fisicoquímica tensión superficial

8/10/2019 Fisicoqumica tensin superficial

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, Decana de Amrica)

FACULTAD DE QUMICA E INGIENIERIA QUMICA

Escuela Acadmico Profesional de Qumica

Informe de Prctica n 5 de Laboratorio de Fisicoqumica AI

Tensin Superficial

Grupo de Laboratorio:

Grupo B viernes de 8:00 a.m. a 12 m.

Trabajo presentado por:

-Jorge Martn Cabrera Rocha

Para el curso de:

Laboratorio de Fisicoqumica AI

Profesor:

Ing. Yarango Rojas, Alejandro

Ciudad Universitaria, Junio del 2014


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Tensin Superficial Fisicoqumica

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Tabla de contenidoI. INTRODUCCIN ................................................................................................................... 2

III. RESUMEN ............................................................................................................................ 2

III. PRINCIPIOS TEORICOS ......................................................................................................... 4

IV. DETALLES EXPERIMENTALES ............................................................................................... 6

V. TABLA DE DATOS ................................................................................................................ 7

VI. CALCULOS Y GRAFICOS ..................................................................................................... 8

VII. TABLA DE RESULTADOS ................................................................................................... 10

VIII. DISCUSIN DE RESULTADOS ........................................................................................... 12

IX. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 13

X. RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 14

XI. CUESTIONARIO ................................................................................................................ 15


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I. INTRODUCCIN

La superficie de cualquier lquido se comporta como si sobre esta existe una

membrana a tensin. A este fenmeno se le conoce como tensin superficial. La

tensin superficial de un lquido est asociada a la cantidad de energa necesaria para

aumentar su superficie por unidad de rea. El cual podemos observarlo cuando los

insectos caminan sobre el agua (La interaccin de las partculas en la superficie del

agua, hace que esta se presente como una superficie elstica, lo que impide que se

pueda ingresar al seno del lquido) o cuando se forma una gota (Las fuerzas de tensin

superficial tienden a minimizar la energa en la superficie del fluido haciendo que estas

tengan una tendencia a una forma esfrica).

En la industria la tensin superficial juega un rol tan importante desde la actividad

minera en la separacin por flotacin de minerales, pasando a la fabricacin de

detergentes y jabones hasta la alimenticia, en la separacin de la nata para la

elaboracin de mantequilla, estas y muchas otras prcticas ms son de uso cotidiano

en las empresas para el desarrollo industrial y econmico en favor del pas.


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II. RESUMEN

En la prctica del laboratorio de fisicoqumica N5 se realiz la experiencia de como determinar latensin superficial y observar sus variaciones respecto a la concentracin y la temperatura. Para ellose trabaj con un capilar, se midi el volumen de lquido que suba por este y por medio de la relacinde la altura que suba el lquido y densidad del mismo respecto a otro lquido de referencia se halla la

tensin superficial de la muestra en estudio.Las condiciones en las que se trabaj: presin= 756mmHg, temperatura=22C y %HR=94 .

Se trabajaron con cuatro muestras de metanol con concentraciones de 10, 25, 50, 100% y lastemperaturas de 20 y 30 C utilizando de lquido de referencia al agua.

Los valores calculados de las tensiones superficiales son a 20 55.14dnas/cm, 48.05dinas/cm,30.57dinas/cm y 25.63 dinas /cm a 30C 56.91 dinas/cm, 42.83 dinas/cm, 33.54 dinas/cm, 21.96dinas/cm a 10%, 25%, 50% y 100% respectivamente a ambos casos.

Los % de error son para 20 C 6.6%, -4.44%, 12.26% y -13.37 a 30C 0.62%, 5.82%, 2.81% y -1.77%para las concentraciones de 10%, 25%, 50% y 100 % respectivamente en ambos casos. Se pudieron

deber a inexactitud en la medicin de las alturas o al control de temperatura, esto ltimoevidenciara el error negativo.


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III.

PRINCIPIOS TERICOS

Se denomina tensin superficial al fenmeno por el cual la superficie de un lquido tiende a

comportarse como si fuera una delgada pelcula elstica. Este efecto permite a algunos

insectos, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensin superficial (una

manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan

entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la

capilaridad por ejemplo.

A nivel microscpico, la tensin superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada

molcula son diferentes en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno de un lquido

cada molcula est sometida a fuerzas de atraccin que en promedio se anulan. Esto permite

que la molcula tenga unaenerga bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza

neta hacia el interior del lquido. Rigurosamente, si en el exterior del lquido se tiene ungas,

existir una mnima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es

despreciable debido a la gran diferencia dedensidades entre el lquido y el gas.

