ACTIVIDAD SUPERFICIAL DE LOS ALCOHOLES ALIFATICOS Objetivos:
Determinar la tensión superficial de soluciones de diferentes alcoholes Estudiar la dependencia entre la tensión superficial y la concentración de las soluciones Estudiar la dependencia entre la tensión superficial de las soluciones y el tamaño de la cadena hidrocarbonada de los alcoholes Comprobar la regla de Troube
Introducción: TENSION SUPERFICIAL DE ALCOHOLES En un fluido cada molécula interacciona con las que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, abarca a las moléculas vecinas más cercanas. Vamos a determinar de forma cualitativa, la resultante de las fuerzas de interacción sobre una molécula que se encuentra en
A, el interior del líquido B, en las proximidades de la superficie C, en la superficie
Consideremos una molécula (en color rojo) en el seno de un líquido en equilibrio, alejada de la superficie libre tal como la A. Por simetría, la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las moléculas (en color azul) que la rodean, será nula. En cambio, si la molécula se encuentra en B, por existir en valor medio menos moléculas arriba que abajo, la molécula en cuestión estará sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del líquido. Si la molécula se encuentra en C, la resultante de las fuerzas de interacción es mayor que en el caso B. La fuerzas de interacción, hacen que las moléculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del líquido. Como todo sistema mecánico tiende a adoptar espontáneamente el estado de más baja energía potencial, se comprende que los líquidos tengan tendencia a presentar al exterior la superficie más pequeña posible.
Coeficiente de tensión superficial
Se puede determinar la energía superficial debida a la cohesión mediante el dispositivo de la figura. Una lámina de jabón queda adherida a un alambre doblada en doble ángulo recto y a un alambre deslizante AB. Para evitar que la lámina se contraiga por efecto de las fuerzas de cohesión, es necesario aplicar al alambre deslizante una fuerza F.
La fuerza F es independiente de la longitud x de la lámina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitud x, las fuerzas exteriores han realizado un trabajo Fx, que se habrá invertido en incrementar la energía interna del sistema. Como la superficie de la lámina cambia en S=2dx (el factor 2 se debe a que la lámina tiene dos caras), lo que supone que parte de las moléculas que se encontraban en el interior del líquido se han trasladado a la superficie recién creada, con el consiguiente aumento de energía. Si llamamos a la energía por unidad de área, se verificará que
la energía superficial por unidad de área o tensión superficial se mide en J/m2 o en N/m.La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido. Tensión superficial de los líquidos a 20ºC
Líquido
(10-3 N/m)
Aceite de oliva
33.06
Agua
72.8
Alcohol etílico
22.8
Benceno
29.0
Glicerina
59.4
Petróleo
26.0
SUSTANCIAS DE ACTIVIDAD SUPERFICIAL
Los agentes activos superficiales o surfactantes (derivado del ingles surface active agents) son moléculas que contiene un segmento liposoluble (soluble en aceite) y otro hidrosoluble (soluble en agua). La solubilidad parcial tanto en agua como en aceite permite al surfactante ocupar la interfase (Figura 1). Los agentes de actividad superficial son sustancias químicas que reducen la tensión superficial de los líquidos Los surfactantes pueden ser clasificados por la carga iónica de la parte superficialmente activa de la molécula. En los surfactantes aniónicos, la carga molecular es negativa ; en los catiónicos, positiva ; en los no iónicos, no hay carga y en los anfóteros existen cargas tanto positivas como negativas en la molécula. 2. CLASIFICACION 2.1 AGENTES ANIONICOS Los surfactantes aniónicos contienen generalmente uno de cuatro grupos polares solubles - carboxilato, sulfonato, sulfato o fosfato - combinado con una cadena hidrocarbonada hidrófoba. Si esa cadena es corta son muy hidrosolubles, y en caso contrario tendrán baja hidrosolubilidad y actuaran en sistemas no acuosos como aceites lubricantes. Dentro de esta clasificación se encuentran compuestos como el alquil bencen sulfonato lineal (LABS), los alquil sulfatos (AS) derivados principalmente del petróleo, y de alta utilización en la industria de jabones y detergentes. 2.2. AGENTES CATIONICOS Los surfactantes catiónicos comúnmente utilizados en detergentes, agentes limpiadores, líquidos lavaplatos y cosméticos están compuestos por una molécula lipofílica y otra hidrofílica, consistente de uno o varios grupos amonio terciarios o cuaternarios. Las sales de cadenas larga de amonio terciarias, obtenidas por neutralización de las aminas con ácidos orgánicos o inorgánicos, son raramente usadas en detergentes y preparaciones para limpieza. Su principal aplicación esta en el tratamiento de textiles y ocasionalmente como suavizantes tipo rinse. En aplicaciones cosméticas, su aplicación esta restringida a especialidades. Las sales de amonio cuaternarias con un solo grupo alquilo (C12-C18), o dos grupos mas cortos (C8-C10) son usados como sustancias activas antimicrobiános. Debido a su capacidad para adsorber sobre fibras o cabello, los inicialmente mencionados sirven como acondicionadores para el cabello. 2.3 AGENTES NO IONICOS En contraste a sus contrapartes iónicas, los surfactantes no iónicos no se disocian en iones hidratados en medios acuosos. Las propiedades hidrofílicas son provistas por hidratación de grupos amido, amino, eter o hidroxilo. Cuando existe un número suficiente de estos grupos la solubilidad acuosa es comparable con la de los surfactantes iónicos. Las aplicaciones son extensas y dependen de la cantidad de grupos polares presentes, que determinaran la solubilidad tanto en agua como en aceite (cuantificada en la practica mediante el índice HLB, o balance hidrofílico - lipofílico).
