Por qual motivo o intervalo de valores da tensão superficial em líquidos orgânicos fica restrito a mesma ordem de grandeza?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a tensão superficial de líquidos orgânicos costuma ficar toda na mesma ordem de grandeza. O conteúdo envolve entendimento de tensão superficial (
) como uma medida da energia necessária para criar uma área de interface líquido-gás e da natureza das forças intermoleculares (principalmente forças de van der Waals) em compostos orgânicos.
Passo 2
A tensão superficial
pode ser entendida como a energia por unidade de área que você precisa “pagar” para formar uma nova interface. Em nível molecular, isso equivale à energia que falta quando uma molécula na superfície perde parte de suas interações com moléculas vizinhas. Matematicamente, tem-se a estimativa
onde
é a energia típica de ligação intermolecular por molécula e
é a distância intermolecular característica (ou área ocupada por cada molécula).
Passo 3
Em líquidos orgânicos comuns (hidrocarbonetos, álcoois pequenos, ésteres, cetonas etc.),
– dezenas de
(forças de dispersão de London)
– tem escala nanométrica, ou seja,
–
–
Substituindo valores típicos, obtém-se
onde
é o número de Avogadro, convertendo de energia por mol para energia por molécula.
Passo 4
Como todos esses líquidos usam basicamente a mesma “moeda” de interação (forças de London) e têm tamanhos moleculares comparáveis,
e
variam pouco de um para outro. Consequentemente,
deles fica sempre por volta de
, ou
.
Passo 5
A grosso modo, só líquidos com tipos de interação muito diferentes (por exemplo, água com forte hidrogênio-ligação ou mercúrio com ligações metálicas) apresentam tensões superficiais muito distintas. Nos orgânicos, sem esses efeitos extras, tudo cai na mesma casa de valor.
Resposta
A tensão superficial de líquidos orgânicos fica restrita à mesma ordem de grandeza porque todos esses líquidos possuem forças intermoleculares do mesmo tipo (dispersão de London) e tamanhos moleculares comparáveis, fazendo com que a energia de ligação por molécula e a área ocupada variem pouco, o que leva
a permanecer em torno de
.