TENSIÓN SUPERFICIAL PRACTICA # 6
JHOAN MANUEL ZULUAGA
JULIO CARDONA PROFESOR
UNIVERSIDAD DEL QUINDIO FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS Y TECNOLOGIAS PROGRAMA DE QUIMICA ARMENIA 2013
Tensión Superficial Introducción La tensión superficial de un líquido es una cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido 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 tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido. Otra posible definición de tensión superficial: es la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Objetivos - Determinar el radio hidráulico de una bureta usando agua en esta experiencia. - Determinar la tensión superficial del Etanol. - Determinar la tensión superficial del NaCl. - Hallar la tensión superficial de estas sustancias por medio del peso de la gota. Tabla de datos 1) Para la calibración de las Buretas (Determinación del radio hidráulico) Tabla 1. Datos experimentales para la calibración de la Bureta No. 1 Ensayo
Numero de Gotas
Peso total de las gotas (g)
1 50 2,68 2 50 2,23 Radio de la bureta (mm): 1,05 mm
Masa de una gota (g)
Densidad del agua (g/mL)
0,0536 0,0446
0,9972
Masa promedio de la gota (g) 0,0491
Volumen promedio de las gotas (mL) 0,0492
Tabla 2. Datos experimentales para la calibración de la Bureta No. 2 Ensayo
Numero de Gotas
Peso total de las gotas (g)
Masa de una gota (g)
Densidad del agua (g/mL)
1 2
50 50
2,22 2,27
0,0444 0,0454
0,9972
2) Para la determinación de la tensión superficial
Masa promedio de la gota (g) 0,0499
Volumen promedio de las gotas (mL) 0,0450
Tabla 3. Datos para determinar la tensión superficial con la Bureta No. 1 Ensayo
Numero de Gotas
Peso total de las gotas (g)
Masa de una gota (g)
Densidad del Etanol (g/mL)
1 2
50 50
0,727 0,711
0,01454 0,01422
0,8094
Masa promedio de la gota (g) 0,01438
Volumen promedio de las gotas (mL) 0,0177
mN m
γ Etanol = 34,6
Tabla 4. Datos para determinar la tensión superficial con la Bureta No. 2 Ensayo
Numero de Gotas
Peso total de las gotas (g)
Masa de una gota (g)
Densidad del NaCl (g/mL)
1 2
50 50
2,119 2,113
0,04238 0,04226
1,02
γ NaCl = 90,11
mN m
Cálculos 1. Calibración y Medida de Densidades con Picnómetro
15,949 g −10,576 g VPicnómetro = 1 g /mL
= 5,373 mL
2. Medida de Densidad �Etanol =
14,925 g −10,576 g 5,373 mL
= 0,8094 g/mL
3. Calibración de las Buretas para el Cálculo del Radio Densidad del agua Temperatura ambiente = 20°C
Masa promedio de la gota (g) 0,04232
Volumen promedio de las gotas (mL) 0,0431
−3
30,0658−7,48∗10 ∗20 30
�Agua =
= 0,9972 g/mL
Bureta 1
-
Ensayo 1
Peso total de las gotas = 2,68 g
Masa de una gota =
-
2,68 g = 0,0536 g 50
Ensayo 2
Peso total de las gotas = 2,23 g
Masa de una gota =
2,23 g = 0,0446 g 50
Masa promedio de la gotas =
0,0536 g + 0,0446 g 2
Volumen promedio de la gotas =
= 0,0491 g
0,0491 g 0,9972 g /mL = 0,0492 mL
Bureta 2
-
Ensayo 1
