LABORATORIO N 1. FISICOQUMICA Y TERMODINMICA TENSIN SUPERFICIAL

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR Omnium, Potentior Est, Sapientia

FACULTAD DE INGENIERA EN GEOLOGA, MINAS, PETRLEOS Y AMBIENTAL

CARRERA DE INGENIERA EN PETRLEOS

FISICOQUMICA Y TERMODINMICA

NOMBRE : Andrs Daniel Loja SarzosaFECHA DE ENVO : 2014-06-25

PROFESOR : Quim. Bolvar Enrquez. SEMESTRE : Cuarto

PARALELO : nico CALIFICACIN :

FECHA DE ENTREGA: 2014-07-02

TEMA : TENSIN SUPERFICIAL.

OBSERVACIONES :

LABORATORIO: Fisicoqumica y Termodinmica. (3ER PISO)HEMISEMESTRE: SEGUNDOLABORATORIO N. 1

1. TEMA: TENSIN SUPERFICIAL.

2. OBJETIVOS.

2.1. Objetivo General.

Determinar la tensin superficial de un reactivo (alcohol etlico) por medio del mtodo de ascenso y descenso capilar.

2.2. Objetivos Especficos.

Analizar los factores que influyen en la tensin superficial como: la concentracin, temperatura y la presin ejercida por el soluto. Familiarizarse con el efecto de la capilaridad y su influencia en la obtencin del valor de la tensin superficial del reactivo que se est analizando en este caso el alcohol etlico. Conocer mediante una carrera de ascenso y descenso del anillo (iridio-platino) los factores que influyen en la tensin superficial como son la densidad del reactivo a una temperatura determinada y su concentracin.

3. MARCO TERICO.Tensin Superficial.En fsica se denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea. Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), 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. Como efecto tiene la elevacin o depresin de la superficie de un lquido en la zona de contacto con un slido. Otra posible definicin de tensin superficial: es la fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las molculas de un lquido, son las responsables del fenmeno conocido como tensin superficial.

Casos Particulares de Tensin Superficial.Tensin Superficial y el Zapatero

Tal como habamos mencionado este interesante insecto es un caso particular o un ejemplo para entender de mejor manera la tensin superficial ya que puede correr libremente sobre la superficie del agua de un estanque tranquilo. Su ligera masa y la geometra de sus patas, le permite estar soportado por la altatensin superficial del agua.

Coeficiente de Tensin SuperficialEl coeficiente de tensin superficial, es el trabajo (W) necesario para aumentar en una unidad el rea de una superficie lquida. El trabajo dW necesario para aumentar el rea de una superficie lquida en la cantidad dA, es proporcional a ese incremento dW dAY la constante de proporcionalidad o trabajo por unidad de rea, es el coeficiente de tensin superficial. dW = dA =

Se puede determinar la energa superficial debida a la cohesin mediante el dispositivo de la figura.

Una lmina de jabn queda adherida a un alambre doblada en doble ngulo recto y a un alambre deslizante AB. Para evitar que la lmina se contraiga por efecto de las fuerzas de cohesin, es necesario aplicar una fuerzaFal alambre deslizante.La fuerzaFes independiente de la longitudxde la lmina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitudDx, las fuerzas exteriores han realizado un trabajoFDx, que se habr invertido en incrementar la energa interna del sistema. Como la superficie de la lmina cambia enDS=2dDx(el factor 2 se debe a que la lmina tiene dos caras), lo que supone que parte de las molculas que se encontraban en el interior del lquido se han trasladado a la superficie recin creada, con el consiguiente aumento de energa.Si llamamos agla energa por unidad de rea, se verificar que

La energa superficial por unidad de rea o tensin superficial se mide en J/m2o en N/m, ergio/cm2 o dina/cm.La tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. 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 comprende ya 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.

Valores experimentales del coeficiente de tensin superficialLquido en contacto con aireTemperatura (C)Coeficientede tensin Superficial (dinas/cm)

Agua075,6

Agua2072,8

Agua6066,2

Agua10058,9

Aceite de oliva2032,0

Alcohol etlico2022,3

Benceno2028,9

Disolucin de jabn2025,0

Glicerina2063,1

Mercurio20465,0

Tetracloruro de carbono2026,8

Helio-2690,1

Nen-2475,2

Oxgeno-19315,7

Factores de la tensin superficial.El valor de depende de: La magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del lquido. De esta forma, cuanto mayores sean las fuerzas de cohesin en el lquido mayor ser su tensin superficial. La naturaleza de los medios en contacto disminuye con la temperatura; el aumento de la agitacin trmica redunda en una mayor energa de las molculas que en mayor proporcin tienen la posibilidad de contrarrestar las fuerzas intermoleculares de cohesin. Disminuye con la presin; especialmente cuando una de las interfases es gaseosa.

