Introdução

A tensão superficial de líquidos pode ser vista como a propriedade que mantém um líquido coeso e forma uma interface líquido-vapor, diferenciando assim as fases líquida e gasosa. Este fenômeno se deve as interações diferenciadas das moléculas que se situam na superfície do líquido. Diferentes das interações atrativas que ocorrem no interior do líquido, as da superfície não são balanceadas, gerando uma resultante normal a superfície, o que torna esta resistente a deformações. Esta mesma propriedade explica a formação de gotas quando um líquido se encontra em pequena quantidade em uma superfície, já que as moléculas da superfície do líquido se arranjam de forma a gerar uma menor área de contato com o exterior.

A água pura é um líquido que possui uma alta tensão superficial, por conta das interações por ponte de hidrogênio entre as moléculas. Estas interações são suficientemente fortes para manter certos objetos flutuando em sua superfície. Quando são adicionados solutos a água, estas soluções passam a ter diferentes tensões superficiais, dependendo do soluto e da concentração na qual este se encontra. Solutos que podem enfraquecer as interações por ponte de hidrogênio presente nas moléculas de água, diminuirão a tensão superficial, consequentemente, tornando a superfície menos resistente a deformação.

A tensão superficial de um líquido pode ser medida através de diversos métodos, e o método usado neste trabalho foi o Método do Anel (Tensiômetro de Du Nouy). Neste método, a tensão superficial é obtida medindo-se a força necessária para arrancar um anel com diâmetro e espessura conhecidos, da superfície de um líquido.

Seja F a força de adesão de um anel de raio R à superfície de um líquido. Se no momento em que o anel é arrancado da superfície, esta força for equilibrada pelo peso, mg, de uma coluna de líquido cilíndrica (sendo m a massa da coluna líquida e g a aceleração da gravidade) então:

F = mg = 4πRγ

Onde, γ é a tensão superficial do líquido e 2πR o comprimento L do anel. Temos então que:

γ = mg/2L

A equação da isoterma de Gibbs é uma equação que fornece a concentração superficial em excesso do soluto (2), considerando a ausência de solvente (1) na superfície:

1ᴦ2 = (-1/RT).(dγ/dln(a2))

Integrando a expressão acima, chegamos à equação de Szyszkowski.

γ = γo + A ln(1+BC).

Onde:

γ0 = tensão superficial do solvente puro

A = (-RT)( 1ᴦ2)

a2 = 1 + BC2

C = concentração

Fazendo-se o inverso de 1ᴦ2 e multiplicando pelo número de avogadro, temos a

área por mol de moléculas. Considerando-se ainda que as moléculas ocupam área superficial circular com área = (πd2)/4, chegamos a uma expressão para o diâmetro da molécula em função do coeficiente angular da equação de Szyszkowski.

d = 2(RT/(π.Nav.A))1/2

O método do anel, portanto, além de fornecer dados sobre a tensão superficial de determinado líquido, fornece também a medida aproximada do diâmetro desta molécula.

Objetivo:

O trabalho teve por objetivo a verificação do comportamento da tensão superficial do álcool butílico em diferentes concentrações, a temperatura ambiente, e também a obtenção do valor aproximado do diâmetro da molécula de butanol.

Resultados e Discussão:

Antes de se iniciarem as medidas de tensão superficial do álcool butílico, o aparelho foi devidamente calibrado, com três massas diferentes. Através da curva de calibração construída foi possível se obter uma equação para correção do valor de tensão obtido experimentalmente.

A curva de calibração é construída em um gráfico de γexp contra γteórico. O valor de γteórico é calculado por γteórico = mg/2L, sendo:

m = massa utilizada

g = 979 cm/s2

L = 5,987 cm

Massa (mg) γexp. (dina/cm) γteórico (dina/cm)

100 8,700 8,176300 25,900 24,528500 42,600 40,880

Tabela 1: Dados da curva de calibração do Tensiômetro de Du Nouy

A curva de calibração, que está em anexo, forneceu a seguinte equação, para correção dos valores de tensão superficial obtidos experimentalmente:

γteórico = - 0,29566 + 0,96465 γexp.

Com o instrumento devidamente calibrado, foram realizadas as medidas de tensão superficial em soluções com diferentes concentrações de butanol. Todas as medições foram realizadas em duplicata.

Conc. de butanol (mol/L) γexp. 1 (dina/cm) γexp. 2 (dina/cm) γexp. médio (dina/cm) γteórico (dina/cm)

0,00 75,00 74,00 74,50 71,570,05 66,30 65,80 66,05 63,420,10 56,90 57,10 57,00 54,690,20 50,50 50,30 50,40 48,32

Tabela 2: Tensões superficiais das soluções de butanol

Com os valores das tensões devidamente corrigidos, foi possível construir um novo gráfico (em anexo), correlacionando os valores das tensões superficiais das soluções com as suas respectivas concentrações, obtendo-se a equação de Szyszkowsky:

γ = γo – A ln(1+34C).

Conc. de butanol (mol/L) γteórico (dina/cm) ln(1+34C)0,00 71,57 0,000,05 63,42 0,990,10 54,69 1,480,20 48,32 2,05

Tabela 3: Curva γ x ln(1+34C)

O gráfico construído a partir da tabela acima forneceu a reta de equação:

γ = 72,54892 – 11,52477 ln(1+34C)

A reta obtida tem como coeficiente angular a constante –A= -11,52477, característica do soluto, no caso o butanol, e que se relaciona com o diâmetro da molécula de butanol (d), através da equação d = 2(RT/(π.Nav.A))1/2.

Sendo:

R = 8,31x107 erg/mol.K

Nav = 6,02x1023 moléculas/mol

T = 298K

A = 11,52477

Utilizando-se a equação mencionada anteriormente, e os dados acima, chegou ao valor do diâmetro da molécula de butanol de aproximadamente 6,741 x 10 -8 cm ou 6,741 Å.

O diâmetro apontado na literatura para esta molécula, nesta temperatura é 6,08 Å.

Conclusão:

Pode-se concluir que o método do anel é um método apropriado para a determinação de diâmetros moleculares de solutos tensoativos, uma vez que o resultado obtido experimentalmente se aproximou razoavelmente do valor encontrado na literatura para o diâmetro da molécula de butanol.

A diferença entre o valor obtido e o valor determinado na literatura pode ter ocorrido devido a erros experimentais, uma vez que o anel de platina do equipamento apresentava algumas deformações, o que certamente leva à leituras erradas de tensão superficial.

Referências bibliográficas:

1. http://web.ist.utl.pt/farinha/LQF/pdf_files/TS.pdf (Acessado em 20/05/2013)