Sumrio

1.0 Introduo ................................................................................................2 2.0 Fundamentao terica ............................................................................3 3.0 Objetivos ..................................................................................................5 4.0 Materiais e mtodos .................................................................................6 4.1 Materiais ..................................................................................................6 4.2 Mtodos ................................................................................................6 4.2.1 Determinao do dimetro do Tubo de Vidro-------------------6 4.2.2 Medidas para Obteno da Tenso Superficial-----------------6 4.2.3 Avaliao da Tenso Superficial em Funo da Concentrao de Solvente---------------------------------------------------7 5.0 Resultados e discusses ..........................................................................8 O primeiro passo do experimento foi determinar o dimetro do tubo de vidro o qual seria utilizado no experimento. Utilizando os dados da tabela em anexo e a equao trs, obteve-se a massa da gota, e com respectiva massa e com auxilio da tabela 2 verificou-se o raio do tubo.................................................8 Para o clorofrmio no foi encontrado o valor de tenso superficial................8 6.0 Concluso ................................................................................................9 8.0 Anexos ...................................................................................................11

1.0 Introduo

No presente trabalho estudaremos detalhadamente a tenso superficial de lquidos atravs do mtodo do peso da gota, que segundo Castellan, 2003 um dos mtodos mais utilizados para se medir tenso superficial. Este mtodo depende da suposio de que a circunferncia multiplicada pela tenso superficial a fora que mantm juntas as duas partes de uma coluna lquida. Quando esta fora est equilibrada pela massa da poro inferior, a gota se desprende.

2.0 Fundamentao terica

Quando um lquido est em contato com outros lquidos ou gases, ou com uma superfcie gs/solido, uma interface se desenvolve agindo como uma membrana elstica esticada e criando tenso superficial. Essa membrana exibe duas caractersticas: o ngulo de contato e o modulo da tenso superficial. Ambas dependem do tipo do liquido e do tipo de superfcie slida com a qual este lquido compartilha uma interface. Entre os fatores que afetam o ngulo de contato esto pureza do liquido e a limpeza da substncia (Fox, 2010). Em engenharia, provavelmente o efeito mais importante da tenso superficial a criao de um menisco curvo nos tubos de leitura de manmetros ou barmetros, causando a (normalmente indesejvel) ascenso (ou depresso) capilar. As leituras em barmetros ou manmetros devem ser feitas no nvel mdio do menisco. Este local est afastado dos efeitos mximos da tenso superficial e, portanto, mais prximo do nvel correto de liquido. Impurezas no lquido ou inclinaes na superfcie podem causar meniscos indistintos; nestas condies fica difcil determinar o volume do liquido com preciso (Fox, 2010). Por causa da tenso superficial, a superfcie livre de um lquido tende sempre a se contrair, de maneira que sua rea seja a menor possvel. Essa a razo pela qual as gotas de um lquido so esfricas, pois esta a geometria que apresenta menor rea de superfcie para igual volume. Outros efeitos da tenso superficial so os aumentos da presso dentro de gotas e dentro de jatos de lquidos com pequeno dimetro, e a agregao de material granular mido. (LIVI, 2004). Quando uma agulha de ao flutua na gua, se esta for colocada delicadamente (porque a tenso desenvolvida na membrana hipottica suporta a agulha), ou quando pequenas gotas de mercrio so formadas quando o fluido vertido em uma superfcie lisa (porque as foras coesivas na superfcie tendem a segurar todas as molculas juntas em uma forma compacta), so exemplos de situaes onde a tenso superficial pode ser observada. (MUNSON, 2004) Compostos surfactantes reduzem significativamente a tenso superficial quando adicionado a gua. Estas substncias tm grande aplicao comercial, como nos detergentes, por exemplo, para ajudar a gua a penetrar e retirar a sujeira de superfcies.

