Artículo Científico

Fuerzas Intermoleculares y Propiedades de los Líquidos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN

Fuerzas Intermoleculares y Propiedades de los Líquidos J. Bohórquez Ortiz, Ortiz, D. Cedano Giraldo Giraldo

Resumen Este artículo presenta las interacciones que se dan en los compuestos químicos y que incluyen fuerzas internas o intramoleculares y externas o inte in term rmol olec ecul ular ares es,, de dell mi mism smo o mo modo do se pr pres esen enta tan n la lass pr prop opie ieda dade dess fí físi sica ca analizadas y generadas por las fuerzas intermoleculares presentes en algunos líquidos; Por consiguiente se tenía establecido reconocer las distintas fuerzas interm int ermole olecul culare aress y su int intens ensida idad d rel relati ativa va par para a ana analiz lizar ar las dif difere erenci ncias as de presión de vapor en dos líquidos (agua y hexano) en función de la naturaleza de sus fuerzas intermolecula intermoleculares res en un sistema de columna de agua, determinar la te tens nsió ión n su supe perf rfic icia iall po porr me medi dio o de dell mé méto todo do de dell ca capi pila lar, r, de dete term rmin inar ar la viscosidad de algunos líquidos usando el viscosímetro y reconocer las variables que influyen en la misma. De ahí se demostró que las propiedades físicas de los líquidos están directamente relacionadas con la intensidad de sus fuerzas intermoleculares. Palabras Palabr as Cla Clave: ve: Fu Fuer erza zass in inte term rmol olec ecul ular ares es,, pr pres esió ión n de va vapo por, r, te tens nsió ión n superficial, viscosidad.

Abstract

This article presents the interactions that occur in the chemicals and include internal forces or intramolecular and external forces or intermolecular, likewise presents the physical properties analyzed and generated by intermolecular forces present in some liquids, consequently it was established to recognize some som e dif differ ferent ent int interm ermole olecu cular lar forces forces and its rel relati ative ve in inten tensit sity y to an analy alyze ze differences in vapor vapor pressure in two liquids liquids (water and hexane) hexane) according according to the nature of intermolecular forces in a water column system, to determinate surface tension by the capillary method, to determinate the viscosity of some liquids using the viscometer and recognize the variables that influence it. It


demonstrated that the physical properties properties of the liquids are directly related to the intensity of the intermolec intermolecular ular forces. Key words: Intermolecular forces, vapor pressure, surface tension, viscosity.


Introducción

Por lo general las sus usttanc nciias a temperatura ambiente están compue com puesta stass po porr mo moléc lécula ulass (1). Las fuerzas fuerz as inte intermole rmolecular culares es actúan entre las moléculas o entre las molé mo lécu cula lass y lo loss io ione ness (2). En los líquidos líqu idos las fuerz fuerzas as inter intermol molecula eculares res son lo sufic suficient ientement emente e fuert fuertes es para mantener las moléculas muy juntas; no ob obst stan ante te,, la lass mo molé lécu cula lass ti tien enen en libertad de movimiento unas respecto a otras. (1) Entre las molé molécula culass neutr neutras as exis existen ten tres tipos de fuerzas intermolecula intermoleculares: res: Fuerzas Fue rzas dip dipolo olo-di -dipol polo: o: son las fuerzas de atracción entre moléculas polares, es decir, entre moléculas que poseen pose en mome momentos ntos dip dipolar olares es (3); hay otrass fuerz otra fuerzas as inte intermol rmolecula eculares res como dipolo-di dipo lo-dipolo polo induc inducido ido que se presenta cuando entre una molécula polar y una apolar, el dipolo de la molécu mol écula la po polar lar ind induce uce un mom moment ento o dipolar en la molécula apolar. Fuerzas de dispersión de London: se deben a los momentos dipolares tempo tem poral rales es ind induci ucidos dos en mo moléc lécula ulass que suelen ser no polares. El grado de polarización de una molécula es una medida de la facilidad para inducirle un momento dipolar (2) y enlaces porr pue po uent nte e de hi hid dró róg geno no:: se pres pr esen enta ta en lo loss co comp mpue uest stos os qu que e contienen enlaces O-H, N-H Y F-H. Por lo general los enlaces por puente de hidróg hid rógeno eno so son n má máss fue fuerte rtess que la lass fuerzas dipolo-dipolo o de dispersión. (1)