Energticamente, las molculas situadas en la superficie tiene una mayor energa promedioque las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema ser a disminuir la energa

total, y ello se logra disminuyendo el nmero de molculas situadas en la superficie, de ah la

reduccin de rea hasta el mnimo posible.
http://www.monografias.com/trabajos6/etic/etic.shtmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Insectohttp://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Insectohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://www.monografias.com/trabajos6/etic/etic.shtml


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Mtodo de elevacin capilar:

Cuando el extremo de un tubo capilar se sumerge verticalmente en un lquido una pelcula de

este asciende por la pared capilar, siendo la superficie libre del lquido en el capilar de formacncava. La causa de la elevacin del lquido en el capilar puede explicarse por la diferencia de

presiones a travs del menisco o por la tendencia del lquido a presentar al menor rea de

superficial posible.

r : radio del tubo capilar en cm.

: Tensin superficial del agua

: Gravedad igual a 9.78 m/s2

h : altura del agua en el tubo capilar.

: Densidad del agua.

Tensin superficial como una funcin de la temperatura:

La relacin entre la temperatura y la tensin superficial de un lquido normal o no asociado

est representada con toda exactitud por la ecuacin. De Ramsay-Shield-Eotvos:

(M/)2/3=2.12 (TC-6-T) . (2)

: Densidad

M: peso molecular

Tc: temperatura critica

(M/)2/3: energa molecular libre molar

Tensin superficial relativa:

Para determinar la tensin superficial usando un lquido de referencia se puede expresar as:

.. (3)


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IV.

DETALLES EXPERIMENTALES

MATERIALES Y REACTIVOS:

Materiales: aparato para medir la tensin superficial por el mtodo del ascenso capilar,

termmetro, bombilla de jebe lo, probeta, vasos.

Reactivos:Agua destilada, metanol al 100%, metanol al 50%, metanol al 10%.

PROCEDIMIENTO:

1.

Liquido de referencia.

a. Lave cuidadosamente el capilar y el recipiente para la muestra con detergente,

enjuague varias veces con agua de cao y al final con agua destilada,

finalmente squelos en la estufa.

b.

Instalar el equipo experimental de ascenso de lquido en un tubo capilar.

c. Llene el recipiente con agua destilada hasta un volumen adecuado de forma que el

capilar quede surgido 1cm. Dentro del lquido mida el volumen usado. Colocan escala

de lectura y el termmetro.

d. Coloque el recipiente dentro de un bao de temperatura a T1C. Sin retirar del ao,

usando la bombilla de jebe, eleve la altura del lquido dentro del capilar, retire la

bombilla, anote la altura y repita el procedimiento hasta obtener tener h constante;

anote esta altura. Repita el procedimiento a T2 y T3.

e.

Retire el agua, luego seque el capilar y a recipiente en la estufa.

2.

Muestra liquida y soluciones.

Repita todo el procedimiento uno para la muestra liquida pura a las temperaturas de

trabajo y para las soluciones a la temperatura indicada por el Profesor. Para cada

cambio de muestran debe lavar y secar el recipiente y el capilar.
http://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtml


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V. TABLA DEDATOS

CONDICIONES DEL LABORATORIO

P (mmHg) 756

T () 22

%HR 94

A. DATOS PARA EL AGUA DESTILADA Y METANOL

T 20C h1 h2 h3 hp

Agua 2.7 2.6 23.7 2.7

MetOH100%

1.2 1.2 1.2 1.2

MetOH50%

1.4 1.3 1.3 1.3

MetOH25%

1.8 1.9 1.9 1.9

MetOH10%

2.2 2.2 2.1 2.1

T 30C h1 h2 h3 hp

Agua 2.8 2.9 2.8 2.8

MetOH100%

1.1 1.1 1.2 1.1

MetOH50%

1.6 1.5 1.5 1.5

MetOH25%

1.8 0.8 1.8 1.8

MetOH

10%

2.3 2.2 2.3 2.3

B) Datos obtenidos del hand book CRC 57 th Ed.

T(C) metanol 10% Metanol25%

metanol50%

metanol100%

(din/cm) (din/cm) (din/cm) (din/cm)

20 59.04 46.01 35.31 22.61

30 57.27 45.48 34.52 21.58
http://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtml


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VI. CLCULOS Y GRFICOS

a.

Mediante la ecuacin seis calcule la tensin superficial de la muestra usandolos datos tericos de tensin superficial y densidad del agua.

