PRÁCTICA 2 ACTIVIDAD SUPERFICIAL DE ALCOHOLES ALIFÁTICOS
OBJETIVOS Empleando un estalagmómetro Traube determinar la tensión superficial de soluciones de alcoholes alifáticos. Estudiar la influencia de la concentración (M) de los alcoholes en la actividad superficial. Demostrar que la actividad superficial aumenta con la longitud de la cadena hidrocarbonada (Regla de Traube).
INTRODUCCIÓN Las soluciones acuosas de muchas sustancias, aun cuando sean bastante diluidas, tienen tensiones superficiales muchos menores correspondientes a las del agua pura. Las sustancias que producen este efecto se llaman tensoactivas. Los ejemplos más comunes son los alcoholes superiores, los ácidos grasos y sus sales: jabones.
Se denomina tensoactividad al fenómeno por el cual una sustancia reduce la tensión superficial al disolverse en agua u otra solución acuosa. Los tensoactivos también llamados surfactantes o agentes de superficie activa, son especies químicas con una naturaleza o estructura polar o apolar con tendencia de localizarse en la interface formando una capa monomolecular absorbida en la interface que cambia el valor de la tensión superficial. Las sustancias tales como ácidos grasos de cadena corta y alcoholes son solubles tanto en agua como en solventes orgánicos. La parte hidrocarbonada (cadena lipofílica) de la molécula es responsable de su solubilidad en el solvente orgánico, mientras la parte polar (grupos hidrofílicos: -OH –COOH, etc.) tienen suficiente afinidad con el agua como para introducir la cadena hidrocarbonada no polar a la solución acuosa, con el crecimiento de la cadena las moléculas de esta sustancia son expulsadas con fuerza a la superficie, con lo que disminuye la tensión superficial. El valor límite de la disminución de la tensión superficial con la concentración, es decir, la magnitud se llama actividad superficial. La actividad superficial es un fenómeno dinámico, ya que el estado final de una superficie o interface o representa un balance entre tendencia hacia la adsorción y
la tendencia hacia el completo mezclado debido al movimiento térmico de las moléculas. HIPÓTESIS. Los Alcoholes alifáticos son agentes tensoactivos, la longitud de su cadena hidrocarbonada incrementa su actividad superficial, entonces el 1- Butanol afectará en mayor proporción la tensión superficial del agua.
MÉTODO EXPERIMENTAL. Estalagnómetro o conteo de gotas
MATERIAL Y SUSTANCIAS MA TE R IA L :
1 Estalagnómetro Traube (bureta). 2 Pipetas graduadas de10 ml 1 Pizeta con agua destilada 1 matraz aforado de 100 ml 1 matraz aforado de 50 ml 5 vasos de precipitado de 50 ml 1 Perilla de succión
R E A C TI V OS :
Agua destilada Metanol Etanol 1-Propanol 1-Butanol Alcohol n-amílico
DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Anote la temperatura a la cual se realizará el experimento. 2. Prepare 100 ml de solución 0.25 M de cada alcohol. Para poder realizar estos cálculos, investigue las formulas, peso molecular y densidad de cada uno de los alcoholes. 3. Utilizando la solución 0.25 M, prepare 25 ml de las siguientes diluciones: 0.20 M, 0.15 M, 0.10 M y 0.05 M de cada uno de los cuatro alcoholes y transferirlos a los matraces erlenmeyer de 25 ml, etiquetándolos. 4. Consulte instrucciones generales sobre el manejo y limpieza del estalagmómetro (bureta). 5. Determine el número de gotas de agua destilada en un volumen determinado. Cuide que la velocidad de goteo sea aproximadamente de 15 a 20 gotas por segundo. 6. Proceda a contar por separado el número de gotas de las soluciones del metanol, iniciando con la más diluida. El volumen considerado para realizar el conteo de gotas en este caso y los demás, debe ser constante (el considerado anteriormente); así como los niveles superior e inferior en la bureta. 7. Continuar las determinaciones con las demás diluciones en orden creciente de concentraciones .
