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Tensão Superficial 5

Relatorio de tensão superficial

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA CURSO DE BACHARELADO EM QUÍMICA INDUSTRIAL CRISTIANE KELLY O. F. VIEIRA TENSÃO SUPERFICIAL Campina Grande-PB 2010 UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA LABORATÓRIO DE: Fisico-quimica Experimental PROFESSOR (a) : Dauci Pinheiro Rodrigues ALUNO (a) : Cristiane Kelly Oliveira F. Vieira CURSO : Química Industrial MAT : 081025106 TÍTULO E Nº DO EXPERIMENTO: TENSÃO SUPERFICIAL Nº 05 DATA DO EXPERIMENTO : 23\09\2010 RECEBIDO EM : 15\10\2010 POR: _____________ CORREÇÃO PREPARAÇÃO: ____________________________ RELATÓRIO: ______________________________ PROVA:___________________________________ NOTA GLOBAL: _____________( _____________ ) RUBRICA DO (a) PROFESSOR (a): ___________________________ INTRODUÇÃO As moléculas na superfície de um líquido estão sujeitas a forte força de atração das moléculas interiores. A resultante dessas forças, - cuja direção é a mesma de plano tangente à superfície (em qualquer ponto desta) - atua de maneira a que a superfície líquida seja a menor possível. A grandeza desta força, atuando perpendicularmente (por unidade de comprimento) ao plano na superfície é definida como tensão superficial γ. A dimensão da tensão superficial é força por unidade de comprimento, sendo no sistema SI igual a N/m. dA = .d Uma vez que a energia de Helmholtz decresce (dA 0) e se a área superficial decresce (d 0), as superfícies têm uma tendência natural a se contrair. Este é um modo mais formal de expressar o que já havia sido descrito. A superfície ou interface onde a tensão existe está situada entre o líquido e seu vapor saturado no ar, normalmente a pressão atmosférica. A tensão pode também existir entre dois líquidos imiscíveis, sendo então chamada de tensão interfacial. Um dos métodos utilizados para medir tensão superficial é o método do peso da gota. Este método, assim como todos aqueles que envolvem separação de duas superfícies, depende da suposição de que a circunferência multiplicada pela tensão superficial é a força que mantém juntas as duas partes de uma coluna líquida. Quando esta força está equilibrada pela massa da porção inferior, a gota se desprende. Figura 5: Formação da gota. A tensão superficial é calculada pela equação: 2 π r γ = mi g ( Lei de Tate) Onde: mi massa de uma gota ideal r raio do tubo (externo se o líquido molhar o tubo) g aceleração da gravidade Na prática, o peso da gota obtido, é sempre menor que o peso da gota ideal. A razão disto torna-se evidente quando o processo de formação da gota é observado mais de perto. A figura abaixo ilustra o que realmente acontece. O líquido ocupa um volume determinado, formando uma superfície bem definida entre ele e o ar circundante. Surge daí uma diferença clara entre as moléculas da superfície e as que ficam internas no líquido. As que ficam dentro interagem com as demais em todas as direções. Em média, portanto, essas interações (ou forças) se anulam mutuamente. Já as que ficam na superfície só podem interagir com as que estão do lado de dentro. Do lado de fora só existe o ar e as moléculas do ar estão tão separadas uma das outras que seu efeito imediato sobre a superfície líquida pode ser desprezado. O resultado dessas forças atrativas de coesão (forças existentes entre moléculas iguais) é a formação de uma película na superfície que sofre uma atração para dentro do próprio líquido. E essa propriedade que o líquido apresenta de manter suas moléculas coesas na superfície é chamada de tensão superficial (γ). A tensão pode também existir entre dois líquidos imiscíveis, sendo então chamada de tensão interfacial. Forças coesivas existentes entre as moléculas Nos dois casos, a tensão depende da natureza do líquido, do meio que o rodeia e da temperatura. Em geral, a tensão superficial diminui com o aumento da temperatura, já que as forças de coesão diminuem ao aumentar a agitação térmica. Em geral, a tensão superficial diminui com o aumento da temperatura, já que as forças de coesão diminuem ao aumentar a agitação térmica. Capilaridade Sempre que se põe um líquido em contato com um sólido produz-se um "cabo de guerra" entre as moléculas, as do sólido puxando para seu lado, as do líquido para o outro. Assim, se derramado água numa lâmina limpa de vidro, o vidro atrairá as moléculas de água mais fortemente do que elas se atraem. Então a água é forçada a se espalhar na superfície do vidro. A ação capilar dos líquidos se deve à tendência dos líquidos de subir pelas