Coesão e Adesão

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Teoria

Opa, seja muito bem vindo ao Responde Aí! Bora conversar sobre as forças de Coesão e Adesão?!

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Coesão

A coesão é a capacidade que as moléculas de uma substância tem de permanecer unida. Um exemplo clássico é o copo de água super cheio, assim:

Coesão das moléculas de água
Coesão das moléculas de água

Percebeu que antes dele começar a derramar forma um domo bem na bordinha do copo? É como se as moléculas estivessem se agarrando pra não cair, né?!

No caso da água, as moléculas possuem forças de coesão fortes graças a sua capacidade de formarem ligações de hidrogênio entre si.

Ligações de Hidrogênio
Ligações de Hidrogênio

São as forças coesivas que são responsáveis pela tensão superficial. Que pode ser calculada a partir da seguinte fórmula:

Ã

Onde à é o trabalho de coesão e é a área.

Adesão

A força de adesão considera a atração entre moléculas de diferentes tipos, por exemplo imagina que você pega um béquer de água e coloque uma pipeta de vidro. Assim:

Força de adesão
Força de adesão

Percebe que a água começa a “subir na parede de vidro”? Isso acontece por causa da força de atração entre as moléculas de água e as moléculas de vidro! 🤩

Para que esse fenômeno aconteça a força de adesão tem que ser maior que a força de coesão das moléculas de água! Assim elas serão mais atraidas pelas moléculas de vidro do que pelas moléculas de água!

Quando trocamos a água por mercúrio acontece uma depressão capilar:

Força de adesão: Mercúrio
Força de adesão: Mercúrio

Nesse caso a força de coesão das moléculas de mercúrio é maior que a força de adesão do mercúrio com o vidro!

Além das forças de coesão, a água também pode se aderir à outras moléculas. Isso pode ocorrer graças à sua polaridade. A água tende a atrair e ser atraída por outras moléculas polares. Essa atração entre as moléculas de água e outras moléculas polares é chamada de adesão.

As moléculas de água não se ligam com moléculas apolares, ou seja, não há adesão. Por isso ela não se distribui igualmente sobre uma superfície encerada, e forma gotículas separadas sobre elas, pois a cera é apolar.

Trabalho de Adesão

O trabalho de adesão pode ser definido a partir das diferentes tensões superficiais que temos no sistema, resultante das interações ganhas do líquido/sólido com o gás e perdidas entre o sólido e o líquido. Vamos dar uma olhada com carinho nessa figura:

Trabalho de adesão
Trabalho de adesão

Temos uma tensão superficial do sólido com o gás , no nosso exemplo do vidro com o ar, temos a tensão superficial do líquido com o gás , no exemplo é a água com o ar, e a tensão superficial do sólido com o líquido , ou seja do vidro com a água… tranquilo?


Além disso, existe um ângulo de contrato entre a e a , né? Ele existe por causa do equilíbrio de forças, podemos encontrá-lo assim:

E para achar o trabalho de adesão, podemos fazer esse cálculo aqui, olha só:

Ã

Molhabilidade

Molhabilidade é a habilidade de um líquido manter contato com uma superfície sólida. Assim:

Molhabilidade
Molhabilidade

Quanto mais espalhada a gota esta menor vai ser o seu ângulo com a horizontal, que a gente chama de ângulo de contato . Quanto menor o ângulo mais afinidade a gota tem da superfície e está mais próxima de molhar ela, em uma situação onde a gota se espalha completamente, o ângulo de contato é igual a zero e a superfície fica molhada! O coeficiente de espalhamento é dado por:

Outra forma de interpretar esse fenômeno é dizer que quando a superfície molha, então as forças de adesão predominam em relação as forças de coesão. Então podemos escrever o coeficiente de espalhamento em função dos seus respectivos trabalhos:

ãã

Capilaridade

A capilariade é uma consequência do fenômeno de adesão, ela acontece quando a atração entre o líquido e a molécula de uma superfície é tão grande que o líquido sobe pelas paredes do capilar!

