" A partir do início dos últimos 50 anos desenvolveu-se um ramo da ciência inteiramente novo que se ocupa em especial das propriedades das superfícies delimitantes ou fronteira e das superfícies exteriores ou envolventes. Este ramo da ciência é universalmente conhecido por “Surface Science”, ou em português, ciência das superfícies. Nele desaparece quase por completa a fronteira entre a química e a física.
A designação de fase dá-se a uma região no interior da qual não se verifica qualquer alteração repentina do valor de qualquer grandeza física. Na fronteira de fase, pelo contrário, o valor das constantes físicas devia alterar-se de forma descontínua. A figura 1, mostra o modelo de uma fronteira de fase ou interface sólido/vapor ou líquido/vapor.
Figura n.º1 - Modelo de fronteira de fase
À manifestação das forças de atracção que mantêm as moléculas juntas no estado em que se encontram (líquido ou solido) dá-se o nome de tensão superficial; é devido a estas forças que as gotas de um determinado líquido tendem a assumir uma forma esférica, uma vez que é nessa forma que a razão superfície volume é menor, ou seja a área superficial é menor.
As forças que se estabelecem entre as moléculas da superfície e as moléculas da fase líquida são superiores às forças de atracção que se estabelecem entre as moléculas superficiais e as da fase gasosa, uma vez que as moléculas do estado gasoso se encontram muito afastadas entre si no espaço. Logo, podemos concluir que as forças sentidas na interface líquido-vapor ocorram no sentido do interior do líquido. Assim, podemos dizer que os líquidos que possuem maiores tensões superficiais têm também maiores forças intermoleculares. Pode visualizar-se a tensão superficial como a força exercida por unidade de comprimento por uma película virtual que separa as duas fases, actuando paralelamente à superfície da interface.
Agentes tensioactivos (surfactantes), são compostos que podemos encontrar entre as mais versáteis substâncias químicas e são usados em várias áreas, incluindo cinética química bem como química membranar em bioquímica. Podemos encontrar surfactantes em vários produtos de uso diário e fácil aquisição, como fármacos, sabonetes, detergentes e até lubrificantes para motores.
O surfactante a estudar neste trabalho será o CTAB12, composto tensioactivo (vulgarmente chamados de sabões ou detergentes) com a forma:
com n-1 = 12
um composto tensioactivo apresenta uma região polar (ou hidrofílica) e outra apolar (ou hidrofóbica), a região apolar é normalmente uma cadeia hidrocarbonada flexível ou grupos hidrofóbicos aromáticos. A outra parte (polar), pode ter cargas positivas (como o SDS) ou negativas (como o CTAB), também podem ser não iónicos (como o TX-100), (ver as suas estruturas em anexo I). Esta natureza dual é responsável pelo fenómeno de surfactante e da sua micelização e solubilização. A adição de um surfactante à água origina um decréscimo do valor da tensão superficial na solução, sendo esta descida proporcional à quantidade de detergente adicionada, até que se atinja um patamar, denominado de Concentração Micelar Crítica (CMC), este patamar significa que a tensão superficial da solução passa a ter um valor constante. A redução da tensão superficial prende-se com o facto de as moléculas de detergente se situarem preferencialmente na superfície do líquido, devido à sua região hidrofóbica, ficando ligadas ao líquido pela sua região polar. Estas propriedades resultam na diminuição das forças atractivas entre as moléculas que se situam na interface líquido-vapor e as moléculas do líquido. Estas moléculas são adsorvidas positivamente na interface. À medida que se aumenta a concentração de detergente, deixa de haver espaço na superfície do líquido para mais moléculas, tendo estas de migrar para o interior do líquido, onde formam micelas, que são estruturas globulares em que as moléculas se dispõem com a zona hidrofóbica para o interior e a zona hidrofílica para o exterior, ou seja para o solvente. É à concentração a que se dá este fenómeno que se dá o nome de concentração micelar crítica.
A concentração micelar crítica é dependente do tamanho das cadeias, quanto maior a cadeia apolar menor o seu valor, e também depende da natureza e concentração dos contra-iões que existem em solução.
Figura n.º 2 – Situação representativa da CMC
Existem diversos métodos que permitem proceder à determinação do valor da tensão superficial , entre os quais o método do anel, no qual se baseia o tensiómetro usado (Ver figura 3). Este é um método rápido mas não muito preciso pois depende muito do operador.
Figura n.º 3 - Foto da montagem do tensiómetro utilizado - Tensiómetro de Du Nüoy
Este método baseia-se na força que é necessária exercer sobre um anel de platina para o arrancar da superfície de um líquido; líquido este que se encontra num recipiente termoestatizado, e com diâmetro cerca de três vezes superior ao do anel (isto para que a curvatura da superfície livre do líquido possa ser considerada desprezável). A determinação da tensão superficial é conseguida usando-se uma balança muito parecida com uma balança de pratos, em que um deles foi substituído por um anel de platina, e no outro prato é onde se colocam os pesos, que permitem, quando determinado peso é atingido, soltar o anel da superfície do líquido. Antes do anel se libertar ocorre a formação de um filme cónico (ou menisco) de solução. É então a partir deste peso que se calcula a tensão superficial, usando-se a expressão:
As massas calibradas encontram-se em anexo 2.
Para que os valores obtidos usando este método sejam credíveis é necessário ter em conta os seguintes factores: o anel deve ser cuidadosamente limpo entre cada medição, e deve-se encontrar em posição paralela à superfície do líquido e centrado no recipiente que contém o líquido, a superfície do líquido não deve ser perturbada durante a medição de modo a evitar movimentos ondulatórios.
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Retirado da Introdução Teórica de um relatório meu de uma cadeira do 3º ano da Faculdade (faltam as imagens que davam muito trabalho a colocar aqui). Se quiseres saber mais posso colocar o relatório on-line.