Informe 5 Fisicoquimica Tension Superficial

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I

PRÁCTICA N°5: TENSION SUPERFICIAL

JU08FQC UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I TEMA: TENSIÓN SUPERFICIAL DOCENTE ALUMNO

: CONSUELO CARASAS : DIONICIO AGÜERO, NOAM FERDINAND (15070024)

FECHA DE REALIZACIÓN: 10/11/16 FECHA DE ENTREGA: 16/11/16 CIUDAD UNIVERSITARIA, NOVIEMBRE DEL 2016 ÍNDICE



Resumen

1

Introducción

2

Principios Teóricos

3

Detalles experimentales

7

Tabulación de datos y resultados experimentales

10

Cálculos

12

Tabulación de resultados y porcentaje de error

16

Análisis y discusión de resultados

17

Conclusiones y recomendaciones

18

Bibliografía

19

Anexos

20



RESUMEN

El objetivo principal de esta experiencia fue determinar experimentalmente la tensión superficial de un líquido, mediante el método del ascenso del tubo de capilar, también se desea analizar el efecto de la temperatura en la tensión superficial de los líquidos, haciendo uso de la ecuación de Shield, Ramsey y Eotvos. Las condiciones, a las cuales se llevó a cabo la experiencia en el laboratorio fueron de 22,5ºC de temperatura, 756 mmHg y 92% de humedad relativa. Para determinar la tensión superficial del alcohol etílico (C 2H5OH) a las temperaturas de 20, 40 y 50°C, hicimos uso de las tensiones superficiales teóricas del agua, a esas temperaturas y lo relacionamos con la altura que cada uno asciende en el capilar, a una determinada temperatura. Con los cálculos respectivos, determinamos la tensión superficial experimental del C2H5OH a las temperaturas de 20, 40 y 50°C, las cuales resultaron 10.65, 12.99 y 19.83 dinas/cm, respectivamente. Comparando con tablas, el error experimental fue de 25.32, 27.79 y 17.16 % respecto al valor teórico. Otro procedimiento a realizar fue la determinación del radio del capilar, haciendo uso de una expresión deducida, los radios determinados fueron 0.0551, 0.0572 y 0.0584 cm, obteniendo un valor promedio de 0.0569 cm. Finalmente, relacionamos los diversos coeficientes de tensión superficial calculados (γ ) con la temperatura, mediante la expresión de Ramsey, Shield y Eotvos, obteniendo una gráfica lineal respectiva, que se presenta en los anexos de este informe. Las fuerzas de cohesión en los líquidos son mayores que las de dispersión, por esta razón aparece una película en los líquidos, lo que conocemos como el fenómeno de tensión superficial. Con el fin de obtener resultados más exactos y precisos, se sugiere realizar la experiencia con mucha cautela y paciencia, asegurándose que el líquido en el capilar ascienda adecuadamente y controlando la temperatura del sistema.

Tensión Superficial

1



INTRODUCCIÓN

Determinar diferentes propiedades físicas, tales como la viscosidad, densidad, tensión superficial, entre otras cumplen un rol fundamental en la industria, por lo que su determinación en los procesos es de vital importancia. La tensión superficial, en específico, es estudiada y aplicada en el campo de los agentes tensoactivos o surfactantes, propiedades utilizadas para la producción industrial de detergentes y otros productos relacionados a la limpieza. Estos agentes surfactantes, se caracterizan por disminuir el valor de la tensión superficial, haciendo que se formen burbujas rápidamente, lo cual maximiza el poder de limpieza de los productos. Acompañado de otros productos, como los sulfatos, estos productos cumplen un rol fundamental en el aseo de las personas. La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a la penetración de su superficie, la tendencia esférica de las gotas que forman un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y de la flotación de objetos u organismos en la superficie de los líquidos. La tensión superficial además son estudiados en diversas aplicaciones como: medicina, procesos biológicos y el campo automotriz también posee una gran importancia. Por estas y más razones la tensión superficial debe ser estudiada y aplicada, tocaremos algunos aspectos básicos, pero muy significativos en el presente informe, desde como determinar la tensión superficial de un líquido a partir del método del ascenso del tubo capilar, hasta determinar cómo afecta la temperatura a esta propiedad física.

