tension superficial alfredo

1. RESUMEN

La presente práctica realiza, tuvo como objetivo principal analizar como la Tensión superficial varia, sufriendo variaciones con la

temperatura y la concentración.

Para cumplir con estos fines, realizamos las experiencias a condiciones de laboratorio. A 756mmhg de presión, con 20 ºC de

temperatura y 96% de humedad relativa.

A continuación trabajamos con el método del ascenso capilar, para el calculo de la tensión superficial; para el etanol al 100% y T=20º C

fue de 24.38 dinas/cm., a T=30º C una tensión de 20.83 dinas/cm., y a 50º C fue de 20.11 dinas/cm, con porcentajes de error

de 7.28% ,3.44 y 0.03 respectivamente. Al igual que con la solución pura, trabajamos con muestras de etanol al 10%, y 50%,

resultándonos la tensión superficial de 48.33dinas/cm, 33.31dinas/cm con porcentajes de error de 18.13% y 6.25 %.

Respectivamente y ambas concentraciones a una T=20º C.

Luego obtuvimos el radio del capilar, teniendo como base a la gravedad, la densidad, la altura de la muestra como la tensión hallada

anteriormente. Esto nos produjo que a T=20ºC el radio del capilar fue de 0.247mm, a T=30ºC fue de 0.246mm y a T=40ºC fue de

0.250mm.

Al plotear la muestra pura a temperatura de 20º C obtuvimos uno 266.99

Dinas

cm .mol2 /3 , y con una temperatura critica de 239.5º C ,

teniendo por resultado 213.5º C, igualmente para una T=30ºC obtuvimos 256.50

Dinas

cm .mol2 /3 y 203.5 º C, y a T=40º C

235.85

Dinas

cm .mol2 /3 y 193.5 º C

En la gráfica realizada al plotear

γ ( Mρ )23 vs . (Tc−6−T )

, el resultado obtenido de la pendiente fue de 1.049 , comparando

con el valor correspondiente a la Ecuación de Ramsay-Shield-Eötvos que es de 2.12; se obtuvo un porcentaje de error de 2.59%

Como también pudimos concluir que la tensión superficial disminuye con el aumento de la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión

disminuyen al aumentar la agitación térmica.

2. INTRODUCCION

En el presente informe podremos reconocer como las fuerzas de atracción y de repulsión intermolecular afectan a propiedades de la

materia como el punto de ebullición, de fusión, el calor de vaporización y la tensión superficial.

1

Las moléculas dentro de un líquido son jaladas en todas direcciones por las fuerzas intermoleculares; no hay tendencia para una sola

dirección. Sin embargo, las moléculas de la superficie son jaladas hacia abajo y hacia los lados por otras moléculas, pero no hacia arriba

de la superficie. En consecuencia, estas atracciones intermoleculares tienden a jalar a las moléculas hacia dentro del líquido lo que

ocasiona que la superficie se tense como si fuera una película elástica. Ya que hay poca o ninguna atracción entre las moléculas polares

del agua y las moléculas no polares de la cera, en un coche recién encerado una gota de agua adopta la forma de una pequeña cuenta

esférica porque de esta manera se minimiza el área superficial de un líquido. La superficie serosa de una manzana humedad también

produce el mismo efecto.

La tensión superficial es responsable de la resistencia que un liquido presenta a la penetración de su superficie, de la tendencia a la

forma esférica de la gotas de un liquido, del ascenso de os líquidos en los tubos capilares y de la flotación de objetos u organismos en la

superficie de los líquidos.

La tensión superficial numéricamente igual a la proporción de un aumento de energía superficial con el área y se mide en erg/cm2 o en

dinas/cm. La energía superficial por centímetro cuadrado se representa con la letra griega gamma.

3. PRINCIPIOS TEORICOS

1. Tensión superficial

La superficie de cualquier líquido se comporta como si sobre esta existe una membrana a tensión. A este fenómeno se le conoce como

tensión superficial. La tensión superficial de un líquido está asociada a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por

unidad de área.

La tensión superficial es causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interfase. La tensión superficial

depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Líquidos cuyas moléculas tengan fuerzas de atracción

2

intermoleculares fuertes tendrán tensión superficial elevada. La tensión superficial del agua se deben a los enlaces de hidrógeno y éstos

representan una alta energía, la tensión superficial del agua es mayor que la de muchos otros líquidos.

