Pós-graduação
  1. Química Física  1.1. Termodinâmica  1.1.1. Leis da Termodinâmica  1.1.2. Entalpia e capacidade térmica  1.1.3. Entropia e energia livre  1.1.4. Equilíbrio de Fases  1.1.5. Termodinâmica estatística  1.1.6. Ciclo termodinâmico  1.1.7. Fugacidade e atividade  1.2. Química Quântica  1.2.1. Princípios da mecânica quântica  1.2.2. Equação de Schrödinger  1.2.3. Partícula em uma caixa  1.2.4. Operadores e autovalores  1.2.5. Orbitais atômicos  1.2.6. Teoria do orbital molecular  1.2.7. Teoria de Perturbação  1.2.8. Teoria de ligação de valência  1.2.9. Hibridização e ligação química  1.3. Cinética química  1.3.1. Leis de velocidade e mecanismos de reação  1.3.2. Teoria das colisões  1.3.3. Teoria do estado de transição  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reações em Cadeia e Polimerização  1.3.6. Reações fotoquímicas  1.4. Mecânica estatística  1.4.1. Funções de Partição  1.4.2. Funções de distribuição molecular  1.4.3. Distribuição de Boltzmann  1.4.4. Estatísticas de Bose–Einstein e Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopia  1.5.1. Rotational Spectroscopy  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopia Eletrônica  1.5.4. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear  1.5.5. Espectrometria de Massa  1.5.6. Espectroscopia Raman  1.5.7. Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica  1.6. Química de superfícies e coloidal  1.6.1. Isoterma de absorção  1.6.2. Tensão Superficial e Molhabilidade  1.6.3. Estabilidade Coloidal  1.6.4. Catalysis  1.6.5. Emulsões e micelas  1.7. Eletroquímica  1.7.1. Equação de Nernst  1.7.2. Células eletroquímicas  1.7.3. Condutividade e mobilidade  1.7.4. Guerra  1.7.5. Células de combustível  1.7.6. Eletrólise
  2. Química orgânica  2.1. Mecanismo de Reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de rearranjo  2.1.5. Reações radicais  2.1.6. Reações pericíclicas  2.2. Espectroscopia e determinação estrutural  2.2.1. Espectroscopia UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopia de RMN  2.2.4. Espectrometria de Massas  2.2.5. Cristalografia de Raios X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidade e atividade óptica  2.3.2. Análise estrutural  2.3.3. Isomerismo geométrico  2.3.4. Dynamic Stereochemistry  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reagentes organolítio e organomagnésio  2.4.2. Reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio  2.4.3. Complexos de Metais de Transição  2.4.4. Ligação metal-carbono  2.5. Química dos polímeros  2.5.1. Mecanismo de Polimerização  2.5.2. Características dos Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradável  2.5.4. Polímero condutor  2.5.5. Polímeros Supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Design e desenvolvimento de medicamentos  2.6.2. Farmacocinética e farmacodinâmica  2.6.3. Relações estrutura-atividade  2.6.4. Acoplamento Molecular e Triagem de Medicamentos
  3. Química inorgânica  3.1. Química de coordenação  3.1.1. Teoria do Campo Cristalino  3.1.2. Teoria do campo dos ligantes  3.1.3. Série Espectroquímica  3.1.4. Quelação e estabilidade  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalise por complexos organometálicos  3.2.3. Metalocènicos  3.3. Química bioinorgânica  3.3.1. Metaloproteínas e enzimas  3.3.2. O papel dos metais em sistemas biológicos  3.3.3. Transporte e armazenamento de íons metálicos  3.4. Química do estado sólido  3.4.1. Estruturas Cristalinas  3.4.2. Teoria de bandas dos sólidos  3.4.3. Supercondutores  3.4.4. Defeitos no cristal  3.5. Lantanídeos e Actinídeos  3.5.1. Configuração eletrônica em lantanídeos e actinídeos  3.5.2. Química de coordenação dos lantanídeos  3.5.3. Propriedades Magnéticas dos Lantanídeos
  4. Química Analítica  4.1. Cromatografia  4.1.1. Cromatografia Gasosa  4.1.2. Cromatografia Líquida de Alta Performance  4.1.3. Cromatografia em Camada Delgada  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopia de absorção atômica  4.2.2. Difração de raios X  4.2.3. Espectroscopia de plasma acoplado indutivamente  4.3. Métodos Eletroanalíticos  4.3.1. Potenciometria  4.3.2. Voltametria  4.3.3. Colometria  4.4. Espectrometria de Massa  4.4.1. Técnica de Ionização  4.4.2. Padrão de Fragmentação  4.5. Quimiometria  4.5.1. Análise multidisciplinar  4.5.2. Aprendizado de Máquina em Química
  5. Química Teórica e Computacional  5.1. Simulação de dinâmica molecular  5.1.1. Campos de força e minimização de energia  5.1.2. Simulação de Monte Carlo em simulações de dinâmica molecular  5.2. Métodos de química quântica  5.2.1. Teoria de Hartree–Fock  5.2.2. Teoria do funcional da densidade  5.2.3. Métodos semi-empíricos  5.3. Design computacional de medicamentos  5.3.1. Acoplamento Molecular  5.3.2. Modelagem QSAR  5.3.3. Triagem Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Cinética Enzimática  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inibição  6.2. Metabolismo e Bioenergética  6.2.1. Glicólise  6.2.2. Ciclo do ácido cítrico  6.2.3. Cadeia de transporte de elétrons  6.3. Biologia Molecular  6.3.1. Replicação e reparo do DNA  6.3.2. Síntese de proteínas  6.3.3. Regulação Genética  6.4. Bioquímica Estrutural  6.4.1. Dobramento de Proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efeito estufa  7.1.2. Destruição da Camada de Ozônio  7.1.3. Poluentes do ar e fumaça  7.2. Química da Água  7.2.1. pH e dureza da água  7.2.2. Tratamento de águas residuais  7.2.3. Química Aquática  7.3. Química do Solo  7.3.1. Contaminação por metais pesados  7.3.2. pH do Solo e Capacidade Tamponante  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicologia e Segurança Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Avaliação de Risco em Toxicologia e Segurança Química em Química Ambiental  7.4.3. Efeitos dos poluentes no ambiente

