Fenômenos de superfície

Prof. M.Sc. Cristiane Marques dos Reis

Fenômenos de superfície

Fornecer a capacidade de discutir os principais fundamentos envolvidos

em diferentes interfaces ou superfícies, possibilitando a sua

identificação e quantificação.

Por que estudar superfícies?

Fenômenos de superfícieUma superfície representa uma série de pontos num plano onde termina um material e começa outro. Esta descontinuidade da matéria significa que as propriedades no centro do material não serão necessariamente encontradas na superfície . A fim de entender como as propriedades da superfície diferem das propriedades internas, é preciso considerar algumas das maneiras que as superfícies são definidas e como eles são diferentes da parte central.

Fenômenos de superfície

• Hipótese: A e B coexistem separados por uma interface.Por que as propriedades da superfície diferem do centro?

Na fronteira entre dois materiais , há uma desbalanceamento nas

interações moleculares. Propriedades únicas das superfícies provém o formato esférico da gota,

catálise de superfície.

Fenômenos de superfícieTópicos:• Tensão Superficial• Superfícies Curvas• Capilaridade• Superfícies sólidas• Adsorção Química e física• Isotermas de adsorção• Velocidade dos processos de superfície

Tensão superficial

Tensão superficialNa interior do líquido a força de atração entre as moléculas é distribuída totalmente de modo que o somatório resultante das forças tende a ser zero. Todavia, na superfície, as forças de atração são unicamente entre as moléculas laterais, de modo que essa desigualdade de forças promove uma força resultante denominada tensão superficial.

As forças intermoleculares responsáveis pelas tensões superficiais ou interfaciais incluem as forças de dispersão de London (universais), ligações de hidrogênio e ligação metálica.

Tensão superficial

Imagine um fio de cobre em que se tem um filme líquido entre as limitações. Suponha que desejemos aumentar a área superficial:

Tensão superficial

Tensao superficial =ϒ

A tensão superficial é uma característica do líquido a qual varia com a mudança

de temperatura. O aumento da temperatura propicia uma diminuição

das forças de atração entre as moléculas. Assim, quanto maior a temperatura,

menor a tensão superficial.

Ponto crítico – tensão superficial ????

Tensão superficial

Tensão superficial é muitas vezes chamado de Energia de superfície de Gibbs.

Como trabalho é realizado quando variada a área da superfície. Podemos relacioná-lo com a energia livre

de Gibbs se T e P forem constantes

A tensão superficial atua como uma força contrária ao aumento do líquido.

A unidade SI é Newton/metro, mas pode ser expressa em qualquer outra unidade de Força/comprimento ou

Energia/área.

Voltemos as situações prévias!!!!!• Por que a gota tem o formato esférico?

• Por que alguns insetos conseguem andar na água?

• Por que um gilete ou clipe pode flutuar na água apesar da ação da gravidade?

• Por que alguns líquidos espalham na superfície e outros permanecem como gotas?

Voltemos às situações prévias!!!!!• Por que a gota tem o formato esférico?

• A esfera é o sólido mais compacto. Apresenta a mínima superfície por volume. Assim, caso não haja outra força atuando, as forças de atração das moléculas fazem com ela adquira a mínima superfície possível. Na ausência de gravidade, é o que acontece.

Voltemos às situações prévias!!!!!• Por que alguns insetos conseguem andar na água?• Por que um gilete ou clipe pode flutuar na água apesar da ação da

gravidade?

• Da mesma força que é necessário trabalho para manter a tensão superficial, é necessário trabalho ou energia para atravessar a superfície da água. Se a força não ultrapassa a tensão superficial, eles simplesmente flutuam sobre a água. Qualquer pertubação, quebra essas ligações. Ex.: Surfactantes.• Atividade para casa: Verificar a ação dos surfactantes na tensão superficial.

Medida da tensão superficial termodinamicamente

Consideremos duas fases M1 e M2 e a interface I entre elas.

dU= TdS - pdV

O trabalho pdV na superfície se torna a componente ϒdA, pois não há volume na superfície.

Medida da tensão superficial termodinamicamente

Consideremos duas fases M1 e M2 e a interface I entre elas.

A variação total de energia fica:

Medida da tensão superficial termodinamicamente

Consideremos duas fases M1 e M2 e a interface I entre elas.

Se a entropia e volume do sistema forem constantes dS=0, dV=0 e dU=0. Assim:

EQUAÇÃO DE LAPLACE-YOUNG – RELACIONA A PRESSÃO NA SUPERFÍCIE QUE SEPARA DUAS REGIÕES FLUIDAS.

Medida da tensão superficial termodinamicamente

Consideremos duas fases M1 e M2 e a interface I entre elas.

Se a interface é plana e a superfície B cilíndrica, a área não varia (dA=0). Como dV2 é um valor, implica que p1=p2.

Medida da tensão superficial termodinamicamente

Se a interface não for plana, como na figura a seguir, o deslocamento implicará variação de área quando se muda da interface I para a interface I’, ou seja, mudança de pressão.

Consideremos uma gota esférica nas regiões I e II. A pressão na região I é maior que a pressão na região II.

Medida da tensão superficial termodinamicamente

Quanto maior for o raio de curvatura, menor é a variação de pressão. Gotas esféricas muito pequenas tendem a ter uma variação de pressão também elevada.

Medida da tensão superficial termodinamicamente

Implicações: Eficiência de borrifadores de perfume à desempenho de motores a gasolina.

É mais fácil evaporar um líquido “separando-o” nas menores gotículas possíveis.

Exercício para casa:Qual a variação de pressão através da superfície de uma gotícula de água de raio 0,100 mm? Assuma a tensão superficial da água 72,75 dyn/cm2.

Resposta= 1,455 x 104 dyn/cm2 .

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