O que é tensão superficial

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Tanaka, Hugo Shigueo. Tensão superficial. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/tensao-superficial. Acesso em: 28 de June de 2022.

cavalo

Mamífero da ordem dos perissodáctilos, família dos Equídeos representados, nos dias de hoje, por uma...

A Tensão superficial é um fenômeno físico que cria uma “película” de força na extremidade de um líquido, contraindo-o. Ela é causada pelas diferentes forças de coesão no meio e na e borda de um líquido. É por isso que um pouco de água não se esparrama sobre o vidro e que as gotas são esféricas. Há outros efeitos importantes gerados por esta propriedade!

Neste texto sobre Tensão Superficial, você encontrará:

O que é Tensão Superficial?

A palavra “Tensão” nos remete a uma força, algo que pressiona. Já “superficial” nos faz lembrar de superfície, algo que está nas extremidades. Por isso, uma boa definição de Tensão Superficial é:

Fenômeno que forma uma espécie de película invisível em volta de um líquido, como uma membrana elástica, impedindo que ele se esparrame. Ela surge por causa da desigualdade de forças entre as moléculas de seu interior e da sua superfície. 

Você já observou que, quando um pouco de água cai sobre uma lâmina de vidro, ela não se esparrama? Pois é, a água assume um formato de gota, ou seja, fica juntinha e parece até que é um “sólido mole”.

Isso acontece por causa da Tensão Superficial, um fenômeno físico que acontece em todos os líquidos (em maior ou menor grau) e é capaz de modificar temporariamente o seu comportamento.

Como ela surge?

A Tensão Superficial é mais intensa nos líquidos que possuem altas forças intermoleculares, pois é pela força de coesão que esse fenômeno é causado.

As forças intermoleculares são um jogo de atração entre os átomos que formam uma molécula. São elas que definem as propriedades como ponto de fusão e ebulição. Elas podem ser de três tipos:

• Dipolo-induzido: acontece entre moléculas apolares e polares. (força fraca)
• Dipolo-dipolo: acontece entre moléculas polares. (força média)
• Ligação de Hidrogênio: acontece em moléculas que possuem H ligado a F, O ou N. (força alta)

Nós apenas citamos os tipos de forças para você ter uma noção, mas vamos falar mesmo é da água, uma molécula que possui Ligações de Hidrogênio. A água é uma molécula do tipo H2O, ou seja, é formada pela ligação entre H e O. 

Na química, a valência do H nos diz que ele é positivo, então tende a perder elétrons. Já o O é muito eletronegativo, por isso tem forte tendência a ganhar e atrair ou manter-se perto de outros elétrons.

Observe que uma mesma molécula tem um lado positivo e outro negativo. Isso faz com que várias moléculas de águas se alinhem (os oposto se atraem) e mantenham uma atração muito forte que as une, chamada de Força de Coesão.

Curiosamente, a força de atração na superfície da água é diferente da que ocorre abaixo, no interior do líquido.

As moléculas no meio de um líquido sofrem atração por moléculas vizinhas em todas as direções e sentidos, anulando os efeitos umas sobre as umas. Porém, as moléculas na superfície somente com as moléculas abaixo e ao lado.

Por isso, as moléculas de cima são mais “puxadas” para baixo, já que não tem quem as puxe para cima e equilibre a força. Isso causa a contração do líquido na superfície e por isso dizemos que se forma uma Tensão Superficial, ou seja, uma “película”.

Qual a influência da temperatura?

Temperatura na física é a medida da vibração das moléculas. Com base nisso, podemos dizer que a tensão superficial diminui com o aumento da temperatura.

Isso ocorre porque uma alta agitação das moléculas vai empurrá-las, repelindo e diminuindo as forças de atração.

Consequências e fenômenos da Tensão Superficial da água

A tensão superficial da água é a mais alta dentre todos os líquidos (igual a 7,2 . 109 N. m-1). Por isso, é nela que iremos observar os fenômenos com mais facilidade.

Porém, se pegarmos o mercúrio e o passarmos para o estado líquido, sua tensão superficial será cerca de 7 vezes maior que a água. Ao final, usaremos um exemplo com ele também!

Abaixo, confira os 4 fenômenos que estão bem presentes no nosso dia a dia:

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Insetos andando sobre as águas

Quem é que nunca ficou maravilhado (ou assustado) ao ver um inseto e aranhas andando sobre a água? É a força de coesão da água que a permite sustentar coisas mais densas do que ela.

Esses animais conseguem caminhar ou repousar sobre a água porque há pelos com substância gordurosas em suas patas. Como a gordura é apolar e esses insetos são muito leves, a força de coesão da água (polar) não pode ser rompida ou superada.