GRAFICA CUALITATIVA DE
VS CONCENTRACION
Tensión Superficial vs. Concentración para soluciones (método del anillo).
Tensión superficial vs. concentración para soluciones (método del anillo). Circulo negro: 24 h, circulo blanco: 48 h.
REGLA DE TRAUBE
El tensímetro o estalagmómetro de Traube es de los dispositivos más empleados para la determinación de la tensión superficial e interfacial de los líquidos. Consta de un tubo vertical de vidrio con un ensanchamiento situado entre un enrase superior y otro inferior provistos ambos de sendas escalas grabadas sobre el vidrio en divisiones arbitrarias; al extremo del tubo posee un ligero aplastamiento que constituye una pequeña plataforma plana. Mediante una aspiración se toma líquido de una pequeña vasija situada bajo el estalagmómetro y se le hace ascender hasta el primer enrase. Seguidamente se deja fluir el líquido libremente y se cuenta el número de gotas que se desprenden hasta que se alcanza el enrase inferior. La operación se repite de forma análoga empleando el agua como referencia y anotando el número de gotas desprendidas en su caso. El valor de la tensión superficial del líquido, s, se conoce a expensas de la del agua o líquido de referencia, s’, de sus respectivas densidades, r y r’, y de los números que representan las gotas desprendidas en cada caso, n y n’. La expresión que se aplica es s/s’ = n’/n . r / r’, deducible al considerar que cada gota se desprende de la superficie circular del extremo del tubo cuando su peso equivale a la fuerza que la mantiene unida, mg = 2p.r. s y que mg = V/ r , con un razonamiento análogo para el líquido de referencia y con igual volumen en ambos casos. La técnica seguida con el estalagmómetro se aplica también a la determinación de la tensión interfacial entre dos fases líquidas a y b, con la variante de pesar las gotas de un líquido formadas en el seno del otro.
MATERIAL 1 bureta de 50 ml 2 pipetas de 10 ml c/u 6 vasos de precipitados 1 soporte 2 jeringas SUSTANCIAS 50 ml de CH3CH2CH2OH 0.25 M 50 ml de CH3(CH2)4OH 0.25 M
DESARROLLO EXPERIMENTAL Llenar la bureta de la sustancia que se deseara medir su tensión superficial en este caso 2 alcoholes (propanol y pentanol), la alícuota a medir, serian 2 ml para cada una de las sustancias. Para lo cual se procedia a contar el no. de gotas que caian en un intervalo de tiempo o en su defecto cuantas gotas caian por cada 2 ml de solucion.
CALCULOS
DATOS EXPERIMENTALES BIBLIOGRAFIA Samuel H. Maron y Cael F. Prutton. Fisicoquímica. Editores Noriega-Limusa. México D.F.2002.Págs. 15-43. P.W. Atkins. Química Física. Ediciones Omega S.A. Barcelona. 1999. pags. 13 – 93. Samuel Glasstone. Tratado de Quimica Fisica. Editorial Aguilar. Madrid.1976. Págs. 184-198 A. Gufrasimov y V. Dreving. Curso de Química Física. Editorial Mir.Móscu.1977. Págs. 62-81 Manual de Física, Koshkin, Shirkévich. Editorial Mir
