TENSIN SUPERFICIAL

MANUALDELABORATORIODEFSICAII8EdicinDAFIFCFUNMSMTENSINSUPERFICIALEXPERIENCIAN05Dadoquelasfuerzasintermolecularesdeatraccinentremolculasdeaguasedebenalosenlacesdehidrgenoystosrepresentanunaaltaenerga,latensinsuperficialdelaguaesmayorquelademuchosotroslquidos.I.OBJETIVODeterminarelcoeficientedetensinsuperficialdeloslquidos,utilizandoelmtododeRayleigh(clsico)ymedianteelusodeunequipoautomatizado(Cobra3Basic-Unit).II.EQUIPOS/MATERIALESMtodoRayleigh(Clsico)1SoporteUniversal1Clamp1Bureta,medirdimetroexterno1Termmetro1VasodeprecipitadosLquidos:agua,alcohol,ronEquipoautomatizado(Cobra3Basic-Unit)1Arodemedidadetensinsuperficial,1Varillade25cmdedimetropromedio19.5mm.1Clamp1PCconWindowsXP/Windows98.1Plataformadeelevacinvertical1Cobra3Basic-Unit1CubetaPetri,d=20cm1Fuentedepoderde12V/2A1Pao1SoftwareCobra3Force/Tesla1Probetade100ml1MdulodemedicindeNewton1Accesoriosdeconexin1SensorNewton1TrpodeBase1CronmetroIII.FUNDAMENTOTERICOLasfuerzasmolecularesquerodeanunamolculaenelinteriordeunlquidoactansobreelladesdetodoslados;ejercindoseunapresinisotrpica.Lafuerzaresultantequeactasobreunamolculalocalizadaenlacapasuperficialnoescero,debidoaquelaresultanteestdirigidahaciaelinteriordellquido,comoseilustraenlafigura1.Figura1Exp.N05TENSINSUPERFICIAL

MANUALDELABORATORIODEFSICAII8EdicinDAFIFCFUNMSMMtododeRayleighDelanlisisdeladinmicapresenteenlaformacindeunagotaquesedesprendedeuntubocilndricoderadioR,paraunlquidoquetieneuncoeficientedetensinsuperficial;seobservaquemientraslagotanosedesprenda,tomarunaformatalquelacomponenteverticaldelafuerzadetensinsuperficialseequilibraconsupeso;lacomponenteverticaldelafuerzadetensinsuperficialalcanzarsuvalormximoenelinstantejustoantesdequelagotasedesprenda;enelmomentoquesedesprendesecumplealasiguienterelacin,mg

=2R

(1)

(2)Donde:meslamasadelagota,Reselradioexternodelapuntadelabureta,yeselcoeficientedetensinsuperficialdelquido.Debidoalacondicindemnimo,lasgotasdeaguaadoptanlaformaesfrica.Apartirdelaecuacin(1)sepodradeterminar,perocomoahnosehatenidoencuentaeltrabajodedeformacincilindroesfera,elvalorqueseobtuvieranoseriaexacto.Rayleighretocestaexpresin,yencontrunmodoempricoparadeterminar.Rectificlasconstantesyllegalaecuacin,

(3)ConsiderandounlquidodevolumenV,dedensidad,yqueenlhayunnmeroNdegotas,lamasadecadagotaser,

Porlotantoseencuentraque,

m=

VN

(4)

IV.PROCEDIMIENTOMONTAJE1MtododeRayleighMonteelequipotalcomomuestraeldiseoexperimentaldelafigura2.

Viertaenlaburetaellquido,cuyatensinsuperficialdeseadeterminar.

(5)

1. Mida la temperatura del lquido; de preferencia en el interior de la bureta. Anote el valor correspondiente en la Tabla 1.2. Use el vaso de precipitados como depsito de descarga del lquido de la bureta.

3. Tome dos niveles de referencia; A y B. Sugerencia: Utilice 1,2 o 3 mL de lquido.4. Cuente el nmero de gotas de la porcin de lquido entre los niveles de referencia. Repita este procedimiento por lo menos 5 veces. Cada vez anote en la tabla el nmero de gotas para el volumen escogido.5. Repita los pasos del 1 al 5 para otros lquidos (alcohol/ron, mezcla con agua)

TABLA 1LquidoTemperatura: 26 C

AlcoholMezcla

(g/cm3)V (mL)N

(g/cm3)V (mL)N (g/cm3)V (mL)N

11.001,0180,8101,0340,8601,033

21.001,0170,8101,0350,8601,035

31.001,0160,8101,0350,8601,034

41.001,0170,8101,0340,8601,035

51.001,0180,8101,0350,8601,034

Promedio1.001,017.20,8101,034.60,8601,034.2

Error Total0+/- 0.0500+/-0.0500+/- 0.050

(dina/cm)65,19 +/- 23.7026.25 +/- 23.7028.20 +/- 23.70

CLCULOS PARA HALLAR LA TENSIN SUPERFICIAL:

*Se sabe que el error instrumental del Vernier 1/10 = 0.05 x 10-3m que afecta al radio de la gota.

