Tensão superficial - PowerPoint
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Carlos Corrêa – Tensão superficial Tensão superficial Carlos Corrêa Departamento de Química (FCUP) Centro de Investigação em Química (CIQ) Carlos Corrêa – Tensão superficial Forças atractivas entre moléculas Moléculas polares e ligações de hidrogénio: d+ Atracção d- d+ d+ O-H d- Atracção d- d- Dipolo-dipolo Intermédias (ex. acetona) Ligações de hidrogénio As mais fortes (ex. água) H-O d+ Moléculas apolares (forças de dispersão): Polarização d+ d- Atracção d+ Dipolo instantâneo-dipolo induzido As mais fracas (ex. petróleo) d- Carlos Corrêa – Tensão superficial A intensidade das forças intermoleculares reflete-se nas propriedades físicas das substâncias. De um modo muito geral Maiores forças intermoleculares Maiores pontos de ebulição Maiores viscosidades Maiores energias de vaporização Maiores tensões superficiais Carlos Corrêa – Tensão superficial Superfície livre do líquido .... .... Etc. .... Etc. .... Etc. .... .... Etc. Moléculas na superfície do líquido .... .... Etc. Moléculas no seio do líquido As moléculas da superfície encontram-se atraídas para o interior do líquido; comportam-se como uma película esticada que se estende sobre o líquido. Carlos Corrêa – Tensão superficial É por causa desta película que cobre o líquido que certos insectos podem caminhar sobre a água e certos objectos pequenos podem flutuar, embora sejam mais densos que a água. O clip metálico flutua! Carlos Corrêa – Tensão superficial Os sabões e detergentes, quando adicionados à água, baixam a tensão superficial da solução e conduzem ao afundamento de pequenos objectos suspensos. Clicar Carlos Corrêa – Tensão superficial A tensão superficial é a força por unidade de comprimento que se exerce tangente à superfície do líquido; é a tensão desta membrana superficial. Tensão superficial Resultante Tensão superficial Peso do objecto Se a membrana for cortada, abre... Tensão superficial O peso do objecto é equilibrado pela tensão superficial Carlos Corrêa – Tensão superficial A tensão superficial depende da natureza do líquido e diminui com o aumento da temperatura. Tensão superficial de alguns líquidos (a 20 ºC, expressa em N / m ou J / m2) Mercúrio Água Glicerol Acetona Etanol Hexano Éter etílico 43,6×10-2 7,28×10-2 6,31×10-2 2,37×10-2 2,23×10-2 1,79×10-2 1,70×10-2 Carlos Corrêa – Tensão superficial Note-se que a tensão superficial também se pode exprimir em joules por metro quadrado: N / m = N × m / m × m = J / m2 Dado que as moléculas à superfície do líquido têm um excesso de energia potencial relativamente às do interior, é necessário dispender trabalho (energia) para transportar moléculas do interior para a superfície do líquido e, assim, criar mais área superficial. Assim, a tensão superficial é uma energia de excesso por unidade de área. Carlos Corrêa – Tensão superficial Os hidrocarbonetos saturados, como o hexano, formados por moléculas apolares, têm tensões superficiais muito baixas. Por esta razão, quando colocados sobre a água, conduzem a abaixamento da tensão superficial. Maior tensão superficial Água Menor tensão superficial Água Hexano Carlos Corrêa – Tensão superficial Qual a razão de os sabões e detergentes baixarem a tensão superficial das soluções? Os sabões e detergentes são constituídos por moléculas com uma parte polar (hidrófila) e uma parte apolar (lipófila): Hidrófila Parte apolar Polar Lipófila CH3-CH2-CH2 –CH2-CH2-CH2-CH2...CH2-CH2-CH2-COO¯ CH3-CH2-CH2 –CH2-CH2-CH2-CH2...CH2-CH2-CH2Lipófila Esquematicamente: Amiga dos lípidos... -SO3¯ Sabão Detergente Hidrófila Amiga da água... Carlos Corrêa – Tensão superficial D e polar t e r g(baixa e n t etensão superficial) Camada pouco ÁGUA O detergente baixa a tensão superficial da água A película de água é substituída por uma película apolar ou pouco polar, de baixa tensão superficial Carlos Corrêa – Tensão superficial Clicar Carlos Corrêa – Tensão superficial Clicar Carlos Corrêa – Tensão superficial Vejamos o que sucede com óleo, em vez de detergente Clicar Óleo Água Carlos Corrêa – Tensão superficial Qual a razão de o detergente líquido se espalhar rapidamente sobre a superfície da água, empurrando os fósforos, em contraste com o que sucede com o óleo? Óleo Detergente líquido Carlos Corrêa – Tensão superficial O detergente líquido é uma solução aquosa de detergente, em que as moléculas se encontram agrupadas sob a forma de micelas, com os extremos hidrófilos ligados à agua: H2O H2O – Zona polar H2O H2O H2O H2O Zona apolar H2O H2O – H2O Dissolve as gorduras H2O H2O H2O – H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O Carlos Corrêa – Tensão superficial Quando o detergente é colocado na superfície da água, as micelas desagregam-se e as moléculas de detergente mergulham os seus extremos polares na água: – – – ... ficando os extremos apolares fóra da água, formando uma película orgânica apolar, de baixa tensão superficial. É esta película que, ao estender-se sobre a água, arrasta os fósforos em flutuação. Carlos Corrêa – Tensão superficial Ao óleo falta-lhe aquela “cabeça” polar e, por isso, não se mistura com a água. Óleo Detergente – As forças atractivas entre as moléculas de água são demasiado fortes para permitir que as moléculas de óleo se metam no meio delas. H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O e óleo Água H2O são imiscíveis H2O H2O Carlos Corrêa – Tensão superficial
