UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS GRADUAÇÃO EM QUÍMICA INDUSTRIAL
AULA Nº. 06 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO SUPERFICIAL PELO MÉTODO DA GOTA Alunos: Thiago Oliveira Lopes, Glauco César e Eduardo Andrade. Professora: Msc. Lílian Físico-Química Experimental Experimental I Experimento realizado dia 17/04/2009.
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INTRODUÇÃO:
Muit Muitas as mu muddança ançass ocor ocorrrem na superf superfície ície dos líquidos líquidos e sólido sólidos, s, poi poiss é onde ocorrem à vaporização e a condensação, porém pouco se percebe os even evento toss que que ali ali ocor ocorre rem. m. Entr Entret etan anto to,, a superfície de um líquido tem propriedades intere interessa ssante ntess por si mesmas mesmas,, incluin incluindo do a tensão superficial, e ver-se-á como a forma de uma superfície afeta o comportamento de um lí líqu quid ido. o. Essa Essass prop propri ried edad ades es são são modifi modificad cadas as se um soluto soluto está está presen presente, te, 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 conseqüência 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 esta força que se opõe ao aumento da área do líquido foi dado o nome de tensão superficial. Assim, quanto maiores a força de coesão entre as moléculas de um líquido, maior será a sua tensão superficial [1]. Líquid Líquidos os tendem tendem a adotar adotar formas formas que minimizam sua área superficial, pois entã entãoo um maio maiorr núme número ro de mo molé lécu cula lass encontra-se em seu volume e dessa forma permanecem cercadas por outras moléculas.
Gotas de líquidos, portanto, tendem a ser esféricas, porque uma esfera é a forma com a menor razã azão superfíci ície/vo /volum lume. Entr Entret etan anto to,, pode pode have haverr outr outras as forç forças as 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 dive divers rsos os os méto método doss que que podem ser empregados para a determinação da tensão superficial e estes são classificados em estáticos, dinâmicos e de desprendimento (ou separação). Dentre os métod étodos os está estáti tico coss desta estaca camm-sse o da ascensão capilar, o da placa de Wilhelmy e do anel anel de DuNo DuNoüy üy.. Enqu Enquan anto to os dois dois últi último moss nece necess ssit itam am de equi equipa pame ment ntos os especí específic ficos, os, nem sempre sempre dispon disponíve íveis is em cursos de graduação, o primeiro apresenta, em gera geral, l, erro erross expe experi rime ment ntais ais basta bastant ntee elevados, acima de 20%. Isto se deve ao fato fato dest destee méto método do,, desc descri rito to por por algun algunss auto autore ress como como o mais mais prec precis iso, o, pode poderr ser ser utili utiliza zado do some soment ntee quan quando do o ângu ângulo lo de contato, formado pelo menisco e a parede do tubo, ubo, for for zero zero,, como como no cas caso dos dos capilares. Entretanto, este diâmetro deve ser unif unifor orme me ao long longoo do tubo tubo,, rest restri riçã çãoo difi difici cilm lmen ente te aten atendi dida da pelo peloss capi capila lare ress disponíveis comercialmente e com preços acessíveis. O método dinâmico da oscilação permite ite a determ ermina inação da ten tensão superficial em intervalos de tempo bastante curtos curtos,, mas trata-se trata-se de um dos métodos métodos mais complexos existentes. Por outro lado, a dete determ rmin inaç ação ão da tens tensão ão supe superf rfic icia iall fundamentada no desprendimento, como o
1
méto método do do peso peso da gota gota (um (um dos dos mais mais antigos) ou volume da gota, é convenientemente mais simples [2].
Prim Primei eira rame ment ntee prep prepar arou ou-s -see as soluções 1,0 mol/L de NaCl e 0,1 mol/L de Lauril sulfato de sódio.
O método da gota é, talvez, o mais convenientemente correto para se medir a tensão tensão superf superfici icial al de um gás-lí gás-líqui quido do ou líquido-líquido (interface). O procedimento é formar gotas do líquido no fim de um tubo tubo,, perm permiti itind ndoo a qued quedaa dent dentro ro de um recipiente até que o suficiente tenha sido coletado, assim o peso da gota pode ser determinado corretamente [1].
Logo em seguida, foram deter determin minad adas as as dens densid idad ades es dos dos quat quatro ro reagentes em questão (das duas soluções preparadas, do álcool e da água) do lauril pelo método do picnômetro e dos demais através de um densímetro.
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
=
Feito isso, encheu-se uma bureta de 50 mL, mL, que que esta estava va pres presaa a um supo suport rtee universal com o auxílio de uma garra, com água destilada, conforme a figura abaixo.
