Universidad Nacional Mayor de San Marcos

MAR16FQI-A

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de qumica e ingeniera qumicaDepartamento acadmico de fisicoqumicaLaboratorio de fisicoqumica ITENSIN SUPERFICIAL

Profesor:Garca Villegas, Vctor

Alumnos:Gonzles Caramantn Carlos Jhozimar 13070098Caycho Quiones Jos Antonio 13070031

Fecha de realizacin de la prctica: 18 de noviembreFecha de entrega del informe: 25 de noviembre

Lima-Per2013-II

INDICE

Resumen3Introduccin4Fundamento terico.5Clculos y Resultados...................8Discusin de resultados.11Conclusiones y Recomendaciones.12Cuestionario..13Bibliografa..14

RESUMEN

La presente experiencia est realizada a una presin de 756 mmHg, adems de una temperatura de 19 Centgrados y una humedad de 98%.El objetivo de esta prctica es estudiar la determinacin de la Tensin Superficial de los lquidos y su variacin con la Temperatura.Para la realizacin de esta experiencia usaremos el mtodo del ascenso capilar, el cual consiste en colocar un tubo capilar dentro de un determinado lquido donde se podr observar un ascenso de este en el tubo.Los lquidos que usamos en este experimento fueron uno de referencial en nuestro caso Agua desionizada y otro orgnico, metanol. El primer paso fue llenar el recipiente con agua, de forma que el capilar quede sumergido dentro del lquido, a continuacin colocamos el termmetro. Una vez hecho esto colocamos el recipiente a un bao de una temperatura dado, en nuestro caso usamos tres temperaturas (20, 30, 50), elevamos la altura del lquido dentro del capilar y anotamos la altura como parte final. Cabe recordar que lo mismo hecho con el agua se har con el metanol.

INTRODUCCIN

Cuando movemos un slido, este se mueve completamente, todas sus piezas juntas, esto debido a que las fuerzas de cohesin de sus molculas son mayores a sus fuerzas de repulsin.Esto no pasa con los lquidos, debido a la tensin superficial, pero Qu es exactamente la tensin superficial? Dnde podemos observarla? Un ejemplo muy conocido es la del insecto postrado sobre agua sin hundirse, la superficie del agua acta como una membrana, pues se genera una atraccin entre las molculas de la superficie del lquido, por ello, adems que el peso del insecto es pequeo, al igual que la dimensin de sus patas, este puede pararse sobre el agua.Ahora, este fenmeno de la naturaleza, aunque parezca tan simple, es importante conocerlo, pues es til en varios aspectos a nivel industrial, por ejemplo:Para la creacin de materiales impermeables (alta tensin superficial), para la fabricacin de productos tensoactivos como detergentes, que, al disminuir la tensin superficial, ayudan a que el agua penetre ms y as poder quitar la suciedad o en cualquier tipo de emulsin, sea cosmtica, veterinaria, farmacutica, pinturas, etc.Como vemos, la tensin superficial tiene diversas utilidades, por ello, es necesario nuestro conocimiento sobre este tema.

FUNDAMENTO TERICO

La tensin superficial de un lquido es la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea. Esta definicin implica que el lquido presenta una resistencia para aumentar su superficie. Cabe suponer que los lquidos cuyas molculas tengan fuerzas de atraccin intermoleculares fuertes tendrn tensin superficial elevada. Puesto que las fuerzas intermoleculares de atraccin entre molculas de agua se deben a los enlaces de hidrgeno y stos representan una alta energa, la tensin superficial del agua es mayor que la de muchos otros lquidos. Esta propiedad del agua se manifiesta enel fenmeno de capilaridad. La capilaridad es la subida espontnea de un lquido en un tubo estrecho (capilar). Se debe a la existencia de dos tipos de fuerzas diferentes: cohesivas que son las fuerzas entre las molculas del lquido y adhesivas que sonlas fuerzas que operan entre lasmolculas del lquido y el capilar. En el agua las fuerzascohesivas corresponden a los enlaces de hidrgeno. Las fuerzas adhesivas ocurren cuando el capilar est compuesto de un material que tiene enlaces polares, como el vidrio. Este material contiene muchos tomos de oxgeno que tienen carga negativa parcialsobre la cual se adhiere los polos positivos de lamolcula de agua. El agua tiene la capacidad de ascender por las paredes de un tubo de vidrio capilar cuando la superficie del agua toca el vidrio,porque las fuerzas de adhesin agua-vidrioson mayores que las de cohesin agua-agua, por lo que el agua contenida en el capilar sube hasta que las fuerzas de atraccin se hacen igual al peso de la columna de agua que se form en su ascenso. El hecho que las fuerzas adhesivas en el agua sean mayores que las cohesivas, se manifiesta tambin en la formacin de un menisco cncavo (redondeado hacia abajo) en el extremo de la columna. Cuando las fuerzas cohesivas son mayores que las adhesivas, como en el caso del lquido mercurio, se forma un menisco convexo (redondeado hacia arriba).