CÁLCULOS Y RESULTADOS 1.- Anotar sus datos experimentales en una tabla, incluyendo la temperatura de trabajo a la cual se realizó el experimento. Temperatura de trabajo: 20°C
Tabla 1. Numero de gotas de los alcoholes. Alcohol M 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Agua
M=
=
Metanol
Etanol
1-Propanol
1-Butanol
44 45 46 46 47 43
41 42 43 44 45 40
40 41 42 44 48 38
60 71 87 111 137 57
∙
∴ = PM ∙ L ∙ M
=
Alcohol amílico 52 63 70 86 109 44
∴=
Metanol 32.04 ∙ 0.25 ∙ 0.100 l = 0.801 g . = 1.01 ml De metanol y aforar con agua destilada en un matraz de 100 ml. .
32.04
∙ 0.25
∙ 0.050 l = 0.400 g . = 0.505 ml De metanol y aforar con agua destilada en un matraz de 50 ml. .
Etanol 46.07
∙ 0.100 l = 1.15 g . = 1.45 ml De etanol y aforar con agua destilada en un matraz de 100 ml.
.
46.07
∙ 0.25
∙ 0.050 l = 0.57 g . = 0.72 ml De etanol y aforar con agua destilada en un matraz de 50 ml.
.
∙ 0.25
1-Propanol 60.09 ∙ 0.25 ∙ 0.100 l = 1.50 g . = 1.875 ml De 1-Propanol y aforar con agua destilada en un matraz de 100 .
ml.
60.09 .
.
∙ 0.25
∙ 0.050 l = 0.75 g = 0.93 ml De 1-Propanol y aforar con agua destilada en un matraz de 50
ml. 1-Butanol 74 ∙ 0.25 ∙ 0.100 l = 1.85 g . = 2.3 ml De butanol y aforar con agua destilada en un matraz de 100 ml. .
74
∙ 0.25
∙ 0.050 l = 0.93 g . = 1.14 ml De butanol y aforar con agua destilada en un matraz de 50 ml.
.
Alcohol n-amílico 88.15 ∙ 0.25 ∙ 0.100 l = 2.20 g . = 2.71 ml De Alcohol n-amílico y aforar con agua destilada en un matraz .
de 100 ml. 88.15 ∙ 0.25 ∙ 0.050 l = 1.10 g . = 1.35 ml De Alcohol n-amílico y aforar con agua destilada en un matraz .
de 50 ml.
2. Mediante curvas de calibración obtener la densidad y la tensión superficial del agua destilada a la temperatura del experimento. T (°C) 0 10
(g/ml) 0.99984 0.99970
20
0.99821
30 40
0.99565 0.99222
Gráfica 1. Densidad vs Temperatura del agua. 1.002 1.001 1 l m0.999 / g 0.998 n e 0.997 d a 0.996 d i n 0.995 s e 0.994 D 0.993 0.992 0.991
y = -0.0002x + 1.001 R² = 0.8985
0
5
10
15
20
25
Temperatura en °C
30
35
40
45
T (°C) 0 10
ϒ (dinas/cm)
20
72.75
30 40
71.20 69.60
75.64 74.23
Gráfica 2. Tensión superficial vs temperatura del agua. 77 ) m76 c / s a 75 n i d ( 74 l a i c i 73 f r e p 72 u s n 71 ó i s n e 70 T
y = -0.1511x + 75.706 R² = 0.9994
69 0
5
10
15
20
25
30
Temperatura en °C
3. Calcula la constante del aparato mediante la relación = Donde = Tensión superficial del líquido estándar (dinas /cm). = Número de gotas del líquido estándar. = Densidad del líquido estándar (g/ml). Metanol =
∙ .
.
=3133.86
∙ ∙
Etanol =
∙ .
.
= 2915.22
∙ ∙
1-Propanol =
∙ .
.