Capilaridade: Assenção e depressão capilar
Capilaridade: Assenção e depressão capilar

Existe a assenção capilar, quando as moléculas do líquido tem atração com as moléculas do capilar e a depressão capilar, quando as moléculas no líquido repelem as moléculas do capilar. Para calcular a altura do fluido usamos a seguinte fórmula:

Temos a tensão superficial, , a gravidade, , o raio do capilar, , e as densidades, e , que são as densidades da superfície, podendo ser o líquido e o ar por exemplo e o ângulo de contato . Se a altura é negativa, acontece a depressão capilar, se for positiva a ascensão!

Agora vamos praticar com exercícios?

Adesão

Molhabilidade

Capilaridade

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

Explique trabalho de adesão, trabalho de coesão e como eles influenciam o espalhamento de um líquido sobre outro.

Passo 1

Fala aí! Vamos de questão teórica para fortalecer os conhecimentos, ok?

Bom, precisamos explicar trabalho de adesão e de coesão… Vamos nessa!

O trabalho de adesão é aquele que é responsável pela atração das moléculas de um tipo por moléculas de outro tipo. A gente pode verificar isso na ascensão e depressão capilar, quando um líquido de adere ao sólido do capilar subindo sobre ele ou quando repele o sólido causando uma depressão.

No caso do trabalho de coesão, é aquele responsável pela tensão superficial, onde por causa da atração de moléculas do mesmo tipo elas tendem em permanecer unidas e resistem o quanto podem a separação.

Beleza! Mas como que eles vão influenciar do espalhamento de um líquido sobre outro? Bom, é só interpretar esses conceitos aí, segundo eles se a gente tiver uma adesão grande e uma pequena coesão, o líquido vai se espalhar sobre outro líquido com maior facilidade, e se tivermos o contrário, ele vai tender a ficar em forma de gotinhas e não se espalhar sobre o outro líquido.

Prontinho! Arrasamos!

Resposta

Passo 1.

Exercício Resolvido #2

Qual a característica que permite a ascensão capilar da água em um capilar. Como mostrado na figura. E explique a diferença de altura entre os dois capilares.

Passo 1

Bom, pra resolver essa questão precisamos começar lembrando da adesão, beleza?

Adesão, é exatamente a característica que permite que a água tente escalar o tubo capilar, lembra? Ela é a responsável pela atração das moléculas de um tipo por moléculas de outro tipo.

Nesse caso, temos a água e o vidro do capilar, as moléculas de água são mais atraídas pelo vidro do que pelas outras moléculas de água, porque as moléculas de vidro são ainda mais polares que as moléculas de água.

Beleza! Até aí tudo ok! Mas pq esses dois capilares a água tem altura diferente? Bom, é tranquilo de ver isso também, isso é por causa do diâmetro do nosso capilar, quanto mais fino maior será a altura da água… Isso fica tranquilo se a gente pensar o seguinte, quando colocamos água no copo ela não vai escalando até a borda, certo? É que o copo tem um diâmetro muito maior!

Prontinho! Arrasamos!

Resposta

Passo 1.

Exercício Resolvido #3

Como podemos explicar a água ir contra a gravidade e subir das raízes até as folhas que ficam no topo das árvores?

Passo 1

Bom, estamos vendo aqui que existem forças que fazem a água subir até o topo das árvores… Vamos começar lembrando por onde elas sobem, ok? São capilares que fazem esse transporte. Mas se não temos uma bomba para puxar, o que acontece?

É aí que entra a físico química da parada! Lembra das forças de adesão, elas fazem as moléculas se atraírem por moléculas diferentes dela, fazendo um fenômeno de ascensão, nesse caso. Como no exemplo da água em um capilar de vidro, nesse caso aqui a água é mais facilmente atraída pelas paredes do capilar da árvore, ou seja, as forças de adesão são maiores que as forças de coesão, e isso faz com que essa água suba.

Belezinha! Tudo ok!

Resposta

Passo 1.

Exercício Resolvido #4

A tensão superficial e interfacial foram medidas para os dois sistemas da tabela abaixo. Suponha que você tem dois recipientes com 9,0 mL de água. A um deles você adicionou 1,0 mL de AIA e ao outro 1,0 mL de C S 2 . Calcule os valores dos coeficientes de espalhamento ( S ) em cada caso.

Observação: AIA = álcool isoamílico = pentanol

Passo 1

Tudo beleza por aí? Partiu resolver essa questão juntos!

