relatório tensão superficial

5/28/2018 relat rio tens o superficial

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Marcilene Rocha dos Santos

Oswaldo Borelli Jr.

Vanessa Biassio

Wagner Scheidt

Laboratrio de Engenharia Qumica I

Coeficiente de tenso superficial

Telemaco Borba

08/11/2010


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Marcilene Rocha dos Santos

Oswaldo Borelli Jr.

Vanessa Biassio

Wagner Scheidt

Laboratrio de Engenharia Qumica I


Relatrio referente disciplina

de LAB I, referente ao 6 Perodo do

Do curso de Eng. Qumica, ministrado

pela professora Rubiane G. Marques e

desenvolvido pelos alunos: Marcilene

Rocha dos Santos, Oswaldo Borelli Jr.,

Vanessa Biassio, Wagner Scheidt.

Telemaco Borba

08/11/2010


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Resumo:

Experimento realizado pelos alunos Marcilene Rocha dos Santos, Oswaldo Borelli,Vanessa Biassio, Wagner Scheidt, onde se abordou conceitos envolvendo a

tenso suferficial de siferentes lquidos, e experimentalmente buscaram-se aplicare indentificar estes conceitos.

Atravs dos resultados obtidos, analizou-se graficamente, e comparou-se osdiferentes resultados para as diferentes amostras analizadas.

Estes resultdos, com o ituito de comprovar sua veracidade foram comparados comdados j tabelados.


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Sumrio

1. Objetivos do experimento..........................................................52. Fundamentao terica..............................................................53. Materiais e mtodos...................................................................84. Resultados e anlise dos resultados..........................................95. Concluses...............................................................................116. Referncias bibliogrficas.........................................................12


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1. Objetivos do experimento:

Apresentar ao aluno os conceitos de tenso superficial de um lquido e ensin-lo a encontrar o valor do coeficiente de tenso superficial, e verificar os fatoresque influem neste;

Tornar o aluno capaz de identificar a tenso superficial de um lquido; medir atenso superficial da gua e de outros lquidos e compar-las; identificar osfatores que influem na tenso superficial de um lquido.

2. Fundamentao terica

Tenso superficial:

As foras intermoleculares nos lquidos so diretamente responsveis porfenmenos de capilaridade tais como a subida de lquido em tubos capilares, a

completa umidificao de uma toalha quando uma ponta fica mergulhada nagua. Podemos citar tambm fenmenos de superfcie tais como uma agulhaque flutua sobre a superfcie da gua, muito embora sua densidade seja muitomaior do que a da gua, e a caminhada dos insetos sobre superfcies lquidas,estes violando aparentemente o teorema de Arquimedes.

Consideremos um lquido em equilbrio com seu vapor. Uma molcula nointerior do lquido solicitada radialmente e, em mdia, igualmente em todas asdirees, pelas foras de atrao das molculas vizinhas, de modo que estasforas esto perfeitamente balanceadas.

Figura1: Energias no interior de uma molcula

Em geral, esta atrao efetiva apenas por uma distncia d, chamada de

alcance molecular, cujo valor da ordem de 10

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cm.Para uma molcula que se encontra a uma distncia da superfcie do lquidomenor do que d, as foras sobre ela se tornam desbalanceadas, j que umhemisfrio com esse raio, abaixo dela, est preenchido totalmente commolculas que a atraem, e o hemisfrio acima dela, por se estender alm dasuperfcie do lquido, est preenchido apenas parcialmente com molculas quea atraem.

Para uma molcula exatamente na fronteira do lquido, o desbalanceamentodas foras mximo. Assim, existe uma forte tendncia de as molculas quese encontram dentro de uma camada superficial de espessura d ser puxadapara o interior do lquido e por isso a superfcie do lquido tende a se contrair

espontaneamente nesta direo.Se um lquido tem uma interface com o seu prprio vapor, as molculas dacamada superficial esto submetidas a uma fora dirigida para o interior do


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lquido.Se uma molcula da camada superficial se move para o interior do lquido,

esta fora realiza um trabalho positivo sobre ela. E se uma molcula se movedo interior do lquido para a camada superficial, esta fora realiza um trabalho

negativo sobre ela.Assim, a superfcie de um lquido pode ser aumentada se certo nmero demolculas passa do interior do lquido para a camada superficial e isso podeacontecer pela realizao de trabalho externo. E a diminuio da superfciepermite a realizao de trabalho para o exterior.

