UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(UNIVERSIDAD DEL PER, DECANA DE AMRICA)FACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA QUMICADEPARTAMENTO ACADMICO DE FISICOQUMICA

LABORATORIO DE FISICOQUMICA

PRCTICA N5: TENSIN SUPERFICIAL

GRUPO/HORARIO:MIERCOLES/ 8:00 11:00 AM

PROFESORA: Puca Pacheco, Mercedes

FECHA DE ENTREGA:19 de Noviembre del 2014

ALUMNO(s):Terreros Rocha Anbal Perfecto13070202Daz Yachachn Edson Javier13070038

Lima Per

INDICE

1.INTRODUCCION32.RESUMEN43.OBJETIVOS54.PRINCIPIOS TEORICOS55.PARTE EXPERIMENTAL105.1.Materiales, equipos y reactivos105.2.Procedimiento experimental106.TABLA DE DATOS117.CALCULOS128.TABLA DE RESULTADOS169.DISCUSION DE RESULTADOS1710.CONCLUSIONES1811.RECOMENDACIONES1912.CUESTIONARIO2013.BIBLIOGRAFIA2213.ANEXOS22

1. INTRODUCCION

La tensin superficial se expresa de muchas maneras, inclusive en nuestra vida cotidiana observamos fenmenos que nos manifiestan la existencia de dicho tensin, ya sea al observar caminar insectos sobre el agua, flotar una aguja sobre la superficie de un lquido o la formacin de las burbujas o pompas de jabn. Una manera de demostrar la existencia de la tensin superficial es mediante la capilaridad, que desarrollaremos en la presente experiencia. El mtodo de elevacin capilar es uno muy utilizado para la determinacin del coeficiente de tensin superficial, por su sencillez y exactitud, el cual solo relaciona la diferencia de alturas existentes entre el nivel del lquido en el recipiente y el nivel del lquido en el capilar.

2. RESUMEN

En la siguiente experiencia Tensin Superficial, realizada a la temperatura ambiente de T C, presin de 756 mmHg y 92 % de Humedad relativa, demostraremos la existencia y variacin de la tensin superficial de los lquidos, en este caso el agua y metanol, en funcin de la temperatura, para el cual mediante un sistema cerrado (tubo y tapn) mediremos la variacin en el nivel de altura del lquido alcanzado en un capilar introducido al sistema desde la temperatura de 10 C hasta los 50 C en intervalos de 10 C cada uno. Finalmente mediante los clculos correspondientes determinaremos el coeficiente de tensin superficial experimentales tanto para el agua y para el metanol y compararemos los valores obtenidos con los datos tericos encontrados en tablas para hallar el porcentaje de error cometido durante el experimento.

3. OBJETIVOS

Determinar la existencia de la tensin superficial en los lquidos.

Hallar el coeficiente de tensin superficial para el agua y el metanol.

Determinar la variacin de la tensin superficial en funcin de la temperatura.

4. PRINCIPIOS TEORICOS

Tensin Superficial

Si se detiene a observar un charco de agua estancada notar que en ella ciertos de insectos tales como los zancudos, araas 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.

Talvez se habr preguntado por qu se forman las gotas

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 .O por que el mercurio no se dispersa y siempre queda como esferas cuando se derramao como es que seforman lasburbujasde jabncon lasque jueganlos nios. Todos estos hechos se deben a una propiedad de los lquidos denominada tensin superficial. Estos hechos que ser observan en la vida diaria se presentan durante los procesos de produccin por ejemplo la formacin de espumas(cerveza, jabn, etc.); en el desplazamiento de ciertas aves y otros animales en el agua , en elfenmeno de la capilaridad que permite a las plantas llevar aguadesde las races hasta la parte ms alta del talloy las ramasa travs del xilema, el quelos adhesivos y pegamentos lleven a cabo eficientemente su funcin y la sangre llegue a los diversos rganos del cuerpo.

Una molcula al interior de un lquido est sometido a fuerzas atractivas (denominadas fuerzas de cohesin) en todas las direcciones, no habiendo tendencia en ninguna direccin, siendo la resultante nula en cambio una molcula ubicada en la superficie del lquido sufrela accin de fuerzas de cohesin hacia abajo pero no hacia arriba de la superficie, esto origina una fuerza resultante perpendicular a la superficie que tiende a jalar a las molculas hacia adentro del

Lquido, lo que ocasiona que la superficiese tense como si fuera una pelcula elstica, esta es la propiedad denominada tensin superficial. Los lquidos que tienenfuerzas intermolecularesgrandes tienentensiones superficialesgrandes, como el mercurio, el agua.

