Propiedades De Los Líquidos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Sede Medellín

FACULTAD DE CIENCIAS – ESCUELA DE QUÍMICA

Preparado por:

Hormaza, A.

Escobar, C.

Valencia, C.

Práctica N. 5 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS

1. OBJETIVOS

1. Analizar las diferencias en la presión de vapor de dos líquidos agua y hexano, en función de la naturaleza de sus fuerzas intermoleculares.

2. Determinar la tensión superficial de varios líquidos por el método del capilar.

3. Determinar la viscosidad de algunos líquidos y reconocer las variables que influyen sobre ella.

2. MARCO TEÓRICO

Presión de vapor.

Si colocamos un líquido en un recipiente abierto, se observa que las moléculas que permanecen en la superficie del líquido, tienden a evaporarse. Esto se produce porque tienen una energía cinética mayor a las del interior y logran vencer las fuerzas de atracción intermoleculares. Paralelo al fenómeno de evaporación, se produce la condensación de algunas moléculas gaseosas que al perder energía regresan al seno del líquido. Cuando ambos fenómenos se encuentran en un equilibrio dinámico evaporación-condensación, la presión producida se conoce como presión de vapor. Sí la evaporación de un líquido en comparación con otro (a la misma temperatura) se da a mayor velocidad, se dice que tiene mayor presión de vapor. Esta propiedad depende tanto de la temperatura, como de la naturaleza de las moléculas de líquido pero no se ve afectada por la cantidad de materia y en consecuencia, es una propiedad intensiva.

De forma general, el peso molecular y la presencia de fuerzas intermoleculares, son factores asociados a la naturaleza del líquido y puede decirse que al comparar dos sustancias de naturaleza similar, tendrá mayor presión de vapor aquella que tenga menor peso molecular, es decir, el equilibrio dinámico se logra más rápidamente en moléculas más livianas. En general, la presencia de fuerzas de atracción intermoleculares como puentes de hidrógeno, dipolo - dipolo o fuerzas de van der Waals, afectan la presión de vapor, disminuyéndola, debido a que hay que vencer estas fuerzas para separar las moléculas y llevarlas al estado de vapor o gaseoso.

Si comparamos el tetracloruro de carbono (CCl4, 154 g/mol) y el agua (H2O, 18 g/mol), se predice en función del peso molecular mayor presión de vapor para el agua, pero se observa lo contrario debido a la presencia de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua, que logran disminuir su presión de vapor.

Punto de ebullición.

Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido iguala la presión atmosférica o del medio circundante.

La diferencia entre los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla, puede ser aprovechada para su separación. Si esta diferencia es mayor a 20 oC, entonces, es posible utilizar destilación simple; ahora, si la diferencia es menor, es recomendable ensayar otros métodos de separación como por ejemplo, la destilación fraccionada. Lo anterior debido a que diferencias en temperaturas de ebullición inferiores a 20oC, pueden dar lugar a la formación de mezclas azeotrópicas: mezclas de composición definida que ebullen a una temperatura determinada y se comportan como un líquido puro. Este fenómeno también se asocia a la naturaleza de sus componentes, es decir, presencia del mismo tipo de fuerzas intermoleculares entre los componentes de la mezcla.

Tensión superficial.

Es la resistencia que presentan las moléculas en la superficie de un líquido a pasar a la fase gaseosa. En la Figura 1, puede apreciarse que las moléculas del interior, están sometidas a fuerzas en todas las direcciones, así que es de esperarse que se anulen, a diferencia, las moléculas que están en la superficie, donde actúan sobre ellas interacción con las moléculas del interior observándose una fuerza neta hacia el interior del líquido que impide el paso de las moléculas del estado líquido al gaseoso.

Figura 1. Fuerzas de atracción intermoleculares

Medida de la tensión superficial.

Un método sencillo es el método del capilar. En éste, se procede a introducir un capilar abierto al interior de un líquido (Figura 3); el líquido asciende por el capilar hasta lograr un equilibrio entre las fuerzas que producen el mojado de las paredes del capilar conocido como fenómeno de adhesión y las fuerzas de cohesión entre las moléculas del líquido. Éste equilibrio da como producto la tensión superficial y tiene como consecuencia la reducción del área superficial. El líquido asciende hasta que el peso de la columna iguale la fuerza ejercida por la tensión superficial. En este proceso se generan los meniscos cóncavos o convexos, como en el caso del agua y el mercurio respectivamente.