Con el término de “fuerzas de van der Waals” se hace referencia al efecto tota to tall de la lass in inte tera racc ccio ione ness di dipo polo lo--

dipo pollo, dipol olo o-d -diipolo in ind duc ucid ido o fuerzas de dispersi dispersión. ón. (1)

y

Las fuerz fuerzas as elec electros trostáti táticas cas son otro tipo ti po de in inte tera racc ccio ione nes, s, en entr tre e el ella lass fuerzas s ión-i ión-ión: ón: so tenemos: fuerza son n la lass que qu e se es esta tabl blec ecen en en entr tre e io ione ness de igual o distinta carga (puente salino), ión-dipolo: son aquellas que atraen entre sí a un ión (ya sea catión o anión) y una molécula polar (3), ióndipolo dipo lo induc inducido: ido: tie tiene ne lug lugar ar ent entre re una un a ió ión n y un una a mo molé lécu cula la ap apol olar ar.. La pro roxi xim mida dad d del ión pro rovo voca ca un una a distorsión distorsió n en la nube electrónica de la moléc mo lécula ula ap apola olarr con convir virti tiénd éndola ola (de modo mo do tra transi nsito torio rio)) en una mo moléc lécula ula polarizada). (3) Mient Mie ntrras más int nten ensa sass se sea an la lass fuerzas intermoleculares, más grande será la viscosidad, o la resistencia a flui uirr, de un líquido. La tensión sup uper erfi fici cia al ta tam mbié ién n aum ume ent nta a al aumentar la intensidad de las fuerzas tensión inte in term rmol olec ecul ular ares es.. La superficial es una medida de la tendencia de un líquido a mantener un ár área ea de su supe perf rfic icie ie mí míni nima ma.. La adhesión de un líquido a las paredes de un tubo estrecho y la cohesión de un líquido explican la acción capilar. (1)

La presión de vapor de un líquido indica la tendencia de un líquido a evaporarse (1). La presencia de fuerza fue rzass int interm ermole olecul culare aress afe afecta cta la presión de vapor, disminuyéndola. La ebullición ocurre cuando la presión de vapor es igual a la presión externa entre más intens nsa as sean las (1), fuerzas intermoleculares presentes en un compuesto, mayor será el punto de ebullición.


Materiales y Reactivos

Materiales y Métodos Práctica n°4: Fuerzas intermoleculares Procedimiento: 1. Se to tom man 4 tub ubo os de ensa ensay yo debidam deb idamente ente enume enumerado radoss del 1-4 , añadir a cada tubo 1 ml de agua, agua, lueg luego o adicio adicionar nar 1ml de etanol al tubo uno, 1ml de tolueno al dos, la misma cantidad de glicerina y hexano al lo loss re resp spec ecti tivo voss tu tubo boss de ensay ens ayo. o. Poste Po sterio riorme rmente nte se repi re pite te el pr proc oced edim imie ient nto o de forma similar hasta completar las mezclas presentadas en la tabla tab la 2. Se Se observa observa y anal analiza, iza, con base en la natur naturalez aleza a de las sustancias y sus inte in tera racc ccio ione nes, s, ac acer erca ca de la miscibilidad de las mezclas. 2. Desde una bureta llena con hexano, se deja caer un liquido a un beaker que estás separado aproximadamente aproximadamente da 15 cm, se frota un objeto de plástico y se acerca al liquido. Se repite el procedimiento con agua.. Expl agua Explicar icar las difer diferencia enciass observadas.

•

Bureta

•

Soporte universal

•

Pinzas para bureta

•

Beaker

•

Tubos de ensayo ensayo

•

Gradilla

•

Pipetas

•

Agua

•

Etanol

•

Tolueno

•

Glicerina

•

Hexano

Practica n°5: Propiedades de los líquidos Procedimiento: 1. Compar Comparar ar la la presi presión ón de de vapor de agua y hexano Figura1. Sistema con columna de ag agua ua,, pa para ra co comp mpar arar ar la presión de vapor.