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Tensão Superficial e Molhabilidade


Tensão superficial e molhabilidade são conceitos fundamentais na química de superfícies e coloidais. Esses fenômenos são importantes para entender uma ampla gama de processos nas ciências físicas e têm aplicações práticas em uma variedade de indústrias, incluindo cosméticos, farmacêutica e engenharia de materiais.

Entendendo a tensão superficial

Tensão superficial é a força que faz a superfície de um líquido encolher e se comportar como uma membrana elástica esticada. É causada por forças coesivas entre as moléculas do líquido, que são particularmente fortes na superfície. Em um líquido a granel, as moléculas experimentam forças de todas as direções que são equilibradas. No entanto, as moléculas na superfície estão sujeitas a forças líquidas para dentro, porque há menos moléculas vizinhas do lado de fora.

Considere uma molécula de superfície:

    dentro da molécula de líquido na superfície
    Ooo Ooo
    O^O^ O^^^
    Ooo Ooo

As forças para dentro atuando na superfície de um líquido dão origem a um fenômeno conhecido como tensão superficial. Isso explica por que objetos pequenos, ou mesmo alguns insetos, podem flutuar na superfície da água sem afundar se não romperem significativamente as forças coesivas do líquido.

Fatores que afetam a tensão superficial

A tensão superficial pode ser afetada por vários fatores:

  • Temperatura: Um aumento na temperatura geralmente diminui a tensão superficial, porque o aumento do movimento molecular reduz as forças coesivas.
  • Impurezas: A presença de impurezas ou surfactantes, que reduzem as forças coesivas, pode reduzir significativamente a tensão superficial.
  • Natureza do líquido: Cada líquido tem sua própria tensão superficial intrínseca, que depende de sua estrutura molecular. Por exemplo, a água tem uma alta tensão superficial devido à ligação de hidrogênio.

Exemplo: A tensão superficial da água a 20°C é cerca de 72,8 mN/m, o que é muito maior do que a maioria dos líquidos orgânicos. Isso explica por que as gotas de chuva são esféricas; os líquidos minimizam sua área superficial para um volume dado, formando esferas.

Molhabilidade

Molhabilidade é a capacidade de um líquido de manter contato e se espalhar em uma superfície sólida, resultando de interações intermoleculares na interface entre o líquido e o sólido. Molhabilidade descreve como o líquido interage com a superfície e se ele se espalha em uma película fina ou forma gotas.