Cuando se emplea para la determinación de tensión superficial el método del capilar, en la derivación de la ecuación hay que tener en cuenta que fuerza es igual a masa por aceleración

(F = m x a), donde la masa es densidad por volumen (m =  x v). El volumen que ocupa el líquido que ascendió por el capilar, por ser cilíndrico, es v = r2h, donde h es la altura en cm, r es el radio del capilar y a la aceleración de la gravedad g, dada en m/s2. De esta manera, la fuerza de ascenso del líquido será: 2  r  cos(), donde cos() = 0,  la tensión superficial en dinas/cm o ergios/cm2, y 2  r el volumen que ocupa el líquido al mojar la superficie del vidrio.

Así, la tensión superficial será:

 = (r x h x  x g) / 2 Ecuación 1

donde r es el radio del capilar (diámetro = 1.15 mm), h la altura que asciende el líquido por el capilar, g la fuerza de la gravedad (9.80 m/s2) y  la densidad del líquido.

La viscosidad.

Propiedad intensiva que se asocia con la resistencia al desplazamiento de un fluido (gas o líquido) y que puede estudiarse a través del modelo de capas o laminas (García, Arcesio; Aquilino Aubad y Rubén Zapata. Química General. 2da Edición, Universidad de Antioquia, 1980 Medellín, p 325-328). Este modelo, presenta la viscosidad como la fuerza opuesta al movimiento de las moléculas “dispuestas en capas”, unas sobre otras.

La viscosidad es afectada en general por el cambio en la temperatura: en líquidos, la viscosidad aumenta al disminuir la temperatura y en gases, disminuye. El incremento en el peso molecular y las ramificaciones, hacen que una sustancia sea más viscosa. La presencia de fuerzas intermoleculares como puentes de hidrógeno, igualmente aumentan la resistencia del líquido a fluir.

3. MATERIALES Y REACTIVOS

Tubo en jota

Erlenmeyer con tapón

Manguera de látex

Beaker

Plancha de calentamiento

Termómetro

Capilares

Cilindros de fondo plano

Viscosímetro de Ostwald

Soporte universal

Pinzas de bureta

Agua

Etanol

Glicerina

Hexano

Tolueno

4. PROCEDIMIENTO

4.1 Comparar la presión de vapor de agua y hexano

Figura 2. Sistema con columna de agua, para comparar la presión de vapor.

De forma similar como se indica en la Figura 2, colocar en un dos Erlenmeyer, cada una de las muestras problemas por separado (agua o hexano) y llevarlo a un baño María. Conectar el Erlenmeyer al tubo en jota mediante un tapón y un trozo de manguera látex, asegurándose de que los niveles de agua en ambas ramas del tubo en jota se encuentren a la misma altura. Registrar la temperatura inicial del baño María. Iniciar el calentamiento de forma moderada y registrar datos de temperatura y desplazamiento de agua, cada vez que el nivel de la columna de agua en el tubo en J ascienda o descienda aproximadamente 20 mm. Registrar los datos en la Tabla 1. Del preinforme. La diferencia entre los niveles de agua en ambos lados del tubo en J, es un valor que se relaciona con la presión de vapor del líquido problema.

Con este experimento se pretende realizar un análisis comparativo y cualitativo, de la diferencia que se presenta entre la presión de vapor del n-hexano (C6H14) como compuesto no polar y el agua (H2O), un compuesto polar. Éste último presenta entre otras fuerzas de atracción intermolecular, puentes de hidrógeno.

Para el cálculo de la presión de la columna de agua P en mm Hg, puede utilizarse la siguiente ecuación:

P (mm Hg) x  Hg = h (mm H2O) x  H2O Ecuación 2

donde pueden utilizarse como referencia los siguientes valores de densidad para el mercurio y el agua respectivamente: Hg (13.6 g/cm3) y  H2O (1 g/cm3).

Con los datos consignados en la Tabla 1, realizar un gráfico (Gráfico 1 en el preinforme) de la presión de la columna de agua generada por cada uno de los líquidos (presión de vapor del sistema, P mm Hg) en función de la temperatura. Es muy importante tener en cuenta que los valores de altura P en mm de Hg, representan los valores de presión de vapor sin incluir el factor de corrección por los errores propios del método, por lo tanto el experimento es adecuado solo para establecer comparaciones cualitativas, esto es, cual líquido presenta mayor presión de vapor a la misma temperatura.

4.2 Medida de

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