CAPILARIDAD

La tensin superficial produce un fenmeno denominado capilaridad, el cual se manifiesta por la elevacin o descenso de un lquido en un tubo capilar o en placasjuntas. La capilaridad es producida por dos tipos de fuerzas: una de atraccin intermolecular entre molculas semejantes denominada cohesin (esta propiedad permite mantener juntas a las molculas del lquido, resistiendo pequeos esfuerzos de tensin). Y otra fuerza conocida como adhesin que es la atraccin de molculas distintas (como por ejemplo la que ocurre en el capilar, entre la superficie de vidrio y la pelcula del lquido que lo moja). Dependiendo de las magnitudes relativas de la cohesin del lquido y de la adhesin del lquido a las paredes del tubo, se produce la elevacin o descenso del lquido en el tubo capilar. Si la adhesin es ms fuerte que la cohesin (adhesin> cohesin) los lquidos ascienden en tubos que mojan (ver figura 2.a) hasta que la fuerza cohesiva queda balanceada por el peso del agua en eltubo. Si la cohesin es mayor que la adhesin (cohesin >adhesin) (ver figura 2.b) sucede una depresin y los lquidos descienden en tubos a los que mojan .La capilaridad tiene importancia para tubos menores de 10 mm de dimetro. Para tubos con dimetros mayores a 10 mm, este efecto es despreciable

Cuando las fuerzas de cohesin son grandes en relacin a las fuerzas adhesivas los ngulos de contacto tienden a ser grandes. Cuando las fuerzas de cohesin en relacin a lasfuerzas de adhesin los ngulos decontacto son pequeos resultando en una tendencia del fluido a mojar lasuperficie. Se tienen distintos casos de ngulos de contacto entre el lquido y una superficie slida

Cuando el extremo de un tubo capilar se sumerge verticalmente en un lquido, una pelcula asciende por la pared del capilar hasta que la fuerza de gravedad que actu sobre el lquido en el capilar por encima de la superficie exterior contrapsela tensin en lasuperficie del capilar, entonces:

Mtodo del ascenso capilar

Cuando el extremo de un capilar se sumerge verticalmente en un lquido, una pelcula de ste asciende por la pared capilar, siendo la superficie libre del lquido en el capilar de forma cncava.

La causa de la elevacin del lquido en el capilar puede explicarse por la diferencia de presin a travs del menisco o por la tendencia del lquido a presentar la menor rea superficial posible.

El lquido se mantiene arriba del capilar por accin de que es una fuerza ascendente igual a:

La fuerza descendente debido a la gravedad es:

Cuando se alcanza el equilibrio, las ecuaciones se igualan por ser muy pequeo, Cos=1:

Tensin superficial de soluciones.- El comportamiento de de soluciones con respecto a la concentracin se puede expresar mediante grficos:

Curva I.- Comportamiento de electrolitos fuertes como el cido benzoico en agua, anilina en ciclohexano etc. En estos soluciones la adicin de soluto implica un aumento pequeo de . Curva II.- Comportamiento de electrolitos dbiles o no electrolitos en agua. La adicin de soluto implica una ligera disminucin de . Curva III.- Soluciones acuosas de jabn, cidos sulfnicos, sulfonatos y otros compuestos orgnicos. Se les llama agentes activos superficiales, ya que disminuyen el del agua a niveles muy bajos an en concentraciones pequeas.

Tensin superficial como funcin de T.- La relacin entre y t est representada con exactitud por la ecuacin Ramsey-Shield-Eotovos:

Tensin superficial relativa.-

5. PARTE EXPERIMENTAL5.1. Materiales, equipos y reactivos

Cocinilla, Tubos capilares, Pipeta

Vasos de precitado de 100 y 250 ml

Termmetro

Agua destilada, Metanol, Hielo

5.2. Procedimiento experimental

Liquido de referenciaa) Lave cuidadosamente el capilar y el recipiente para la muestra con detergente, enjuague varias veces con agua de cao y al final con agua desionizada, finalmente squela en la estufa.

b) Instale el equipo experimental (tubo capilar).

c) Llene el recipiente con agua desionizada hasta un volumen adecuado de forma que el capilar quede sumergido 1 cm. debajo del lquido, mida el volumen usado. Coloque la escala de lectura y termmetro.d) Coloque el recipiente dentro de un bao de temperatura a T1 C. Sin retirar del bao 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 h constante, anote esta altura. Repita el procedimiento a T2 y T3.

