La práctica del laboratorio

1. RESUMEN

En la práctica del laboratorio de fisicoquímica N°5 se realizo la experiencia de laboratorio sobre como determinar la tensión superficial y observar sus variaciones y respecto a la concentración y la temperatura. Estudiar estas propiedades es muy importante, por eso antes de empezar la práctica se tuvo en cuenta los siguientes parámetros: Presión=756 mmHg, temperatura=240 C, % HR =98%. Para ello se trabajo con un capilar y se mío el volumen de liquido que subía por este y promedio de las relación de la altura que subía el liquido la densidad del liquido respecto a otro liquido de referencia se hallaba la tensión superficial de la muestra de estudio.

Se trabajaron con tres muestras de metanol con concentraciones de 10, 50, 100% y las temperaturas de 20, 30 y 50 °C utilizando de líquido de referencia al agua. Los % de error variaron entre el 16% y 50 % aproximadamente siendo los más comunes aproximadamente un 30% de error.

El gran porcentaje de error se debió a las condiciones de trabajo y a que el método experimental es relativamente inexacto.

2. INTRODUCCIÓN

La exigencia en la industria es cada día mayor en lo que a gestión de calidad se refiere, lo que requiere mayor calidad en la calibración, verificación y ajuste de los equipos, dicha calidad depende de las diferentes magnitudes y por ende de las propiedades físicas. En diferentes sectores industriales y en centros de investigación, es indispensable el conocimiento del valor de las propiedades físicas de los líquidos, entre ellas, la tensión superficial.

La determinación de las propiedades físicas de los líquidos (Densidad, viscosidad, compresibilidad, tensión superficial) juega un papel importante en diferentes aplicaciones, como lo son, industriales y meteorológicas.

Para algunas mediciones es importante el conocimiento de estas propiedades, ya que al momento de determinar la incertidumbre de alguna medición, el valor de incertidumbre combinada trae consigo los aportes de las incertidumbres generadas por cada una de las variables que intervienen en el modelo de medición.

Hasta la fecha el estudio que se ha realizado a las diferentes propiedades físicas de los líquidos no ha sido equitativo, de ellas las que menor enfoque de estudio han presentado son la tensión superficial y la compresibilidad.

Influye en diversas aplicaciones (medicina, procesos biológicos, soldadura aeroespacial, automotriz, etc.), por lo que conocer el valor de dicha propiedad para algunas aplicaciones.

3. PRINCIPIOS TEÓRICOS

3.1 Tensión superficial:

Se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película elástica. Este efecto permite a algunos insectos, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad por ejemplo.

A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan. Esto permite que la molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas, existirá una mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el líquido y el gas.

Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie tiene una mayor energía promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema será a disminuir la energía total, y ello se logra disminuyendo el número de moléculas situadas en la superficie, de ahí la reducción de área hasta el mínimo posible.

3.2 UNIDADES

Para la tensión superficial son equivalentes las unidades que se empleen, (dinas/cm) o por , (ergios/cm2). No influye el valor numérico de γ, ya que 1 ergio = 1 dina/cm.

La unidad normalmente empleada es dina/cm que es equivalente al mN/m. En la tabla 1 se dan los valores de la tensión superficial de algunos líquidos.

Se sabe que en el líquido las moléculas se encuentran más unidas que en el gas, por lo que la Tensión Superficial del medio es la generada por el líquido, esto debido a que en el gas las moléculas se encuentran bastante separadas entre sí, por lo tanto la fuerza de cohesión entre ellas es despreciable. Ver Fig. 2.

En la parte izquierda de la Fig. 2 se observa que las moléculas que se encuentran en el interior del líquido son influenciadas por fuerzas de atracción y de repulsión (fuerzas intermoleculares), dichas fuerzas son equilibradas (ΣF=0), a menos que influya una fuerza externa la fuerza resultante es 0.

Sin embargo esto no sucede en la superficie del sistema, como se ve en el lado derecho de la Fig. 2 las moléculas que se encuentran en la parte del líquido ejercen fuerzas que resultan ser mayores a las ejercidas en la parte del gas (aire).

3.3 IMPORTANCIA Y RELEVANCIA DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL

Para entender algunos conceptos se presenta a continuación la siguiente terminología:

• Interface: Término general cuando se habla de la interacción entre fases (líquido/gas, líquido/líquido, líquido /sólido, etc.) pero especialmente usada para la capa líquido/líquido.

• Superficie: Término normalmente usado para la capa líquido/gas.

• Tensión Interfacial: En términos sencillos, la tensión que se presenta para la interacción entre capas líquido/líquido.

• Tensión Superficial: La tensión que se presenta en la interacción entre capas líquido/gas.

• Energía libre Interfacial: Exceso de energía libre en la interface líquido/sólido.

• Energía libre Superficial: Exceso de energía libre en la interface gas/sólido.

• La Tensión puede representarse mediante dos símbolos griegos γ o σ.

• La tensión Superficial resulta ser una magnitud fundamental para entender fenómenos como la capilaridad, solubilización de fluidos inmiscibles, así como para caracterizar los efectos de compuestos surfactantes.

3.4METODOS PARA MEDIR TENSION SUPERFICIAL/INTERFACIAL

Los métodos para medir la tensión superficial-interfacial se pueden clasificar en:

1.- Métodos Basados en la Medición de una Fuerza.

Entre estos métodos se pueden citar:

a.- Método del anillo.

b.- Método del plato (Wilhelmy).

2.- Métodos Basados en la Medición de la Presión.

Entre estos tenemos:

a.- Método de la elevación capilar.

b.- Método de presión de burbuja.

3.- Métodos basados en las Medidas Geométricas o de Deformación de una Interfase en un Campo Gravitacional.

Podemos citar:

a.- Método de la gota pendiente.

b.- Método de la gota colocada.

c.- Método de la gota giratoria.

3.5Método de elevación capilar:

Cuando el extremo de un tubo capilar se sumerge verticalmente en un líquido una película de este asciende por la pared capilar, siendo la superficie libre del líquido en el capilar de forma cóncava. La causa de la elevación del líquido en el capilar puede explicarse por la diferencia de presiones a través del menisco o por la tendencia del líquido a presentar al menor área de superficial posible.

r : radio del tubo capilar en cm.

 : Tensión superficial del agua

: Gravedad igual a 978 cm/s2

h : altura del agua en el tubo capilar.

 : densidad del agua.

Tensión superficial como una función de la temperatura:

La relación entre la temperatura y la tensión superficial de un liquido normal o no asociado está representada con toda exactitud por la ecu. De ramsay-Shield-Eotvos:

(M/)2/3=2.12(Tc – 6 –T)

 : densidad

M : peso molecular

Tc : temperatura critica

(M/)2/3 : energía molecular libre molar

Tensión superficial relativa:

Para determinar la tensión superficial usando un líquido de referencia se puede expresar asi:

4. DETALLES EXPERIMENTALES

 MATERIALES

• Aparato para medir la tensión superficial por el método del ascenso capilar.

• Termómetro.

• Bombilla de jebe.

• Probeta.

• Vasos.

 REACTIVOS

• Agua desinozada.

• Muestra líquida (metanol al 100%V/V).

• Soluciones de metanol al 10%V/V y 50%V/V.

 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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