Fuerzas entre líquidos y sólidos

El mismo tipo de fuerzas puede actuar entre un líquido y el sólido que lo contiene (por ejemplo un vaso.) Estas fuerzas pueden ser tan

grandes como (o incluso mayor) que las fuerzas cohesivas internas del líquido. Este es el caso en la atracción del agua por un vaso

limpio de vidrio. El agua prefiere estar más cerca del vidrio y "se eleva" en los bordes. El agua no puede, sin embargo, subir a lo largo del

vaso hasta el tope ya que también interviene la fuerza de la gravedad en sentido contrario. El agua se eleva hasta que el peso de la

porción del agua elevada se balancea exactamente con las fuerzas de unión con el vidrio. Esto puede observarse en el menisco que

forma el agua con el vidrio en los bordes.

El efecto es mayor cuanto menor es el diámetro del tubo. Los tubos de diámetro muy pequeño se conocen con el nombre de capilares.

Es debido a la acción capilar que el agua sube por los intersticios de un terrón de azúcar o sobre un trozo de papel secante. Es en parte

también gracias a este efecto que el agua puede subir a través de los conductos de una planta para transportar nutrientes.

En forma cuantitativa

En el caso de un capilar de radio r, ¿cuál es la altura h extra que se eleva el líquido debido a esta fuerza? Esta altura depende de la

longitud de contacto entre el líquido y el sólido, que en este caso es un círculo (asumiendo una forma cilíndrica para el capilar) cuyo

perímetro es 2πr. También depende por supuesto de la naturaleza del líquido y el sólido en cuestión; esto se representa en una

constante que denominaremos t. De esta manera, la fuerza total que hace elevar al líquido es 2πrt.

2. Relación con la capilaridad

La capilaridad es una propiedad física del agua por la que ella puede avanzar a través de un canal minúsculo (desde unos milímetros

hasta micras de tamaño) siempre y cuando el agua se encuentre en contacto con ambas paredes de este canal y estas paredes se

encuentren suficientemente juntas.

Si tenemos un recipiente y se derrama agua (tintada de un cierto color para poder ver con mayor claridad el efecto que se produce). Se

introduce en el recipiente un tuvo de cristal alargado y estrecho. Inmediatamente parte de agua del recipiente ascenderá por el tubo hasta

alcanzar una altura determinada, esta altura será tal que el peso del líquido que quede dentro del tuvo sea igual a la tensión superficial de

dicho líquido. Si cogemos un tubo con un mayor diámetro el agua que ascenderá

por él será menor que en el caso anterior por que para una misma altura el tubo de

mayor diámetro contiene una mayor cantidad de líquido. Si se tuviese un tubo tan fino

como el de un cabello, la cantidad de líquido que ascendería sería muchísimo mayor,

por ello a este fenómeno se le conoce como Capilaridad.

En el método de tubo capilar para medir la tensión superficial el líquido en el

tubo subirá o bajará una distancia igual a:

donde es el radio del tubo capilar, es la constante gravitacional y es la densidad. Si se usa el método de comparación:

En el método del peso de la gota, se determina a partir de la masa de la gota que se forma en el extremo del tubo capilar antes de

caer. En el método En el método de burbuja de presión, se determina midiendo la presión requerida para producir una burbuja de un

gas en el líquido en el extremo de un tubo capilar. En el método de anillo, se relaciona con la fuerza necesaria para levantar un anillo

desde la superficie del líquido.

3

4. DETALLES EXPERIMENTALES

MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES: Aparato para medir la tensión superficial por el método del ascenso capilar, termómetro, bombilla de jebe, probeta, escala

de lectura, vasos. REACTIVOS: Agua destilada, metanol al 100%, 10% y 50%.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1 Liquido de Referencia:

Primero se lavó cuidadosamente el capilar y el recipiente para la muestra, luego se secaron en la estufa y se instalo el equipo de

acuerdo a la figura 2. Posteriormente se llenó el recipiente portamuestra con agua destilada, esto un volumen adecuado para cubrir

1 cm al capilar, se colocó la escala de lectura y el termómetro. Luego el recipiente con agua destilada se llevó a 20º C, luego se

introdujo dentro de un baño de temperatura constante de 20º C y sin retirar el recipiente del baño, se elevó la altura del agua dentro

del capilar, esto con ayuda de una bombilla de jebe, luego se retiro la bombilla del capilar y se anoto la altura alcanzada, esto se

realizó tres veces. Por último se repitió los procedimientos anteriores para las temperaturas constantes de 30ºC y 40ºC.