Industria de los detergentes

2



PRINCIPIOS TEÓRICOS Tensión Superficial: Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Las moléculas de la superficie no tienen otras iguales sobre todos sus lados, y por lo tanto se cohesionan más fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la superficie. Esto forma una película de superficie, que hace más difícil mover un objeto a través de la superficie, que cuando está completamente sumergido. La tensión superficial, se mide normalmente en dinas/cm., la fuerza que se requiere (en dinas) para romper una película de 1 cm. de longitud. Se puede establecer de forma equivalente la energía superficial en ergios por centímetro cuadrado. El agua a 20°C tiene una tensión superficial de 72.8 dinas/cm comparada con 22.3 para el alcohol etílico y 465 para el mercurio.

Ejemplos del fenómeno de tensión superficial Fuerzas de cohesión y adhesión: Las fuerzas cohesivas entre las moléculas dentro de un líquido, están compartidas con todos los átomos vecinos. Las de la superficie, no tienen átomos por encima y presentan fuerzas atractivas más fuertes sobre sus vecinas próximas de la superficie. Esta mejora de las fuerzas de atracción intermoleculares en la superficie, se llama tensión superficial.

3



Determinación de la tensión superficial

(γ ) :

La tensión superficial

(γ )

puede determinarse experimentalmente mediante el

método del ascenso capilar. Cuando un líquido asciende por un tubo capilar y moja las paredes del tubo, forma un menisco cóncavo en la superficie líquido-aire en virtud de una diferencia de presión entre el líquido contenido en el recipiente y la presión del líquido en el interior del capilar. Esta diferencia de presión 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. Por tanto, mientras más suba el líquido por el capilar, la diferencia de presiones es mayor y por lo tanto mayor es el valor de la tensión superficial del líquido. Esto está representado en la ecuación de Young-Laplace.

Donde se observa que la tensión superficial depende directamente de la diferencia de presiones mientras que el radio del capilar la afecta inversamente. Otros fenómenos que influyen en el ascenso o descenso del líquido por un capilar es el valor relativo de las fuerzas de cohesión entre las moléculas de un mismo líquido y las fuerzas de adhesión entre el líquido y las paredes del tubo. Estas fuerzas determinan el ángulo de contacto que forma el líquido con las paredes del tubo. Sí este ángulo es pequeño se dice que el líquido moja la superficie y se forma entonces un menisco cóncavo.

Determinación de la tensión superficial mediante el método del ascenso capilar

4



El método de un capilar utiliza la siguiente ecuación:

Para cálculos simples, como el ángulo

θ

es un valor muy pequeño, se considera 0,

por lo que la ecuación para determinar la tensión superficial quedaría dada de la siguiente manera:

Existen otros métodos para determinar la tensión superficial de un líquido, tales como: -

El método del doble capilar. El método del levantamiento del anillo. El método del peso y volumen de la gota. El método del estalagmometro. El método del plato.

-

El método de la gota giratoria.



Método del estalagmometro Efecto de la temperatura sobre la tensión superficial

(γ ) :

Experimentalmente se observa que la tensión superficial disminuye casi linealmente con la temperatura, por lo tanto, se han propuesto varias ecuaciones que producen comportamiento lineal, entre ellas: Para construir la regla de Eötvös deben de tomarse algunas consideraciones, o más bien asumirse algunas cosas, entonces pasamos a describir algunas de ellas. 1. La tensión superficial es una función lineal de la temperatura. Esta condición es válida para la mayoría de los líquidos, sin embargo existen excepciones a esta regla. 5 2. La dependencia de la tensión superficial en función de la temperatura puede ser graficada para todos los líquidos de forma tal que toda la información de dichas graficas puede ser reducida a una sola y única curva maestra. Para realizar ello ha de conocerse entonces la masa molar, la densidad o el volumen molar de cada líquido ha de conocer. La regla de Eotvos se presenta a continuación:

Donde V es el volumen molar y Tc es la temperatura critica para el líquido que se esté analizando, γ es la tensión superficial, y k es una constante válida para todos los líquidos, llamada convenientemente constante de Eötvös con un valor de 2.1 J/(K·molY 2/3).

