Qumica das Superfcies e Interfaces Interface lquidogs Valentim

Química das Superfícies e Interfaces ϒ Interface líquido/gás Valentim M. B. Nunes Unidade Departamental de Engenharia – Secção de Química 2017

Química das Superfícies e Interfaces Do ponto vista tecnológico, os processos heterogéneos envolvem superfícies: precipitação, difusão, floculação, efeitos detergentes, etc. Conceito de fase e interface: Fase Interface, Poucas camadas moleculares Fase

Química das Superfícies e Interfaces Tensão superficial

Química das Superfícies e Interfaces Explicação molecular: desequilíbrio nas forças intermoleculares existentes na superfície. Gás Molécula no interior do liquido está sujeita a forças intermoleculares, mas a resultante é nula. R 0 Líquido R=0 Molécula à superfície é “puxada” para o interior

Química das Superfícies e Interfaces Para aumentar a área de superfície é necessário realizar trabalho contra as forças intermoleculares do líquido. O trabalho necessário para alterar a área superficial de uma quantidade infinitesimal d é dada por: O coeficiente é designado tensão superficial (unidades SI: J. m -2 ou N. m-1). A p e T constantes dw = d. G , logo:

Química das Superfícies e Interfaces Os líquidos com forças intermoleculares maiores são aqueles que apresentam maiores tensões superficiais. /m. N. m-1 (T = 293 K) Isopentano 13. 72 Éter etílico 17. 10 Hexano 18. 43 Brometo de etilo 24. 16 Benzeno 28. 86 Tetracloreto de carbono 26. 66 Água 72. 75 Mercúrio 472. 0

Química das Superfícies e Interfaces Não há qualquer distinção fundamental entre superfícies e interfaces, embora seja usual designar a fronteira entre duas fases em que uma delas é gasosa como superfície, e entre duas fases não gasosas como interface. Na interface entre dois líquidos há de novo desequilíbrio nas forças intermoleculares no interior e junto à interface. As forças intermoleculares responsáveis pelas tensões superficiais ou interfaciais incluem as forças de dispersão de London (universais), ligações de hidrogénio e ligação metálica.

Química das Superfícies e Interfaces Tensão interfacial: o ângulo de contacto O desequilíbrio de forças intermoleculares existente na interface líquido/gás e sólido/gás é bastante maior que entre fases condensadas, logo as tensões interfaciais para sistemas de dois líquidos ou sólido/líquido são sempre menores que a maior das tensões superficiais A energia de adesão entre duas fases e é expressa pela equação de Dupré: Numa interface sólido/líquido vem:

Química das Superfícies e Interfaces Considere-se o seguinte sistema: Gás F’’ F F’ líquido sólido F – tensão superficial do líquido, L F’ – tensão interfacial, SL F’’- tensão superficial do sólido, S - ângulo de contacto Condição de equilíbrio (equação de Young): Assim obtém-se (equação de Young-Dupré:

Química das Superfícies e Interfaces

Química das Superfícies e Interfaces Como WLL é 2 L : =0 S = L WSL = WLL Líquido molha totalmente o sólido 0 < < /2 S > SL WLL/2<WSL<WLL Liquido molha parcialmente o sólido /2< < SL 0 < WSL < WLL/2 Sólido dificilmente molhado pelo líquido = SL = L WSL = 0 Líquido não molha o sólido

Química das Superfícies e Interfaces Como consequência da tensão superficial existe uma diferença de pressão através de qualquer superfície curva; considere-se uma gota de líquido ( calote esférica): z Pe Pi a r

Química das Superfícies e Interfaces A existência da tensão superficial impede o líquido de se espalhar por toda a superfície. A pressão exterior (Pe) vai ser inferior à pressão interior (Pi ). No equilíbrio, a resultante das forças que se exercem devido à diferença de pressão, Pi – Pe, terá de igualar as forças devido à , segundo o eixo dos zz (simetria esférica)

Química das Superfícies e Interfaces Equação de Laplace Para superfícies não esféricas (dois raios de curvatura): A equação de Laplace mostra que a pressão no interior de uma superfície curva (lado concavo da interface) é maior que a pressão no exterior (gotas, bolhas, ……)

Química das Superfícies e Interfaces Pressão de vapor de um líquido pressurizado. Pressão do liquido é aumentada em d. P, logo dp representa a variação da pressão de vapor

Química das Superfícies e Interfaces Esta equação mostra que a pressão de vapor aumenta quando a pressão actuando numa fase condensada aumenta! Equação de Kelvin

Química das Superfícies e Interfaces A pressão de vapor de gotas de água com 10 -3 mm a 10 -6 mm é 1. 001 a 2. 95 vezes a pressão de vapor da água “plana”!, impedindo a condensação, e favorecendo a formação de nuvens

Química das Superfícies e Interfaces A tensão superficial da maioria dos líquidos decresce com o aumento de temperatura, sendo bastante baixa próximo do ponto crítico (Excepto Cu e Fe líquidos!) Equação de Eötvos: Ramsay e Shields: k 2. 1 para líquidos normais (benzeno, tetracloreto de carbono, S 2 C, etc…) Katayama: Guggenheim:

Química das Superfícies e Interfaces Capilaridade A tendência dos líquidos para subir num tubo capilar é uma consequência da tensão superficial e designa-se por capilaridade ou ascensão capilar.

Química das Superfícies e Interfaces R 2 r