Reporte 1 Tension Superficial Fisicoquimica De Superficies
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
FISICOQUÍMICA III
QUÍMICA
Semestre 2015-II
Fecha de entrega: 10/02/ 2015.
OBJETIVOS:
Comprender el fenómeno de tensión superficial, así como el concepto de capilaridad.
Determinar experimentalmente los valores de tensión superficial de líquidos puros, y observar qué variables afectan la medición de esta propiedad.
Investigar otros métodos que existen para la determinación de la tensión superficial.
INTRODUCCIÓN
En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. 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.
La tensión superficial suele representarse mediante la letra griega (gamma), o mediante (sigma). Sus unidades son de N·m-1 = J·m-2 = Kg/s2 = Dyn/cm
Hay factores que afectan la tensión superficial como:
* La temperatura; a mayor temperatura menor tensión superficial.
*La presión; a mayor presión mayor tensión superficial.
*La densidad; mayor densidad mayor tensión superficial
*Concentración
*Naturaleza de la sustancia
Hay varios métodos para determinar la tensión superficial, entre los más conocidos se encuentran:
ASCENSO CAPILAR.- Cuando un líquido asciende por un tubo capilar y moja las paredes del tubo,forma un menisco cóncavo en la superficie líquido-aire en virtud de una diferencia de presión entre el líquido contenido en el recipiente y la presión del líquido en el interior del capilar. Esta diferencia de presión provoca un ascenso del líquido en el interior del capilar que se detiene en el momento en que las presiones son iguales, es decir la presión hidrostática de la columna de líquido en el capilar y la presión fuera del mismo.
DOBLE CAPILAR .- Con el propósito de tener mejores resultados, una variante del método es introducir un segundo capilar de diferente diámetro que el primero, así las alturas serán diferentes ya que resultan ser inversamente proporcionales a los radios de sus respectivos capilares . Aquí, lo importante es medir la diferencia de alturas entre el radio 1 (el tubo capilar de menor diámetro) y el radio 2 (tubo capilar de mayor diámetro).
LEVANTAMIENTO DEL ANILLO.- (tensiómetro de DuNouy ). Este método se basa en medir la fuerza necesaria para separar un anillo de la superficie, bien suspendido el anillo del brazo de una balanza, o utilizando un sistema de hilo de torsión.
PESO DE LA GOTA.- Es un método muy conveniente para la medición de la tensión superficial en una interfase líquido-aire o la tensión interfacial líquido-líquido.Consiste en conocer el peso o medir el volumen de las gotas de un líquido que se desprenden lentamente de la punta de un tubo estrecho o capilar montado verticalmente. El peso de la gota (y el volumen)se relaciona con la fuerza debida a la tensión superficial. El momento de desprendimiento de las gotas ocurre cuando su peso ya no está equilibrado por la tensión superficial que se ejerce a lo largo de la periferia exterior del extremo de la pipeta.
Tabla de tensiones superficiales de líquidos a 20º C
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES
Procedimiento
RESULTADOS EXPERIMENTALES.
Datos medidos experimentalmente
A 19°C
mpic :
Vpic =
Liquido
mliq +mpic
mliq
h
Agua destilada
26.356
12.184
6.9
26.355
12.183
6.9
26.356
12.184
6.9
6.9
7.0
Etanol
23.778
9.606
2.70
23.780
9.608
2.70
23.780
9.608
2.70
2.65
2.65
Metanol
23.8399
9.6679
2.70
23.8369
9.6649
2.80
23.8359
9.6639
2.70
2.70
2.70
Para calcular las densidades de las distintas mediciones utilizamos la siguiente ecuación .
donde : m=masa
V=volumen
= densidad
de la siguiente forma:
Cálculos para la determinación de la densidad del agua para el primer valor de masa :
Cálculos para la determinación de la densidad del metanol para el primer valor de masa :
Cálculos para la determinación de la densidad del etanol para el primer valor de masa:
Para todos los valores de masa tenemos :
Disolvente
Densidad (g/cm3)
Agua Destilada
1.2184
1.2183
1.2184
Metanol
0.9667
0.9664
0.9663
Etanol
0.9606
0.9608
0.9608
De los resultados anteriores se saca un promedio, el cual se utilizará para realizar los cálculos necesarios.