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

Muestras liquidas y/o soluciones.a) Repita todo el procedimiento 4.1 para el lquido orgnico, a las temperaturas de trabajo.

6. TABLA DE DATOSCondiciones experimentales:PRESION (mmHg)TEMPERATURA( C )H. R. (%)

7562394

Alturas, densidades y tensiones superficiales para el AGUA:Temp. (C)Altura (mm)Densidad Teorica (g/mL)Tensin Superficial Terica (dinas/cm)

10310.9997773.91

20300.9982972.75

30290.9957171.18

40270.9922569.55

50250.9880268.10

Alturas, densidades y tensiones superficiales para el METANOL:Temp. (C)Altura (mm)Densidad Teorica (g/mL)Tensin Superficial Terica (dinas/cm)

10160.8006423.89

20140.7915022.65

30120.7826021.58

4011.50.77382620.22

7. CALCULOS

a) Mediante la ecuacin (6) calculamos la tensin superficial experimental de las muestras usando datos tericos de y del agua.

Para el agua a 10C

Para el agua a 30C

Para el agua a 40C

Para el agua a 50C

Ahora para las distintas temperaturas que trabajamos con la sustancia orgnica de metanol:

Para el metanol a 10C

Para el metanol a 20C

Para el metanol a 30C

Para el metanol a 40C

b) Con los datos experimentales de tensin superficial del agua y usando la ecuacin (4) calcularemos el radio del capilar.

Sabiendo de antemano que:

A 10C

A 20C

A 30C

A 40C

A 50C

Por lo tanto el radio ser el promedio de los radios obtenidos a distintas temperaturas medidas por el agua.

8. TABLA DE RESULTADOS

Para el agua:Temperatura (C)Tensin Superficial Experimental (dinas/cm)Tensin Superficial Terica (dinas/cm)% ERROR

2075.2972.753.49

3070.1471.181.46

4065.0869.556.43

5060.0068.1011.89

Para el Metanol:Temperatura (C)Tensin Superficial Experimental (dinas/cm)Tensin Superficial Terica (dinas/cm)% ERROR

1031.1223.8930.26

2026.9222.6518.85

3022.8121.585.70

4021.6220.226.92

Radio del Capilar:Temperatura (C)Radio (cm)Radio Promedio (cm)

100.04860.05142

200.0495

300.0500

400.0530

500.0560

Grfico lquido orgnico:Temperatura (C)

10364.09223.95

20317.31213.95

30270.95203.95

40258.75193.95

9. DISCUSION DE RESULTADOS

La constante k de las ecuaciones de Etvs y de Ramsay y Shields, viene dada por la pendiente de la recta que resulta de representar la energa superficial molar en funcin de la temperatura. Por ello k recibe el nombre de coeficiente de temperatura de la energa superficial molar. Para un gran nmero de sustancias al estado lquido el valor de k es 2,12. Los lquidos para los cuales k tiene este valor se llaman normales. Otros lquidos como el agua, el alcohol etlico y, en general, todos aquellos que forman asociaciones moleculares por puente de hidrgeno o por otras causas, tienen valores que no slo son menores de 2,12 si no que, adems, varan con la temperatura. En este caso, con nuestros valores experimentales pudimos obtener un k igual a 3.6244 de la grfica . La ecuacin es la siguiente en funcin de x yy:

La capilaridad tiene importancia para tubos menores de 10 mm de dimetro. Para tubos con dimetros mayores a 10 mm, este efecto es despreciable, por eso vemos que nuestro radio capilar mide aproximadamente 0.05cm y por eso el fenmeno de poder ascender gracias a la ayuda de la pro pipeta. Los resultados experimentales muestran que la tensin superficial disminuye con la temperatura siendo, para muchos lquidos, una funcin lineal de la misma. Nuestras tensiones superficiales experimentales obtenidas tanto para el agua como para la sustancia orgnica metanol se acercan de cierta manera a las tericas dndonos porcentajes de error no tan grande, pero en algunos si sobrepas el 10%, esto puede verse afectado o provocado a que al succionar con la propipeta al capilar para que pueda ascender el agua nos sobrepasamos de fuerza y pudimos provocar que el agua que ascenda entre a ste mismo y por tanto obtener error en nuestra medicin de la altura.

