UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERÍA QUIMICA E.A.P. DE INGENIERIA QUIMICA Laboratorio de Físico-Química II
TEMA
:
PROFESOR
:
ALUMNOS
:
VARIACION DE LA SOLUBILIDAD CON LA TEMPERATURA TORRES DIAZ, FRANCISCO Tessen Rodríguez Ronald D. (06070083) Reyna Mendo Mendo Kiara Wendy (06070027)
GRUPO
:
D
FECHA DE REALIZACION
:
21/04/08
FECHA DE ENTREGA
:
28/04/08
2008 CONTENIDO.
I.
Resume Resumen.. n..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...1 1
II.
Introducción Introducción..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......2 .2
III.
Principios Principios Teóricos.. Teóricos....... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........3 ...3
IV.
Tabla de datos experimentales y teoricos........................................................4
V.
Cálculos...........................................................................................................5
VI.
Conclusiones y Recomendaciones...................................................................8
VII.
Bibliografia......................................................................................................9
VIII.
Apendice........................................................................................................10
• • •
Cuestionario………………………………………………………………...10 Graficas……………………………………………………………………..12 Hoja de datos………………………………………………………………..13
RESUMEN
Este informe Nº 5 “Tensión Superficial” consiste en experimentar una de las propiedades de los líquidos. De momento, solo indicaremos que las fuerzas intermoleculares son las causantes de este fenómeno. Las condiciones experimentales fueron de 756 mmHg de presión, 23º C de temperatura y 92% HR.
La práctica en el laboratorio consiste en colocar un vaso con líquido dentro de un baño maría; y luego manteniendo la temperatura con la que se experimenta constante; se absorbe parte del líquido por el capilar por medio de una bombilla de jebe, elevando la altura del líquido que se encuentra dentro del capilar hasta que esta altura se mantenga constante. En resumen podemos decir que el objetivo principal del presente informe es la de determinar la Tensión superficial de líquidos por medio del método de elevación capilar.
El resultado de las tensiones superficiales experimentales son : a 20 ºC es 23.89 dinas/cm; a 30 ºC es 24.54 dinas/cm; y a 40 ºC es 23.83 dinas/cm con un porcentaje de error de : 5,01%; 12.1%; y 10,6% respectivamente. Para el radio experimental del capilar son: a 20 ºC es 0.02288 cm; a 30 ºC es 0.02515 cm; y a 40 ºC es 0.02625 cm. Para plotear y comparar la pendiente de la recta con la cte de Eotvos: la constante experimental es 1.58 y su porcentaje de error respecto al teorico es 25.47%.
INTRODUCCIÓN
Una manera en la cual se manifiesta la tensión superficial es la capilaridad . Para nuestra experiencia utilizaremos agua y etanol elevando espontáneamente en un tubo capilar.
El método de la elevación capilar es muy utilizado para hallar esta tensión superficial. Con la experiencia obtenida en el laboratorio, obtenemos como un principio teórico fundamental lo siguiente:
Una molécula en la capa superficial de un líquido es atraído por sus vecinas, pero como solo tiene vecinas por debajo, es atraída hacia el seno del líquido. Como las moléculas de la superficie están ligadas a las moléculas laterales. Para desplazar una molécula del cuerpo del líquido a la superficie se necesita energía adicional. Se desprende que debe suministrarse energía para aumentar el área de la superficie líquida, La energía requerida para aumentar la superficie en 1 m2 se denomina
Tensión
Superficial del líquido.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
Tensión superficial, condición existente en la superficie libre de un líquido, semejante a las propiedades de una membrana elástica bajo tensión. La tensión es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atracción no compensada hacia el interior del líquido sobre las moléculas individuales de la superficie; esto se refleja en la considerable curvatura en los bordes donde el líquido está en contacto con la pared del recipiente. Concretamente, la tensión superficial es la fuerza por unidad de longitud de
cualquier línea recta de la superficie líquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la línea ejercen una sobre otra. La tendencia de cualquier superficie líquida es hacerse lo más reducida posible como resultado de esta tensión, como ocurre con el mercurio, que forma una bola casi redonda cuando se deposita una cantidad pequeña sobre una superficie horizontal.