Relación lineal entre la tensión superficial y la temperatura para el benceno



6

DETALLES EXPERIMENTALES

Materiales: 

   

Aparato para medir la tensión superficial de un líquido por el método del capilar. Termómetro. Bombilla de jebe. Probeta. Vasos.

Reactivos:  

Agua destilada. Líquido orgánico: etanol.

Etanol (C2H5OH)



Procedimiento experimental:

7

 Líquido de referencia:  Al iniciar la experiencia, tenga en cuenta que los materiales a utilizar, tales como: el tubo, el capilar y los vasos de vidrio deben estar lavados y secos, de no ser así lavarlos y secarlos en la estufa.  Arme el equipo como se muestra en la figura 1.  Proceda a llenar el recipiente con el líquido de referencia, en nuestro caso utilizaremos al agua (medimos en la probeta el volumen utilizado del líquido de referencia).  Por los 2 orificios del tapón del recipiente, introducir un capilar y un termómetro, adecuadamente. El capilar debe estar sumergido exactamente 1 cm en el líquido problema. Para poder medir alturas en el capilar, hicimos uso de una escala de lectura.  Coloque el recipiente dentro de un baño a temperatura de 20°C. Una vez que la temperatura esté constante, usar la bombilla de jebe, elevar la altura del líquido en el capilar hasta que ésta se estabilice, medimos la altura con ayuda de la escala de lectura. Repetimos la experiencia hasta obtener un valor de h constante  Repetimos el procedimiento con la bombilla de jebe, midiendo las alturas respectivas en el capilar, a las temperaturas de 20°, 40° y 50°C.

8



 Líquido problema:  Lavar y secar el equipo de determinación de la tensión superficial del líquido, mediante el método de ascenso del tubo capilar.  Repetir el procedimiento para determinar la tensión superficial de agua en el capilar, pero en este caso, el líquido ya no será el agua, sino etanol, el cual debe ser medido en la probeta e introducido en el recipiente.  Determinar la altura que asciende el alcohol en el capilar a 20°, 40° y 50°C.

Figura 1 Aparato para la determinación de la tensión superficial mediante el método del ascenso del capilar

TABULACIÓN DE DATOS EXPERIMENTALES

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Tabla N°1: Condiciones experimentales de laboratorio Presión (mmHg) 756

Temperatura (°C) 22.5

%Humedad 92

Tabla N°2: Alturas determinadas experimentalmente en el capilar, a las temperaturas de 20°, 40° y 50°C para el agua. T(°C)

h1

h2

h3

h4

h5

h6

20

3

2.6

2.6

2.7

2.7

2.7

40

4.3

5.1

3.8

2.6

2.5

2.5

50

2.5

2.4

2.4

2.4

2.4

2.4

Tabla N°3: Alturas determinadas experimentalmente en el capilar, a las temperaturas de 20°, 40° y 50°C para el etanol. T(°C)

h1

h2

h3

h4

20

0.6

0.5

0.5

0.5

40

0.8

0.6

0.6

0.6

50

1.2

0.9

0.9

0.9

Tabla N°4: Densidades del agua a las temperaturas de 20°, 40° y 50°C T(o C)

ρ(g/mL)

20 40

0.9982 0.9922

50

0.9880

10 Tabla N°5: Densidades teóricas del etanol a las temperaturas de 20°, 40° y 50°C



T(o C)

ρ(g/mL)

20

0.7983

40

0.77203

50

0.7694

Tabla N°6: Tensiones superficiales

(γ )

teóricas del agua a las temperaturas de

20°, 40° y 50°C γ

T(o C)

(dinas/cm)

20

72.75

40

69.56

50

67.91

Tabla N°7: Tensiones superficiales

(γ )

teóricas del etanol a las temperaturas de

20°, 40° y 50°C γ

T(o C)

(dinas/cm)

20

22.75

40

27.07

50

25.63

Tabla N°7: Datos relacionados al etanol QP: ´ M

46.0684 g/mol

Tc

241°C

11 CÁLCULOS



 Tensión superficial del etanol: Usaremos al agua como líquido de referencia. Con el valor teórico de la tensión superficial del agua, que se encuentra en tablas, tales como en el Handbook of Chemistry and Physics o el Manual del Ingeniero Químico de Perry, y la relación de alturas que asciende en el capilar en el agua con la altura en el etanol, haciendo uso de la siguiente expresión: γ ( etanol )=

