LÍQUIDOS: DETERMINAÇÃO DA TENSÃO SUPERFICIAL 1. Introdução Uma propriedade característica dos líquidos é possuir uma superfície plana bem definida, o que os distingue dos gases. Uma medida da rigidez do filme que parece cobrir a superfície líquida é a tensão superficial, a tendência das moléculas da superfície serem puxadas para dentro. Quanto maior a tensão superficial, mais rijo parece ser o filme da superfície. A tensão superficial surge das forças intermoleculares, portanto, precisamos conseguir relacionar esta propriedade da matéria às propriedades de moléculas individuais. A superfície de um líquido é suave porque as forças intermoleculares tendem a puxar as moléculas juntas e para dentro. Podemos esperar que líquidos compostos de moléculas com forças intermoleculares altas tenham tensões superficiais altas, porque o puxão para o interior será forte. Na verdade a tensão superficial da água é, aproximadamente, três vezes maior que a maioria dos líquidos comuns por causa de suas ligações de hidrogênio fortes. As forças intermoleculares de atração que atuam no líquido fazem que exista uma diferença de energia entre as moléculas do interior do líquido, atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas, e aquelas da superfície, atraídas apenas para o seio da massa líquida. As moléculas da superfície têm, portanto, um maior conteúdo de energia que as internas. Assim, para aumentar a superfície do líquido, ou seja, trazer moléculas do interior para a superfície é necessária a realização de trabalho. O trabalho exigido para o aumento unitário de área o líquido é denominado trabalho superficial específico e seu valor e dimensão é igual à tensão superficial (). A tensão superficial é representada pela letra gama () e expressa em N.m -1 ou dina.cm -1. A medida da tensão superficial é feita com a utilização do Tensiômetro de Lecomte Du Nouy (Figura 1). O tensiômetro de Lecomte Nouy utiliza para medidas o princípio do aumento de área superficial. O aparelho nos dá diretamente na escala do Vernier, a energia necessária para aumentar a superfície do líquido de 1cm 2, o que é justamente a tensão superficial. O tensiômetro é basicamente uma balança de torsão. A alavanca (7) do aparelho tem em uma de suas extremidades um dispositivo de imersão no líquido a ensaiar que consta de um anel de platina suspenso por uma alça (8) na alavanca. Na outra extremidade da alavanca passa o fio de torsão que está ligado a um ponteiro (2) que corre sobre uma escala numérica (Vernier) (4). A alavanca movimenta-se em frente a um visor (6) onde se acompanha a posição relativa da mesma. Da base do aparelho sai um braço que sustenta uma plataforma de altura variável, ajustável através dos parafusos (11 e 12), onde se apoia o recipiente de vidro contendo o líquido. Na base do tensiômetro existem dois parafusos (5) para nivelamento do sistema.
Figura 1 Representação esquemática do Tensiômetro de Lecomte Du Nouy. Este trabalho prático tem como objetivo determinar a tensão superficial de vários líquidos utilizando o tensiômetro de Lecomte Du Nouy (com a temperatura e o seu grau de associação). 2. Materiais e Reagentes
Tensiômetro de Lecomte Du Nouy termômetro 2 béqueres de 50 ml água destilada acetona álcool etílico absoluto 1 - propanol n - hexano ciclo hexano papel absorvente 3. Procedimento experimental Montar o aparelho sobre uma superfície plana e nivelar com os parafusos (5). Cuidadosamente colocar o anel de platina, limpo e seco, na extremidade da alavanca (7). Colocar o ponteiro da escala (2) na posição zero (4) por meio do parafuso (3) e a alavanca (7) na posição de equilíbrio, posição intermediária do visor (6) com o auxílio do parafuso (1). Adicionar o líquido, iniciando com a água, ao recipiente de vidro e este é colocado sobre a plataforma (9) cuja altura é ajustada com o auxílio dos parafusos (10 e 11), não permitindo que o anel entre em contato com a água. Em seguida, usando o parafuso (12) elevar a plataforma, lentamente, até que o anel mergulhe no líquido cerca de 5 mm. A imersão do anel na água fará com que a alavanca (7) saia da posição de equilíbrio. Com muito cuidado, abaixe a plataforma por meio do parafuso (12) até que a alavanca retorne à posição de equilíbrio. Este será o ponto de partida para a medida! Movimentar, simultaneamente, os parafusos (12) e (3) abaixando a plataforma (9) e girando o ponteiro da escala (2) fazendo com que a alavanca (7) fique na posição de equilíbrio, até que o círculo de platina se destaque da superfície da água. A leitura, na escala Vernier, no momento da liberação do anel da superfície é a tensão superficial da água na temperatura considerada. Anotar o valor lido. Ler a temperatura da água no próprio frasco imediatamente após a leitura da tensão superficial e anotar. Antes de iniciar uma nova leitura, retirar, cuidadosamente, o anel metálico, secá-lo com papel absorvente e colocá-lo no lugar. Repetir este procedimento 5 vezes para cada líquido. Lavar e secar o recipiente e, em seguida, repetir todo o procedimento com os solventes orgânicos. Cada grupo deve medir a tensão superficial da água e de um solvente orgânico. 4. Apresentação e discussão dos resultados
4.1 Preencher a Tabela 1 com os valores de tensão superficial obtidos experimentalmente. TABELA 1: Valores de tensão superficial dos líquidos. grupo Líquidos medidas de tensão superficial / dina. cm -1 I II III IV V Acetona n hexano Ciclohexano Etanol 1 propanol 1 a 2 a 3 a 4a 5 a 4.2 Calcular o valor médio para cada líquido, o desvio médio e o erro (%), em relação aos valores de tensão superficial esperados (ver apêndice), anotar os valores encontrados na tabela 2. TABELA 2: Valores de tensão superficial dos líquidos estudados. grupo I II III IV V Líquidos Acetona n hexano Ciclohexano Etanol 1 propanol ( _ m ) dina.cm -1 tabelado/ dina.cm -1 E% 4.3 Discutir os valores de tensão observados considerando as diferenças estruturais e interações intermoleculares nos líquidos.
ANEXO 1: VALORES DE TENSÃO SUPERFICIAL REGISTRADOS NO HANDBOOK TABELA 3: Valores de tensão superficial de alguns líquidos em uma temperatura considerada. Líquido Temperatura / ºC / dina. cm -1 18 73,05 Acetona 20 23,70 n-hexano 20 18,43 Ciclohexano 20 25,50 Etanol 20 22,75 1-propanol 20 23,78