= 2769.46
∙ ∙
35
40
45
1-Butanol =
∙ .
.
=4154.18
∙ ∙
Alcohol amílico =
∙ .
.
=3206.74
Alcohol Metanol
∙ ∙
Constante del aparato de medición 3133.86
Etanol
2915.22
1-Propanol
2769.46
1-Butanol
4154.18
Alcohol amílico
3206.74
∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙
1.- Construya las curvas de calibración (g/ml) vs M (moles/l) de todas las soluciones de los alcoholes. Densidad (g/ml) de disoluciones alcohólicas a diferentes concentraciones. (mol/L) Metanol Etanol Propanol Butanol 0.05 0.99619 0.99529 0.99439 0.99356 0.10 0.99418 0.99240 0.99061 0.98651 0.15 0.99250 0.98915 0.98626 0.98416 0.20 0.99050 0.98625 0.98300 0.97960 0.25 0.98819 0.98381 0.97940 0.97550
Gráfica 3. Densidad vs concentracion del metanol. 0.997 0.996 ) 0.995 l m0.994 / g 0.993 ( d 0.992 a d i 0.991 s n e 0.99 D 0.989 0.988 0.987
y = -0.0394x + 0.9982 R² = 0.9972 0
0.05
0.1
0.15
0.2
Concentración (mol/L)
0.25
0.3
Gráfica 4. Densidad vs concentración del etanol. 0.996 0.994 ) l 0.992 / g ( d 0.99 a d i 0.988 s n e D0.986
y = -0.0582x + 0.9981 R² = 0.9978
0.984 0.982 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Concentración (mol/L)
Gráfica 5. Densidad vs concentración del propanol. 0.996 0.994 ) 0.992 l m / 0.99 g ( 0.988 d a d i 0.986 s n 0.984 e D0.982
y = -0.0752x + 0.998 R² = 0.9979
0.98 0.978 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Concentración (mol/L)
Gráfica 6. Densidad vs concentración del butanol. 0.995 0.99
) l m / g 0.985 ( d a d i 0.98 s n e D
0.975
y = -0.0861x + 0.9968 R² = 0.9784
0.97 0
0.05
0.1
0.15
0.2
Concentración (mol/L)
0.25
0.3
Gráfica 7. Densidad vs concentración de los alcoholes. 1 0.995 ) l m / 0.99 g ( 0.985 d a d i 0.98 n s 0.975 e D 0.97 0.965 0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Concentración (mol/L) Metanol
Etanol
Propanol
Butanol
2.- Calcule la tensión superficial de las soluciones de los alcoholes empleando la relación = Donde = Constante del aparato determinada previamente = Número de gotas del líquido problema. = Densidad del líquido problema (g/ml) Metanol 0.05 M 3133.86
0.10 M 3133.86
0.15 M 3133.86
0.20 M 3133.86
0.25 M
∙ ∙ 0.99619 ∙ = 70.95 / 44 ∙ ∙ 0.99418 ∙ = 69.24 / 45 ∙ ∙ 0.99250 ∙ = 67.62 / 46 ∙ ∙ 0.99050 ∙ = 67.50 / 46
3133.86
∙ ∙ 0.98819 ∙ = 65.9 / 47
Etanol 0.05 M 2915.22
0.10 M 2915.22
0.15 M 2915.22
∙ ∙ 0.99529 ∙ = 70.77 / 41 ∙ ∙ 0.99240 ∙ = 68.88 / 42 ∙ ∙ 0.98915 ∙ = 66.86 / 43
0.20 M 2915.22
0.25 M 2915.22
∙ ∙ 0.98625 ∙ = 65.34 / 44 ∙ ∙ 0.98381 ∙ = 63.73 / 45
1-Propanol 0.05 M 2769.46
0.10 M 2769.46
0.15 M 2769.46
∙ ∙ 0.99439 ∙ = 68.85 / 40 ∙ ∙ 0.99061 ∙ = 66.91 / 41 ∙ ∙ 0.98626 ∙ = 65.03 / 42
0.20 M 2769.46
0.25M
∙ ∙ 0.98300 ∙ = 61.87 / 44
2769.46
∙ ∙ 0.97940 ∙ = 56.51 / 48
1-Butanol 0.05 M 4154.18
0.10 M 4154.18
∙ ∙ 0.99356 ∙ = 68.79 / 60 ∙ ∙ 0.98651 ∙ = 57.72 / 71
0.15 M 4154.18
∙ ∙ 0.98416 ∙ = 46.99 / 87