De forma similar a la de la figura 1, se coloca col ocan n do doss Erl Erlenm enmeye eyer, r, ca cada da una con una muestra problema diferente (agua o hexano). Se lleva a un baño


maría, se co maría, conec necta ta el Erl Erlenm enmeye eyerr al tubo en jota mediante un tapón y un trozo tro zo de man mangue guera ra lát látex, ex, cui cuidan dando do que qu e lo loss ni nive vele less de ag agua ua en am amba bass rama ra mass de dell tu tubo bo en jo jota ta es esttén a la misma altura. Se registra la temperatura inicial del baño maría, y de fo forrma gr grad adua uall se aum ume ent nta a la

temperatura y se van registrando los datos de la temperatura y despl des plaza azamie miento nto de ag agua, ua, cad cada a qu que e ascienda o descienda 20 mm aprox apr oxima imadam dament ente. e. Se reg regist istran ran lo loss datos en la tabla 1. 2. Medida de de superficial

la

tensión te

Se realiza con el método del capilar; Cuando Cua ndo un líq líquid uido o asc ascien iende de por un tubo capilar y moja las paredes del tubo, forma un menisco cóncavo en la superf sup erfici icie e líq líquid uido-a o-aire ire en vir virtud tud de una un a di dife fere renc ncia ia de pr pres esió ión n en entr tre e el líquido contenido en el recipiente y la presión del líquido en el interior del capila cap ilar. r. Est Esta a dif difere erenci ncia a de pre presió sión n provoca un ascenso del líquido en el interior del capilar que se detiene en el momento en que las presiones son iguales, es decir la presión hidrostática de la columna de líquido en el capilar y la presión fuera del mismo.

Figura2. Ten ensi sión ón Equilibrio de fuerzas.

sup uper erfi fici cial al..

3. Med Medida ida de la la visco viscosid sidad ad

Se realizará con el viscosímetro de Os Ostw twal ald d (f (fig igur ura a 3) 3),, ut util iliz izad ado o para pa ra re real aliz izar ar de dete term rmin inac acio ione ness rellati re tiva vass (v (viisco cosi sida dad d de un una a sustancia en comparación con un líquido patrón).

Figura3. Viscosímetro de Ostwald

Adicionar líquido hasta llenar el bulbo y suc ucccio iona narr ha hassta qu que e el lí líq qui uid do ascienda asci enda,, post posterio eriorment rmente e perm permitir itir el descenso del líquido en pasar de la marca A hasta la marca B. Repetir por triplicado y registrar los datos obtenidos en la tabla 3. Materiales y reactivos: •

Tubo en jota jota

•

Erlenmeyer con tapón

•

Manguera de látex

•

Beaker

•

Plancha de calentamiento

•

Termómetro

•

Capilares

•

Cilindros de fondo plano

•

Viscosímetro de Ostwald

•

Soporte Universal

•

Pinzas de bureta


•

•

Agua

•

Etanol

•

Glicerina

•

Hexano

•

Tolueno

Riesgos Recomendaciones Seguridad

•

•

y de

Etanol: Identificación Identificació n de riesgos: Riesgo principal: Inflamable en grado grado severo, seve ro, temp temperat eratura ura de infla inflamaci mación ón (8- 13°C) Riesgos secundarios: Nocivo- irritante y reactivo leve

•

•

•

Nocivo Noci vo,, mare reos os,, vért vé rtig igo os, debilidad y pérdida de concienc conc iencia, ia, fall fallas as resp respirat iratoria oria y/o circ circulat ulatoria oria,, pos posibil ibilidad idad de muerte. (ingestión)

Protección personal:

Guantes: Utilización de guante gua ntess de but butilo ilo,, vit viton, on, y/o neopreno. Lentes: resistentes salpicaduras Calzado: tapado, absorbente, planta baja

a no

Riesgos:

Inflamable Inflamab le en grad grado o sever severo, o, nocivo, irritante leve. Riesgos para la salud: •

Irr rriitan antte --- nari narizz y tra ract cto o res esp pir irat ato ori rio o (inh (i nha alac aciión ón)) , contacto con la piel, contacto con los ojos Constricción bronquial temporal, tos, dificultad respirat resp iratoria oria,, dolo dolorr de cab cabeza, eza, depresión del sistema nervioso central, (inhalación)

Protección respiratoria solo en caso cas o de sob sobrep repasa asarse rse alg alguno uno de los lí lím mit ites es per erm misi sib ble less correspondientes.

Tolueno

Riesgos para la salud: •

Ropa ad Ropa adec ecua uada da re resi sist sten ente te a químicos.