Bom, vamos começar vendo esse tal de coeficiente de espalhamento, ok?

Ele é a capacidade do líquido de se espalhar, molhando o máximo possível o sólido, por exemplo, se temos uma gota sobre uma mesa:

E nós podemos calcular o coeficiente de espalhamento da seguinte forma:

S = γ S G - γ S L - γ L G

Vamos nessa então calcular nosso espalhamento de acordo com a tabela que foi dada!

Passo 2

Vamos começar com o primeiro sistema. Ao invés do sólido, nós temos o pentanol, mas não se assusta, vai funcionar de um jeito muito parecido!

Primeiro vamos lembrar que o pentanol é polar, e portanto solúvel em água… Isso já nos dá uma ideia de como vai se comportar o seu espalhamento, né?

Nossa equaçãozinha vai ficar com essa cara aqui, olha:

S = γ H 2 O / A r - γ H 2 O / A I A - γ A I A / A r

Substituindo os dados da tabelas:

S = 72,8 - 5,0 - 23,7

Fazendo essa continha, teremos:

S = 44,1   m N / m

Passo 3

Agora vamos para o segundo sistema! Nele nós temos C S 2 , H 2 O e Ar, beleza?

Vamos lembrar que o C S 2 é menos solúvel em água que o pentanol, então nosso espalhamento aqui será diferente!

Mas o jeito de calcular é o mesmo!

S = γ H 2 O / A r - γ H 2 O / C S 2 - γ C S 2 / A r

Substituindo os dados de acordo com a tabela, temos:

S = 72,8 - 47,4 - 32,4

O resultado ficará:

S =   - 7   m N / m

Viu só? Nesse caso o nosso espalhamento ficou negativo, e isso quer dizer que o C S 2 ficou em forma de gotinhas dentro da água!

Show de bolinhas!

Resposta

Primeiro caso: S = 44,1   m N / m

Segundo caso: S =   - 7   m N / m

Exercício Resolvido #5

A 20 ° C a tensão interfacial entre água e benzeno é 35   m N / m . Se γ = 28,85   m N / m para o benzeno e 72,75   m N / m para a água (assumindo que θ = 0 ), calcule:

  1. o trabalho de adesão entre a água e o benzeno;
  2. o trabalho de coesão para o benzeno e para a água;
  3. o coeficiente de espalhamento para o benzeno sobre a água.

Passo 1

Vamos lá resolver esse probleminha juntos! Bom, nós temos benzeno, água e o ar, né? Temos as tensões superficiais sendo:

γ H 2 O / b e n z e n o = 35   m N / m γ b e n z e n o / A r = 28,85   m N / m γ H 2 O / A r = 72,75   m N / m

Além disso o enunciado nos disse que θ = 0 ° , ou seja, o ângulo de contato entre eles é zero… Hummm… Vamos lembrar o que isso significa?

Bom, isso quer dizer que os trabalhos de adesão e de coesão são iguais!

Opa! Já temos um spoiler da letra a e da letra b, né?

Bom, então:

W A D E S Ã O = W C O E S Ã O

E sendo:

W A = γ L G ⋅ 1 + c o s   θ

Tendo o θ = 0 ° vamos ficar com:

W A = 2   .   γ L G

No nosso caso, será:

W A = 2 ⋅ γ H 2 O / b e n z e n o

E substituindo o que foi dado:

W A = 2 ⋅ 35

Calculando, teremos:

W A = 70   m N / m

Show! Agora vamos direto para a letra c, pois já resolvemos a letra b junto com a letra a! haha

Passo 2

Agora só falta achar o coeficiente de espalhamento, ok? Vamos nessa!

Para isso vamos usar a equação:

S = γ S G - γ S L - γ L G

Que convertida para o nosso problema, que são dois líquidos e o ar, ficará:

S = γ H 2 O / b e n z e n o - γ b e n z e n o / A r - γ H 2 O / A r

Todos esses valores de tensão superficial foram dado! Agora é só substituir:

S = 35 - 28,85 - 72,75

S =   - 66,6   m N / m

Prontinho! Conseguimos!

Resposta

  1. W A = 70   m N / m
  2. W C = W A
  3. S =   - 66,6   m N / m