paredes de tubos capilares (tubos muito finos) e é uma conseqüência da tensão superficial. Representação esquemática da formação e desprendimento de uma gota formada a partir de uma capilar Observa-se que somente a porção mais externa da gota é que alcança a posição de instabilidade e cai. Perto de 40% do líquido que forma a gota permanece ligado ao tubo. Para corrigir o erro causado pelo peso da gota, introduz-se na equação descrita anteriormente o fator de correção f. Assim: O fator de correção f é uma função do raio do tubo e do volume da gota. Estes valores são tabelados. OBJETIVO O objetivo do experimento está relacionado á determinação da tenção superficial do álcool etílico (etanol), usando água destilada como substância padrão, a temperatura ambiente de 26 C, por meio do uso do Estagnômetro de Traube. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL SUBSTÂNCIA UTILIZADA Água destilada; Álcool etílico; Acetona; MATERIAL UTILIZADO Termômetro Pipeta Bureta Beckers Estalagnômetro de Traube METODOLOGIA Uso da Pipeta Inicialmente lavou-se a pipeta com água destilada, conservou-se o instrumento na posição vertical através de um suporte. Colocou-se um volume de não definido de água destilada na pipeta e deixou-se pingar 20 gotas em um Becker seco. Em seguida levou-se para a balança analítica a massa de água e pesou-se e anotou-se resultado. Fez-se esse procedimento duas vezes para tirar a média das massa.O mesmo foi feito com a outra substâncias, no caso álcool etílico. Uso da Bureta Homogeneizou-se o bureta com água destilada e colocou-o no suporte universal, na posição vertical. Colocou-se a água destilada no bureta e deixou-se o líquido escoar 20 gotas, anotando-se a quantidade de gotas e pesando-se o volume de água das mesmas. Repetiu-se o procedimento 3 vezes. Após o término do procedimento para a água, repetiu-se o procedimento para o álcool etílico (etanol), anotando-se os valores para o mesmo. Uso do Estalagnômetro Homogeneizou-se o estalagnômetro com água destilada e colocou-o no suporte universal, na posição vertical. Verificou-se a temperatura 26 C e leu-se a pressão atmosférica. Pipetou-se a quantidade da substância necessária para atingir a marca superior do estalagnômetro. Deixou-se o escoar a substância de S até A e contou-se o número de gotas formadas. Inicialmente utilizou-se para as duas medidas água destilada. Anotou-se a quantidade de gotas e pesou-se o volume da mesmas. Repetiu-se o procedimento 3 vezes. Após o término do procedimento para a água, repetiu-se o procedimento para o álcool etílico (etanol), anotando-se os valores para o mesmo. No final da prática lavou-se bem o estalagnômetro com água destilada e deixou-se secar. RESULTADOS E DISCUSSÕES Quais dos líquidos estudados apresentam maior tensão superficial? E por quê? Entre os líquidos estudados nesse experimento, a água é o que apresenta maior tensão superficial, por apresenta formação de pontes de hidrogênio. E seguindo definição, quanto mais volátil o líquido menor será sua tensão superficial, com isso podemos concluir que a água apresenta maior tensão superficial. Segundo os dados obtidos, calcule: Fração de gotas para cada determinação; Para a água: 1ª medição 1 gota – 20 divisões x – 0 divisões x = 0 gotas 1ª medição 34 gotas – 0 gotas 34 gotas 2ª medição 1 gota – 21 divisões x – 13 divisões x = 0,6190 gota 2ª medição 35 gotas – 0,6190 gotas 34,381 gotas 3ª medição 1 gota – 19 divisões x – 13 divisões x = 0,6842 gotas 3ª medição 35 gotas – 0,6842 gotas 34,3158 gotas Para o álcool: 1ª medição 1 gota – 10 divisões x – 11 divisões x = 1,1 gotas 1ª medição 84 gotas – 1,1 gotas 82,9 gotas 2ª medição 1 gota – 10 divisões x – 11 divisões x = 0,4545 gota 2ª medição 85 gotas – 0,4545 gotas 84,5455 gotas 3ª medição 1 gota – 10 divisões x – 11 divisões x = 0,4545 gotas 3ª medição 85 gotas – 0,4545 gotas 84,5455 gotas O número total de gotas; Para a água: n total de gotas = (34 – 0) + (35 – 0,6190) + (35 – 0,6842) n total de gotas = 34,2322 gotas 3 Para o álcool: n total de gotas = (84 – 1,1) + (85 – 0,4545) + (85 – 0,4545) n total de gotas = 83,997 gotas 3 Calcule a tensão superficial das substâncias utilizadas na prática, com auxílio das tabelas expostas abaixo. Tensão superficial da água a 26ºC 25ºC – 71,97 dina/cm 26ºC – x 30ºC – 71,18 dina/cm 25-2626-30=71,97-xx-71,18 - 14=71,97-xx-71,18 3x=287,88-71,18 x=216,703 x=72,23 dina/cm Método da Pipeta γ1=γágua.m1mágua Álcool etílico: γálcool=72,23dinacm.0,3192g0,93915 g γálcool=23,0558160,93915dinacmγálcool=24,5496dinacm Acetona: γacetona=72,23dinacm.0,31545g0,93915 g γacetona=22,784950,93915dinacmγacetona=24,2612dinacm Método da Bureta γ1=γágua.m1mágua Álcool etílico: γálcool=72,23dinacm.0,2575g0,73265 g γálcool=18,59920,73265dinacmγálcool=25,3862dinacm Acetona: γacetona=72,23dinacm.0,2313g0,73265 g γacetona=16,70670,73265dinacmγacetona=22,8032dinacm Método do Estalagnômetro de Traube γálcoolγágua=nágua.