CAPILARIDADLa capilaridad de los lquidos se debe a que la atraccin de sus molculas por la superficie con la que estn en contacto (adhesin) es mayor o menor que la atraccin que experimentan entre ellas mismas (cohesin). Las molculas de agua, por ejemplo, se atraen menos entre s de lo que son atradas por el vidrio, por lo que el agua asciende por un tubo de vidrio delgado sumergido en un recipiente con agua. Las molculas de mercurio, en cambio, se atraen ms entre s de lo que atraen al vidrio, por lo que el mercurio baja por un tubo de vidrio delgado sumergido en un recipiente con mercurio.

TENSION INTERFACIAL Y EMULSIONESLa fase intermedia entre dos lquidos mutuamente saturados, tiende a contraerse y, en principio, esta tensin interracial puede medirse utilizando los mtodos que se usan para determinar la tensin superficial. Las tensiones interraciales son an ms sensibles a las impurezas que las tensiones superficiales. Los efectos que las impurezas y las sustancias agregadas originan en la tensin interracial son importantes, cuando se quieren determinar las propiedades de las emulsiones. Una emulsin es un sistema de dos lquidos inmiscibles, uno de los cuales se dispersa a travs del otro en pequeas gotas.

MEDIDA DE LA TENSION SUPERFICIAL: METODO DEL ASCENSO CAPILAREl mtodo ms exacto para la determinacin de la tensin superficial de un lquido est basado en la medida del ascenso en un tubo capilar de radio conocido. Este mtodo se puede emplear a una serie de temperaturas y presiones, estando el tubo capilar encerrado en uno ms ancho que puede mantener en las condiciones deseadas.

La ecuacin (1) es satisfactoria para un trabajo aproximado, pero si se desean resultados de precisin se deben efectuar una serie de correcciones. En un tubo de dimetro finito el menisco no es esfrico y la radio de curvatura en la base del menisco no es igual al radio del tubo; el mtodo para aplicar la correccin correspondiente a esta diferencia ha sido discutido y simplificado considerablemente. Es necesario en relacin con ello suponer que el ngulo de contacto es cero, y esto es justificable si se tiene la precaucin de limpiar cuidadosamente el tubo capilar. Otra causa de error reside en la medida del ascenso capilar. Este se debe medir comparndolo con una superficie plana de lquido dentro del cual est colocado el tubo capilar; la superficie exterior para ser suficientemente plana debe tener un dimetro de por lo menos 0.25 cm; en otro caso el ascenso capilar seria apreciable.

CLCULOS Y RESULTADOSPrimero hay que lavar y secar tanto el capilar como el recipiente para la muestra.Llenamos el recipiente con 40mL de agua desionizada, colocamos la escala de lectura al ras con la superficie del lquido y el termmetro hasta que el bulbo pueda medir la temperatura del lquido.Colocamos el recipiente en un bao a las temperaturas de 20, 30 y 50C.Usando la bombilla de jebe, elevamos la altura del lquido en el capilar y la retiramos, anotamos las lecturas de alturas obtenidas para cada temperatura.Repetimos el proceso con las 3 diferentes temperaturas pero usando ahora el metanol como lquido de muestra.Nuestros datos obtenidos, junto con los datos tericos que conseguimos, fueron:

20C30C50C

h H2O2,8cm2,6cm2,5cm

h CH3OH1,25cm1,2cm1,1cm

H2O teo0,99790, 99530,9876

CH3OH teo0,79170,78290,7743

H2O teo72,7571,1867,91

CH3OH teo22,6521,5819,52

Usamos la siguiente ecuacin para hallar la tensin superficial experimental de las muestras:

Metanol a 20C:

Metanol a 30C:

Metanol a 50C:

Ahora hallaremos el radio del capilar usando los datos del lquido de referencia mediante la siguiente ecuacin:

Radio a 20C:

Radio a 30C:

Radio a 50C:

El siguiente paso es, con los datos obtenidos, hallar la grfica

303.463453,68

306.623432,48

280.031390,08

Segn la literatura, sabemos que la constante de Eotvos para el metanol es: 2,12

La pendiente de nuestra grfica es: 0,627

DISCUSIN DE RESULTADOSLos datos que obtuvimos experimentalmente fueron:

20C30C50C

CH3OH exp

Comparndolos con los valores tericos tenemos:

Error experimental a 20C:

Error experimental a 30C:

Error experimental a 50C:

Como podemos observar, nuestros errores para las tensiones superficiales no son tan pequeos, pero tampoco fueron tan grandes, por lo tanto, son aceptables.

