INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALUnidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología
Laboratorio de Fisicoquímica
Profesoras: Juárez Juárez Minerva Nava Álvarez Raquel
Equipo No: 1
Integrantes:
Chacon Romero Federico Galarza Catillo Guadalupe Monserrat Gutiérrez Torres Clara Isabel
Grupo: 3FM3
Fecha de entrega: 12 de abril de 2016
Práctica No. 6- “Isoterma de adsorción de Gibbs”
OBJETIVOS
Determinar el efecto de la adición de alcoholes sobre la tensión. Determinar la isoterma de Gibbs para la adición de diferentes alcoholes al agua. Comprender el concepto de adsorción en superficies líquidas.
INTRODUCCIÓN
La tensión superficial puede definirse como la fuerza que ejerce un líquido sobre una
determinada superficie debido a la existencia de una atracción no compensada hacia el
interior del mismo sobre las moléculas individuales de la superficie. Es la forma en que se
refleja la cohesión entre moléculas en un líquido.
La tensión superficial depende de la naturaleza del mismo, del medio que le rodea y de la
temperatura. En general, disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión
disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se
comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las
moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las
moléculas del líquido.
Elevación capilar y depresión capilar: Si un tubo capilar se sumerge parcialmente en unlíquido, el líquido alcanza diferentes niveles en el interior y en el exterior del tubo, ya quela interfaz líquido-vapor se curva hacia dentro del tubo y se aplana hacia afuera.
Considerando la ecuación P2=P12 γR y el efecto de la gravedad sobre el sistema,
podemos determinar la relación entre la diferencia en los niveles de líquido, la tensiónsuperficial y las densidades relativas en dos fases.
Es el método más exacto, en parte porque no perturba la superficie, aunque es difícil deusar correctamente debido a la dificultad en la determinación de ángulos de contacto. Laecuación fundamental es:
γ=r∗h∗g∗( p2−p1)
2∗cosθ
Donde:r =Radio del capilarh= Altura que el líquido asciende(p2-p1) =Diferencia entre las densidades del líquido menos la del vaporg =Aceleración de la gravedadθ =Ángulo de contacto
Esta ecuación describe la elevación de un líquido por un capilar estrecho. Entre losrequisitos necesarios para que el método sea confiable están:
• El menisco debe ser hemisférico.• El diámetro del capilar debe ser uniforme.• El diámetro del capilar debe ser suficientemente ancho como para eliminar (efectos depared).
Isoterma de Gibbs.
Los solutos pueden tener variados efectos en tensión superficial sin embargo dicho efectoen función de la estructura del soluto en cuestión, los efectos, pueden variar desde casimínimos a nulos o llegar a incrementar la tensión superficial como en el caso de las salesinorgánicas, reducir la tensión superficial progresivamente de la forma que sucede alagregar algún alcohol hasta incluso reducir la tensión superficial, hasta un mínimodespués del cual agregar más soluto no afecta más la tensión superficial como se da conlos tensoactivos.
Sin embargo hay algo que se complica la observación de este efecto, y es que un solutopuede existir en diferentes concentraciones en la superficie del solvente y en el seno de ladisolución, mas esta diferencia (de concentraciones) varía de acuerdo a cadacombinación de soluto-disolvente. Es por ello que una útil herramienta es la isoterma deGibbs que se expresa mediante la siguiente ecuación.
Donde se conoce como la concentración de la superficie y representa el exceso desoluto por unidad de área en la superficie sobre la cual podría estar presente laconcentración en el de la disolución prevaleciera hasta la superficie, como está referida a
un área, las unidades finales de son mol/m2. C es la concentración del soluto, R es laconstante universal de los gases y T la temperatura.El nombre de esta ecuación es Isoterma de adsorción de Gibbs para sistemamulticomponentes y funciona para relacionar los cambios en la concentración de uncomponente en contacto con una superficie con cambios en la tensión superficial.
RESULTADOS
Tabla No.1- Datos del Etanol
Tubo No.
