Tensão superficial da água

A tensão superficial da água é uma propriedade que ocorre na superfície da água em razão das forças intermoleculares entre as suas moléculas. As moléculas do interior da água fazem ligações de hidrogênio com as moléculas ao seu redor, mas as da superfície não fazem ligações de hidrogênio acima delas, por isso elas se contraem, tensionando as moléculas vizinhas, o que gera uma espécie de membrana na superfície da água, chamada de tensão superficial.

A única forma de se quebrar a tensão superficial é rompendo ou diminuindo essas forças intermoleculares, despejando óleos e substâncias químicas na água, usando detergentes e sabões, agitando intensamente a água e até aumentando a sua temperatura.

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Resumo sobre tensão superficial da água

• A tensão superficial da água é resistência resultante da atuação das forças intermoleculares na superfície da água.
• As forças intermoleculares entre as moléculas de água são chamadas de ligações de hidrogênio.
• As moléculas na superfície da água não fazem ligações de hidrogênio acima delas, por isso elas se contraem e tensionam as moléculas vizinhas com maior força, gerando algo similar a uma membrana na superfície.
• A tensão superficial pode ser quebrada ou diminuída quando as forças intermoleculares são fragmentadas por fatores como aumento da temperatura, impurezas ou agitação da água.
• Os insetos conseguem andar sobre a água devido à tensão superficial e a uma adaptação em sua anatomia.

O que é a tensão superficial da água?

A tensão superficial da água é uma resistência que a superfície da água oferece devido às forças intermoleculares, principalmente as ligações de hidrogênio, entre as moléculas de água (ligação entre o átomo de hidrogênio e o átomo de oxigênio). Observe a imagem abaixo e veja como isso ocorre:

As moléculas de água no interior se mantêm equilibradas por fazerem ligações de hidrogênio com as moléculas ao seu redor, contudo, as moléculas da superfície não estão em equilíbrio. O que acontece é que as moléculas na superfície da água não possuem moléculas de água acima delas devido à presença do ar, assim, não fazem ligações de hidrogênio acima delas. Para compensar essa ausência, essas moléculas se contraem e tensionam as moléculas vizinhas com maior força, gerando algo similar a uma membrana na superfície, por isso chamamos de tensão superficial.

Um exemplo disso é o que ocorre com clipes. Mesmo sendo mais densos que a água, por causa da tensão superficial, os clipes conseguem flutuar sobre ela.

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida da tensão superficial da água é o newton por metro, representado por N/m.

O que quebra a tensão superficial da água?

A tensão superficial da água pode ser quebrada quando as forças intermoleculares da água, as ligações de hidrogênio, diminuem ou se quebram por alguns fatores, tais como:

• Aumento da temperatura da água: quando aumentamos a temperatura da água, as suas moléculas passam a se movimentar mais intensamente, quebrando parcialmente as ligações de hidrogênio na água, diminuindo a tensão superficial.
• Intensa agitação na água: à medida que as moléculas se movimentam mais intensamente, a tensão superficial diminui.
• Contaminantes e impurezas presentes na água: a presença de contaminantes e impurezas na água interfere nas ligações de hidrogênio, diminuindo a tensão superficial.
• Despejo de óleos e substâncias químicas na água: a presença de substâncias químicas ou óleos na água forma uma película sobre a superfície, atrapalhando a coesão entre as moléculas de água, diminuindo a tensão superficial.
• Uso de detergentes, sabões e substâncias surfactantes: as moléculas dos detergentes, sabões ou substâncias surfactantes se ligam parcialmente à água, interferindo nas ligações de hidrogênio, diminuindo a tensão superficial.

Veja também: Como ocorrem as ligações químicas?

Insetos e a tensão superficial da água

Os insetos conseguem andar sobre a água por causa da tensão superficial e da sua anatomia adaptada. Os mosquitos, por exemplo, possuem nas patas uma região chamada tarso, dotada de cerdas hidrofóbicas, flexíveis e longas que impedem que elas se molhem.

Essa adaptação, somada à pequena massa do inseto e à distribuição de seu peso por suas pernas, impede que a película de água se rompa. Assim, eles conseguem não apenas caminhar sobre a água, mas também depositar seus ovos na superfície aquosa.

Experimento da tensão superficial da água

Para fazer um experimento da tensão superficial em casa, basta seguir as orientações abaixo.

Materiais:

• água,
• corante alimentício,
• talco ou pimenta-do-reino,
• cotonetes,
• detergente líquido,
• vasilha ou tigela.

Modo de fazer:

• Na tigela, coloque água só até cobrir todo o fundo.
• Coloque de uma a duas gotas de corante e misture-o.
• Coloque uma fina camada de talco na superfície da água.
• Molhe o cotonete em uma gota de detergente, remova o excedente e toque na água.

Você observará o talco se afastando rapidamente do cotonete. Isso acontece porque quando o detergente entra em contato com a água, a parte polar dele se liga à água e a parte apolar repele a água, interferindo na interação entre as ligações de hidrogênio, diminuindo a tensão superficial. Se o cotonete estivesse sem o detergente, nada aconteceria.

Saiba mais: Quais são os três estados físicos da água?

Exercícios sobre tensão superficial da água

1. Um estudante realiza um experimento colocando cuidadosamente um clipe de metal sobre uma vasilha com água. Em razão da tensão superficial, o clipe não afunda. Entretanto, se ele adicionar uma gota de detergente na água, o que acontece?

a) Formação de sais ao redor do clipe.

b) O clipe enferruja.

c) O clipe afunda.

d) Nada acontece.

Resolução: Alternativa C.

O clipe afunda porque o detergente reduz a tensão superficial e quebra a película.

2. (UCS) A tensão superficial de um líquido é uma propriedade que está intimamente relacionada ao tipo de força intermolecular que ocorre entre suas moléculas constituintes. Ela se refere basicamente à medida da resistência do filme que parece cobrir a superfície do líquido. A imagem abaixo apresenta três frascos hermeticamente fechados, todos a 20 ºC e a 1 atm, cada qual contendo o mesmo volume de três substâncias puras.

Levando em consideração as informações mencionadas acima, bem como a polaridade de cada uma dessas três substâncias, assinale a alternativa correta.

a) Moléculas de hexano e de acetona apresentam o mesmo tipo de força intermolecular.

b) A água é a substância que apresenta a maior tensão superficial.

c) A acetona é a substância que apresenta as forças intermoleculares mais fracas.

d) Moléculas de acetona interagem entre si por meio de interações do tipo íon-dipolo.

e) O hexano é a substância que apresenta o maior momento dipolar.

Resolução:

Alternativa B. A água é a substância que apresenta a maior tensão superficial em razão de a sua ligação de hidrogênio ser a mais forte.

Fontes

HALLIDAY, Da.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos da Física: gravitação, ondas e termodinâmica (vol. 2) 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

ROMERO H., N.A. Animais que andam sobre a água. Perito Animal, [S. l.], p. 1-1, 20 dez. 2022. Disponível em: https://www.peritoanimal.com.br/animais-que-andam-sobre-a-agua-23942.html

RUSSEL, J. B. Química Geral. São Paulo: Makron Books, 1994. 2v.