Ecuacin de la tensin superficial.Si se coloca dentro de un lquido a un tubo capilar cuyo material es mojable por el lquido, se observa que el lquido asciende en el tubo. En la posicin de equilibrio, se puede escribir diversas ecuaciones para dar cuenta de la ley de la hidrosttica y de la ley de Laplace.

Entre el punto A y el punto B, ambos en el lquido y a mismo nivel P=0. Entre el punto B y el punto C de parte y otra de una interfase plana (curvatura cero o radio de curvatura R infinito), P=0. Entre el punto C y el punto E situados ambos dentro de un gas de densidad despreciable, P = g h = 0 (porque = 0) Entre el punto D y el punto E situado de parte y otra de una interface curva, la ecuacin de Laplace indicaPE - PD = P = donde r es el radio de curvatura de la interface, ya que se supone de un lado que por ser pequeo el radio, el menisco es esfrico, y que de otro lado el ngulo de contacto es cero. Por la ley de la hidrosttica PD = PA - g hCombinando estas ecuaciones se obtiene g h = = g h rPor lo que el ascenso capilar h est relacionado con la tensin interfacial .Se extiende fcilmente el razonamiento a los casos en que existe un ngulo de contacto no nulo, y al caso de dos fluidos densos.Ntese que cuando ms fino el capilar, ms alto el ascenso. En la prctica el ascenso capilar se torna medible para capilares extremadamente finos, por lo que no es un mtodo de medicin usual. Sin embargo el ascenso capilar es extremadamente importante en sistemas porosos, y es responsable de la subida del lquido en un papel filtro o en una tela cuya parte inferior est tocando el lquido.En resumen se tiene que:

Clculo del radio capilar:

Clculo de la tensin superficial:

r =Radio del capilar.=Tensin Superficial.=DensidadGravedad

Unidades.Radio del capilar:

Tensin Superficial:

Capilaridad.Los efectos de las fuerzas de adhesin y cohesin son especialmente importantes en recipientes de paredes prximas, por ejemplo en el caso de un tubo de radio pequeo. En estos casos, adems de la curvatura superficial, generalmente, se observa que el lquido asciende (o desciende) por el tubo una altura inversamente proporcional al valor del radio. El fenmeno se llamacapilaridady ese tipo de tubos se denominancapilares. Tericamente, la relacin entre la alturahy el radio del tuboRse obtiene considerando la presin debida a la curvatura y la correspondiente a la columna de lquido en el tubo, y suponiendo que la superficie del lquido dentro del tubo es aproximadamente esfrica.Por ejemplo, en el caso delaguacon un 90 y h < 0)

Tamao de gota.En el caso de que consideremos la situacin de un lquido que gotea en el extremo de un tubo capilar de radio r, la condicin de equilibrio en el instante anterior al desprendimiento de la gota es

Donde m es la masa de la gota ideal, m es la masa de la gota desprendida, medida experimentalmente, V es el volumen de esa gota, g es la aceleracin de la gravedad, r es la densidad del lquido, r es el radio exterior del capilar (mejor dicho el radio de la circunferencia de contacto (lquido - vidrio) y f es una funcin correctora que tiene en cuenta los restos de masa del lquido que no se desprenden del extremo del capilar y que distingue a la gota ideal de la desprendida.

4. MONTAJE.

4.1. Grfico (Esquema del dispositivo).

31

4

2

4.2. Materiales.5

1. Tensimetro.2. Anillo (Aleacin de iridio platino) Altura del anillo (ring height): 25mmDimetro del anillo (ring diameter): 18,7mmEspesor de la cobertura (Wire thickness): 0,37 mm3. Lmpara.4. Sensor de temperatura.6

5. Muestra de alcohol etilico 50 ml.6. Software SCAD dataphysics.

5. PROCEDIMIENTO.En el anlisis siguiente se describe secuencialmente los pasos a seguir para utilizar el mtodo del anillo o de Nouy.(1919)En el mtodo de Nouy, se reemplaza la placa rectangular suspendida verticalmente por un anillo trico suspendido horizontalmente, en forma perfectamente paralela con la superficie o interfase. El anillo tiene un radio R, y est hecho con un alambre de radio r, resultando en un permetro total de L = 4R. Ntese que este permetro es una aproximacin, ya que no toma en cuenta la posicin exacta de la lnea de contacto trifsico respecto al anillo. En todo caso es vlido si r