Disolvente
Densidad (g/cm3)
Altura (h)
cm
Tensión superficial experimental
dina/cm
Tensión superficial reportada
dina/cm
Agua destilada
1.2183
6.92
88.5011
72.75
Metanol
0.9664
2.68
27.1859
22.01
Etanol
0.9607
2.72
27.4289
22.75
Análisis de Resultados:
Se determinó el valor del radio del tubo capilar a partir de la siguiente fórmula:
h=2cosgr
En donde el ángulo es 0 y el coseno de 0 es 1 así que se desprecia y al despejar rquedara:
r=2gh
donde :
agua=72.75
agua =1.21g/cm3
g= 982 cm/s2
h= 6.9 cm
r=2(72.75)(1)(982)(6.9) = 0.0214734 cm
que es igual a 0.214734 mm
Debido a que el valor del radio capilar no es un valor muy grande ya que hablamos de décimas de milímetros como se observa en el resultado anterior, se puede considerar igual al de otros tubos capilares es un valor muy pequeño que no altera el resultado de la tensión superficial.
Al calcular el valor de las tensiones superficiales de cada líquido en este caso líquidos polares (agua destilada, metanol y etanol) con la Ley de Garden.
=ghr2 Y de acuerdo con los resultados experimentales el valor de para los resultados de la tabla los valores de tensión superficial son los siguientes:
Agua Destilada
=1.2184g/cm3
g= 981 cm/s2
r= 0.0214cm
=(1.2184)(981)(6.92)(0.0214)2= 88.5011
Haciendo el cálculo se nota un poco elevada la tensión superficial debido a la densidad obtenida del agua, si la densidad fuera más cercana a la de la literatura tomando un valor de 0.9997g/cm3 el resultado sería.
=(0.9997)(981)(6.92)(0.0214)2= 72.6153
siendo este ultimo resultado un valor mucho más cercano al de la tensión superficial reportada en la literatura.
Metanol:
=0.9664g/cm3
g= 981 cm/s2
r= 0.0214cm
h=2.68
=(0.9664)(981)(2.68)(0.0214)2=27.1859
Etanol:
=0.9607g/cm3
g= 981 cm/s2
r= 0.0214cm
h=2.72
=(0.9607)(981)(2.72)(0.0214)2=27.4289
La determinación el error involucrado con la ecuación =ghr 22 utilizando la ecuación de Poisson-Rayleigh para todos los disolventes resultaron de la siguiente manera para los líquidos polares utilizados (agua destilada, metanol y etanol):
=gr2(h+r3-0.1288r2h+0.1312r3h2) donde:
=( agua teórica- de la sustancia utilizada)
g=981cm/s2
r=0.0214 cm
h=6.9 cm
=(1-1.2184)(981)(0.0214)2((6.9)+0.02143-(0.1288)(0.0214)26.9+(0.1312)(0.0214)3(6.9)2)=-15.8790
Teniendo en cuenta que no se puede tener un error negativo, este se obtuvo debido nuevamente al error de la densidad obtenida en nuestro experimento.
Para los otros disolventes los resultados del error fue:
metanol=((1-0.9664)(981)(0.0214)2((2.68)+0.02143-(0.1288)(0.0214)22.68+(0.1312)(0.0214)3(2.68)2)=0.9477
etanol=((1-0.9607)(981)(0.0214)2((2.72)+0.02143-(0.1288)(0.0214)22.72+(0.1312)(0.0214)3(2.72)2)= 1.1249
CONCLUSIONES:
Se comprendió el fenómeno de tensión superficial así como el concepto de capilaridad. Se logró determinar experimentalmente los valores de tensión superficial de líquidos puros polares entre ellos el agua destilada, etanol y metanol. Observamos algunas de las variables que afectan la medición de la tensión superficial en este caso el error de la medición de la densidad así como el uso del tensiómetro capilar debido a que su uso debe ser cuidadoso. Y finalmente se investigaron otros métodos que existen para la medición de la tensión superficial.
Bibliografía
Adamson, Arthur. Fisicoquímica de superficies 5ª ed. John Wiley & Sons. New York. 1960.
Berg, J. C Una introducción a las superficies y coloides. Un puente a la nanociencia. World Scientific. USA. 2009.
http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Liquid3/node10.html
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