•

•

Constricción bronquial temporal, tos, difi ficcultad respirat resp iratoria oria,, dolo dolorr de cab cabeza, eza, depresión del sistema nervioso cent ce ntra ral, l, ir irri rita taci cion ones es,, fa fati tiga ga,, nausea nau seas, s, con confus fusió ión n men mental tal e incoordi inco ordinaci nación, ón, inco inconsist nsistencia encia y posibilidad de muerte, daños al hígado y riñones (inhalación) Nocivo, depresión del sistema nervioso central (ingestión) Irritante( contacto con la piel, ojos)

Protección personal:


•

•

•

Ropa ad Ropa adec ecua uada da re resi sist sten ente te a químicos. Protección respiratoria solo en caso ca so de so sobre brepa pasar sarse se alg alguno uno de los lím ímiite tess pe perrmi missib iblles correspondientes. Guantes: Utilización de guantes de manera obligato obligatoria, ria, pueden ser de pva y/o viton viton No re reco come mend ndad ado o: Goma natural, nitrilo, butilo, neopreno, y pvc. Lentes: resistentes a salpicaduras Calzado: tapado, no absorbente, planta baja

•

•

a

Calzado: tapado, absorbente, planta baja

no

Hexano: Riesgos:

Inflamable Inflamab le en grad grado o seve severo, ro, nociv nocivo, o, reactivo, e irritante Riesgos para la salud: •

•

Glicerina: Riesgos:

Lentes: resistentes salpicaduras

•

Nocivo, irritante, y combustibl combustible e leve

Toxico, irritaciones del tracto respiratorio, dolor de cabeza y vértigos (inhalación) Irrita Irri taci cion ones es (c (con onta tact cto o co con n la piel, y ojos) Toxico, inconsciencia y posibilidad de muerte (ingestión)

Riesgos para la salud: •

•

Irritaciones ( Inhalación, contacto con la piel, contacto con los ojos) Nocivo Noci vo de baja toxi xici cid dad, moles mo lesti tias: as: nau nausea seas, s, do dolor lor de cabeza, y diarrea (ingestión)

Protección personal: •

•

Protección personal: •

•

•

Ropa ad Ropa adec ecua uada da re resi sist sten ente te a químicos.

•

Protección respiratoria solo en caso ca so de so sobre brepa pasar sarse se alg alguno uno de los lím ímiite tess pe perrmi missib iblles correspondientes. Guantes: Utilización de guantes: goma natural, neopreno y/o nitrilo

•

Ropa ad Ropa adec ecua uada da re resi sist sten ente te a químicos. Protección respiratoria solo en caso cas o de sob sobrep repasa asarse rse alg alguno uno de los lí lím mit ites es per erm misi sib ble less correspondientes. Guantes: Utilización de guan gu ante tess de ni nitr tril ilo, o, vi vito ton n y/ y/o o PVA. No re reco come mend ndad ados: os: Goma natu na tura ral, l, bu buti tilo lo,, ne neop opre reno no,, y pvc. Lentes: resistentes salpicaduras

a


•

Calzado: tapado, absorbente, planta baja

no

Dispos Disp osic ició ión n de re resi sid duo uos: s: En gene ge nera ral, l, lo loss re resi sidu duos os qu quím ímic icos os se pueden eliminar a través de las aguas resi re sidu dual ales es,, po porr el de desa sagü güe e u ot otra ra altern alt ernat ativa iva se segur gura, a, una vez que se acon ac ondi dici cion onen en de form forma a tal de ser ser inocuos para el medio ambiente.

Datos y Resultados 1. Pr Prác ácti tica ca4 4

1.1 ¿A qué se debe el fenó fe nóme meno no de ad adhe here renc ncia ia de pinturas? Explique Claramente

La causa de la adhesión es el anclaje del producto en las irregularidades de la superficie del sub ubsstra ratto, jug uga and ndo o un papel importante los materiales porosos como la madera, tejidos, Cuando se aplica el barniz o pintura, éstos penetran entre los poros y fibras form fo rman ando do tr tras as el cu cura rado do la lazo zoss alrededor de dichos elementos, es decir, un entrecruzado mecánico.