TENSION SUPERFICIAL PARA EL AGUA A 26 C

(dina/cm)=(5/19)x(g/N)x(V/R)= (5/19)x((1g/cm3x9.8m/s2)/17.2)x((1.0 +/- 0.05 ml)/(2.3x10-3 +/- 0.05x10-3 m))

(dina/cm) = 65.19 +/- 23.70 TENSION SUPERFICIAL PARA EL ALCOHOL A 26 C

(dina/cm)=(5/19)x(g/N)x(V/R)

= (5/19)x((0.810g/cm3x9.8m/s2)/34.6)x((1.0 +/- 0.05 ml)/(2.3x10-3 +/- 0.05x10-3 m))

(dina/cm) = 26.25 +/- 23.70

TENSION SUPERFICIAL PARA LA MEZCLA A 26 C

(dina/cm)=(5/19)x(g/N)x(V/R)

= (5/19)x((0.860g/cm3x9.8m/s2)/34.2)x((1.0 +/- 0.05 ml)/(2.3x10-3 +/- 0.05x10-3 m))

(dina/cm) = 28.20 +/- 23.70

TABLA 2LquidoTemperatura: 50 C

Alcohol

(g/cm3)V

(mL)N

10,8101,035

20,8101,035

30,8101,036

40,8101,035

50,8101,035

Promedio0,8101,035.2

Error Total0+/- 0.050

(dina/cm)25.80 +/- 23.70

TENSION SUPERFICIAL PARA EL ALCOHOL A 50 C

(dina/cm)=(5/19)x(g/N)x(V/R)

= (5/19)x((0.810g/cm3x9.8m/s2)/35.2)x((1.0 +/- 0.05 ml)/(2.3x10-3 +/- 0.05x10-3 m))

(dina/cm) = 25.80 +/- 23.70

EQUIPO AUTOMATIZADOPara incrementar el rea de la superficie en un liquido en un A, se debe realizar un trabajo E.

= E/A (6)

Donde, es la energa superficial especfica y es idntica con la tensin superficial:

= F/2l (7)

La fuerza F acta tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin de mantener la pelcula liquida. Cuando usamos un aro de medicin de radio r, la longitud del borde es l = 2r.

MONTAJE 2 Mtodo del anillo

Familiarcese con el equipo sensor de la unidad bsica (Cobra3) y monte el diseo experimental de la figura 3.1. Vierta lquido en la cubeta Petric hasta la mitad.

2. Suspenda el aro del gancho del sensor Newton. No sumerja aun el anillo en el lquido.

3. Utilizando la plataforma de elevacin vertical, girando la manija negra, sumerja lentamente el aro hasta que est completamente cubierto por el lquido de estudio.

4. Con ayuda del profesor calibre el sensor (Figura 5 y 6).

5. Evite cualquier movimiento en la mesa de trabajo, ya que el sistema es altamente sensible.

6. Inicie la medicin en software men.

7. Con la ayuda de la plataforma de elevacin vertical, descienda cuidadosamente la cubeta Petric hasta que observe que la pelcula de interface del liquido este tensionada hasta el lmite (figura4).

8. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10 s.

9. Al trmino de los 10s suba cuidadosamente cubeta Petric con la ayuda de la plataforma de elevacin.

10. Repita los pasos (c) al (e) al menos 4 veces.

11. Detenga la medicin.

12. De la grafica fuerza vs tiempo que arroja el programa (figura 7), seleccione los datos correspondientes a la zona de mxima tensin y copie los datos a una hoja de clculo Excel y obtenga el promedio para cada grupo de datos (Fuerza tensora).

Figura 7F1 (20s-40s)2 (53.5s-73.5s)PromedioError

0.00749 +/- 0.0400.00461 +/- 0.0400.00605 +/- 0.057

Del rango de 20-40s *X= 0.00749 N

= (((x-xi)2/n))1/2Ea= 3 /= 1.591 x 10-3 NEi = 0.04 N

*X = (Ei 2+ Ea2)1/2 = 0.040 NDel rango de 53.5-73.5s

*X= 0.00461 N

= (((x-xi)2/n))1/2Ea= 3 /= 1.697 x 10-3 N

Ei = 0.04 N

*X = (Ei 2+ Ea2)1/2 = 0.040 N

Promedio

X1 =0.00749 +/- 0.040 X2 = 0.00461 +/- 0.040

X= 0.00605

X = (X1 2+ X2 2)1/2 = 0.057 N

V. EVALUACIN1. Para el equipo automatizado, determine el coeficiente de tensin superficial utilizando la ecuacin 7. Con su error correspondiente. Recuerde que la longitud l del aro debe estar en metros.