-

h ( etanol )∗ρ( etanol) ∗γ ( agua ) h ( agua )∗ρ( agua)

A 20°C: H (agua) = H (etanol) = ρ (agua-20°C) = ρ (etanol -20°C)= γ

(agua – 20°C) =

2.7 cm 0.5 cm 0.9982 g/ml 0.7893 g/ml 72.75 dinas/cm

Reemplazo en la fórmula, para determinar el γ ( etanol )=

γ

(etanol) a 20°C:

0.5∗0.7893 ∗72.75=10.65dinas /cm 2.7∗0.9982

Comparando con el valor teórico, en tablas, calculamos el porcentaje de error experimental: γ

(etanol – 20°C)

=

22.75 dinas/cm

De esta forma el porcentaje de error experimental resulta: 25.32% Análogamente, calculamos la tensión superficial a 40 y 50° C -


(agua – 40°C) =


12




γ

(etanol) a 40°C:

0.6∗0.7720 ∗69.56=14.76 dinas/cm 2.5∗0.9922


(etanol – 40°C)

=

27.07 dinas/cm

De esta forma el porcentaje de error experimental resulta: 27.79% -


(agua – 50°C) =



γ

(etanol) a 50°C:

0.9∗0.7694 ∗67.91=19.83 dinas/cm 2.4∗0.9880


(etanol – 50°C)

=

25.63 dinas/cm

De esta forma el porcentaje de error experimental resulta: 17.16%  Calculando el radio del capilar: Tomando como base la tensión superficial del agua, conocida en tablas a las 3 temperaturas experimentadas y la altura que ascendió el agua en el capilar, determinamos el radio del capilar, haciendo uso de la siguiente expresión: r=

2γ ρgh

Con esta expresión calcularemos 3 radios experimentales, donde luego obtendremos un radio promedio, el cual será el radio reportado.


-

13

A 20°C: H (agua) = ρ (agua-20°C) = γ (agua – 20°C)= g

=

r (20)=

-

2.7 cm 0.9982 g/ml 72.75 dinas/cm 980 cm/s2

2∗72.75 =0.0551 cm 0.9982∗980∗2.7


=

r ( 40)= -



2∗69.56 =0.0572 cm 0.9922∗980∗2.5


=

r (50)=


2∗67.91 =0.0584 cm 0.9880∗980∗2.4

Calculamos entonces un r(prom) r ( prom )=

r ( 20 )+ r ( 40 ) +r ( 50 ) =0.0569 cm 3



 Tensión superficial como función de la temperatura: Haremos uso de la expresión de Ramsey, Shield y Eotvos, a fin de relacionar linealmente la tensión superficial con la temperatura. La expresión es la siguiente: 2

M 3 =K (Tc−6−T ) ρ

( )

y∗

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Donde: M: Masa molar del elemento, en nuestro caso M (etanol)=46.0684 g/mol Tc: Temperatura crítica, en nuestro caso Tc (etanol)= 241°C A 20°C: M 32 =342.3 ρ

( )

y∗

( Tc−6−T )=215

A 40°C: M 32 =413.4 ρ

( )

y∗

( Tc−6−T )=195 A 50°C: 2

M 3 y∗ =392.3 ρ

( )

( Tc−6−T )=185



Tensión superficial vs temperatura 420 415 410

f(x) = 2.11x + 1.95

405

y(M/p)2/3

400 395 390 385 380 184

186

188

190

192

194

196

tc+t+6

15 TABULACIÓN DE RESULTADOS Y PORCENTAJE DE ERROR

Tabla N°1: Valores hallados de la tensión superficial para el etanol a 20°, 40° y 50°C y su porcentaje de error respectivo. T(°C)

γ (dinas/cm)

%Error

20

10.65

25.32

40

12.99

27.79

50

19.83

17.16

Tabla N° 2: Valores experimentales del radio de capilar. SUSTANCIA AGUA

T(°C)

hprom

r(cm)

20

2.7

0.0551

40

2.5

0.0572

50

2.4

0.0584



Radio Promedio (cm)

