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.
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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
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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.
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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...
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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
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Vejamos o que sucede com
óleo, em vez de detergente
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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
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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
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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
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