distanci dista ncias as del ord orden en de mi micra cras, s, los mate ma teri rial ales es se ad adhi hier eren en de debi bido do a fuerzas superficiales que actúan entre los átomos de las dos superficies. Las fuerzas más comunes que intervienen son so n la lass de Va Van n de derr Wa Waal als: s: ti tien enen en orig or igen en en ca camp mpos os el eléc éctr tric icos os,, lo loss cual cu ales es pr prod oduc ucen en un una a or orie ient ntac ació ión n molecular favorable desde el punto de vist vi sta a en ener ergé géti tico co (d (dip ipol olo) o).. Un ca caso so especial espe cial de inte interacc racción ión dipo dipolo-d lo-dipol ipolo o son so n lo loss pu puen ente tess de hi hidr dróg ógen eno. o. La unión entre la madera y el barniz o pint pi ntur ura a ti tien enen en lu luga garr po porr me medi dio o de pue uent ntes es de hi hidr dróg ógen eno o ent ntre re los grupos hidroxilo de la celulosa y los grupos reactivos del barniz aplicado, con intervención de la humedad en ocasiones. Para que se den estas circunstancias es necesario que el barniz o pintura se apliquen fluidos, con el fin de que se puedan extender convenientemente sobre el substrato, con co n lo qu que e se co cons nsig igue ue una bu buen ena a área de contacto, que pueda penetrar en poros e irregularidades del substrato y que se facilite el contacto intermolecular. (4) 1.2 Exp Ex pliq ique ue el ca cará ráccte terr pola larr de dell agua y el he hexa xano no según lo observado en el experimento de caída libre al acercarles un material cargado (plástico).

-

teor oría ía de ad adso sorc rció ión n propone La te que, dado un contacto intermolecular suficiente en la inte in terf rfas ase e (e (en n el pl plan ano o co comú mún) n),, co con n

Debido a la fuerza electrostática generada por la fricción de la regla plática con el cabello se genera un carga carg a en est este e materi material, al, al acercarla a la caída libre del agua ag ua y de dell he hexa xano no se ve una mayor desviación en el


agua debido a su polaridad “cagas opuestas se atraen”, lo que se ve muy leve en el hexano debido a su carácter apolar.



1.3

Tab ablla1 a1.. Relación est stru ruc ctura ra-s -so olubilidad

Fuerzas de interacción intermolecular predominante ( Justifique)

Orden relativo de solubilida d

C6H6

Fuerzas de dispersión, ya que la molécula del benceno es de tipo apolar

6

C6H12

Fuerzas de dispersión, ya que la molécula de 3hexeno es apolar.

8

Puente de hidrógeno, ya que la molécula de Etanol tiene un grupo OH.

2

Fórmula química

C2H5OH

CH3COC H3

CH3COO H

CCl4

HCl

Estructura de Lewis

Fuerzas dipolo-dipolo, ya que la molécula de Acetona es de carácter polar, no forma puentes de hidrógeno. Puente de hidrógeno, ya que la molécula de Ácido acético tiene un grupo OH.

4

1

Fuerzas de dispersión, ya que la molécula de Tetracloruro de Carbono es de carácter apolar.

7

Fuerzas dipolo-dipolo, ya que la molécula de ácido clorhídrico es de carácter polar.

3


H2S

Fuerzas dipolo-dipolo, debido a que la molécula de ácido sulfhídrico es de carácter polar.

5


1.4 Tabla 2. Solubilidad y fuerzas intermoleculares de algunos líquidos

Agua

Etanol

CH3CH2OH

1

Agua

Tolueno

Agua

Hexano

CH3(CH2)4CH3

2

Agua

Glicerina

OHCH2CHCH2 OH

1

Puente de hidrogeno debido al grupo OH del etanol.

2

Puente de hidrógeno por los grupos OH de la Glicerina.

OH Etanol

Tolueno

Etanol

Hexano

Etanol

Glicerina

2

CH3(CH2)4CH3 OHCH2CHCH2 OH OH CH3(CH2)4CH3

2 1

Puente de hidrógeno debido a los grupos OH presentes tanto en el etanol como en la glicerina.

1

Fuerzas de dispersión debido a que las dos sustancias son apolares.