Isso também explica o porquê de objetos pequenos (como clipes de papel), não afundarem quando colocados horizontalmente sobre a água. 

Porém, se o colocarmos no sentido vertical, todo o peso do objeto fica concentrado em um único ponto, então será capaz de romper a tensão.

Formato esférico da gota de água

As gotas de água tem um formato arredondado, esférico, justamente por causa da contração na superfície. 

A esfera ocorre porque essa é a forma geométrica em que há menor relação entre área superficial e volume. Ou seja, mantém o menor número de moléculas de água em contato com o ar, pois toda a superfície é contraída em todas as direções.

Capilaridade

A capilaridade é um fenômeno que leva ao desnivelamento do líquido. Em outras palavras, acontece quando a afinidade entre as moléculas do líquido é grande o suficiente para vencer o seu próprio peso. 

Podemos observar esse fenômeno em três casos interessantes:

Busque na sua memória se, na escola, você já fez um experimento assim: colocar dois copos ou baldes, ligados por uma mangueira ou pedaço de papel. Encher somente um dos recipientes com água e ver o que acontece com o outro depois de um tempo.

Lembrou de algo? Se não, vamos te contar o que acontece: o outro recipiente, que estava vazio, acaba se enchendo também.

Isso acontece porque o papel é cheio de fibras em formatos de tubos fininhos. Quando a água de um copo molha o papel ou a parede da mangueira, ela percorre o tubo até a outra extremidade, “puxando” outras moléculas consigo por causa da força entre elas.

Por isso, a água penetra facilmente nos sólidos porosos, já que cada poro se comporta como um tubo estreito. Quanto mais estreito ou maior a quantidade de poros, mais a água sobe e supera seu peso.

Quando um líquido “molha” algo, quer dizer que interagiu com a superfície. Dizemos que surge uma força de adesão que ameniza a força a força de coesão.

Assim, se o líquido molha a parede de um tubo, o líquido sobe nas bordas porque surge uma tração de baixo para cima. A superfície horizontal do líquido fica em um formato côncavo, como um “u” suave.

Observe que ele adere ao vidro porque a coesão foi diminuída, mas não é anulada. Então, toda a superfície é deformada e não há um racha na água.

Porém, se o líquido não molha a parede, como o mercúrio em um tubo de vidro, ocorre o inverso. 

Se você tem costume de degustar vinhos, deve ter notado uma coisa: depois de girar a taça, surgem “lágrimas” na parede. Isso acontece porque dois dos elementos dessa bebida são água e álcool. 

O álcool é polar, está dissolvido na água e tende a evaporar e se separar dela. Porém, a água possui alta força de coesão, então quando um pouco de umidade sobre, vai trazendo mais água consigo. 

Por isso, fica aquele acúmulo de vinho na parede, embora a força da gravidade acabe fazendo com que escorra, imitando o formato de lágrimas.

Os especialistas usam esse princípio para identificar algumas características do vinho: quanto mais álcool, maior a formação de lágrimas e quanto mais devagar escorrer, maior a viscosidade do vinho.

Imiscibilidade

Essa palavra difícil só quer dizer que “água e óleo não se dissolvem”. Quase toda criança já tentou misturar óleo e água em um copo, mas não conseguiu o resultado esperado. 

Isso acontece justamente porque a tensão superficial desses líquidos é muito diferente, pois um é apolar e o outro polar.

O que são Surfactantes?

Surfactante é o nome daqueles compostos que rompem a tensão superficial de um líquido. Os sabões e detergentes são um exemplo disso, por isso que só com eles conseguimos lavar a gordura.

Eles conseguem esse feito por que suas moléculas possuem um lado de boa afinidade com a água (hidrofílico, polar) e outro lado de afinidade com gorduras (hidrofóbico, lipofílico ou apolar).

Assim, eles conseguem romper as duas tensões e unir os interiores de cada composto, permitindo a dissolução.

O surfactante pulmonar, por exemplo, é um líquido que reduz a tensão superficial do alvéolo pulmonar. Por isso, ele é usado para prevenir colapsos respiratórios em pessoas que têm dificuldade em fazer expiração.

Experimento caseiro e simples de Tensão Superficial da água

Veja um experimento simples que pode ser feito em casa: 

• Encha um copo de água.
• Coloque com delicadeza, na horizontal, algum objetivo pequeno e leve (clipe, agulha ou lâmina de barbear).
• Observe que o objetivo não afunda.
• Retire o objeto e o coloque na vertical.
• Observe que o objeto afunda e retire-o novamente.
• Agora, acrescente uma substância surfactante e misture (sabão ou detergente).
• Novamente, coloque o objeto na horizontal e veja-o afundar.

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