4.2 Muestras Líquidas de Metanol:

Se repitió los procedimientos de 4.1 para la muestra pura de metanol, a las mismas temperaturas, anotándose las respectivas

alturas. Por último se hizo lrealizó lo mismo para las muestras de metanol al 10% y 50%, pero solo para temperatura constante de

20º C, anotándose las alturas respectivas.

5. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

TABLA Nª1: Condiciones de laboratorio

P (mmHg) 756

T(ºC) 21

%HR. 96

TABLA Nª2: Alturas Correspondiente al agua

Temperatura (ªC) Altura h1 (cm) Altura h2 (cm) Promedio de

Alturas (cm)

20 6.0 6.0 6.0

4

30 5.9 5.9 5.9

50 5.6 5.6 5.6

TABLA Nª3: Datos teóricos del agua

Temperatura (ºC) ρ teórico (g/ml) γ teórico (dinas/cm)

20 0.99820 72.75

30 0.99565 71.18

50 0.98807 67.91

TABLA Nª4: Alturas correspondientes al metanol 100%

Temperatura (ªC) Altura h1 (cm) Altura h2 (cm) Promedio de

Alturas (cm)

20 2.3 2.3 2.3

30 2.2 2.2 2.2

50 2.1 2.1 2.1

TABLA Nª5: Datos teóricos y experimentales del metanol al 100%

Temperatura (ªC) ρ teorica (g/ml) γ Teórico (dinas/cm) γ experimental

(dinas/cm)

%Error

20 0.7914 22.65 24.38 7.28

30 0.7816 21.58 20.8356 3.4494

50 0.7618 19.52 20.1115 0.03

TABLA Nº6: Alturas obtenidas para el metanol al 10%, 50% a 20ºC

% Volumen Altura h1 (cm) Altura h2 (cm) Promedio de altura

(cm)

10 2.3 2.3 2.3

50 2.2 2.2 2.2

TABLA Nº7: Datos del metanol al 10%, 50% a 20ºC

% Volumen ρ (g/ml) γ Teórica

(dinas/cm)

γ experimental

(dinas/cm)

% Error

10 0.92719 59.047 48.3347 18.1322

50 0.84782 35.31 33.31 6.2588

TABLA Nº8: Radio del tubo capilar con respecto a los datos teóricos del agua

Temperatura (ºC) Radio (mm)

20 0.2479

30 0.2466

50 0.2504

TABLA Nª9: Plotear

γ ( Mρ )23VERSUS (Tc−6−T )

T (º C)

γ ( Mρ )23 Dinas

cm .mol2 /3

(Tc−6−T ) (º C)

20 266.99 213.5

30 256.50 203.5

40 235.85 139.5

T. critica=239.5 º C

5

6. EJEMPLOS DE CALCULOS

1. Calculo de la tensión superficial relativa del metanol con respecto a la del agua

Si:

γ AGUA

γMETANOL

= hAGUA

hMETANOL

× ρAGUA

ρMETANOL

⇒ γMETANOL=γAGUA×hMETANOL

hAGUA

× ρMETANOL

ρAGUA

a. PARA EL METANOL AL 100% A 20º C:

ρAGUA20 =0 .99820g /mL ρMETANOL

20 =0 .7914 g/mL

hagua

= 5.9 cm hagua

= 2.5 cm

γ AGUA20 =72 .75Dinas /cm

Luego:

γ METANOL20 =72.75

Dinascm

×2.5cm5 .9cm

×0.7914

gmL

0.99820gmL

=24 .38Dinas/cm

b. Calculo del Error:

γ teórica (Dinas/cm) = 22.65

%Error=|22.65−21.0022.65

|×100=7 .28%

- PARA EL METANOL AL 100% A 30ºC:

ρAGUA30 =0 .99565g /mL ρ

30ETANOL=0 .7816g /mL

hagua

= 5.9 cm. hetanol

= 2.2 cm.


Luego:

γ ETANOL30 =71 .18 Dinas

cmx2.2cmx0 .7816

gmL

5 .9cmx0 .99565gmL

=20 .8356Dinas /cm

c. Calculando el porcentaje de Error:


6

%Error=|21.58−20.835621.58

|×100=3 .4494%

- PARA EL ETANOL AL 100% A 50ºC:

ρAGUA50 =0 .98807g /mL ρ

50ETANOL=0 .7618g /mL

hagua

= 5.6 cm. hetanol

= 2.1 cm.