Os surfactantes so muito usados tambm industrialmente na catalise, em aerossis e na recuperao de leos minerais e vegetais (Fox, 2010). Um dos mtodos utilizados para medir tenso superficial o mtodo do peso da gota. Este mtodo, assim como todos aqueles que envolvem separao de duas superfcies, depende da suposio de que a circunferncia multiplicada pela tenso superficial a fora que mantm juntas as duas partes de uma coluna lquida. Quando esta fora est equilibrada pela massa da poro inferior, a gota se desprende. (CASTELLAN, 2003)

Figura 01. Esquema ilustrativo do mtodo do peso da gota. A tenso superficial calculada pela equao abaixo, que representa a Lei de Tate: (1) Onde: m = massa de uma gota ideal; r = raio do tubo (externo se o lquido molhar o tubo); g = acelerao da gravidade. Porm, como somente a poro mais externa da gota alcana a posio de instabilidade e cai e aproximadamente 40% do lquido que forma a gota permanece ligado ao tubo. Deve-se ento corrigir o erro causado introduzindo-se na equao 1, um fator de correo f, obtendo-se assim a equao 2. m g 2 r f

=

(2)

Onde, m a massa medida da gota e o fator de correo f uma funo do raio do tubo e do volume da gota (valores de f apresentados na tabela 1 em anexo) (CASTELLAN, 2003).

3.0 Objetivos

O objetivo do experimento usar do mtodo do peso da gota para determinar da tenso superficial de lquidos e tambm avaliar a influncia da concentrao de solvente em uma soluo aquosa sobre a tenso superficial.

Fazer mais alguma coisa talvez ;)

4.0 Materiais e mtodos

4.1 Materiais 1 bureta de 25 mL; Beckers; Balana analtica; 1 termopar;

gua destilada; Butanol; Clorofrmio; Hexano; Concentrao de solventes de 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 M.

4.2 Mtodos

4.2.1 Determinao do dimetro do Tubo de Vidro

Para a determinao do dimetro do tubo (bureta), usou-se o mtodo da massa de uma gota de um liquido padro, cujo valor da tenso superficial j conhecido. Juntou-se dez gotas de gua destilada, pesou-se a massa das gotas e calculou-se a mdia das dez gotas, para a determinao do dimetro da bureta. A massa de uma gota de gua a 20C, para diferentes dimetros encontra-se na Tabela 2 (em anexo). Como nosso experimento foi realizado a uma temperatura de 20C, no foram necessrios clculos. Apenas se retirou o valor do raio da bureta da tabela 2.

4.2.2 Medidas para Obteno da Tenso Superficial

Colocou-se Etanol na bureta, regulando a torneira de tal forma a obter uma vazo aproximada de 1 gota/min. Anotou-se o volume e a massa correspondente as 10

gotas de etanol recolhidas no frasco j tarado. Determinou-se a massa e o volume de cada gota e o valor de f utilizando a tabela 1 em anexo. Calculou-se atravs da equao 2, anteriormente citada, a tenso superficial (). Repetiram-se os passos anteriores para clorofrmio e hexano.

4.2.3 Avaliao da Tenso Superficial em Funo da Concentrao de Solvente

Nesta prtica, avaliou-se tambm o valor da tenso superficial para solues aquosas de n-butanol. A partir de uma soluo de 0,5 M, prepararam-se solues com concentraes de 0,5 M, 0,4 M, 0,3 M, 0,2 M e 0,1 M, medindo suas tenses superficiais conforme o item anterior. 4.2.4 Medidas para Tenso Interfacial Lquido-Lquido A tenso interfacial entre dois lquidos imiscveis foi medida colocando-se o lquido mais denso na pipeta graduada, mergulhando sua ponta dentro do lquido menos denso, deixando a gota do lquido mais denso crescer dentro do lquido menos denso e obtendo-se a massa da gota por diferena de pesagem. Deixou-se crescer parcialmente a gota antes de mergulhar a ponta da pipeta no lquido menos denso para que a ponta da pipeta no fique contaminada com o lquido menos denso. Recolheu-se 10 gotas para se determinar a massa mdia entre elas. Com a Equao 2, obtivemos a massa efetiva da gota, que a massa da gota medida na balana menos a massa do lquido deslocado (empuxo). A massa do lquido deslocado pode ser obtida multiplicando-se a sua densidade pelo volume da gota formada. Mediu-se a tenso interfacial entre gua e hexano e gua e clorofrmio.

