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