A tensão superficial é uma característica presente em todos os líquidos. Por tensão superficial de um líquido entende-se como sendo uma propriedade que um líquido possui de manter as moléculas unidas na sua superfície, formando uma espécie de membrana elástica nas suas extremidades.
Esta propriedade é consequência das forças intermoleculares.
No interior do líquido, cada molécula é atraída por outras moléculas em todas as direções do espaço, enquanto que as moléculas superficiais estão submetidas apenas à tensão das moléculas que estão ao lado e por baixo destas.
Com isto, define-se a tensão superficial, ϒ, como sendo a força que atua sobre a superfície por unidade de comprimento da área perpendicular à força, ou seja:
Υ = W / A
As unidades da tensão superficial, no Sistema Internacional, são joules por metro quadrado (J.m-2 = N.m-1).
A água é a que apresenta a tensão superficial mais elevada de todos os líquidos e toma o valor de 7,2 x 102 N.m-1.
A tensão superficial da água resulta das ligações por pontes de hidrogénio, que são forças intermoleculares causadas pela atração dos átomos de hidrogénio com os átomos de oxigénio das moléculas de água.
A força de atração das moléculas na superfície da água é diferente da força de atração que ocorre entre as moléculas abaixo da superfície. Isto acontece porque as moléculas de água que estão abaixo da superfície possuem atração por outras moléculas de água em todas as direções, isto significa que se atraem mutuamente com a mesma força.
No que diz respeito às moléculas que se encontram à superfície, estas não possuem moléculas acima delas e portanto as suas ligações por pontes de hidrogénio restringem-se apenas às moléculas que estão ao lado e por baixo.
Esta desigualdade de atrações na superfície cria uma força sobre essas moléculas e provoca a contração do líquido, originando a tensão superficial, que funciona como se fosse uma membrana fina e elástica na superfície da água.
Isto explica a forma esférica das gotas de água.
A tensão superficial dos líquidos diminui com o aumento da temperatura e diminui também quando são adicionadas substâncias ao líquido, estas denominadas por surfactantes ou tensoativos.
Um exemplo prático de um surfactante/tensoativo é o detergente.
Os surfactantes ou tensoativos quando adicionados à água diminuem a sua tensão superficial, favorecendo o seu espalhamento.
Os surfactantes/ tensoativos têm moléculas com cabeça polar e cauda apolar. A cabeça polar é hidrofílica e tem afinidade com as moléculas de água. A cauda apolar é hidrofóbica e, como tal, tem pouca ou nenhuma afinidade com as moléculas de água.
No equilíbrio, as moléculas do tensoativo tendem a concentrarem-se na superfície livre da água com as cabeças hidrofílicas voltadas para o interior do líquido e as caudas hidrofóbicas voltadas para o exterior.
Sendo assim, quanto maior a quantidade de tensoativo presente na água, mais afastadas as moléculas ficam umas das outras e, consequentemente, as intensidades das forças de tensão superficial serão menores.
Com a adição de mais tensoativo, a superfície livre da água atinge a saturação. Nesse ponto, as intensidades das forças de tensão superficial atingem os seus valores mínimos.
Com a adição de ainda mais tensoativo, o restante líquido atinge a saturação, isto é, a concentração crítica micelar. A partir daí ocorre a formação de micelas.
Nas micelas, as caudas hidrofóbicas voltam-se para dentro e as cabeças hidrofílicas voltam-se para fora, ficando em contacto com as moléculas de água.
A forma das micelas depende do tensoativo, mas na sua maioria são globulares, no entanto também podem apresentar formas elipsoidais, cilíndricas, discoidais, entre outras.
Referências Bibliográficas:
Adamson, A. W. and Gast, Alice P., «Physical Chemistry of Surfaces», John & Sons, 1997.
Hiemenz, P. C. and Rajagopalan, R., «Principles of Colloid and Surface Chemistry», Marcel Dekker, 3rd ed., 1997.
Shaw, D. J., «Introdução da química dos coloides e de superfícies», Ed. Edgard Blücher Ltda, 1975.
