Tensão interfacial: definição, equação, unidades e medida - Ciência - 2023

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o tensão interfacial (γ) é a força líquida por unidade de comprimento que é exercida na superfície de contato entre uma fase (sólida ou líquida) e outra (sólida, líquida ou gasosa). A força resultante é vertical à superfície de contato e é direcionada para o interior das fases.

Quando uma das fases é um gás, geralmente é chamada tensão superficial. As fases em contato são imiscíveis, ou seja, não podem se dissolver juntas para formar uma solução. A região de contato entre as fases é uma superfície de separação geométrica chamada interface. A tensão interfacial é devida às forças intermoleculares presentes na interface.

A tensão interfacial desempenha um papel importante em muitos fenômenos interfaciais e processos, como produção de emulsão e produção de óleo.

Definição

As propriedades da interface não são iguais às propriedades dentro das fases em contato, pois diferentes interações moleculares se manifestam porque naquela região existem moléculas que pertencem a uma fase e a outra.

As moléculas dentro de uma fase interagem com moléculas vizinhas, que têm propriedades semelhantes. Consequentemente, a força interna líquida é zero porque as interações atrativas e repulsivas são as mesmas em todas as direções possíveis.

As moléculas que estão na superfície entre as duas fases são rodeadas por moléculas da mesma fase, mas também por moléculas vizinhas da outra fase.

Nesse caso, a força resultante não é zero e é direcionada para o interior da fase em que há maior interação. O resultado é que o estado de energia das moléculas na superfície é maior do que o estado de energia dentro da fase.

A força resultante atuando para dentro por unidade de comprimento ao longo da interface é a tensão interfacial. Devido a essa força, as moléculas tendem espontaneamente a minimizar a energia, minimizando a área de superfície para cada unidade de volume.

Definição baseada em trabalho e energia

Para atrair uma molécula de dentro para a superfície, é necessário que as forças que atuam na molécula excedam a força resultante. Em outras palavras, é necessário trabalho para aumentar a superfície interfacial.

Quanto maior for a força intermolecular resultante, maior será o trabalho a ser realizado e maior será a entrada de energia. Por esse motivo, a tensão interfacial também é definida em função do trabalho ou da energia, conforme mencionado a seguir:

A tensão interfacial é o trabalho necessário para criar uma área de unidade na interface. Da mesma forma, a tensão interfacial é definida como a energia livre necessária por unidade de área criada.

Equação e unidades de tensão interfacial

A equação da tensão interfacial em função da força intermolecular líquida é:

γ = F / 2l [1]

F = Força líquida

eu = comprimento da interface

O número 2 que aparece na equação [1] significa que existem duas superfícies, uma para cada face da interface.

A tensão interfacial em função do trabalho necessário para gerar uma unidade de área superficial é expressa pela seguinte equação:

γ = W / ΔA [2]

W = Trabalho

ΔA = Aumento da área de superfície

A criação da área interfacial é acompanhada por um aumento na energia livre de formação.

γ = ΔE/ΔA [3]

ΔE = Energia de formação da interface

As unidades de tensão interfacial no sistema internacional são N / m ou Joules / m². Dyn / cm ou mN / m também é comumente usado.

Dependência da temperatura

Um dos principais fatores que afetam a tensão interfacial é a temperatura. Conforme a temperatura aumenta, as forças de interação diminuem, como conseqüência disso, a força resultante que contrai a superfície também diminui causando uma diminuição na tensão interfacial.

Se a temperatura continuar aumentando, chegará um momento em que a tensão interfacial desaparecerá e não haverá mais nenhuma superfície de separação entre as fases. A temperatura na qual a tensão interfacial desaparece é chamada de temperatura crítica (t_c).

A razão pela qual a tensão interfacial diminui é que conforme a temperatura aumenta, a energia cinética aumenta devido ao aumento no movimento térmico das moléculas.

Medição da tensão interfacial

Existem diferentes métodos de medição experimental da tensão interfacial, entre os quais o mais adequado pode ser escolhido de acordo com as propriedades características das fases em contato e as condições experimentais.

Esses métodos incluem o método da placa Wilhelmy, o método do anel Du Nouy, o método da gota pendente e o método da gota giratória.

Método de placa Wilhelmy

Consiste na medição da força descendente exercida pela superfície de uma fase líquida sobre uma placa de alumínio ou vidro. A força resultante exercida na placa é igual ao peso mais a força de tração. O peso da placa é obtido por uma microbalança sensível à torção fixada na placa por um dispositivo.

Método de anel Du Nouy

Neste método, a força para separar a superfície de um anel metálico de uma superfície líquida é medida, certificando-se de que, antes da medição, o anel está completamente submerso no líquido. A força de separação é igual à tensão interfacial e é medida com uma balança de alta precisão.

Método pendente

Este método é baseado na medição da deformação de uma gota pendurada em um capilar. A queda é mantida em equilíbrio enquanto está pendurada porque a força de tração é igual ao peso da queda.

O alongamento da gota é proporcional ao peso da gota. O método é baseado na determinação do comprimento de alongamento da gota devido ao seu peso.

Método de queda rotativa

O método de gota rotativa é muito útil para medir tensões interfaciais muito baixas que são aplicadas ao processo de produção de emulsão e microemulsão.

Consiste em colocar uma gota de um líquido menos denso dentro de um tubo capilar preenchido com outro líquido. A queda é submetida a uma força centrífuga devido a um movimento rotativo, com grande velocidade, que alonga a queda no eixo e se opõe à força de tração.

A tensão interfacial é obtida a partir das dimensões da forma geométrica da gota, sendo deformada, e da velocidade de rotação.

Referências

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