5.0 Resultados e discusses

O primeiro passo do experimento foi determinar o dimetro do tubo de vidro o qual seria utilizado no experimento. Utilizando os dados da tabela em anexo e a equao trs, obteve-se a massa da gota, e com respectiva massa e com auxilio da tabela 2 verificou-se o raio do tubo. Em seguida, conforme roteiro foi obtido os dados da tabela 3, com dados de ensaio de trs diferentes compostos : etanol, clorofrmio e hexano. Os valores tericos encontrados para as tenses superficiais dos lquidos foram: Para o etanol, terico = 22,8x10-3 N/m; Para o hexano, terico = 18x10-3 N/m; Para o clorofrmio no foi encontrado o valor de tenso superficial. Comparando com os valores experimentais nota-se que os valores encontrados no ficaram to distantes dos valores tericos, pelo menos para os dois valores tericos encontrados, mas o erro para o hexano foi relativamente alto. Para o etanol experimental: 0, 2863 N/m Ver se calculo do Erro ta certo 20,3% Para o clorofrmio experimental: 0, 2616 N/m Ver Erro Para o hexano experimental: 0, 1139 N/m Ver Erro 58,03%. A prxima parte do experimento foi verificar a relao entre a concentrao do liquido e a tenso superficial para um dos lquidos. Foram obtido os dados da tabela 4, e foi possvel plotar o grfico 1. Atravs do grfico possvel verificar que com o aumento da concentrao do liquido, a tenso superficial decresce at um ponto de concentrao em que a tenso superficial aumenta. Isso pode ser explicado devido a que, quando tem-se uma concentrao menor, como por exemplo a diluio de um liquido em gua, a tenso superficial a gua interfere na tenso superficial do liquido, conforme a concentrao do liquido aumenta a tenso superficial do liquido se torna mais evidente. Ver ultima parte.

6.0 Concluso

Em engenharia, provavelmente o efeito mais importante da tenso superficial a criao de um menisco curvo nos tubos de leitura de manmetros ou barmetros, causando a (normalmente indesejvel) ascenso (ou depresso) capilar, mas existem diversos fatores que influenciam os bons resultados de um experimento de tenso superficial, e alguns cuidados devem ser tomados para que isso no ocorra como por exemplo: a bureta deve ser fixada em local com o mnimo de vibraes, poiseste fator pode acarretar no desprendimento prematuro da gota que ter massa inferior quela considerada ideal. Outro fator, e mais importante, a formao lenta e completa da gota, afim de garantir resultados consistentes, como tambm tomar cuidado com a temperatura, j que sabido que ela influencia a tenso superficial. O no cumprimento de um desses cuidados pode acarretar no erro encontrado em relao aos dados tericos dos experimentais. Outro fator a ser destacado a relao entre a concentrao do liquido com a tenso superficial, onde at uma determinada concentrao a tenso superficial decresce at um ponto, logo aps a tenso superficial volta a aumentar

7.0 Referncias

CASTELLAN, Gilbert. Fundamentos de fsico-qumica. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003. LIVI, Celso Pohlmann. Fundamentos de fenmenos de transporte: um texto para cursos bsicos. Rio de Janeiro: LTC, 2004. MUNSON, Bruce R.; YOUNG, Donald F.; OKIISHI, Theodore H.. Fundamentos da mecnica dos fluidos. 1. ed. So Paulo: Edgard Blucher, 2004. FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan T. Introduo mecnica dos fludos. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010. 710 p.

8.0 Anexos

Tabela 1. Fator de correo para o mtodo do peso da gota.

a

Os valores desta coluna possuem menor preciso.

Tabela 2. Massa de uma gota de gua que se desprende de tubos de diferentes dimetros.

Tabela 3. Tenso superficial dos solventes analisados

Variveis Medidas N gotas Massa das gotas [g] Volume das gotas [mL] Temperatura [C] r / V1/3 (N/m)