Tolueno

Hexano

Tolueno

Glicerina OHCH2CHCH2 OH

2

Hexano

OH OHCH2CHCH2 OH

2

Glicerina

OH


1.5

Tabla 3. Carácter polar o no polar (derivado del análisis de miscibilidad y geometría molecular) y momento bipolar (teórico)

Sustancia

Agua

Etanol

Tolueno

Hexano

Glicerina

Carácter polar o no polar derivado del análisis de miscibilidad El agua al ser de geo eom met etrí ría a ang ngul ula ar pres pr esen enta ta mo mome ment nto o di dipo pola lar, r, al ve verr lo loss resultados de miscibilidad notamos que es soluble en etanol y glicerina las cuales son sustan sus tancia ciass po polar lares, es, “lo po pola larr di disue suelve lve lo polar”. El etanol tiene una parte de su geometría molec mo lecula ularr ang angula ularr y dos tet tetraé raédri dricas cas las cuales producen un momento dipolar, al igual que el agua fue miscible en sustan sus tancia ciass po polar lares es por lo que se pue puede de decir que es una sustancia polar. Al ver que hubo 2 fases con el agua y siendo el agua de carácter polar se deduce que el to tolu luen eno o es de ca cará ráct cter er apolar. Además su geometría molecular no genera momentos dipolares. El hexano es una cadena lineal en donde la polaridad de los enlaces C-C es apolar, los enlaces C-H son cancelados debido a la suma de vectores en la molécula, al ver el análisis de miscibilidad, el hexano no fue soluble en agua lo cual nos dice que el hexano es de carácter apolar. La glicerina es una cadena lineal; en donde hay enlaces C-C, C-OH y C-H: Los enlaces C-C son apolares, Los enlaces COH son apolares al igual q los C-H, la geometría no los cancela entre sí, lo cual genera un momento dipolar; fue miscible en agua por lo tanto es polar.

Momento dipolar (teórico) 1,82 debyes 5

1.69 debyes 5

0.36 debyes 5

0 debyes

***

*** Desconocido 1.6

Tabla 4. Posibilidad de formar intramoleculares y/o intermoleculares.

NH3

puentes

de

hidrógeno

El am amon onia iaco co pu pued ede e fo form rmar ar pu puen ente tess de hi hidr drog ogen eno o intermoleculares, intermolecul ares, ya que el hidrógeno está enlazado al nitrógeno el cual es un elemente muy electronegativo, electronegativo, puede formar enlaces con otras moléculas que posean O, N o F con pares de electrones libres. No puede formar puentes de hidrógeno intr in tram amol olec ecul ular ares es ya qu que e el ox oxíg ígen eno o es está tá si sien endo do compartido por los tres hidrógenos, los dipolos tienen


CH3COCH3

CH3CH2OH

CH2OHCHOHCH2OH

la misma parte electronegativa en común. La ac acet eton ona a pu pued ede e fo form rmar ar pu puen enttes de hi hidr dróg ógen eno o intermoleculares, intermolecul ares, aunque el oxígeno NO está enlazado al hidrógeno tiene dos pares de electrones libres y es electronegativo, electronega tivo, podría recibir una molécula que tenga enlaces H-O, H-N o H-F y formar así el puente de hidróg hid rógeno eno.. No pue puede de for formar mar pue puente ntess de hid hidróg rógeno eno intramoleculares debido a que no hay enlaces entre el oxígeno y el hidrógeno. El etanol tiene un enlace H-O, pueden crear puentes de hid hidróg rógeno eno int interm ermole olecul culare aress e int intera eractu ctuar ar con átomos electronegativos de otras moléculas (F, O y N) los cuales tengan pares de electrones libres. No puede formar puentes de hidrógeno intramoleculares debido a que aparte del enlace H-O los otros hidrógenos no están enlazados a ningún átomo electronegativo. La gli glicerin cerina a tien tiene e enla enlaces ces H-O puede form formar ar puent puentes es de hidrógeno intermoleculares formando enlaces con átomo moss ele lecctro rone neg gativ ivos os de otra rass moléc écul ulas as,, igua ig ualm lmen ente te pu pued ede e fo form rmar ar pu puen ente tess de hi hidr dróg ógen eno o intramoleculares debido a que tiene tres enlaces H-O, los dipolos formados por cada uno de estos enlaces interactúan entre sí en la misma molécula.

2 Práctica 5 2.1

Tabla 1. Presión de la columna de agua, desplazada por la presión de vapor de agua y hexano, a diferentes diferentes temperaturas.

