Definição de tensão interfacial, equação, unidades e medição

O tensão interfacial (γ) é a força líquida por unidade de comprimento que é exercida na superfície de contato entre uma fase (sólida ou líquido) e outra (sólida, líquido ou refrigerante). A força líquida é vertical para a superfície de contato e é direcionada para as fases.

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

Forças entre moléculas de um líquido em contato com o ar [de Booyabazooka (https: // Commons.Wikimedia.Org/wiki/arquivo: wassermolek%c3%bcleint%c3%b6pfchen.Svg)]]

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

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Definição

As propriedades da interface não são iguais às propriedades dentro das fases em contato, porque diferentes interações moleculares se manifestam porque nessa 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 líquida interna é nula porque as interações atraentes e repulsivas são iguais em todas as direções possíveis.

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

Nesse caso, a força líquida não é nula e é direcionada para a fase em que há maior interação. O resultado é que o estado energético das moléculas na superfície é maior que o status da energia dentro da fase.

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A força líquida que age em direção ao interior 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 da superfície para cada unidade de volume.

Definição com base no trabalho e energia

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

Força necessária para aumentar a região interfacial. (https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/arquivo: Surface_Growing.Png)

Quanto maior a maior força intermolecular é o trabalho a ser feito e maior a entrada de energia. Por esse motivo, a tensão interfacial também é definida de acordo com o trabalho ou com base na energia, como mencionado abaixo:

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

Equações e unidades de tensão interfacial

A equação da tensão interfacial, dependendo da força líquida intermolecular 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, dependendo do trabalho necessária para gerar uma unidade de área de superfície, é expressa pela seguinte equação:

γ = W/ΔA          [2]

C = Trabalho

ΔA = Aumento da área de superfície

A criação da área interfacial é acompanhada por um aumento no treinamento de energia livre.

γ = ΔE/ΔA          [3]

ΔE = Energia de formação de interface

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As unidades de tensão interfacial no sistema internacional são N/M ou Joules/M². Também geralmente é usado dynas/cm ou mn/m.

Dependência da temperatura

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

Tensão superficial, dependendo da temperatura da água [(https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/arquivo: temperatura_dependence_surface_tenion_of_water.Svg)]]

Se a temperatura ainda estiver aumentando, chegará um momento em que a tensão interfacial será cancelada e não haverá superfície de separação entre as fases. A temperatura na qual a tensão interfacial é cancelada é chamada de temperatura crítica (t_c).

A razão pela qual a tensão interfacial diminui é que, quando a temperatura aumenta a energia cinética devido ao aumento do movimento térmico das moléculas.

Medição da tensão interfacial

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

Entre esses métodos estão o método de placa Wilhelmy, o método do anel du Nouy, ​​o método de queda pendente e o método de queda rotativa.

Método da placa Wilhelmy

Consiste em medir a força descendente que exerce a superfície de uma fase líquida em uma placa de alumínio ou vidro. A força líquida exercida na placa é igual ao peso mais a força de tensão. O peso da placa é obtido por meio.

Método do anel du Nouy

Neste método, a força é medida para separar a superfície de um anel de metal de uma superfície líquida, garantindo que antes de medir, o anel seja completamente submerso no líquido. A força de separação é igual à tensão interfacial e é medida usando um equilíbrio de alta precisão.

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Método de queda pendente

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

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

Método de queda de inclinação [por Urocyon (https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/arquivo: pinging_drop_test.Svg)]]

Método de queda rotativa

O método de queda rotativo é muito útil para medir tensões interfaciais muito baixas que se aplicam ao processo de produção de emulsões e microemulsões.

Consiste em colocar uma gota de um líquido menos denso dentro de um tubo capilar cheio de outro líquido. A queda é submetida a uma força centrífuga devido a um movimento de rotação, com grande velocidade, que aumenta a queda no eixo y e se opõe à força de tensão.

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

Referências

1. Tadros, T f. Aplicar surfactantes. Berkshire, Reino Unido: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2005.
2. Van oss, c j. Forças interfaciais em mídia aquosa. Florida, EUA: Taylor & Francis Group, 2006.
3. Figura, L e Teixeira, um. Física de Alimentos: Propriedades Físicas - Medição e Aplicações. Alemanha: Springer, 2007.
4. Anton de Salager, R e. Tensão interfacial. Mérida: FIRP - Universidad de Los Andes, 2005.
5. Speight, J G. Manual de Análise de Produto de Petróleo. Nova Jersey, EUA: Jhon Wiley & Sons, 2015.
6. Adamson, W e Gast, um P. Química física de superfícies . EUA: John Wiley & Sons, Inc. , 1997.
7. Blunt, M J. Fluxo multifásico em média permeável: uma perspectiva em escala de poros. Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press, 2017.