γ AGUA50 =69.56Dinas /cm

Luego:

γ ETANOL50 =69 .56 Dinas

cmx2 .1cmx 0.7618

gmL

5.6cmx 0.98807gmL

=20 .1115Dinas /cm

d. Calculando el porcentaje de Error:


%Error=|19.52−20 .111519.52

|×100=0 .03%

2. CALCULO DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DEL METANOL

Si:

ρSOLUCION=

W SOLUCION

V SOLUCION

=W ETANOL+W AGUA

V ETANOL+V AGUA ρ=W

V⇒W=ρ xV

∴ ρSOLUCION=ρETANOL .V ETANOL+ρAGUA .V AGUA

V ETANOL+V AGUA

- Para el metanol al 10 %

ρ20

me tanol=0 .7914

ρAGUA20 =0 .99820g /mL

Si: V = 10mL

V (agua) = 9 mL V (etanol) = 1 mL

Luego:

7

∴ ρme tan ol20 =

0 .7914gmL

x 9mL+0 .99820 gmL

x1mL

10mL=0.81208

gmL

Calculo de la tensión superficial

γ METANOL20 (10%V )=72.75 Dinas

cmx4 .9 cmx0 .81208

gmL

6 .0cmx0 .99820gmL

=48 .3347Dinas/cm

γ METANOL20 (10%V )=48 .3347 Dinas

cm

Calculo del % de error de la tensión superficial del etanol al 10%v a 20ºC

- Para el Metanol al 10%V


γ exp erimental (Dinas/cm)=48.3347

%Error=|59.04−48 .334759.04

|x 100=18 .1322%

- Para el metanol al 50 %

ρ20

me tanol=0 .7914

ρAGUA20 =0 .99820g /mL

Si: V = 10mL

V (agua) = 5 mL V (etanol) = 5 mL

Luego:

∴ρe tan ol20 =

0 .7914gmL

x5mL+0 .99820 gmL

x5mL

10mL=0 .8948

gmL

Calculo de la tensión superficial

γme tan ol20 (50%V )=72.75 Dinas

cmx3.1cmx0 .8948

gmL

6 .0cmx0 .99820gmL

=33 .31Dinas /cm

γme tan ol20 (50%V )=33.31 Dinas

cm

8

Calculo del % de error de la tensión superficial del metanol al 50%v a 20ºC

- Para el etanol al 50%V


γ exp (Dinas/cm)=33.31

%Error=|35 .31−33.3135 .31

|x100=6 .2588%

5 CALCULO DEL RADIO CAPILAR:

Tenemos:

γ=hρ gr2

⇒r= 2 γhρg

- Para el caso del agua a 20ºC


h = 6.0 cm

ρAGUA20 =0 .99820g /mL

g = 980 cm/s2

Luego:

r=2x 72.75

g .cm

cm . s2

6 .0cmx0 .99820g

cm3x980

cms2

=0.02479cm=0.2479mm



h = 5.9 cm

ρAGUA30 =0 .99565g /mL

g = 980 cm/s2

Luego:

r=2x 71.18

g .cm

cm . s2

5 .9cmx0 .99820g

cm3x980

cms2

=0 .02466cm=0.2466mm

9



h = 5.6 cm

ρAGUA50 =0 .98807g /mL

g = 980 cm/s2

Luego:

r=2x 67 .91

g .cm

cm . s2

5 .6cmx0 .98807g

cm3x980

cms2

=0.024047cm=0 .2404mm

6 Plotear

γ ( Mρ )23 versus (Tc−6−T ) :

e. Para el metanol a 100% y T=20ºC

γ ( Mρ )23=22 .65

Dinascm

x (32 .04g

mol

0 .7914gmL

)23

=266 .99Dinas

cm .mol2/3

Y = 266.99

(Tc−6−T )=(239 .5−6−20)°C=213 .5 °CX = 213.5

f. Para el metanol a 100% y T=30ºC

γ ( Mρ )23=21 .58

Dinascm

x (32 .04g

mol

0 .7816g

mL)23

=256 .5Dinas

cm .mol2 /3

Y = 256.50

(Tc−6−T )=(239 .5−6−30)°C=203 .5° CX = 203.5

g. Para el metanol a 100% y T=50ºC

10

γ ( Mρ )23=20 .55

Dinascm

x (32.04g

mol

0 .7719g

mL)23

=235.85Dinas

cm .mol2 /3

Y = 235.85

(Tc−6−T )=(239 .5−6−40 )° C=193.5 °C

X =193.5

Gráfica

11

213.5 203.5 193.5220

225

230235

240245

250

255260

265270

(Tc – 6 –T)

Calculando la pendiente:

Eje X Eje Y

213.5 266.99

203.5 256.5

193.5 235.85

m=266.69−256.5213.5−203.5

m=1.049

m=256.5−235.85203.5−193.5

m=2.065

Hallando el porcentaje de error:

%Error=

V teórico−V experimental

V teórico

¿x100¿

%Error=2.12−1.0492.12

x 100

%Error = 50.52

12

%Error=2.12−2.0652.12

x 100

%Error = 2.59

7. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS

En general, la tensión superficial disminuye con el aumento de la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al

aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se debe a 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.