T(°C)

25 32 35 36 37

HEXANO H (mm H2O) 0 40 80 120 160

P (mm Hg) 640

642.93 645.96 648.8 651.73

Fuerzas Intermoleculares y Propiedades de los Líquidos T(°C)

24 36 46 58 60

AGUA H (mm H2O) 0

P (mm Hg) 640

40 80 120 160

642.93 645.96 648.8 651.73

*A P se le suma la presión atmosférica, en este caso Medellín está a una presión de 640 mmHg Ecuación 1 P (mm Hg) × δHg= h (mm H2O) × δH2O δHg= 13,6 g/cm3 δH2O (25°C)= 0,9970479 g/cm 3 δH2O (24°C)= 0,99738 g/cm 3

2.2 Gráfico 1. Presión de vapor de los sistemas de hexano y agua (por separado) vs. Temperatura.


Gráfico2. Temperaturas promedio. Presión de vapor de los sistemas de hexano y agua (por separado) vs. Temperatura.


2.3 La presión de vapor de un líquido es directamente proporcional a la temperatura. 2.4 2. 4 Altu Al tura ras s pre prese sent ntad adas as en lo los s cap capil ilare ares s

hglicerin 1,8c m

0,018 m

hagua

2,6c m

0,026 m

hetanol

1,1c m

0,011 m

htoluen

1,15c m

0,0115 m

a

o

hhexano 1cm

0,01m

Fuerzas Intermoleculares y Propiedades de los Líquidos 2.5

Tabla 2. Med Tabla Medida idas s relati relativas vas y absolutas de tensión superficial vs. Valores teóricos.

Sustanci DATOS TEÓRICOS a δ (g/cm3)* γ (J/m2)*

Agua

1.00

72.9 E-3

Glicerina

1.260

63.4 E-3

Etanol

0.789

22.3 E-3

Tolueno

0.867

28.5 E-3

Hexano

0.660

18.4 E-3

Hexano

0.54 3

Ecuación 3

Cálculo:

Tensión agua:

superficial

DATOS EXPERIMENTALES

γ relati va

Err or (%)

γ absolut a*

Erro r (%)

Agua

72.9 E3

0

73.2 E73.2 3

0.41 1

Glicerin a

63.5 E3

0.15 7

63.9 E63.9 3

0,78 8

Etanol

24.3 E3

8.9 6

22.4 E22.4 3

0.44 8

2.1 0

28.09E3

1.4 3

27.9 E3

0.54 3

r=0,575×10-3mm g=9.80m/s2

Tensión superficial (J/m2) y % de error asociado

Tolueno

18.5 E18.5 3

Ecuación2

*Datos a 20°C Sustan cia

18.5 E3

γ =

γ= 73.2×10-3 J/m2

Porcentaje de error:

absoluta


2.6 El uso del método del capilar es adecuado como medida absoluta, vemos que los porcentajes de error de la tensión superficial relativa presentados en la ta tabl bla2 a2 so son n ma mayo yore ress qu que e lo loss porcentajes de error de la tensión superficial absoluta.

Se pudo haber dado error de lectura y para parale lela laje je a la hora hora de toma tomarr las las medidas por parte del operador en las alturas registradas por los líquidos en el capilar (errores aleatorios). aleatorios). 2.7 La tensión superficial depende de la nat natura uralez leza a del líq líquid uido, o, de dell me medio dio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aume au ment ntar ar la ag agit itac ació ión n té térm rmic ica. a. La infl in flue uenc ncia ia de dell medi dio o ex extter eriior se comprende ya que las moléculas del medio med io ej ejerc ercen en acc accio iones nes at atrac ractiv tivas as sobre so bre las mo moléc lécula ulass sit situad uadas as en la superficie del líquido, contrarrestando lass ac la acci cion ones es de la lass mo molé lécu cula lass de dell líquido.

Tensión superficial de los líquidos a 20ºC

Líquido

γ(10-3 N/m)

Agua

72.8

Glicerina

59.4

Es ev evid iden ente te qu que e el ag agua ua pr pres esen enta ta mayo ma yorr te tens nsió ión n su supe perf rfic icia iall qu que e la glicerina y esto es debido a su elevad ele vada a de densi nsida dad; d; la te tens nsiión superficial es la fuerza que se necesita vencer para extender toda el área superficial del líquido. Un líquido que qu e te teng nga a un una a de dens nsid idad ad el elev evad ada, a, tendrá una tensión superficial mayor. Al aum aument entar ar la den densid sidad ad la ten tensió sión n superf sup erfici icial al se ve afe afecta ctada da,, seg según ún la teoría la tensión superficial debe ser mayor, debido a que hay una relación proporci prop orcional onal dire directa cta entr entre e tens tensión ión y densidad. Al descender la densidad su tensión supe su perf rfic icia iall de desc scie iend nde e de la mism misma a manera. Los cambios de temperatura, afectan directamente, por medio del cambio de densidad, a la tensión superficial y a la capilaridad. (6) 2.8 Tabla3. Medidas en la deter de termi minac nación ión de la vis viscosi cosidad dad relativa de la glicerina. COMPUES TO