0.0569

Tabla N° 3: Valores de (M/)2/3 vs (Tc – 6 – T ) para hallar la constante de Eötvös

(M/)2/3

T(°C) 20 40 50

342.3 413.4 392.3

Tc – 6 – T (°C) 215 195 185

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ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

-

Los porcentajes de error experimentales en la determinación de la tensión superficial del etanol resultaron 25.32, 27.79 y 17.16%, respecto a los valores teóricos. Estos índices de error son considerables, y pueden deberse a distintos factores. Uno de ellos podría ser por ejemplo errores en la determinación de alturas en el capilar, esto se debe principalmente a que es muy difícil apreciar las alturas, aun con ayuda de la escala. Otro factor de error podría ser que la temperatura a la que se trabajó no fue constante a la hora de la medición de la altura, lo que nos conllevaría a tomar datos erróneos. También, que no se encontró datos de la tensión superficial del etanol a 40° y 50°C, solo se estimó estos valores con una fórmula, lo que pudo haber incidido en el porcentaje de error también.

-

En la determinación del radio del capilar, usando como referencia la altura del agua, si obtuvimos datos muy precisos, por lo que el radio hallado 0.0569 cm es un valor muy confiable y probablemente sea el correcto.

-

Relacionando las tensiones superficiales del etanol a las diversas temperaturas, obtuvimos una línea recta, de pendiente 2.11, muy cercana a la pendiente de Eotvos, que es de 2.12, lo que nos indica que nuestros resultados experimentales son muy próximos a la realidad.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

17



-

La altura a la que se eleva o desciende un líquido en un capilar es directamente proporcional a su tensión superficial y está en razón inversa a la densidad del líquido, la temperatura y del radio del tubo. .

-

La tensión superficial del agua es mucho mayor que la del etanol, esto es consecuencia a la mayor presencia de fuerzas intermoleculares en el agua (mayor cantidad de puentes de hidrógeno).

-

El aumento de la temperatura, provoca una disminución en la tensión superficial tanto en el agua como en el etanol

-

Previamente a realizar la experiencia , revisar el equipo y en especial los capilares, asegurarse que se encuentren limpios y secos para así evitar los posibles errores por interferencia de sustancias extrañas como grasas o detergentes que modifiquen el valor de la tensión superficial del líquido en estudio y nos conlleven a determinaciones erróneas de alturas.

-

Repetir varias veces el procedimiento, el procedimiento de ascenso en el capilar, para así poder tener un promedio de alturas, eliminando valores que se encuentren muy lejanos del promedio, y tratando de encontrar un valor de altura constante, el cual nos indicará la altura a utilizar en las ecuaciones respectivas.

-

Los líquidos en estudio se deben encontrar libre de impurezas y de agentes que puedan afectar el valor de su tensión superficial, deben ser reactivos puros o QP.

-

Ser muy cauteloso al momento de medir la temperatura y asegurarse que toda la experiencia se realice a una temperatura constante.

-

Ser paciente al momento de medir las diversas alturas en el capilar. La altura oscila y hay que tomar aquella altura que permanece constante en un intervalo de tiempo definido.

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BIBLIOGRAFÍA

-

Raymond Chang, Fisicoquímica Mc Graw Hill Interamericana, 2009, paginas 120-143

-

José Huapaya Barrientos , Fisicoquímica 2005, páginas 32-36

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Castellan G., “Fisicoquímica”, 2a Ed., Ed. Addison Wesley Longman S. A., México, 1998. Pgs. 358-361.

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Pons Muzzo, Gastón, “Fisicoquímica”, sexta edición, Edit. Universo S.A.1985 pág. 236-239

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ATKINS, P. Fisicoquímica. Editorial Addison-WesleyIberoamericana, S.A. Tercera edición. México. 1986, pág. 156-159.

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Lange,”Manual de química”, Tomo IV, 13 edición, Edit. Mc Graw Hill, sección 10, pág. 94-100.