Solventes Etanol 10 0, 01251 0, 01583 20 0, 4080 0, 6661 0, 2863

Clorofrmio 10 0, 01104 7,51x10-3 20 0, 5232 0, 6432 0, 2616

Hexano 10 4,82x10-3 7,30x10-3 20 0, 5281 0,6447 0, 1139

Tabela 4. Avaliao da Tenso Superficial em Funo da Concentrao de Solvente Variveis Medidas N gotas Massa das gotas [g] Volume das gotas [mL] Temperatura [C] r / V1/3 (N/m) Concentrao do solvente [M] 0,5 0,4 0,3 10 11 10 0, 02107 0, 0208 0, 0231 0, 0260 0, 0256 0, 0285 20 20 20 0, 3458 0, 3476 0, 3354 0, 7234 0, 7243 0, 7184 0, 4440 0, 4378 0, 4902 0,2 10 0, 0268 0, 0329 20 0, 3197 0, 7106 0, 5749 0,1 10 0, 0309 0, 0382 20 0, 3042 0, 7031 0, 6700

Tabela 5. Medidas para tenso Interfacial Liquido-Liquido Variveis Medidas N gotas Massa das gotas [g] Volume das gotas [mL] Temperatura [C] r / V1/3 (N/m) Solventes Clorofrmio 12 0, 047 0, 047 20 0, 2839 0, 9852 0, 7273 Hexano 12 0, 0675 0, 0675 20 0, 2516 0, 9703 1, 0606

Figura 1. Curva da Tenso superficial em funo da Concentrao de solvente

m20cgota= mTcgota *( 20c/ Tc)

(3)

Questionrio 1. Faa uma tabela de valores de tenso superficial para mercrio, gua, acetona, tetracloreto de carbono, alguns alcanos e alcois. Qual a faixa de valores caracterstica para estes lquidos orgnicos? Qual das substncias apresenta o maior valor de tenso superficial? Substncia Acetona Mercrio gua Etanol Benzeno Tetracloreto de Carbono Tenso Superficial N/m (20C) 0, 0237 0, 44 0, 0788 0, 0228 0, 0288 0, 0266

A tenso superficial varia entre 0,0228-0,44 [N/m], sendo que o mercrio apresenta a maior tenso superficial 0,44[N/m].

2. Na determinao da tenso superficial pelo mtodo do peso da gota, em que situao deve-se usar o raio interno e em que situao deve-se usar o raio externo do tubo para se calcular a tenso superficial? O raio externo deve ser usado quando o tubo estiver mergulhado no lquido, ou seja, quando o lquido molhar o tubo. Caso contrrio, usa-se o raio interno do tubo. 3. Descreva outros mtodos para a medida de tenso superficial. Faa ilustraes. 4. O que significa o termo lipoflica? Lipoflico uma substncia que tem afinidade pelos lipdios. Vem de lipo: lipdio e de filo: amigo, afim. Lipdios so biomolculas apolares hidrofbicas (que no se dissolvem na gua). Nos animais so as gorduras e nas plantas so os leos. Por exemplo, para voc tirar uma mancha de leo da sua roupa voc deve usar o ter, que, por ser apolar, hidrofbico, tem afinidade pelos lipdios. A solubilidade em gua de um agente tensoativo diminui com o aumento da cadeia lipoflica.

5. Qual a caracterstica estrutural da molcula de um detergente? Tanto sabes quanto detergentes pertencem a um mesmo grupo de substncias qumicas - os tensoativos. Assim sendo, os dois produtos so redutores de tenso superficial e possuem a caracterstica comum de, quando em soluo e submetidos agitao, produzirem espuma. Por esse motivo, ambos so utilizados para limpeza. Para penetrar na superfcie e interfaces dos corpos (adsoro), a molcula do agente tensoativo contm uma parte polar ou hidroflica, solvel em gua, e uma parte lipoflica, solvel em gordura. Quanto s caractersticas de estrutura molecular os detergentes possuem, pelo menos, um ponto de polaridade na molcula. comum tambm o fato de possurem caracterstica polar e apolar na mesma molcula. A estrutura possui como parte apolar da molcula, grandes cadeias carbonadas (mais de 8 carbonos). A facilidade de degradao tambm tem motivo: cadeia carbnica linear.

6. V a um supermercado e anote qual o agente tensoativo utilizado em pelo menos 3 produtos comerciais para limpeza (louas, roupa, carpet, carro, vidro etc.). Escreva a frmula estrutural desses tensoativos.

7. Porque necessrio medir tanto a massa quanto o volume da gota para a obteno da tenso superficial pelo mtodo do peso da gota? A que se deve o fator de correo f? Como a tabela de f em funo de r /V1/3 pode ser construda experimentalmente?