QUÍMICA E FÍSICA DOS MATERIAIS II

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Levi Porto César
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1 Unidade Curricular QUÍMICA E FÍSICA DOS MATERIAIS II Módulo de Física ( ) Trabalho Laboratorial 2: Ângulos de contacto, molhabilidade e tensão superficial Nome: Nº Objectivos: Medição de ângulos de contacto de gotículas de água em superfícies com diferentes graus de molhabilidade. Cálculo da capacidade de infiltração da água em capilares de diferentes materiais. Interpretação dos fenómenos de adesão, coesão e tensão superficial. Descrição qualitativa do grau de molhabilidade de superfícies. Material: O Material disponível para a realização experimental consistem em: Equipamento de medida de ângulos de contacto DSA30 (Kruss, Germany) Amostras de materiais de diferentes graus de molhabilidade Água milipore; Programa de analise de imagens Drop Shape Analyser DAS30; Transferidor Descrição experimental: Os estudos de molhabilidade das superfícies a analisar serão realizados através da medição de ângulos de contacto estático a realizar de forma manual e automática. O método manual consiste na medição dos ângulos de contacto com transferidor sobre imagens em formato bmp recolhidas com o equipamento DAS30 (ver figura abaixo). A medição automática é feita pelo software do equipamento de análise de imagem, através do método da gota séssil.

2 Descrição experimental (continuação): Os filmes são colocados no porta amostras. A deposição de gotas de água Milipore (com um volume aproximado de 1 µl (microlitro) na superfície da amostra é realizada de modo automático por um sistema controlado por computador. As imagens são adquiridas através de uma câmera de vídeo e é feita a medição do ângulo de contacto recorrendo ao software do equipamento, através do método de ajuste de Young-Laplace. Para cada amostra, o valor médio dos ângulos de contacto obtidos têm um erro máximo de ±0.7º. Relatório / queskonário: 1- Registe o resultado obtido na medição dos ângulos de contacto com o equipamento DAS30 para as amostras fornecidas. 2 Com recurso às imagens impressas (ou com a ajuda de um software de imagem) trace (manualmente) linhas tangentes à superfície do líquido no ponto de interface ar-líquido-filme. Utilize um transferidor (ou software de imagem) para medir os ângulos de contacto para os filmes utilizados. Escreva os resultados que obteve e compare com a medição efectuada pelo equipamento.

3 3- Conforme abordado nas aulas teóricas a capacidade de infiltração da água em capilares de um dado material, depende da densidade de massa, ρ, e tensão superficial, γ, da água, do raio do capilar, r, e do ângulo de contacto, φ, entre a água e o material. Calcule a que altura subiria a água em tubos capilares dos materiais utilizados. Em qual dos materiais subiria mais a água? Admita que os tubos têm todos o mesmo diâmetro, igual a 2 mm (milímetros), e que a densidade e tensão superficial da água (a 25º C e à pressão de 1 atmosfera ao nível do mar) valem respectivamente, ρ =1000 kg/m^3 e γ = 0,07197 N/m (Newton por metro). Note ainda que a aceleração da gravidade ao nível do mar é g = 9.8 m/s^2 e que N = kg m/s^2. Se a temperatura ambiente fosse por exemplo 5º C (a temperatura numa cave) acha que (nas mesmas condições de pressão) a altura de subida da água nos capilares dos diferentes materiais se alteraria? Justifique a sua resposta.

4 4- Explique o que entende por molhabilidade de uma superfície e como ela se relaciona com o ângulo de contacto. Qual das superfícies (filmes) apresenta menor grau de molhabilidade e qual delas é menos hidrófoba? 5 Diga o que são forças de coesão e forças de adesão e como se relacionam com o ângulo de contacto. Em qual das superfícies as forças de adesão são mais fortes?

5 6 Utilize a equação de Young-Laplace para calcular a diferença de pressão entre o interior e o exterior das gotículas, sabendo que a tensão superficial da água a 25º C é γ = N/m e que o raio médio da gotícula é r1 = r2 =0.5 mm.

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