Aula 7 Líquidos2011

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Líquidos

Características

• Moléculas próximas, porém desorganizadas • Assumem a forma do recipiente

• Não se expandem ao encher o recipiente • São virtualmente não compressíveis • Fluem rapidamente

• Difusão ocorre lentamente

Líquidos

As moléculas de líquidos são mantidas tão próximas quanto as moléculas de sólidos;

Não de forma tão rígida que não possam deslizar umas sobre as outras.

Líquidos

Forças que unem átomos e moléculas nos líquidos (e sólidos moleculares):

forças intermoleculares (exceto: Hg)

– Ligação de hidrogênio – Dipolo – dipolo

– Forças de dispersão de London Classificação – Molecular polar – Molecular apolar – Atômico

Líquidos

Propriedades

• Difusão

• Viscosidade

• Tensão superficial

• Evaporação

Líquidos

Difusão

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Difusão

As velocidades de difusão de um líquido tendem a ser intermediárias entre as dos sólidos e as dos gases.

O contato íntimo e próximo entre as moléculas de um líquido limitam até um certo ponto sua capacidade de se mover.

Essa característica é responsável pela relativa lentidão em que um líquido se difunde através de outro.

Ex.: Uma gota de leite pingada em café preto.

É possível observar perfeitamente o leite difundindo-se lentamente no café, e só efetivamente formando uma mistura de cor única após bastante tempo, se não houver agitação.

Difusão

Movimento browniano

É o movimento aleatório de partículas macroscópicas num líquido como conseqüência dos choques das moléculas do líquido nas partículas.

Pode ser observado quando luz é incidida em lugares muito secos, onde macropartículas "flutuam" em movimentos aleatórios (poeira)

Difusão

Movimento browniano

O botânico Robert Brown (1827) - primeiro a observar esse movimento.

Achou se tratar de uma nova forma de vida, pois ainda não se tinha completa ciência da existência de moléculas, e as partículas pareciam descrever movimentos por vontade própria.

Albert Einstein (1905) - explicou corretamente esse movimento, propondo que a energia fosse constituída de moléculas.

Viscosidade

Resistência de um líquido ao

escoamento

• O líquido flui através do deslizamento das moléculas umas sobre as outras.

• A molécula encontra certa resistência ao se deslocar no campo de energia potencial de suas vizinhas. • Quanto maior a molécula, maior essa resistência.

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• Aumento das forças inter-moleculares:

aumento da viscosidade

• Aumento de T:

diminuição da viscosidade

• Aumento de P:

aumento da viscosidade (gasosos)

Viscosidade

Material viscosidade (Pa·s)

álcool etílico 0,248 × 10-3 acetona 0,326 × 10-3 metanol 0,597 × 10-3 álcool propílico 2,256 × 10-3 benzeno 0,64 × 10-3 água 1,0030 × 10-3 nitrobenzeno 2,0 × 10-3 mercúrio 17,0 × 10-3 ácido sulfúrico 30 × 10-3 óleo de oliva 81 × 10-3 oleo de rícino 0,985 glicerol 1,485 polímero derretido 103 piche 107 vidro 1040

Viscosidade

Gasosos viscosidade (Pa·s)

hidrogênio 8,4 × 10-6

ar 17,4 × 10-6

xenônio 21,2 × 10-6

Viscosidade

Viscosidade de óleos

Classificação da SAE (Society of Automotive Engineers) para Óleos

Multiviscosos reúne graus de óleos de inverno e de verão Números que aparecem nas embalagens dos óleos automotivos

(30, 40, 20W/40, etc.) correspondem a viscosidade a 100°C: 0W até 25W - Escala de baixa temperatura 25W até 60W - Escala de alta temperatura “W” significa “Winter” e faz parte do primeiro número Quanto maior o número, maior a viscosidade, para o óleo suportar

maiores temperaturas

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Viscosidade de óleos

Óleo do tipo monograu (o Lubrax MG-1) só pode ser classificado em um tipo escala (MG-1 apresenta os graus 20W, 30, 40 ou 50) Óleo com um índice de viscosidade maior pode ser enquadrado nas duas faixas de temperatura por apresentar menor variação

de viscosidade em virtude da alteração da temperatura Óleo multigrau SAE 20W/40 se comporta a baixa temperatura como óleo 20W, reduzindo o desgaste na partida fria do motor

e em alta temperatura se comporta como óleo SAE 40 (uma ampla faixa de utilização)

Tensão superficial

• Moléculas da superfície são atraídas apenas para o interior do líquido

• Moléculas internas do líquido são atraídas igualmente pelas suas vizinhas

Tensão superficial

Energia necessária para aumentar a área superficial do líquido

•forças de coesão ligam as moléculas entre si •forças de adesão ligam as moléculas à superfície

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Tensão superficial

Líquido (25o_C) _₍₁₀-3_N/m) Hexano 18,4 Metanol 22,6 Etanol 22,8 Benzeno 28,9 Óleo de oliva 33,1 Glicerina 59,4 Água 72,8 Mercúrio 472,0 Água: 58,0 (100o_C)

Tensão superficial

Ação capilar

Quando um tubo de vidro estreito (capilar) é colocado na água, a tensão superficial força a ascensão da água para o topo do tubo.