Etanol 0.8 M(mL)
Agua (mL)
Concentración(mol/L)
Altura(cm)
γ(dina/cm)
mp
(g)ms
(g)ρ (g/cm3)
1 3 12 0.16 2.001 60.8631 28.0223 10.0179 0.9843
2 6 9 0.32 2.035 61.8155 28.0091 10.0047 0.9830
3 9 6 0.48 1.95 59.1492 27.9943 9.9899 0.9816
4 12 3 0.64 1.94 58.7739 27.9824 9.9780 0.9804
5 15 0 0.80 1.8433 55.7532 27.9658 9.9614 0.9788
Tabla No.- 4- Datos del Butanol
TuboNo.
butanol0.4M (ml)
Agua(ml)
Concentr.(mol/l)
Altura(cm)
mp
(g)ms
(g)ɤ
(din/cm)ρ
(g/ ml¿
1 3 12 0.08 1.9775 19.9804 30.1020 31.7304 1.012162 6 9 0.16 1.7875 19.9799 30.0564 28.5539 1.007653 9 6 0.24 1.6075 19.9776 30.0731 25.7270 1.009554 12 3 0.32 1.3125 19.9746 30.0640 20.9930 1.008945 15 0 0.40 1.495 19.9800 29.4980 22.5578 0.9518
Gráfica No.1- Concentración molar vs. Tensión superficial
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90
10
20
30
40
50
60
70
80
Etanol
Butanol
Propanol
Pentanol
Etanol
Ten
sión
sup
erfic
ial (
din
a/c
m)
Concentración (mol/L)
C ΔC Δᵞ (mol/cm)ᴦ
0.08 0.16 -60.8631 0.012276630.24 0.16 0.9524 -0.000576320.4 0.16 -2.6663 0.00268908
0.56 0.16 -0.3753 0.000529910.72 0.16 -3.0207 0.00548372
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80
0
0
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
Etanol
MEMORIA DE CÁLCULO
C2=C1.V 1.
V 2
Concentración (mol/L)
Exc
eso
sup
erfic
ial (
mol
/cm
2 )
C1=
0.8molL
(3mL)
15mL=2.0001
molL
C2=0.8
molL
(6mL)
15mL=2.0350
molL
C3=0.8
eqL
(9mL)
15mL=1.9500
molL
C4=
0.8molL
(12mL)
15mL=1.9400
molL
C5=
0.8molL
(12mL)
15mL=1.8433
molL
Cálculo de la altura Agua
h1=2.38 cm+2.31 cm
2=2.345cm h2=
2.39cm+2.32cm2
=2.355cm
h3=2.31 cm+2.32 cm
2=2.315 cm
hpromedio=2.35 cm
Etanol 0.16molL
h1=2.04 cm+1.76 cm
2=1.90 cm
h2=2.03 cm+2.05 cm
2=2.04 cm
h3=2.05 cm+2.32cm
2=2.06 cm
Etanol 0.32molL
h1=2.02 cm+2.01cm
2=2.015cm
h2=2.04 cm+2.01 cm
2=2.025 cm
h3=2.08 cm+2.05 cm
2=2.065 cm
Etanol 0.48molL
h1=1.98 cm+1.93 cm
2=1.955cm
h2=1.96 cm+1.92 cm
2=1.94 cm
h3=1.93 cm+1.98 cm
2=1.955 cm
Cálculo de la densidad
Masa de la solución =masa de la sustancia con el picnómetro-masa del picnómetro vacio
Masa del picnómetro=18.0044
mH 2O =28.0409 g-18.0044 g= 10.0365 g
m= 28.0223g-18.0044g= 10.0179 g
m= 28.0091 g-18.0044 g= 10.0047 g
m= 27.9943 g-18.0044 g= 9.9899 g
m= 27.9824 g-18.0044g= 9.9780
Densidad
ρ=mV Volumen del picnómetro=10.177mL
ρH2O=
10.0365g10.177mL
=0.9861gmL
ρ=10.0179g10.177mL
=0.9843gmL
ρ=10.0047g10.177mL
=0.9830gmL
Etanol 0.80molL
h1=1.85 cm+1.87 cm
2=1.86 cm