ρálcoolnálcool.ρágua γálcool72,23dinacm=34,2322 . 0,784483,997 . 0,9963 γálcool=23,1758dinacm Calcule o erro percentual, fazendo comentários. Calculo da tensão superficial teórica para o álcool etílico: 20ºC – 22,75 dina/cm 26ºC – x 30ºC – 21,80 dina/cm 20-2626-30=22,75-xx-21,80 -6-4=22,75-xx-21,80 -6x+130,8=-91+4x 10x=221,8 x=22,18dina/cm Erro percentual para o álcool: Método da Pipeta Er=24,5496 dina/cm-22,18 dina/cm22,18dina/cm Er=10,68% Método da Bureta Er=25,3862 dina/cm-22,18 dina/cm22,18 dina/cm Er=14,45% Método do Estalagnômetro de Traube Er=23,1758 dina/cm-22,18 dina/cm22,18 dina/cm Er=4,48% Não foi possível calcular o erro percentual para a acetona, por falta de dados na literatura. Para o álcool, o método que apresentou menor erro foi o estalagnômetro de Traube, depois da pipeta e por ultimo o da bureta. Dê sugestões interessantes sobre a prática, que possa contribuir para as experiências futuras. No método da bureta, inicialmente pode-se controlar a vazão para que a gota se forme em um intervalo de tempo bem maior, pois quanto menor for a vazão, mais pesada será a gota. DISCURSÃO Esperava-se que o método do estalagnômetro apresentasse o menor erro, pois se pôde observar durante o experimento que com este método formava-se uma gota maior, mais próxima da gota ideal. Porém o método da pipeta, neste experimento, surpreendeu com um valor de erro percentual próximo de zero. O método da bureta apresentou erro maior que o do estalagnômetro, o que já era esperado; também mostrou resultados contrários ao método da pipeta, no qual, o valor da tensão superficial do álcool foi maior que o da acetona. Os erros experimentais podem ter ocorrido principalmente devido a má formação da gota, no caso da bureta, isso acontece no controle da vazão. Além disso, trabalhamos com líquidos bastante voláteis (álcool e acetona), a evaporação pode ter diminuído o peso das vinte gotas. TABELAS Quadro 1: Tensão superficial da água a Temperatura de 26 ºC T (ºC) 26 (dina/cm) 73,56 Quadro 2: Tabela correspondente ao número de divisões para formação de uma gota e a média dos mesmos Medição 1 (div) Medição 2 (div) Medição 3 (div) Média (div) Água 20 21 19 20 Etanol 10 11 11 10,66 Quadro 3: Anotações experimentais (Estalagnômetro) Substância 1ª medição 2ª medição 3ª medição Água destilada 34 gotas – D 35 gotas – 11D 35 gotas – 13 D Álcool etílico 84 gotas – 11 D 85 gotas – 5 D 85 gotas – 5 D Quadro 4: Anotação experimental (Pipeta) Substância Massa de 20 gotas (g) 1ª medição Massa de 20 gotas (g) 2ª medição Média das massas (g) Y (dinas/cm) Tensão superficial Água destilada 0,9291 0,9492 0,93915 72,23 Álcool etílico 0,3151 0,3233 0,3192 Acetona 0,3174 0,3135 0,31545 Quadro 5: Anotação experimental (Bureta) Substância Massa de 20 gotas (g) 1ª medição Massa de 20 gotas (g) 2ª medição Média das massas (g) Y (dinas/cm) Tensão superficial Água destilada 0,7350 0,7303 0,73265 Álcool etílico 0,2542 0,2608 0,2575 Acetona 0,2369 0,2257 0,2313 COCLUSÃO Para calcular a tensão superficial um dos métodos utilizado é o método do peso da gota. Este método, assim como todos aqueles que envolvem separação de duas superfícies, depende da suposição de que a circunferência multiplicada pela tensão superficial é a força que mantém juntas as duas partes de uma coluna líquida. A gota se desprende quando a força da gravidade multiplicada pela massa da gota for maior que a força da tensão superficial versus a circunferência. Alguns resultados não foram possíveis ser calculados por falta de dados na literatura, mas mesmo assim podemos concluir que o experimento correu muito bem e os erros que deu é aceitável diante das condições do experimento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS A Tensão Superficial. Disponível em: http://www.searadaciencia.ufc.br/tintim/fisica/tensaosuperficial/tintim2.htm . Acesso em: 20 abr 2010. As propriedades das superfícies líquidas. Disponível em: http://w3.ufsm.br/juca/tensao.htm. Acesso em: 20 abr 2010. RODRIGUES, D. P. MANUAL DE PRÁTICAS: Tensão Superficial. p.42-46. (UAEQ) UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA QUÍMICA. Laboratório de Físico-Química. Apostila de Físico-Química Experimental I. Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). Campina Grande. 2009.