Peso total de las gotas = 2,22 g
Masa de una gota =
-
2,22 g 50
= 0,0444 g
Ensayo 2
Peso total de las gotas = 2,27 g
Masa de una gota =
2,27 g 50
Masa promedio de la gotas =
= 0,0454 g
0,0444 g+ 0,0454 g 2
= 0,0449 g
Volumen promedio de la gotas =
0,0449 g 0,9972 g /mL = 0,0450 mL
Calculo del radio
γ = 72,75
A 20°C
mN m
φ =1 V ´ ρg 2π
r=
Kg m ∗9,8 2 ∗1 3 m s N 2π(0,07275 ) m
−8
3
4,92∗10 m ∗997,2 r=
= 1,05 ¿ 10-3 m *
1000mm 1m
4. Calculo de la tensión superficial Para EtOH �Etanol = -
14,925 g −10,576 g 5,373 mL
= 0,8094 g/mL
Ensayo 1
Peso total de las gotas = 0,727 g
Masa de una gota =
-
0,727 g 50
= 0,01454 g
Ensayo 2
Peso total de las gotas = 0,711 g
Masa de una gota =
2,23 g = 0,01422 g 50
Masa promedio de la gotas =
0,01424 g+ 0,01422 g 2
= 0,01438 g
= 1,05 mm
Volumen promedio de la gotas =
X=
r √V
X=
1,05∗10−3 m √3 1,77∗10−8 m3 = 0,401
0,01438 g 0,8094 g /mL = 0,0177 mL
3
φ = 0.683521 X4 - 2.36412 X3 + 1.87333 X2 + 0.252149 X + 1.19553 φ = 0.683521 (0,401)4 - 2.36412 (0,401)3 + 1.87333 (0,401)2 + 0.252149 (0,401) + 1.19553 φ = 1,463 V ´ ρg 2πr
γ=
Kg m ∗9,8 2 ∗1,463 3 m s = 0,0346 −3 2π (1,05∗10 m)
1,6∗10−8 m3∗997,2 γ=
mN m Para NaCl �NaCl = -
16,056 g −10,576 g 5,373 mL
= 1,02 g/mL
Ensayo 1
Peso total de las gotas = 2,119 g
Masa de una gota =
-
2,119 g 50
= 0,04238 g
Ensayo 2
Peso total de las gotas = 2,113 g
Masa de una gota =
2,113 g = 0,04226 g 50
N m
*
1000mN 1N
= 34,6
Masa promedio de la gotas =
0,04238 g + 0,04226 g 2
Volumen promedio de la gotas =
1,05∗10−3 m √3 4,31∗10−8 m3
X=
= 0,04232 g
0,04232 g 1,02 g /mL = 0,0431 mL
= 0,30
φ = 0.683521 X4 - 2.36412 X3 + 1.87333 X2 + 0.252149 X + 1.19553 φ = 0.683521 (0,30)4 - 2.36412 (0,30)3 + 1.87333 (0,30)2 + 0.252149 (0,30) + 1.19553 φ = 1,38 γ=
V ´ ρg 2πr Kg m ∗9,8 2 ∗1,38 3 m s −3 2π (1,05∗10 m) −8
3
4,31∗10 m ∗1020 γ=
= 0,0901
N m
*
1000mN 1N
= 90,11
mN m Análisis de resultados El trabajo experimental confirma que la adición de un soluto a un líquido modifica la fuerza de tensión superficial de este, de manera dependiente de la naturaleza del soluto y de su concentración. De la misma manera se confirma como a medida que la densidad de una solución decrece, lo hace también su fuerza de atracción intermolecular en la superficie, de lo que se podría inferir relación directamente proporcional de estas dos magnitudes. Según los resultados obtenidos experimentalmente la tensión superficial de un líquido puro como etanol es menor respecto a la tensión superficial del agua, ya que las moléculas de agua poseen una fuerza intermolecular mucho mayor. Cuando se tiene una solución de NaCl la tensión superficial aumenta porque al agregar el agua con el cloruro de sodio, se reduce la atracción electrostática entre los iones cloruro y los iones sodio, debido a esto quedan rodeados por las moléculas polares del agua, lo que hace que se aumente la tensión superficial de la solución.