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Alexander Findlay, “Practicas de Fisicoquímica”, 1era edición, Edit. México Quirúrgico, Buenos Aires, 1955 Capítulo 5, pág.61-65

-

Manual de Perry 3-75 y 3-89 Density of pure sibstances

-

Handdbook of Chemistry and Physics F-5 F-30 y F-31 Surface tension

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ANEXOS Cuestionario:

1. Explique la diferencia entre las fuerzas de cohesión y adhesión en los fenómenos capilares. Llamamos cohesión molecular a la fuerza de atracción que ejercen entre sí, moléculas del mismo tipo y llamamos adhesión molecular a la fuerza de atracción entre moléculas de diferente tipo. Las moléculas en el interior de un líquido como el agua, están rodeadas de otras moléculas iguales y entonces podríamos decir que las fuerzas de interacción sobre una de ellas se cancelan, lo que pone a la molécula en un estado de baja energía. Por el contrario las moléculas de la superficie del líquido, al no tener vecinas en la parte superior, están en un estado de mayor energía, debido al desbalance de fuerza de cohesión hacia el interior del líquido. Entonces para lograr un estado de menor energía el líquido tiende a disminuir el número de moléculas en su superficie, lo que provoca una reducción de área y es la causa entre otras cosas de que las gotas del líquido y las burbujas de agua jabonosa, sean casi esféricas. Se deben los fenómenos capilares a los distintos valores de las fuerzas de cohesión del líquido y de adhesión del líquido-sólido. Si la adhesión es mayor que la cohesión, el líquido será atraído por la pared y forma una superficie cóncava, como en el caso agua-vidrio. Si por el caso contrario, la cohesión es mayor que la adhesión, la superficie libre del líquido desciende en el tubo y tendrá esta superficie la forma convexa como en el caso del mercurio-vidrio.

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2. Explique la característica de los líquidos asociados y no asociados. Los líquidos cuyas moléculas se mantienen unidas por puentes de hidrógeno se denominan líquidos asociados. La ruptura de estos puentes requiere una energía considerable, por lo que un líquido asociado tiene un punto de ebullición anormalmente elevado para un compuesto de su peso molecular y momento dipolar. El fluoruro de hidrógeno, por ejemplo, hierve a una temperatura 100 grados más alta que el cloruro de hidrógeno, más pesado, pero no asociados; el agua hierve a una temperatura 160 grados más alta que el sulfuro de hidrógeno. También hay compuestos orgánicos que contienen oxígeno o nitrógeno con puentes de hidrógeno Consideremos el metano, por ejemplo, y reemplacemos uno de sus hidrógenos por un grupo hidroxilo, -OH. El compuesto resultante, CH3OH, es metanol, el miembro más pequeño de la familia de los alcoholes. Estructuralmente, no sólo se parece al metano, sino también al agua. Al igual que el agua, se trata de un líquido asociado, cuyo punto de ebullición es anormalmente elevado para un compuesto de su tamaño y polaridad. Los líquidos que no están asociados presentan el mismo aumento entropía al pasar de líquido a vapor, pero los que se asocian por puente hidrógeno presentan un aumento de entropía superior al que tendrían si estuvieran asociados. El líquido asociado necesita además del calor tránsito líquido-vapor el calor preciso para romper el enlace por puente hidrógeno.

de de no de de

El H20 forma puentes de hidrogeno, por tanto es un liquido asociado

3. Explique la acción del tensoactivo en los productos de limpieza. Los tensoactivos o también llamados surfactantes son sustancias que influyen por medio de la tensión superficial en la superficie de contacto entre dos fases (por ejemplo dos líquidos insolubles uno en otro). Cuando se utilizan en la tecnología doméstica se denominan como emulsionantes; esto es, sustancias que permiten conseguir o mantener una emulsión.