Superfície Molhável Superfície Não Molhável
    ,
     ,
    ,

    Detalhado: 
    A molhabilidade ocorre quando as forças adesivas entre um líquido e um sólido são mais fortes que as forças coesivas dentro do líquido.

Molhabilidade e ângulo de contato

O grau de molhabilidade é geralmente descrito pelo ângulo de contato (θ), que é o ângulo formado pelo líquido na fronteira trifásica onde o líquido, gás e sólido se intersectam. Um ângulo de contato menor indica melhor molhabilidade.

  • Ângulo de contato alto (θ > 90°): Indica má molhabilidade (por exemplo, água em cera).
  • Ângulo de contato baixo (θ < 90°): Indica melhor molhabilidade (por exemplo, água em vidro).

Cos(θ) = (γ SG - γ SL ) / γ LG , onde:

γ SG = energia livre de superfície entre sólido e gás
    γ SL = energia livre de superfície entre sólido e líquido
    γ LG = tensão superficial entre o líquido e o gás

A equação de Young correlaciona essas energias de superfície com o ângulo de contato, ajudando a compreender e prever o comportamento de molhabilidade.

Agentes molhantes e surfactantes

Surfactantes ou agentes molhantes são compostos que reduzem a tensão superficial entre dois líquidos ou entre um líquido e um sólido. Surfactantes consistem em duas partes: uma cauda hidrofóbica e uma cabeça hidrofílica. A cabeça hidrofílica é atraída pela água, enquanto a cauda hidrofóbica repele a água e forma uma interface com ar ou óleos.

  • Aplicações: Surfactantes são usados em detergentes, emulsificação e espumas.
  • Efeito: Ao reduzir a tensão superficial, aumentam a molhabilidade das superfícies.

Exemplo: Sabão é um surfactante comum. Quando o sabão é adicionado à água, ele reduz a tensão superficial da água, permitindo que se espalhe e penetre mais facilmente nos poros de roupas e outros materiais.

Aplicações práticas de tensão superficial e molhabilidade

Tensão superficial e molhabilidade têm inúmeras aplicações em situações industriais e cotidianas:

  • Cosméticos: Hidratantes maximizam a umidade e hidratação da pele ao reduzir a tensão interfacial da pele.
  • Impressão: Na impressão a jato de tinta, a tensão superficial da tinta afeta seu espalhamento e adesão a várias superfícies.
  • Pintura: Formulações de tinta são ajustadas para garantir propriedades adequadas de molhabilidade e adesão em várias superfícies.
  • Tratamentos de metais: Em processos como galvanoplastia, a tensão superficial determina a espessura e uniformidade do revestimento.

Exemplos e cálculos

Considere o seguinte exemplo para ilustrar a molhabilidade. Suponha que você tenha gotas de óleo em uma superfície metálica e um surfactante é adicionado para melhorar a molhabilidade.

Cálculo de exemplo:

dados:
    γ SG = 50 mN/m, γ SL = 20 mN/m, γ LG = 30 mN/m

    Resolva para o ângulo de contato (θ):
    Cos(θ) = (γ SG - γ SL ) / γ LG
    Cos(θ) = (50 - 20) / 30
    Cos(θ) = 30 / 30
    Cos(θ) = 1
    θ = 0° (molhabilidade completa)

Os cálculos mostram que a superfície é totalmente molhável com o surfactante, indicando o espalhamento eficiente e contato do líquido na superfície sólida.

Desafios e considerações ambientais

Embora muitas aplicações tenham se beneficiado do uso de surfactantes, é necessário considerar os impactos ambientais. Alguns surfactantes não são biodegradáveis e podem contribuir para a poluição da água. O desenvolvimento de surfactantes verdes e biodegradáveis é necessário para minimizar esses impactos.

Conclusão

Tensão superficial e molhabilidade são importantes para entender várias interações químicas e físicas em superfícies e interfaces. Com o desenvolvimento histórico da química de superfícies e coloidais, esses fenômenos continuam a inspirar avanços em tecnologia, ciência dos materiais e estudos ambientais. A busca por propriedades avançadas de materiais e formulações ambientalmente amigáveis continua a ser uma área vibrante de pesquisa e desenvolvimento.


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Tensão Superficial e Molhabilidade

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