El agua tiene una tensión superficial relativamente elevada en comparación con la del etanol; esto se debe a la masa de la gota de cada una de las sustancias, es por esto que las gotas de agua son de mayor volumen que las del etanol. Conclusiones La adición de un soluto como el NaCl aumenta la tensión superficial de la solución respecto a la de un líquido puro como el agua. La tensión superficial en los líquidos se debe a que las fuerzas que afectan cada molécula de dicho liquido, sin diferentes en el interior que en la superficie. La densidad para el agua es dependiente de la temperatura de trabajo (ambiente), ya que con esta temperatura de determina su tensión superficial. El agua tiene alta tensión superficial debido a los puentes de Hidrogeno. El radio hidráulico de la bureta al calibrarla con agua es de 1,05mm. El coeficiente de relación para la determinación de la tensión superficial para el etanol y el cloruro de sodio esta dentro del parámetro de la función de ajuste de Harkins y Brown. La tensión superficial para el etanol es de 34,6
mN m
La tensión superficial para la solución de NaCl es de 90,11
mN m
Cuestionario 1. ¿Qué factores influyen sobre la tensión superficial? Las sustancias como el jabón y los detergentes disminuyen la tensión superficial, de este modo favorecen el lavado, las sales aumentan la tensión superficial del agua la temperatura se relaciona en forma inversamente proporcional a la tensión superficial. 2. ¿Que otros métodos existen para medir la tensión superficial? a) Estáticos: Métodos de ascenso capilar, Gotas y burbujas b) Dinámico: peso de la gota, Anillo de Du nouy, Método de máxima presión en la burbuja. Método de ascenso capilar: Cuando un tubo de vidrio abierto en ambos extremos se introduce verticalmente en un liquido. Que moja las paredes del tubo capilar este subirá a través de el hasta alcanzar una altura h. Si el capilar tienen una sección transversal circular la diferencial de P de al interfaces será: P=2y/r
Donde:
y : tensión superficial r: radio
Métodos de burbujas estáticas: Pequeñas burbujas son esféricas cuando los efectos gravitacionales y de la tensión superficial son comparables entonces se puede determinar el principio de tensión superficial a partir de la medida de la forma de las gotas. Hay 2 métodos gota yacente y gota colgante. Método de peso de gota: Es el método más conveniente en laboratorio para medir al tensión superficial de una interface. Se debe dejar escurrir un cierto volumen de liq. A través de un recipiente llamado estalagnometro cuyo extremo capilar el liq. Cae formando gotas. El peso por gota se relaciona con el valor de la tensión superficial a través de la ley de Tate: W: 2πry Método del anillo de Cu Nouy: Este método se utiliza para determinar la tensión superficial midiendo la fuerza requerida para desprender un anillo metálico desde la superficie del líquido. F=4*pi*r*y Método de máxima presión de burbuja: Consiste en burbujear lentamente un gas inerte en un líquido. Cuya tensión superficial necesitamos medir mediante un tubo capilar sumergido en el líquido. Como el tubo capilar presenta una profundidad de inmersión arbitraria que vamos a designar h la P aplicada deberá primero desplazar esta columna del líquido. Del interior del capilar y después vencer la barrera de P de la interfase líquido/gas durante la formación de la burbuja. P=2y/r Donde
r: radio de la burbuja.
3. ¿Qué es un tensoactivo? Son sustancia que presentan actividad en las superficies reduciendo la superficie del liquido en el que esta disuelto o bien la tensión superficial de la intercara si es que hubiera otra fase presente. Para que una sustancia sea tensoactivo se requiere que tenga dos grupos: uno polar (hidrófilo) y otro no polar (hidrófobo). 4. ¿Porque los tensoactivos disminuyen la tensión superficial? Los tensoactivos debido a la estructura polar-apolar de su molécula presentan este fenómeno y disminuyen la tensión superficial del agua en concentraciones por debajo de la concentración en la que el tensoactivo ha cubierto la totalidad de la superficie. Por encima de esta concentración las moléculas del tensoactivo se dirigen hacia al interior del líquido formando agregados de moléculas sencillas de tensoactivos resultando una estructura con una orientación específica de alto peso molecular a partir de la cual se
observan cambios bruscos en las propiedades fisicoquímicas como en su conductividad, presión osmótica, turbidez, tensión superficial. A esta concentración a la cual se da este cambio se le llama concentración micelar crítica (CMC).