Luego, los radios que obtuvimos, fueron aceptables, debido a la dilatacin, se admite que vaya aumentando el tamao del radio.

Otro detalle es el error de la pendiente con respecto a la constante de Eotvos, la cual s fue considerablemente alto, para poder evitar esto, daremos nuestras respectivas recomendaciones ms adelante.

Al ver una pequea curva convexa en el segundo dato, deducimos que en ese dato, ya sea en los datos del agua o el metanol, fue el dato que nos complic.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. Cuando existe un desnivel del lquido en el interior de los tubos muy estrechos, como en los tubos capilares, se denomina a esta propiedad fenmeno capilar.1. La tensin superficial de las soluciones de etanol a distintas concentraciones, disminuye al aumentar la concentracin.1. A la temperatura crtica la tensin superficial es cero, debido a que desaparece la diferencia entre el lquido y el vapor, y por lo tanto desaparece la superficie que divide ambas fases.1. La tensin superficial de los lquidos disminuye al aumentar la temperatura.1. Tomar varias medidas de alturas y promediarla1. Evitar que se empae el vidrio del recipiente de muestra.1. Mantener el recipiente en el bao mientras se toma la medida de la temperatura.1. Eliminar las burbujas formadas en el ascenso del lquido en el capilar.

CUESTIONARIO1.- Explique las diferencias ntrelas fuerzas de cohesin y adhesin en los fenmenos capilares.Las fuerzas atractivas entre las molculas del lquido, causantes de la tensin superficial, se llaman fuerzas de cohesin. Dependen slo de la naturaleza del lquido. Con ellas compiten las fuerzas de adhesin, entre el lquido y el slido con el que est en contacto, dependiendo de la naturaleza de ambos.Su relacin determina la forma de la superficie libre del lquido en las proximidades de una pared slida.Unas veces las fuerzas adhesivas predominan (ejemplo: agua-vidrio).Otras veces las fuerzas cohesivas predominan (ejemplo: mercurio-vidrio).

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

Los Lquidos asociados presentan molculas que se mantienen unidas por puentes de Hidrgeno.La ruptura de estos puentes requiere una energa considerable, por lo que un lquido asociado tiene un punto de ebullicin anormalmente elevado para un compuesto de su peso molecular y momento dipolar. El fluoruro de hidrgeno, por ejemplo, hierve a una temperatura 100 grados ms alta que el cloruro de hidrgeno, ms pesado, pero no asociados; el agua hierve a una temperatura 160 grados ms alta que el sulfuro de hidrgeno.

Los lquidos no asociados presentan el mismo aumento de entropa al pasar de lquido a vapor, pero los que se asocian por puente de hidrgeno presentan un aumento de entropa superior al que tendran si no estuvieran asociados.

3.- Explique la accin del tenso activo en productos de limpieza.En el caso de un jabn o detergente que son agente de superficie activo y/o cualquierotro que tenga molculas con un extremo polar y un gran extremo hidrocarbonato a los sistemas de agua y aceites separados, originando que la tensin superficial descienda aligual 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.

BIBLIOGRAFA1. Maron S., Land J., Fisicoqumica Fundamental, 1era Ed., Ed. Limusa, Mxico, 1978. Pgs 813-823.1. Ponz Muzzo, Gastn, Fisicoqumica, 1era Ed., Ed. Universo S.A., 1969. Pgs. 236-239.1. Kikoin, Fsica Molecular, 2da Ed., Ed. MIR. Mosc, 1979, Pgs. 371-379.1. Lange, Norbert Adolph, Handbook of Chemistry, 10a Ed.,Mc Graw Hill, New York, 1967, Pgs. 10-125, 10-126.1. Castellan G., Fisicoqumica, 2a Ed., Ed. Addison Wesley Longman S. A., Mxico, 1998. Pgs. 432-435.1. http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial1. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/cohesi%C3%B3n/Tension%20superficial.htm1. http://minificciones.files.wordpress.com/2012/08/5-fuerzas-intermoleculares.pdf

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