- RESULTADOS E DISCUSSÕES

Experimento 1 – Inserção do palito sem adição de detergente líquido

Béquer 1- (Água pura). Observa-se que não houve nenhuma alteração na tensão superficial, permaneceu da mesma forma.

Béquer 2 - (Água com pó de giz). Não houve alteração na tensão superficial, o que ocorreu foi que na retirada do palito na água, o pó de giz aglutinou junto ao palito.

Béquer 3 - (Água com alfinete). Neste experimento também não ocorreu modificação na tensão superficial da água, permanecendo-a intacta.

Experimento 2 – Inserção do palito com adição de detergente líquido

Béquer 1- (Água pura). Nota-se que houve uma quebra da tensão superficial quando identificamos uma pequena quantidade de água que escorreu pela parte exterior do béquer, demonstrando a quebra das forças intermoleculares, as chamadas “pontes de hidrogênio”.

Béquer 2 – (Água com pó de giz). Neste béquer constatou-se a ruptura da tensão superficial da água devido ao fato de o pó de giz juntamente com a água terem sofrido atrações laterais e internas, sendo impulsionadas para as extremidades do béquer.

Béquer 3 - (Água com agulha). Neste experimento foi onde verificou-se de uma maneira mais notória o rompimento da tensão superficial, pois como o béquer estava completamente cheio, quando introduziu-se o palito envolvido com o detergente líquido, observou-se claramente as moléculas da camada superficial do líquido se rompendo o que resultou no afundamento imediato da agulha.

5- CONCLUSÃO

Pode-se observar diante do experimento que, quando introduziu-se o palito sem o envolvimento da substância surfactante, não houve quebra da tensão superficial. Enquanto que a inserção do detergente líquido nos béqueres fez com que essa tensão se rompesse, isso acontece porque as moléculas do detergente possuem duas extremidades: a extremidade da molécula de detergente que se liga à gordura tenta evitar estar em torno de moléculas de água. Ela é conhecida como hidrofóbica, ou seja, medo de água. Ao tentar afastar-se das moléculas de água, as extremidades hidrofóbicas das moléculas de detergente empurram para cima em direção à superfície. Isto enfraquece as pontes de hidrogênio que mantêm as moléculas de água junto à superfície, o resultado é uma ruptura na tensão superficial da água.

Objetos mais densos que a água flutuam por causa tensão superficial quando eles têm superfície hidrofóbica (não molhável) e se seu peso for menor que as forças resultantes da tensão superficial, como aranhas d'água usando a tensão superficial para caminhar sobre a água. Neste caso, a superfície da água funciona como uma membrana elástica.

6- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

TORRES, Bayardo Baptista. Bioquímica. Departamento de Bioquímica do Instituto de Química da USP.Abril, 2005.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS: Tensão superficial. Disponível em:<http://www.fisica.ufmg.br/~labexp/roteirosPDF/Tensao_Superficial.pdf>. Acesso em: 19 set. 2014.

Tensão Superficial. Disponível em: <http://alfaconnection.net/pag_avsf/fqm0101.htm.> Acesso em: 24 set.2014.

Tensão Superficial. Disponível em: < http://www.bertolo.pro.br/Biofisica/Fluidos/surten.htm.> Acesso em: 24 set.2014.