Métodos

Laboratório do Domínio Metrológico de Tensão Superficial
Enquadramento teórico
A tensão superficial, de símbolo , definida como sendo o quociente da força (F) exercida
perpendicularmente sobre um elemento linear numa superfície pelo comprimento (L) desse
elemento.
𝜎=
𝐹
2×𝐿
Unidades do Sistema Internacional da grandeza tensão superficial (SI):
Unidades do SI: newton por metro (N/m) – unidade derivada do SI
Submúltiplos decimais do SI utilizados: milinewton por metro (mN/m)
No domínio metrológico de tensão superficial do Laboratório de Propriedades dos Líquidos do
IPQ são utilizados dois métodos distintos na determinação e certificação da tensão superficial
de amostras líquidas: o método do anel de Du Noüy e o método da placa de Wilhelmy. Neste
domínio são ainda efectuadas operações de calibração de tensiómetros por método
comparativo.
Determinação da tensão superficial de líquidos
A tensão superficial é determinada por recurso a sondas de medição de força, com
características de humedecimento óptimas, fixadas numa balança de precisão. Uma plataforma
móvel de suporte da amostra é usada para colocar o líquido a testar em contacto com a sonda.
Uma força actua na balança assim que a sonda de medição toca na superfície do líquido. Se o
comprimento da sonda de medição é conhecido, a força medida pode ser usada no cálculo da
tensão superficial. A tensão superficial () como força por comprimento resulta da equação:
(1)
Com,
F = força exercida sobre a sonda de medição;
m = massa do liquido que vai subir capilarmente na sonda de medição;
g = aceleração da gravidade, que toma o valor de 9,80665 m/s 2;
L = comprimento humedecido da sonda de medição.
Esta equação é válida se a sonda de medição for totalmente humedecida pela solução em
análise. Se tal não ocorrer, a equação geral será substituída pela seguinte:
(2)
em que  é o ângulo de contacto entre a sonda de medição e o líquido.
As forças presentes dependem de vários factores: o tamanho e a forma da sonda, o ângulo de
contacto da interacção sonda / líquido e a tensão superficial do líquido. O tamanho e a forma
da sonda são facilmente controlados. O ângulo de contacto é controlado para ser igual a zero
(humedecimento completo).
Método do anel de Du Noüy
No método do anel de Du Noüy, o líquido está contido num recipiente que é elevado até que se
registe o contacto do líquido com a superfície do anel suspenso de uma balança. O recipiente
com a amostra é depois descido de modo a que o filme de líquido formado abaixo do anel seja
distendido. À medida que o filme é esticado faz-se sentir uma força. Quando a força é máxima,
o vector da força é exactamente paralelo à direcção do movimento e o ângulo de contacto
entre o líquido e a superfície do anel, , é 0º. A quebra do filme, apresentada na figura, é
evitada durante a mediação da tensão superficial.
Na prática, aumenta-se a distância entre o líquido que está contido no recipiente e o anel de Du
Noüy até que a área da força máxima seja ultrapassada. O recipiente que contém o líquido é
então elevado de modo a que o ponto de força máxima seja novamente atingido. A força
máxima é determinada apenas neste movimento de retorno e é usada no cálculo da tensão
superficial. O cálculo da tensão superficial é realizado de acordo com a seguinte equação:
Com, FMax = força máxima;
FV = peso do volume de liquido elevado;
L = comprimento humedecido;
 = ângulo de contacto.
(3)
O ângulo de contacto  diminui à medida que o filme de líquido formado abaixo do anel é
estendido e atinge o valor de 0º, no ponto de máxima força (cos  =1).
Com o método do anel de Du Noüy, é necessário saber a massa volúmica dos dois
componentes do sistema em estudo, ou seja, do líquido que está contido no recipiente e do ar
em contacto com este.
Placa de Wilhelmy
No método da placa de Wilhelmy, o líquido contido num recipiente é elevado até que se registe
o contacto da superfície do líquido com a placa. A tensão máxima actua na balança nesse
instante. Assim, neste método faz-se uma medição estática, i.e., a placa não se move após a
superfície ter sido detectada. A tensão superficial é calculada pela equação:
(4)
Com,
F = força que actua na balança;
L = comprimento humedecido;
 = ângulo de contacto.
A placa é constituída por platina rugosa, facilmente humedecida, o que assegura um ângulo de
contacto, , de aproximadamente 0º (cos  =1). Assim, pela equação 4, o cálculo da tensão
superficial apenas requer o conhecimento da força medida e do comprimento da placa utilizada
na medição.
Ao contrário do método do anel, não é necessário fazer correcções para os valores obtidos com
o método da placa de Wilhelmy nem é necessário conhecer as massas volúmicas dos líquidos.
Calibração de tensiómetros
No LPL a calibração de tensiómetros é efectuada por método comparativo, sendo o tensiómetro
a calibrar ensaiado simultaneamente com o tensiómetro padrão, utilizando os mesmos líquidos,
à mesma temperatura. Deste modo garante-se que ambos os tensiómetros são ensaiados nas
mesmas condições ambientais.
Laboratório de Tensão Superficial
Tensiómetro padrão K100 MK2 da Kruss / Medição da tensão superficial pelo método do anel de DuNoüy