Sendo DA uma variao muito pequena na rea da superfcie de um lquido(a temperatura constante), o trabalho da fora dirigida para o interior pode serescrito:

W = - y DA (eq.1 - trabalho para o interior de uma molcula)

definindo o coeficiente de tenso superficial ou, simplesmente, a tensosuperficial, y, do lquido, para caracterizar as propriedades da camadasuperficial.

As molculas da camada superficial do lquido tm energia potencialmaior do que as molculas do interior, energia esta que resulta do trabalhorealizado pelas foras de atrao exercidas pelas molculas do interior dolquido sobre as que se deslocam para a superfcie.

E como qualquer sistema em equilbrio est no estado, dentre os possveis,para o qual a sua energia mnima, um lquido em equilbrio deve ter a menorrea superficial possvel, ou seja, devem existir foras agindo no sentido de

reduzir esta rea.Um lquido se comporta, portanto, como se existissem foras tangentes superfcie, chamadas foras de tenso superficial, e o coeficiente g pode serpensado como a fora de tenso superficial por unidade de comprimento.

Por outro lado, com raras excees, a tenso superficial decresce com oaumento da temperatura. Com maior energia cintica, as molculas passammenos tempo prximas umas das outras e as foras intermoleculares perdemeficincia.


Podemos determinar energia superficial devida a coeso mediante o

dispositivo da figura.

Figura 2: Variao da tenso superficial


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A figura 2 nos mostra um esquema em que uma lmina de sabo ficaaderida a um arame dobrado em duplo ngulo reto e a um arame deslizanteAB. Para evitar que a lmina se contraia por efeito das foras de coeso, necessrio aplicar uma fora F ao arame deslizante.

A fora F independente do comprimentoxda lmina. Se deslocamos oarame deslizante um comprimento x, as foras exteriores realizam umtrabalho Fx, que ser convertido para incrementar a energia interna dosistema. Como a superfcie da lmina varia em S=2dx(o fator 2 devido aque a lmina tem duas faces), o que supe que parte das molculas que seencontravam no interior do lquido foram transladada para a superfcie recmcriada, com o conseqente aumento de energia.

Chamaram-se y a energia por unidade de rea, verificada que

(equao 2)a energia superficial por unidade de rea ou tenso superficial medido emJ/m2ou em N/m.

A tenso superficial depende da natureza do lquido, do meio que orodeia e da temperatura. Em geral, a tenso superficial diminui com atemperatura, j que as foras de coeso diminuem ao aumentar a agitaotrmica. A influncia do meio exterior compreendida j que as molculas domeio exercem aes atrativas sobre as molculas situadas na superfcie dolquido, contrapondo as aes das molculas do lquido.

Medida da tenso superficial de um lquidoO mtodo de Du Nouy um dos mais conhecidos. Medimos a fora adicionalFque temos que exercer sobre um anel de um determinado material, justo nomomento no qual a lmina de lquido vai se romper.

(equao 3)

Figura 3: Mtodo para medir a tenso superficial


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O lquido colocado em um recipiente, com o anel inicialmentesubmerso. Mediante um tubo que serve de sifo extrado pouco a pouco olquido do recipiente. O dinammetro nos da a fora aplicada at o rompimentoda resistncia do lquido.

Figura 4: comportamento do fluidodurante o experimento.

A figura 4 nos mostra as etapas do experimento, o comeo doexperimento, quando vai se formando uma lmina de lquido, a situao final,quando a lmina compreende unicamente duas superfcies .

3. Materiais e mtodosMateriais

01 trip universal delta com sapatas niveladoras e amortecedoras 01 haste principal de 800 mm 01 suporte com mufa 01 dinammetro de 1N com divises de 0,01N 01 corpo de prova de PVC 01 corpo de prova de alumnio 01 plataforma elevatria 03 bqueres de 600 ml 01 paqumetro Balo volumtrico de 500ml, 250ml, 100ml e 50 ml lcool gua deionizada Detergente Papel toalha

Mtodos

Para verificar a tenso superficial de diferentes lquidos, realizou-se oseguinte experimento:

Utilizou-se amostras de 400 ml de gua deionizada, gua deionizadacom 4 gotas de detergente, lcool puro, mistura de gua com diferentesconcentraes de lcool.

Para verificar-se a influncia do dimetro na tenso superficial de umlquido, utilizou-se o seguinte procedimento:

Colocou-se 300 ml de gua deionizada em um bquer de 600ml, com opaqumetro anotou-se os valores dos dimetros externos e internos do anel dePVC, verificou-se se o anel e pesou-se o anel com o dinammetro.