W = γ. l2_{(trabalho superficial) = F. l}

γ = F / l = mg / l ou γ. 2πR = mg = dVg = πR2_{hdg =}_½dgRh

mg

γ

Menisco é a forma da superfície do líquido

Se Fadesão > Fcoesão

– moléculas da superfície do líquido são atraídas pelo recipiente mais do que as outras moléculas – menisco tem formato de U

Se Fadesão < Fcoesão

– moléculas da superfície do líquido são atraídas pelo recipiente mais do que as outras moléculas – menisco tem formato de ∩

Tensão superficial

Tensoativos (surfactantes): substâncias que

diminuem a tensão superficial ou influenciam a superfície de contato entre dois líquidos

Quando utilizados na tecnologia doméstica são geralmente chamados de emulgentes (substâncias que formam ou mantêm a emulsão).

Tensão superficial

Um tensoativo reduz a tensão superficial da água, permitindo que a sujeira possa ser removida facilmente através da formação de micelas

Tensão superficial

Linear Aquil Benzeno Sulfonatos: tensoativos aniônicos mais utilizados Detergentes:

Geralmente sais de ácido sulfônicos aromáticos com longa cadeia carbônica: dodecil-benzeno-sulfonato de sódio

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Evaporação

Algumas moléculas na superfície do líquido têm energia suficiente para escaparem da atração entre as demais moléculas

• Essas moléculas se movimentam para uma fase gasosa;

• À medida que aumenta o número de moléculas na fase gasosa, algumas moléculas atingem a superfície e retornam ao líquido;

• Após algum tempo, a pressão gasosa (pressão de vapor) será constante à determinada temperatura.

Evaporação

• Equilíbrio termodinâmico: o ponto em que a velocidade de escape da superfície das moléculas é igual à velocidade de retorno ao líquido. • Apressão de vapor é a pressão exercida quando

o líquido e o vapor estão em equilíbrio dinâmico, a determinada T.

Evaporação

Pressão do vapor da água

Temperatura (o_{C) Pressão de vapor (mmHg)}

0 4,58 5 6,54 10 9,21 15 12,79 20 17,54 25 23,76 26 25,20 27 26,70 28 28,30 29 30,00 30 31,82 40 55,32 50 92,51

Pressão do vapor

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Volatilidade, pressão de vapor e temperatura

• Se o equilíbrio não for estabelecido, o líquido continua evaporando

• Substâncias mais voláteis evaporam rapidamente • Quanto mais alta for a temperatura:

 maior a energia cinética média das moléculas  maior a evaporação

 maior a pressão de vapor

Pressão do vapor

Volatilidade, pressão de vapor e temperatura

Distribuição de velocidades de Maxwell

Pressão do vapor

Equação Clausius-Clapeyron

Relaciona a pressão (P), entalpia de vaporização (ΔHvap) e

temperatura (T)

lnP = (- DH_vap / R T) + C (equação de reta) • R (8.3145 J mol-1_K-1₎

• C constante

Pressão do vapor

Equação Clausius-Clapeyron

A vaporização dos líquidos obedece ao mesmo comportamento:

aumento de T  aumento da evaporação Entre as temperaturas T₁ e T₂, as pressões de

vapor P₁ e P₂ podem ser obtidas por

Pressão do vapor da água

Líquido Teb (K) a 1atm ΔHovap (kJ/mol)

acetona 329,4 29,1 água 373,2 40,7 amônia 239,7 23,4 benzeno 353,2 30,8 etanol 351,5 43,5 mercúrio 629,7 59,3 metano 111,7 8,2 metanol 337,8 35,3

Pressão de vapor e ponto de ebulição

• Os líquidos entram em ebulição quando a pressão de vapor se iguala à pressão externa.

• A temperatura do ponto de ebulição aumenta à medida que a pressão externa aumenta.

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Pressão do vapor

Volatilidade, pressão de vapor e temperatura Pressão de vapor e ponto de ebulição

Duas maneiras de levar um líquido à ebulição:

aumentar a temperatura ou diminuir a pressão.

• As panelas de pressão operam a alta pressão. • À alta pressão, o ponto de ebulição da água é maior

do que 100o_C.

• Temperatura mais alta, menor o tempo de cozimento.