Cohesión y Adhesión, la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es distinta de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
Capilaridad, la capilaridad de los líquidos se debe a que la atracción de sus moléculas por la superficie con la que están en contacto (adhesión) es mayor o menor que la atracción que experimentan entre ellas mismas (cohesión). Las moléculas de agua, por ejemplo, se atraen menos entre sí de lo que son atraídas por el vidrio, por lo que el agua asciende por un tubo de vidrio delgado sumergido en un recipiente con agua. Las moléculas de mercurio, en cambio, se atraen más entre sí de lo que atraen al vidrio, por lo que el mercurio baja por un tubo de vidrio delgado sumergido en un recipiente con mercurio.
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES Y TEORICOS Tabla de Condiciones experimentales Presión (mmHg) Temperatura (ºC) Humedad relativa
756 23 92 %
Tabla de Alturas de las muestras Sustancia
Temp(ºC) Altura 1(cm) 20 30 40 20 30 40
Agua destilada Etanol
Altura 2(cm) Altura prom(cm)
6.8 5.9 5.6 2.7 2.6 2.4
6.2 5.7 5.3 2.7 2.5 2.4
6.50 5.80 5.45 2.70 2.55 2.40
TABLA DATOS TEÓRICOS Sustancia Agua
Temp( ºC)
Sustancia Etanol
Temp( ºC)
(g/mL)
20 30 40
0.998234 0.995678 0.9922497
(g/mL)
20 30 40
0.78934 0.78075 0.77203
(dinas/cm) 72.75 71.18 61.56
(dinas/cm) 22.75 21.89 21.55
CALCULOS 1) Mediante la ecuación 6, calcule la tensión superficial experimental de las muestras usando los datos teóricos de γ
γ
donde:
2
=
y ρ del agua:
h2 ρ h1 ρ
2 1
γ
1
γ
1
: tensión superficial del agua
h 1 : altura del agua ρ γ
1 2
: densidad del agua : tensión superficial del a (referencia).
h2 : altura del etanol ρ
•
2
: densidad del etanol
A la temperatura igual a 20ºC:
γ
exp.= (0.78934g/ml) x (2.7cm) x (72.75 dinas/cm) (0.998234g/ml) x (6.5cm)
γ
exp.= 23.89 dinas/cm
Hallando el porcentaje de error: %Error = (22.75dina/cm - 23.89dina/cm) x 100 22.75 dina/cm %Error = 5.01%
•
A la temperatura igual a 30ºC:
γ
exp.= (0.78075g/ml) x (2.55cm) x (71.18 dinas/cm) (0.995674g/ml) x (5.8cm)
γ
exp.= 24.54 dinas/cm
Hallando el porcentaje de error: %Error = (21.89dina/cm - 24.54dina/cm) x 100 21.89 dina/cm %Error = 12.1 %
•
A la temperatura igual a 40ºC:
γ
exp.= (0.77203g/ml) x (2.4cm) x (69.56 dinas/cm) (0.9922497g/ml) x (5.45cm)
γ
exp.= 23.83 dinas/cm
Hallando el porcentaje de error: %Error = (21.55dina/cm - 23.83dina/cm) x 100 21.55 dina/cm %Error = 10.6 %
2) Con la altura experimental para el agua y sus datos teóricos de radio del capilar Se utiliza la siguiente fórmula: r = (2 γ ) (g h ρ )
Donde: r : radio del tubo capilar en cm. γ
: tensión superficial del agua
g : gravedad igual a 980 cm/s 2 h : altura del agua en el tubo capilar. ρ
•
: densidad del agua.