Los solutos que conducen a un decrecimiento de la tensión superficial con el aumento de la concentración se dice que presentan

una actividad superficial positiva, mientras que los que aumentan dicha tensión tienen una actividad negativa.

Se introduce en el recipiente un tuvo de cristal alargado y estrecho. Inmediatamente parte de agua del recipiente ascenderá por el

tubo hasta alcanzar una altura determinada, esta altura será tal que el peso del líquido que quede dentro del tuvo sea igual a la

tensión superficial de dicho líquido. Si cogemos un tubo con un mayor diámetro el agua que ascenderá por él será menor que en el

caso anterior por que para una misma altura el tubo de mayor diámetro contiene una mayor cantidad de líquido.

Los elevados porcentajes de error obtenidos en la presente práctica, se debieron a que no se tuvo una correcta medición de las

alturas, ya que el vapor del agua dentro del sistema no nos permitía tener una buena visión.

13

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En dicha experiencia pudimos notar que la tensión superficial del etanol disminuye al aumentar la concentración de dicha

sustancia.

El coeficiente de tensión superficial es directamente proporcional a la densidad; cuanto mayor sea la masa en unidad de

volumen (mayor densidad) la atracción entre las moléculas es mayor, y por lo tanto también lo será la tensión superficial.

Debemos estar muy atentos al momento de medir las alturas del líquido en el capilar ya que podría subir violentamente y el

líquido pasaría por la bombilla.

Evitar que las paredes del recipiente se empapen, puesto que dificultaría la visibilidad de las lecturas en las alturas.

14

9. BIBLIOGRAFIA

Glasstone, Samuel “Tratado de Química Física”, 1era Ed., España, 1979, Pgs. 434-449.

Castellan G., “Fisicoquímica”, 2a Ed., Ed. Addison Wesley Longman S. A., México, 1998. Pgs. 432-435.

Maron S., Landó J., “Fisicoquímica Fundamental”, 1era Ed., Ed. Limusa, México, 1978. Pgs 813-823.

Ponz Muzzo, Gastón, “Fisicoquímica”, 1era Ed., Ed. Universo S.A., 1969. Pgs. 236-239.

Kikoin, “Física Molecular”, 2da Ed., Ed. MIR. Moscú, 1979, Pgs. 371-379.

Lange, Norbert Adolph, “Handbook of Chemistry”, 10a Ed.,Mc Graw Hill, New York, 1967, Pgs. 10-125, 10-126.

http://www.sagan-gea.org/hojared_AGUA/paginas/5agua.html

http://www.puc.cl/quimica/agua/tension_sup.htm

http://www.puc.cl/quimica/agua/acttension.html

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm

15

10. APENDICE

CUESTIONARIO:

i. Explique la variación de la constante de Eotvos con la temperatura.

La tensión superficial de los líquidos disminuye a medida que aumenta la temperatura, y se hace igual a cero en la

temperatura crítica. Esta dependencia se encuentra representada en la ecuación de Ramsay-Shield-Eotvos:

γ ( Mρ )23=k .(Tc−T−6)

Donde k es la constante de Eotvos que es independiente de la temperatura.

ii. Indique el uso del paracor.

De la siguiente expresión:

γ=C ( ρ− ρ0 )4

Donde:

C: Es una constante.

ρ0: densidad del vapor.

Se puede destacar que esta expresión es el fundamento de una propiedad, probablemente característica de volumen

molecular. Dado que C es una constante para cada tipo de sustancia, se puede definir una nueva magnitud, llamada parador, mediante la

relación:

16

Paracor=M .C1

4= M . γ23

ρ− ρ0El parador se acepta como una medida del volumen molecular con las adecuadas correcciones debidas a las fuerzas de cohesión en el

líquido, y sirve para apoyar muchas estructuras moleculares supuestas, mediante la asignación de contribuciones parciales, o paradores

parciales de los átomos y enlaces que forman la molécula. La comparación del parador calculado de esta forma con el que se obtiene se

presenta como el argumento en apoyo de la supuesta estructura molecular. Este método se considera ahora de escaso valor al

compararlo con las otras técnicas de estudio de estructuras moleculares.

17

tension superficial alfredo

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