Calculamos las densidades a diferentes concentraciones a una temperaturade 20C para luego calcular la tensin superficial.

Metanol 10%

Para w de solucin de 100g tendremos 10g CH3OH y 90g H2O

Sea T=20C y de la bibliografa se tiene

Aplicando la ecuacin (1) :

Para hallar la tensin superficial del metanol al 10%

Aplicamos la ecuacin siguiente:


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Luego se calcul las densidades a diferentes concentraciones a una temperatura de 30C yluego a 40C para luego calcular la tensin superficial, usando las mismas ecuaciones que seusaron el caso anterior.

Para 30C

Metanol 10%

Para w de solucin de 100g tendremos 10g CH3OH y 90g H2O

Hallamos su densidad terica aplicando

, donde B=1.259X10-3

Entonces para 30C tenemos las siguientes densidades:

densidad

metanolTC 10% 50% 100%

20 0,9729 0,8829 0,7914

30

0,9692 0,8760 0,7820b. Calculando el radio del capilar

Para hallar el radio del capilar utilizamos la siguiente ecuacin

c.

plotee

(

) compare la pendiente de la recta con la constante de

edtvos.

Hallaremos para los datos tomados del metanol al 10%

z H p Y 10-2cm

20 2.1 0.9728 55.1422 5.50

30 2.3 0.9692 56.9141 5.21


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10

Metanol10%

y(M/P)2/3 tc-6-t

20 566.10 213,35

30 585.75 203,35

c) grafiquevs concentracin de las soluciones empleadas

y = -0.509x + 501.67R = 1

200

205

210

215

565 570 575 580 585 590

y

(M/P)2/3

Tc-6-T

y(M/P)2/3 vs Tc-6-T

y = -32.687x + 55.07

R = 0.8572

y = -35.706x + 55.329R = 0.9081

0

10

20

30

40

50

60

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

tensins

uperficial

Concentracin de metanol

vsconcentracin

20C

30C

Linear (20C)

Linear (30C)


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VII. Tabla de Resultados

% 10% 25% 50% 100%

densidad20C

0.97280601 0.93700889 0.88286319 0.7914

densidad30C

0.96918835 0.93200578 0.87599379 0.782

MetOH H2O

densidad20C

0.7914 0.99823

densidad30C

0.782 0.99567

h2o 20C 72.75 h= 2.7 0.99823

% 10% 25% 50% 100%

MetOH20C

55.1422084 48.0547063 30.9795693 25.6339721

h 2.1 1.9 1.3 1.2

h20 30C 71.18 h= 2.8 0.99567

% 10% 25% 50% 100%

MetOH30C

56.9141892 42.8327188 33.5487866 21.962611

h 2.3 1.8 1.5 1.1

% 10% 25% 50% 100%

G=9.8m/s2 20C

r 5.50861646 5.50861646 5.50861646 5.50861646

30C

r 5.21060858 5.21060858 5.21060858 5.21060858

%error 10% 25% 50% 100%% error 20C 6.60 -4.44 12.26 -13.37

%error 30C 0.62 5.82 2.81 -1.77


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VIII. DISCUSIN DE RESULTADOS

Se observa que los porcentajes de error fueron altos esto debido a las condiciones detrabajo sealado que el capilar estaba roto y por ello dificultaba la medicin de lasalturas.

Respecto a la constate Etvos el valor hallado fue -0.509 mientras que el valor tericode la constante es de 2.12 eso nos da un porcentaje de error de 124 %, sin embargo se

hall este valor respecto a solo una de las concentraciones (10%) a 20C en el grficocomo la constante obtenida da un valor muy lejano al terico.

Se obtuvieron valores de tensin superficial a diferentes concentraciones con unaregresin lineal aceptable en un R2=0.8572 a 20C y R2=0.9081 a 30C segn muestrael grfico comparativo entre los datos a diferentes temperaturas.

Los valores de la tensin superficial aumentaban segn el porcentaje de contenido delagua esto indica que a mayor contenido de un electrolito o compuesto con dipolo latensin superficial aumenta, otra conclusin, la tensin superficial es inversamenteproporcional a la temperatura para un mismo lquido, as como lo demuestra en losvalores del metanol puro y en sus mixturas con el agua este valor aumenta por lapresencia de este electrolito en la solucin metanlica.

Los % de error son para 20 C 6.6%, -4.44%, 12.26% y -13.37 a 30C 0.62%, 5.82%,2.81% y -1.77% para las concentraciones de 10%, 25%, 50% y 100 % respectivamenteen ambos casos. Se pudieron deber a inexactitud en la medicin de las alturas o alcontrol de temperatura, esto ltimo evidenciara el error negativo.