h2=1.84 cm+1.82 cm
2=1.83 cm
h3=1.87 cm+1.82 cm
2=1.84 cm
Etanol 0.64molL
h1=1.92 cm+1.97 cm
2=1.945cm
h2=1.98 cm+1.92 cm
2=1.95 cm
h3=1.94 cm+1.91 cm
2=1.925 cm
ρ=9.9780g
10.177mL=0.9804
gmL
ρ=9.9614 g
10.177mL=0.9788
gmL
Cálculo del radio del capilar
Con los datos obtenidos para el agua
r=γ∗2
g∗ρ∗h
γ del aguaa23° C=72.43dinacm
r=72.43
dinacm
∗2
981cm
s2∗0.9861
g
m3∗2.35 cm
=0.063 cm
ρ=9.9899g
10.177mL=0.9816
gmL
Cálculo de la tensión superficial
γ 1=
981cm
s2∗0.9843
g
cm3∗0.063 cm∗2.0010 cm
2=60.8631
dinacm
γ 2=
981cm
s2∗0.9830
g
cm3∗0.063cm∗2.0350 cm
2=61.8155
dinacm
γ 3=
981cm
s2∗0.9816
g
cm3∗0.063 cm∗1.9500 cm
2=59.1492
dinacm
γ 4=
981cm
s2∗0.9804
g
cm3∗0.063cm∗1.9400 cm
2=58.7739
dinacm
γ 5=
981cm
s2∗0.9788
g
cm3∗0.063cm∗1.8433 cm
2=55.7532
dinacm
PARA EL BUTANOL
Concentraciones de las disoluciones
C1 tV 1 t=C2bV 2b Entonces tenemos C1 t=C2bV 2b
V 1 t
Tubo1;C1 t=
3mL(0.4eqL
)
15mL=0.08
eqL
Tubo2;C1 t=6mL (0.4
eqL
)
15mL=0.16
eqL
Tubo1;C1 t=9mL (0.4
eqL
)
15mL=0.24
eqL
Tubo1;C1 t=
12mL(0.4eqL
)
15mL=0.32
eqL
Tubo1;C1 t=
15mL(0.4eqL
)
15mL=0.4
eqL
Alturas en el capilar, de las disoluciones
h=h p+hs
2
Agua
h=2.23 cm+2.28 cm
2=2.255 cm
h=2.30 cm+2.19 cm
2=2.245 cm
h=2.25 cm
Tubo 1
h=1.99 cm+1.96 cm
2=1.975 cm
h=2cm+1.96cm
2=1.98 cm
h=1.9775 cm
Tubo 2
h=1.75 cm+1.83 cm
2=1.79 cm
h=1.79 cm+1.78 cm
2=1.785 cm
h=1.7875 cm
Tubo 3
h=1.56 cm+1.69 cm
2=1.625 cm
h=1.55 cm+1.63 cm
2=1.59 cm
h=1.6075 cm
Tubo 4
h=1.43 cm+1.19 cm
2=1.31cm
h=1.43 cm+1.2cm
2=1.315 cm
h=1.3125 cm
Tubo 5
h=1.53 cm+1.48 cm
2=1.505 cm
h=1.50 cm+1.47 cm
2=1.485 cm
h=1.495 cm
Densidades de las disoluciones
ρ=ms−mp
V p
V p=10mL
Agua ; ρH 2O=
30.1174 g−19.9658g10mL
=1.01516gmL
Tubo1; ρ1=30.1020 g−19.9804 g
10mL=1.01216
gmL
Tubo2; ρ2=30.0564 g−19.9799g
10mL=1.00765
gmL
Tubo3 ; ρ3=30.0731g−19.9776g
10mL=1.00955
gmL
Tubo4 ; ρ4=30.0640g−19.9746 g
10mL=1.00894
gmL
Tubo5 ; ρ5=30.4980g−19.98g
10mL=0.9518
gmL
Radio del capilar
r=ΓH 2O
∗2
g∗ρH 2O∗hH2O
=
72.43
gcm
s2
cm∗2
(981cms2 )(1.01516
gcm3 )(2.25 cm)
=0.03232 cm
Tensión superficial de las disoluciones
Γ=g∗ρsol .∗r∗hsol.
2
Tubo1; Γ 1=
981cm
s2∗1.01216
g
c m3∗0.03232 cm∗1.9775 cm
2=31.7304
dincm
Tubo2; Γ 2=
981cm
s2∗1.00765
g
c m3∗0.03232cm∗1.7875cm
2=28.5539
dincm
Tubo3 ;Γ 3=
981cm
s2∗1.00955
g
cm3∗0.03232 cm∗1.6075 cm
2=25.7270
dincm
Tubo4 ; Γ 4=
981cm
s2∗1.00894
g
c m3∗0.03232cm∗1.3125cm
2=20.9930
dincm
d∈ ¿cm
Tubo5 ;Γ 5=
981cms2 ∗0.9518
gcm3∗0.03232 cm∗1.495 cm
2=22.5578 ¿
C