Tensão Superficial, Ação Capilar e Viscosidade

Tensão Superficial

As várias FIMs entre moléculas idênticas de uma substância são exemplos de forças coesas. As moléculas dentro de um líquido estão rodeadas por outras moléculas e são atraídas igualmente em todas as direções pelas forças coesas dentro do líquido. No entanto, as moléculas à superfície de um líquido são atraídas apenas por cerca de metade do número de moléculas. Devido às atrações moleculares desequilibradas nas moléculas à superfície, os líquidos contraem-se para assumir uma forma que minimize o número de moléculas à superfície—ou seja, a forma com a área de superfície mínima. Uma pequena gota de líquido tende a assumir uma forma esférica. Isto acontece porque a relação entre a superfície e o volume é mínima em uma esfera. As gotas maiores são mais afectadas pela gravidade, resistência ao ar, interações de superfície, e assim por diante, e como resultado, são menos esféricas.

A tensão superficial é definida como a energia necessária para aumentar a superfície de um líquido ou a força necessária para aumentar o comprimento de uma superfície líquida em uma determinada quantidade. Esta propriedade resulta das forças coesas entre moléculas à superfície de um líquido, e faz com que a superfície de um líquido se comporte como uma membrana de borracha esticada. Entre os líquidos comuns, a água apresenta uma tensão superficial claramente elevada devido às fortes ligações de hidrogénio entre as suas moléculas. Como resultado desta elevada tensão superficial, a superfície da água representa uma “pele relativamente dura“ que pode suportar uma força considerável sem partir. Uma agulha de aço cuidadosamente colocada em água flutuará. Alguns insectos, mesmo que sejam mais densos do que a água, movem-se à sua superfície porque são suportados pela tensão superficial.

Forças de Adesão e Coesão

As FIMs de atração entre duas moléculas diferentes são chamadas forças de adesão. Considere o que acontece quando a água entra em contacto com alguma superfície. Se as forças de adesão entre as moléculas de água e as moléculas da superfície forem fracas em comparação com as forças de coesão entre as moléculas de água, a água não “molha” a superfície. Por exemplo, a água não molha superfícies enceradas ou muitos plásticos como o polietileno. As gotas de água formam-se nestas superfícies porque as forças de coesão dentro das gotas são maiores do que as forças de adesão entre a água e o plástico. A água espalha-se no vidro porque a força de adesão entre a água e o vidro é maior do que as forças de coesão dentro da água. Quando a água é confinada em um tubo de vidro, o seu menisco (superfície) tem uma forma côncava porque a água molha o vidro e sobe no lado do tubo. Por outro lado, as forças de coesão entre os átomos de mercúrio são muito maiores do que as forças de adesão entre o mercúrio e o vidro. O mercúrio, portanto, não molha o vidro, e forma um menisco convexo quando confinado em um tubo porque as forças de coesão dentro do mercúrio tendem a moldá-lo em uma gota.

Ação Capilar

Se uma extremidade de uma toalha de papel for colocada em vinho derramado, o líquido absorve a toalha de papel. Um processo semelhante ocorre em uma toalha de tecido quando a usamos para nos secarmos após um banho. Estes são exemplos de ação capilar—quando um líquido flui por dentro de um material poroso devido à atração das moléculas líquidas para a superfície do material e para outras moléculas líquidas. As forças de adesão entre o líquido e o material poroso, combinadas com as forças de coesão dentro do líquido, podem ser suficientemente fortes para mover o líquido para cima contra a gravidade.

As toalhas embebem líquidos como água porque as fibras de uma toalha são feitas de moléculas que são atraídas para moléculas de água. A maioria de toalhas de tecido são feitas do algodão, e as toalhas de papel são feitas geralmente da polpa de papel. Ambos consistem em moléculas longas de celulose que contêm muitos grupos −OH. As moléculas de água são atraídas para esses grupos −OH e formam ligações de hidrogénio com eles, o que leva as moléculas de H2O para cima com as moléculas de celulose. As moléculas de água também são atraídas umas para as outras, por isso grandes quantidades de água sobem pelas fibras de celulose.

A ação capilar também pode ocorrer quando uma extremidade de um tubo de pequeno diâmetro é imersa em um líquido. Se as moléculas líquidas forem fortemente atraídas pelas moléculas do tubo, o líquido sobe pelo interior do tubo até que o peso do líquido e as forças de adesão estejam em equilíbrio. Quanto menor for o diâmetro do tubo, mais alto sobe o líquido.

Viscosidade

Quando se verte um copo de água ou enche um carro com gasolina, a água e a gasolina fluem livremente. Mas quando se verte xarope em panquecas ou adiciona óleo a um motor do carro, o xarope e o óleo do motor não fluem tão prontamente. A viscosidade de um líquido é uma medida da sua resistência ao fluxo. A água, a gasolina, e outros líquidos que fluem livremente têm uma baixa viscosidade. Mel, xarope, óleo de motor, e outros líquidos que não fluem livremente têm viscosidades mais altas. Podemos medir a viscosidade medindo a taxa à qual uma esfera de metal cai através de um líquido (a esfera cai mais lentamente através de um líquido mais viscoso) ou medindo a taxa à qual um líquido flui através de um tubo estreito (líquidos mais viscosos fluem mais lentamente).

A FIMs entre as moléculas de um líquido, o tamanho e a forma das moléculas, e a temperatura determinam a facilidade com que um líquido flui. Quanto mais estruturalmente complexas forem as moléculas, mais fortes serão as FIMs entre elas e mais difícil será que se movam umas pelas as outras. Os líquidos com estas moléculas são mais viscosos. À medida que a temperatura aumenta, as moléculas movem-se mais rapidamente e as suas energias cinéticas são mais capazes de superar as forças que as mantêm juntas; assim, a viscosidade do líquido diminui.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 10.2: Properties of Liquids.