Suspendeu-se o anel no dinammetro e elevou-se a plataforma com o

bquer at que o anel tocasse a superfcie do liquido. Com o anel em paralelocom a superfcie do lquido, afundou-se o anel cerca de 4 mm. Desceu-selentamente a plataforma, observando-se a indicao do dinammetro, anotou-


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se o valor marcado no dinammetro no exato instante em que o aneldesprendeu-se do lquido.

Calculou-se ento o coeficiente de tenso superficial do lquido, oprocedimento fora realizado com o anel metlico para a gua e com o anel dePVC para os demais fluidos.

4. Resultados e anlise dos resultados

Dados:

Anel de Metal:

Peso: 0,53 g

Di: 45,1 mm= 0, 0451m

De: 48,1 mm = 0, 0481mAnel de PVC:

Peso: 0,47g

Di: 72 mm = 0, 072m

De: 75,1mm 0, 0751 m

Experimento

Fluido: Anel Peso do anel Fora de desprendimento

gua deionizada Metal 0,53N 0,78N

gua deionizada PVC 0,47N 0,83Ngua/detergente PVC 0,47N 0,80N

gua + 50% lcool PVC 0,47N 0, 765 N

gua + 25% lcool PVC 0,47N 0,79N

gua + 10% lcool PVC 0,47N 0,83N

lcool puro PVC 0,47N 0,69N

Calculo do coeficiente de tenso superficial

(equao 3)

Onde (F-P) a fora de desprendimento marcada no dinammetro menos o pesodo anel antes de ticar no lquido.

Substituindo os dados mencionados acima e a fora de desprendimento, paracada amostra de fluido e anel, obtemos:


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Fluido: AnelPeso do anel(N)

Fora dedesprendimento(N) Di (m) De (m)

Coef. de tenso.Superf. (N/m)

gua deionizada Metal 0,53 0,78 0,0451 0,0481 0,85384

gua deionizada PVC 0,47 0,83 0,072 0,0751 0,77901

gua/detergente PVC 0,47 0,8 0,072 0,0751 0,71409

gua + 50% lcool PVC 0,47 0,765 0,072 0,0751 0,63835

gua + 25% lcool PVC 0,47 0,79 0,072 0,0751 0,69245

gua + 10% lcool PVC 0,47 0,83 0,072 0,0751 0,77901

lcool puro PVC 0,47 0,69 0,072 0,0751 0,47606

Grficos

Grafico1: gua deionizada Anel de PVC x Anel de metal

0.74

0.76

0.78

0.8

0.82

0.84

0.86

metal pvc

Coef. de tenso. Superf. (N/m)


0.74

0.76

0.78

0.8

0.82

0.84

0.86

Coef. de despr. Superf.

metal

pvc


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Grafico2: gua deionizada Anel de PVC x Anel de metal

Grfico 3: gua deionizada Anel de PVC x gua/detergente x lcool puro

Grfico 4: gua deionizada Anel de PVC x gua/detergente x lcool puro

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

gua deionizada gua/detergente lcool puro



0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.50.6

0.7

0.8

0.9



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Grfico 5: gua pura x lcool puro x gua e lcool

Grfico 6: gua pura x lcool puro x gua e lcool

5. Concluses

No grfico1 e 2, observamos que a rea de contato do material influencia nocoeficiente de tenso, quanto maior a rea, maior ser o coeficiente;

No grfico3 e 4, observamos o coeficiente de tenso em diferentes meiosaquosos, e sua variao de meio para meio,

No grfico5 e 6, comparamos o coeficiente da gua pura e do lcool puro,observamos que o coeficiente bem maior na gua em relao ao lcool, e que

00.10.20.30.40.50.60.7

0.80.9



0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9



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quanto menor o teor de lcool na gua, maior ser o coeficiente de tensosuperficial.

Comparao com os valores em literatura:

Fonte: Manual de Fsica, Koshkin N. I. , Shirkvich M. G.. Editorial Mir (1975)www.fisica.ufs.br

Tenso superficial dos lquidos 20 C

Lquido (10-3

N/m)gua 72.8

lcool etlico 22.8

Observamos uma diferena extremamente elevada entre os valores obtidosexperimentalmente e os tabelados, podem ter sido ocasionados devido adiferentes condies de ambiente como temperatura, matrias de teste, e aequipamentos laboratoriais de precises diferentes.

6. Referncias bibliogrficas www.fisica.ufs.br data de acesso: 06/11/2010 www.ufsm.br data do acesso: 06/11/2010 Roteiro para as prticas de laboratrio de E.Q
http://www.fisica.ufs.br/http://www.fisica.ufs.br/http://www.fisica.ufs.br/http://www.ufsm.br/http://www.ufsm.br/http://www.fisica.ufs.br/http://www.fisica.ufs.br/

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