Datos:

DIAMETRO DEL ARO

INTERNO19.22+- 0.01mm

EXTERNO19.66+-0.01mm

= F/2l

= ((0.00605 +/- 0.057 N)/2(2x9.61 +/- 0.01x10-3m)) = 5.01x10-5 +/- 5.93x10-3 N/m2. Calcule el error porcentual y evale si ste se encuentra en el valor estimado en el error total.

Er= X/X(1)

E%= 100Er(2)

Er= (0.057/0.00605) = 9.421E%= 100(9.421) = 942.1

Este no se encuentra dentro del valor estimado del error total.

3. De cinco ejemplos de aplicacin prctica del fenmeno de tensin superficial, en el campo de la ciencia y tecnologa. Flotacin de minerales por control de la tensin superficial de la pulpa: Mediante una adecuada regulacin de la tensin superficial es posible separar minerales altamente hidrofbicos entre ellos y desde minerales parcialmente hidrofbicos. Propiedad del agua para extinguir el fuego: El agua tiene una tensin superficial alta, Esto quiere decir que forma gotas fcilmente. Los agentes humectantes lo que hacen es disminuir dicha tensin superficial. Por lo tanto consiguen que el agua no forme gotas y se expanda por la superficie disponible. As se mejora la absorcin de calor en un incendio. Tecnologa de los antiespumantes: Durante la produccin y aplicacin de las pinturas la aparicin de espuma es un efecto secundario indeseado que provoca el aumento del tiempo de produccin, dificulta el llenado de los envases con la cantidad correcta de producto y provoca defectos de superficie como los crteres y zonas de fractura en la pelcula seca. Los antiespumantes deben ser insolubles en la pintura y poseer la movilidad suficiente que le permita penetrar en la lamela y desplazar el agente tenso activo presente en su interfase. Por lo tanto el agente antiespumante debe tener una tensin superficial inferior a la del agente tenso activo. El valor de esta tensin superficial ha de ser tal que provoque el adelgazamiento rpido y la rotura de la lamela. El uso de los surfactantes como medio para aumentar la eficacia de los herbicidas: El trmino surfactante corresponde a productos capaces de reducir la tensin superficial del agua, mejorando la emulsin de los compuestos herbicidas, dispersin, mojamiento, humectacin y otras propiedades que modifican la superficie de contacto de los lquidos, o entre un lquido y una superficie.4. El dimetro exterior e interior del aro son: 20.0 mm y 19.0 mm. Halle la longitud sobre la cual la superficie tensora del lquido hace su accin.Estevaserunanilloporlocualtomaremoslasmedidasporlosdosladosentonces: L=l1+l2=2(10mm)+2 (9.5mm)=39 mm L=39 mm = 122.522x10-3 m5. Compare los resultados de ambos mtodos. Cul es su opinin al respecto?Tienen algo en comn al considerar en ambos la tensin superficial; sin embargo, es el segundo caso el ms exacto al tener un programa que puede evaluar con mayor precisin los datos del experimento. Por el otro lado el primer caso es aquel con mayor ndice de error al tenernos a nosotros como contadores de gotas, ya que por cualquier motivo se puede aumentar o disminuir estas.VI. CONCLUSIONES

Debidoalatensinsuperficial,lasmolculasdeloslquidosseatraenunasaotraspor tantolasqueseencuentranenlasuperficietambinestarnatradasalasdelinterior,estopuede seryaquelasgotasadquierenunaformaesfrica,entoncessepuedereducirelnmero demolculasenlasuperficie. Estatendenciadecontraccinesmotivoporlocualexistetensin. Asimismoobservamosdelastablasque la tensin superficialesinversamenteproporcionalala temperatura,yaquedisminuyeamedidaquelatemperaturaaumenta.VII. SUGERENCIAS / RECOMENDACIONES

Es necesario tener una bureta adecuada para mejorar el conteo de de gotas de cada sustancia. Es necesario mantener el ritmo de cada de cada gota en el proceso de conteo.= (1/2)(mg/R)

= (5/19)(mg/R)

= (5/19)(V/N)(g/R)

_1240780930.unknown

_1240780958.unknown

_1240780834.unknown