Tiempo (s)

Agua H2O

62 61 64 381 396 410

Glicerina C3H8O3

Tiempo promedio (s)

62.3 395.6


2.9 2.9 Visc Viscos osiidad rel relati ativa glicerina (ƞglicerina )

de

la

Ecuación 4

)

intermoleculares, más grande será la viscosidad…La tensión superficial de un líqui líquido do tamb también ién aume aumenta nta al al aumentar la intensidad de las fuerzas intermoleculares” (1) por lo tanto entre más viscoso sea un líquido, mayor va a ser su tensión superficial sin tomar en cuenta otros factores como densidad y temperatura.

=

Discusiones Conclusiones =

-

La polaridad de una molé mo lécu cula la dep epen ende de de su mome mo ment nto o di dipo pola larr y de su geometría molecular.

-

Lo po pola larr di disu sue elv lve e lo po pola larr y lo apolar disuelve lo apolar.

-

Las moléculas ramificadas tien ti enen en má máss in inte tera racc ccio ione ness que las lineales.

-

Las fuerzas intermoleculares son fuerzas débiles pero al ser numeros nume rosas as su cont contribu ribución ción es importante.

-

Exi xist ste e una una rela relaci ció ón dire direccta entre las fuerzas intermoleculares y las prop pr opie ieda dade dess fí físi sica cas. s. Lo Loss líquidos formados por moléculas con fuerzas inte in term rmol olec ecul ular ares es fuert fue rtes es tienen tensiones superf sup erfici iciale ales, s, viscos vis cosida idad, d, punto de ebullición y fusión altos, por el contrario dism di smin inuy uyen en la pr pres esió ión n de vapor.

=

= 7.95 centipoises

Porcentajes de hidratación respecto a la viscosidad. % 100 83 70 60 50 25 10 5

Cp 1490 111 22.94 10.96 6.05 2.095 1.311 1.143

El po porc rcen enta taje je de hi hidr drat atac ació ión n de la muestr mue stra a de gl glice icerin rina a est está á ent entre re un rango de 50-60% 2.10 La relación entre viscosidad y tensión superficial está en las fuerzas intter in ermo mole lecu cula lare ress “mie “m ient ntra rass máss má intensas sean las fuerzas

y


-

La vis visco cossid ida ad y la de dens nsiida dad d de un líquido se ven afectadas por la temperatura.

-

Debido Debi do a qu que e el ag agua ua pue uede de formar for mar cua cuatro tro pue puente ntess de hidró hid rógen geno o tiene ti ene te tensi nsión ón superficial alta.

Referencias (1)Brown, T. L, Lemay, H. E. y Bursten, B. E. Química. La cien ci enci cia a ce cent ntra rall. 11 ed. Pret Pr etin ince ce Ha Hall ll.. Mé Méxi xico co,, 20 2009 09.. Págs.:469-70.

(2)Chang, R. Química. Mc Graw Hill. 7 ed. España. 2002. Págs.: 463, 693.

(3)Chang, R. Química. Mc Graw Hill. 10 ed. España. 2010. Págs.: 463-64.

(4)http://quimicasthai.wordpress.c om/tag/teoria-de-adsorcion/ (5)http://www.google.com.co/url? sa=t&rct=j&q=&esrc=s&sourc e=web&cd=3&ved=0CDUQFjA C&url=http%3A%2F %2Fwww.itescam.edu.mx %2Fprincipal%2Fsylabus %2Ffpdb%2Frecursos %2Fr3886.DOC&ei=o5ZnUJzaN tOC0QHvjYAI&usg=AFQjCNEt8kn2GTynel_48EYGyOgYdD_UQ (6) Manual de Física, Koshkin N. I. , Shirké Shirkévic vich h M. G. Edito Editoria riall Mir (1975)

Artículo Científico

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