A la temperatura de 20ºC : r=
2 x 72,75 dinas/cm 6.5cm x 980 x 0.998234g/cm 3
r = 0.02288 cm •
A la temperatura de 30ºC : r=
2 x 71.18 dinas/cm 5.8cm x 980 x 0.995678g/cm 3
r = 0.02515 cm •
A la temperatura de 40ºC : r=
2 x 69.56 dinas/cm 5.45cm x 980 x 0.9922497g/cm 3
r = 0.02625 cm
γ
y ρ , calcule el
3) Plotee
γ
(M/ρ )2/3 vs. (Tc – 6º –T) para el líquido orgánico, compare la pendiente
de la recta con la constante de Eotvos; interprete: Hallaremos la constante (K) de los líquidos asociados, para esto necesitamos la densidad, tensión superficial y temperatura crítica teórica del etanol. Utilizaremos la siguiente ecuación:
(M/ )2/3 = K (Tc – 6 –T) Reemplazando en la ecuación: K = 22.75dinas/cm (46g/mol / 0.78934g/cm 3)2/3 (243.1 – 6 – 20)ºC K = 1.58
Calculando % de error:
% e = V teo – V exp x 100 = 2.12 – 1.58 x 100 = Vteo 2.12
25.47 %
CONCLUSIONES
La tensión superficial de un líquido disminuye al elevarse la temperatura.
Debido al enlace de hidrógeno, el agua tiene una tensión superficial mayor que gran parte de los líquidos comunes.
La tensión superficial de un líquido alcanza un valor sumamente pequeño a unos cuantos grados debajo de la temperatura crítica.
RECOMENDACIONES
Tratar de que el capilar quede sumergido con un mínimo de 1 cm. pues de lo contrario si se le sumergiese parcialmente en un líquido, este permanece a niveles diferentes fuera y dentro del capilar.
Necesariamente se utiliza una bombilla de jebe para aumentar la altura del líquido por el capilar y no succionando con la boca.
Evitar que las paredes del recipiente se empañen; ya que no se podria ver la altura del capilar.
BIBLIOGRAFÍA
Castellan G. Fisicoquímica 2º edición 1987 Editorial Addison Wesley Iberoamericana
Págs. 417-418
Crockford H. D. Fundamentos de la Fisicoquímica Editorial Continental Págs. 60-68
Perry Chilton, Manual Del Ingeniero Químico 5° edición Editorial McGraw-Hill Pág. 433-434, 250
APÉNDICE CUESTIONARIO 1.- Explique la variación de la constante de Eotvos con la temperatura. Barrev R. van Eotvos, llegó a una importante deducción en la relación de la tensión superficial y la temperatura a partir de consideraciones basadas en la idea de los estados correspondientes. La variación de la constante de Eotvos con la temperatura se obtiene primero conociendo la constante de Eotvos que está dado por:
- d [ γ(Mv)2/3 ] = K dT M : Peso molecular v: Volumen específico En donde K es una constante universal. El signo negativo se introduce porque la energía superficial molar al igual que la tensión superficial, disminuye al elevarse la temperatura.
2.- Indique como se comportan los líquidos que no mojan el vidrio al introducir un capilar en ellos. Dos tipos de fuerzas provocan la capilaridad. Una es la atracción intermolecular entre moléculas afines, llamada cohesión. La otra se denomina adhesión, que es la atracción entre moléculas no afines, tales como las de un líquido y de las paredes del capilar (tubo de vidrio). Si la adhesión es mayor que la cohesión resulta lo siguiente:
El contenido del tubo será impulsado hacia arriba por las paredes. Pero en otros líquidos la cohesión es mayor que la adhesión por ejemplo el mercurio y el vidrio, por lo que realmente ocurre es una depresión en el nivel del líquido cuando se sumerge un tubo capilar; y por ende no moja el líquido al capilar de vidrio como ocurre en la siguiente demostración:
3.- Explique como se aplican los conceptos de tensión superficial en el fenómeno de detergencia. La adición de un agente de superficie activo, como un jabón o detergente y/o cualquier otro que tenga moléculas con un extremo polar y un gran extremo hidrocarbonato a los sistemas de agua y aceites separados, originando que la tensión superficial descienda al igual que cuando extendemos una película monomolecular de ácido estereático sobre la superficie del agua en el “Experimento de Langnur”, es decir puede disminuirse el requerimiento de energía de Gibas para la formación de emulsión.