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IX.

CONCLUSIONES

La superficie de cualquier lquido se comporta como si sobre esta existe una

membrana a tensin. A este fenmeno se le conoce como tensin superficial. La

tensin superficial de un lquido est asociada a la cantidad de energa necesaria

para aumentar su superficie por unidad de rea.

La tensin superficial es causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares

que existen en la interfase. La tensin superficial depende de la naturaleza del

lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Lquidos cuyas molculas

tengan fuerzas de atraccin intermoleculares fuertes tendrn tensin superficial

elevada

En general, la tensin superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas

de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La influencia del medio

exterior se debe a que las molculas del medio ejercen acciones atractivas sobre

las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de

las molculas del lquido.

Dado que las fuerzas intermoleculares de atraccin entre molculas de agua se

deben a los enlaces de hidrgeno y stos representan una alta energa, la tensin

superficial del agua es mayor que la de muchos otros lquidos.


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X. RECOMENDACIONES

Para trabajar correctamente con el mnimo porcentaje de error:

Se debe secar los instrumentos en la estufa.

Limpiar bien el capilar ya que si estuviera sucio el clculo de la tensin superficial sera

errneo.

Mojar las paredes del capilar con la bombilla, con una ligera absorcin.

Si un capilar muy pequeo se sumerge parcialmente en un lquido. El lquido permanece a

niveles diferentes fuera y dentro del capilar.

Luego de terminada la prctica experimental guardar todos los instrumentos en la gaveta.

Existen varios mtodos para medir la tensin superficial de un lquido. Uno de ellos consiste en

utilizar un anillo de platino que se coloca sobre la superficie del agua. Se mide la fuerza que se

requiere para separar el anillo de la superficie del agua con una balanza de alta precisin.


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XI. CUESTIONARIO

1.

Explique la variacin de la constante de Etvos con la temperatura.

Se puede confirmar que la tensin superficial de los lquidos disminuye a

medida que aumente la temperatura, y se hace igual a cero en la temperatura

crtica. Estudios posteriores ha permitido confirmar que la constante de Kavara

de 0.56 a 19.3.

2. Indique el uso del Paracor.

Una propiedad fsica que ha tenido importancia histrica, aunque no es de

uso comn se le conoce como el paracor, la idea general es que el volumen

molar debera de ser considerada un propiedad aditiva, es decir, deberamos

ser capaces de llenar el volumen molar sumado volmenes de grupos atmicos

o grupos funcionales la actividad de los volmenes no se sigue muy bien y

Sudger en (1924) sugiri que se debera corregir como consecuencia de las

fuerzas intermoleculares sobre los volmenes molares. Una indicacin de tales

fuerzas es la tensin superficial de los lquidos y la propuesta del volumen

molar corregida que debera de ser ahora un parmetro aditivo:


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Donde []fue denominado paracor, y tensin superficial

3. Explique la estimacin de la tensin superficial de los slidos.

La tensin superficial entre slidos, no se le puede definir, como tensin

superficial. Ya que solo hay fuerzas de cohesin en las molculas de los slidos y

cuando estas en contacto, hay friccin, esto se definira mejor como dureza.

Pero la tensin superficial entre slidos y lquidos se puede definir en otros

trminos llamado mojabilidad.

La mojabilidad es la capacidad que tiene unlquido de extenderse y dejar una trazasobre unslido.Depende de lasinteracciones intermoleculares entre lasmolculassuperficiales de ambas sustancias. Se puede determinar a partir del ngulo que ellquido forma en la superficie de contacto con el slido, denominado ngulo decontacto;a menor ngulo de contacto, mayor mojabilidad.1

La mojabilidad est relacionada con otros efectos, como la capilaridad.Independientemente del valor de la mojabilidad, cualquier lquido sobre unasuperficie slida forma un casquete esfrico. Algunas sustancias disueltas en el

agua pueden modificar sutensin superficial y por tanto su mojabilidad.
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_intermolecularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo_de_contactohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo_de_contactohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mojabilidad#cite_note-Levy1993-0http://es.wikipedia.org/wiki/Mojabilidad#cite_note-Levy1993-0http://es.wikipedia.org/wiki/Mojabilidad#cite_note-Levy1993-0http://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Casquete_esf%C3%A9ricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Casquete_esf%C3%A9ricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mojabilidad#cite_note-Levy1993-0http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo_de_contactohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo_de_contactohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_intermolecularhttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido


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