0.20 M 4154.18
0.25 M 4154.18
∙ ∙ 0.97960 ∙ = 36.66 / 111 ∙ ∙ 0.97550 ∙ = 29.58 / 137
3.- Ordenar los datos obtenidos en la siguiente tabla: Concentración Metanol Etanol 1-Propanol 1-Butanol
0.05 70.95 70.77 68.85 68.79
0.10
0.15 0.20 Tensión superficial (dinas/cm) 69.24 67.62 67.50 68.88 66.86 65.34 66.91 65.03 61.87 57.72 46.99 36.66
0.25 65.9 63.73 56.51 29.58
4.-Representar en una sola hoja las gráficas de (dinas/cm) en función de la concentración de las soluciones para cada alcohol.
Gráfica 8. Tensión superficial vs concentración de los alcoholes. 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 ) 59 58 m57 c / 56 s a 55 n i 54 d ( 53 l 52 a i 51 c i 50 f r 49 e p 48 u 47 s 46 n 45 ó i 44 s n 43 e 42 T 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 0.05
0.1
0.15
0.2
Concentración (mol/L) Metanol
Etanol
= y = 23.68x + 71.794=67.5316 = y = 35.24x + 72.402=66.0588 − = 59.44x + 72.75 =62.0508 − = 198.96x + 77.792 = 41.9792
1-Propanol
1-Butanol
0.25
Sustancia Agua Metanol Etanol Propanol Butanol
Numero de carbonos 0 1 2 3 4
Tensión superficial (dinas/cm) 72.75 67.5316 66.0588 62.0508
41.9792
Gráfica 9. Tesión superficial vs número de y = -8.0665x + 79.571 carbonos. R² = 0.7728
80
) m c / 60 s a n i d ( 40 l a i c i f r 20 e p u s 0 n o 0 i s n e T
1
2
3
4
5
Número de carbonos
COMENTARIOS Para la realización de la práctica no se contó con matraces de 150 ml, tuvimos que ocupar uno de 100 y otro de 50ml. Tomar con la pipeta los mililitros exactos para la preparación de soluciones y aforar correctamente. Limpiar el estalagmómetro después de un conteo con la siguiente solución a medir (de la cual se van a contar las gotas), empleando la cantidad necesaria. Tomar en cuenta que al determinar los datos mientras se va incrementando la concentración de las soluciones, el número de gotas es mayor. El conteo de gotas en el agua es menor al de todas las concentraciones del alcohol que toco medir a cada equipo con el estalagmómetro, de lo contrario se tendrá que repetir la práctica.
CONCLUSIONES Gráficamente se observa una dependencia lineal, con pendiente negativa, respecto a los compuestos homólogos. La tensión superficial del agua se ve disminuida a medida que crece la cadena hidrocarbonada de los alcoholes, debido a que ésta, se posiciona en la interfase, en la región hidrofóbica debilitando las fuerzas de cohesión intermoleculares.Los alcoholes alifáticos son sustancias
anfipáticas que tienden a acumularse en la capa superficial, resultando esto, en una adsorción positiva que provoca una disminución de la ɣ.
BIBLIOGRAFÍA Lide, D. (1994). CRC handbook of chemistry and physics (84th ed.). Boca Ratón, FL: CRC Press.
Rodr guez, M. J. M., & Mar n, G. R. (1999). Fisicoqu mica de aguas. Madrid, ́ ́ ́ Espa n a: D az de Santos.
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