10. CONCLUSIONES

Cuando se derraman lquidos simultneamente el de menor tensin superficial se extender ms en la superficie de derrame, mientras que el lquido de mayor tensin superficial parece aglomerarse, como por ejemplo el agua y el alcohol. Si el capilar fuese relativamente ms delgado, el mtodo de elevacin del capilar sera ms exacto para que el menisco sea simultneamente esfrico. El lquido asciende en el capilar hasta que la fuerza de tensin superficial, o sea la fuerza ascendente se iguala con la fuerza de gravedad que acta hacia abajo, fuerza descendente. La tensin superficial de cualquier lquido disminuye a medida que aumenta y se hace igual a cero la temperatura crtica, segn las experiencias de Ramsay-Shields. A mayor concentracin menor va a ser la tensin superficial. Esto va hacer diferente para cada mezcla debido a que cada uno de ellos tiene diferentes fuerzas de cohesin entre ellas. Si la adhesin es ms fuerte que la cohesin (adhesin> cohesin) los lquidos ascienden en tubos que mojan hasta que la fuerza cohesiva queda balanceada por el peso del agua en el tubo. Si la cohesin es mayor que la adhesin (cohesin >adhesin) sucede una depresin y los lquidos descienden en tubos a los que mojan.

11. RECOMENDACIONES

Los materiales como el capilar y el vaso deben estar bien lavados y bien secos (secar en estufa) despus de cada uso para disminuir las posibilidades de error. Para que la temperatura sea constante, se debe usar un bao de agua mara y adems se debe evitar el ingreso de vapores de agua procedentes de la evaporacin del agua del vaso en el que se realiza el bao, al recipiente ya que los vapores condensados empaan el vidrio evitando as una buena lectura de la altura. Al succionar el lquido se debe evitar lo mejor posible el ingreso de aire y la formacin de burbujas en el capilar lo cual dificultara una correcta lectura. Es necesario que la observacin de la medida de la altura del capilar sea cuidadosa con el fin de evitar que se cometan errores al realizar el clculo de la tensin superficial.

12. CUESTIONARIO

1. Explique las diferencias entre las fuerzas de cohesin y adhesin en los fenmenos capilares.

Barrev R. van Eotvos, lleg a una importante deduccin en la relacin de la tensin superficial y la temperatura a partir de consideraciones basadas en la idea de los estados correspondientes.La variacin de la constante de Eotvos con la temperatura se obtiene primero conociendo la constante de Eotvos que est dado por:

Dnde: M: Peso molecular V: Volumen especfico K es una constante universal. El signo negativo se introduce porque la energa superficial molar al igual que la tensin superficial, disminuye al elevarse la temperatura.

2. Explique las caractersticas de los lquidos asociados y no asociados.

Los lquidos cuyas molculas se mantienen unidas por puentes de hidrgeno se denominan lquidos asociados. La ruptura de estos puentes requiere una energa considerable, por lo que un lquido asociado tiene un punto de ebullicin normalmente elevado para un compuesto de su peso molecular y momento dipolar. El fluoruro de hidrgeno, por ejemplo, hierve a una temperatura ms alta que el cloruro de hidrgeno, ms pesado, pero no asociados; el agua hierve a una temperatura 100 grados ms alta que el sulfuro de hidrgeno.

Tambin hay compuestos orgnicos que contienen oxgeno o nitrgeno con puentes de hidrgeno Consideremos el metano, por ejemplo, y reemplacemos uno de sus hidrgenos por un grupo hidroxilo, -OH. El compuesto resultante, CH3OH, es metanol, el miembro ms pequeo de la familia de los alcoholes. Estructuralmente, no slo se parece al metano, sino tambin al agua:

Al igual que el agua, se trata de un lquido asociado, cuyo punto de ebullicin es anormalmente elevado para un compuesto de su tamao y polaridad.

3. Explique la accin del tenso activo en los productos de limpieza.

La adicin de un agente tenso activo, como un jabn o detergente y/o cualquier otro que tenga molculas con un extremo polar y un gran extremo hidrocarbonato a los sistemas de agua y aceites separados, originan que la tensin superficial descienda al igual que cuando extendemos una pelcula monomolecular de cido esteretico sobre la superficie del agua en el Experimento de Langnur, es decir puede disminuirse el requerimiento de energa de Gibas para la formacin de emulsin.

BIBLIOGRAFIA

[1] Atkins, Tensin Superficial de Fisicoquimica. Pag. 202 [2] Perrys Chemical Engineers Handbook, 8th Edition Apndice[3] G. P. Muzzo, Tensin superficial y capilaridad de Fisicoquimica. [4] Findlay B. P., Quimica Fisica Practicas de Findlay, 9nov ed.,Ed. Reverte, S. A., Espaa, 1979[4] [5] F. D. Ferguson, Fisicoqumica de Superficies, 1 Edicin, Editorial Alhambra, Espaa, 1977.

13. ANEXOS