2π .r .γ
O procedimento usual é para aplicar um fator ator de corr correç eção ão ‘f ’ na equa equaçã çãoo anterior, assim que W’ é encontrado por [1]. W '
2π .r .γ . f
=
Harkins e Brown concluíram que o “ mostrado será uma função da razão r / r / a ou r / V 1 / 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: f ”
γ =
m. g 2π .r
O método da gota pode ser usado para a dete determ rmin inaç ação ão das das tens tensõe õess inte interf rfac acia iais is lí líqu quid idoo-lí líqu quid ido. o. A mesm mesmaa equa equaçã çãoo 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] . •
OBJETIVO :
Dete Determ rmina inarr a tens tensão ão supe superf rfici icial al relativa de líquidos puros e de soluções.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: •
Figura 1: Aparelhagem para determinação de tensão superficial pelo método da gota. Abri Abriuu-se se a torn tornei eira ra da bure bureta ta e começou-se a gotejar a água. Contou-se a quantidade de gotas até que o volume da buret buretaa dim diminu inuíss íssee 1 mL. Repetiu Repetiu-se -se isso isso mais duas vezes. Este Este mesm mesmoo proc proced edim imen ento to foi foi realizado em duplicata para o álcool etílico, lauril sulfato de sódio e para o cloreto de sódio, sempre contando o número de gotas equivalente a 1mL. •
RESULTADOS DISCUSSÕES:
E
2
1.
líquido ou substância qualquer, obtendo-se a seguinte equação:
Cálculo de densidade: ρ
m2
=
−
m1
γ agua
V pic
=
γ l
- Lauril sulfato de sódio: ρ
=
90 ,00
−
39,37
58
=
γ l
ρ l .n agua
γ agua . ρ l .n agua ρ agua .nl
0,873 g / cm 3
A tens tensão ão supe superf rfici icial al da água água foi foi forn fornec ecid idaa (71, (71,97 97 dyn/ dyn/cm cm à 25 ºC), ºC), as densidades foram calculadas, e o número de gotas das substâncias equivalente a 1 mL tamb também ém fora foram m medi medido dos, s, send sendoo assi assim m possível calcular a tensão superficial das subs substâ tânc ncias ias cons consid ider eran ando do a água água como como padrão.
- Álcool etílico: ρ = 0,805
=
ρ agua .nl
g / cm 3
- Solução de cloreto de sódio: ρ =1,030
g / cm 3
ρ = 0,940
g / cm 3
Como a análise foi feita em triplicata, utilizou-se a média do número de gotas em relação a 1 mL da substância analisada. Os resultados estão dispostos na tabela abaixo:
- Água:
2.
Dete etermina inação superficial relativa:
da
tensão
Tabela 01: determinação do número de gotas em 1 mL de substância Substâ bstân ncia cia 1ª amost mostra ra 2ª amost mostra ra Média édia
De acordo com a literatura, pode-se calc calcul ular ar a tens tensão ão supe superf rfici icial al a part partir ir da seguinte fórmula: γ =
ρ .V g . g
Água
21
22
21,5
Lauril
66
68
67
Alcool
58
59
58,5
19
19
19
Solução de
2π . R
NaCl
Onde: R = raio da ponta do tubo;
- Lauril sulfato de sódio:
g = aceleração da gravidade; γ lauril
ρ = densidade da substância. V g
=
volume da gota
=
V
γ alcool
γ =
ρ .V . g
2π . R.n g
O valo valorr da tens tensão ão supe superf rfici icial al da água era conhecido, então foi feita a razão entre a tensão superficial da água e de um
71,97
0,873
×
0,94
×
21,5
67
17 ,935 dyn / cm
=
×
- Álcool etílico:
nl (número de gotas)
Substituindo o valor de V g, tem-se:
=
=
71,97
×
0,805
×
21,5
0,94 × 58 ,5
=
22 ,65 dyn / cm
- Solução de cloreto de sódio: γ NaCl
=
71,97
1,030
×
0,94
×
19
21,5
=
89 ,24 dyn / cm
×
O alto valor da tensão superficial da água água deve deve-s -see a atra atraçã çãoo deco decorr rren ente te das das pontes de hidrogênio entre as moléculas de sua superfície. Nota-se que o álcool etílico possui uma tensão superficial bem menor
3
que a da água, devido um menor número de pontes de hidrogênio realizadas pelas suas moléc mo lécul ulas as,, e cons conseq eqüe üent ntem emen ente te meno menor r coesão entre as moléculas. A solu soluçã çãoo de laur lauril il poss possui ui um umaa tens tensão ão supe superf rfic icia iall menor menor que que a da água água pu pura, ra, pois o lau lauril ril sulf ulfato ato de sódio ódio (detergente) diminui as interações entre as moléculas da água, “quebrando” sua tensão superficial. Diferentemente da solução de lauril, a solução de NaCl apresentou uma tensão superficial consideravelmente maior que a água pura, ou seja, a presença do clor cloreeto de sód sódio diss issolv olvido ido na águ água aument aumentou ou as intera interaçõe çõess interm intermole olecul culare aress (maior coesão entre as moléculas). •
forç forças as inte interm rmol olec ecul ular ares es (coe (coesã são) o) e ao volume da gota dessa substância formada no fim de um tubo. •
1-
http://www.hottopos.com/regeq9/a deja dejane ne.h .htm tm.. Aces Acessa sado do em 16 de abril de 2009, às 20:11 hrs.
2-
http://www.scielo.br/scielo.php? script=sci_arttext&pid=s01004042 2004000300 2004000300021. 021. Acessado em 16 de abril de 2009, às 20:29 hr.
3-
Adaptado de “Apostila de FísicoQuímica Experimental I”; I”; SILVA, Valmir Jacinto.
CONCLUSÃO :
Após a realização dos experimentos conc conclu luím ímos os que que a tens tensão ão supe superf rfici icial al de subs substân tânci cias as está está dire direta tame ment ntee ligad ligadaa às
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
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