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En función de su mayor o menor dispersión en agua, y su mayor o menor estabilización de las micelas o coloides, los tensoactivos se emplean como emulsionantes, humectantes, detergentes o solubilizantes. Entre los tensoactivos se encuentran las sustancias sintéticas que se utilizan regularmente en el lavado, entre las que se incluyen productos como detergentes para lavar la ropa, lavavajillas, productos para eliminar el polvo de superficies, gel de ducha y champús. Las propiedades de los tensoactivos se obtienen a través de su estructura molecular. Los tensoactivos se componen de una parte hidrófoba y un resto hidrófilo, o soluble en agua. Se dice que son moléculas anfifílicas. Al contacto con el agua las moléculas individuales se orientan de tal modo que la parte hidrofóbica sobresale del nivel del agua, encarándose al aire, mientras tanto la parte hidrofílica se queda sumergida. Otro fenómeno es que las moléculas anfifílicas se alinean de tal manera que las partes hidrofílicas quedan de un lado y las partes hidrófobicas del otro lado, por lo que empiezan a formar burbujas, las partes hidrófobas quedan en el centro, y los restos solubles en agua quedan entonces en la periferia disueltos en el agua. Estas estructuras se denominan micelas. Cuando un jabón se disuelve en agua disminuye la tensión superficial de ésta, con lo que favorece su penetración en los intersticios de la sustancia a lavar. Dada estas características, el jabón se convierte así es una agente tensoactivo. En conclusión el componente liposoluble hace que el jabón “moje” la grasa disolviéndola y el componente hidrosoluble hace que el jabón se disuelva a su vez en el agua. Las manchas de grasa no se pueden eliminar sólo con agua por ser insolubles en ella. El jabón en cambio, que es soluble en ambas, permite que la grasa se diluya en el agua.

Algunos ejemplos de agentes tensoactivos Otros métodos de determinar la tensión superficial de líquidos:

22 26


-


Método del doble capilar: Con el propósito de tener mejores resultados, una variante del método del ascenso del tubo capilar, es introducir un segundo capilar de diferente diámetro que el primero, así las alturas serán diferentes ya que resultan ser inversamente proporcionales a los radios de sus respectivos capilares. Aquí, lo importante es medir la diferencia de alturas entre el radio 1 (el tubo capilar de menor diámetro) y el radio 2 (tubo capilar de mayor diámetro). La ecuación para dos capilares deriva de la de un capilar, quedando de la siguiente forma:

-

Método de la presión máxima de la burbuja: Una pequeña burbuja que se forma en la extremidad de un pequeño tubo inmerso en el líquido, al que se le aplica una presión, lo que hace que el radio de la burbuja aumente. Cuando la burbuja llega a ser un hemisferio de radio igual al radio del tubo, todo aumento posterior de la presión provoca la desaparición de la burbuja ya que se dilata y luego se desprende El valor de presión máxima se logra cuando la burbuja es una semiesfera siendo el radio de curvatura mínimo. Un mayor crecimiento de la burbuja en este punto induce la ruptura de la misma y un ascenso del líquido por el capilar. La presión aplicada, es igual a la diferencia de presión entre los dos lados de la superficie curva, a la cual se agrega la presión hidrostática, función de la profundidad h del orificio del tubo:

-

Dónde: r : p : g :

radio de la burbuja densidad del líquido aceleración de la gravedad

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-


Método de la placa (Método de Whilhelmy): Se utiliza una placa de geometría rectangular perfectamente conocida suspendida verticalmente a una balanza de precisión. El lado inferior de la placa se pone en contacto (horizontalmente) con la superficie del líquido para que se moje. Luego se ejerce una fuerza vertical sobre la placa para levantarla. La placa se levanta poco a poco, y de cada lado se forma una interfase curva; se levanta la placa hasta que se produzca el arranque.

En la posición justo antes del arranque se puede calcular el equilibrio de fuerzas entre las fuerzas de tensión que se aplican de parte y otra de la placa y la fuerza de levantamiento F.

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Usualmente la placa es de platino levemente rugoso, de tal forma que el ángulo de contacto sea lo más pequeño posible, y se pueda suponer igual a cero. La placa mide típicamente 29,9 mm de largo (L) y 0,1 mm de espesor, en cuyo caso el perímetro completo es de 60 mm. La balanza es en general una balanza de torsión que el usuario manipula con una palanca. En ciertos modelos (automáticos) es un motor que asegura el levantamiento, y un sistema registrador monitorea la fuerza. En el momento del arranque, ninguna parte del volumen de la placa está dentro del líquido, y por tanto no se necesita realizar corrección alguna por empuje de Arquímedes (lo que requiere en otros de los métodos). Por otra parte este método no produce una superficie nueva al momento de producirse la medición. En la práctica se puede colocar el líquido dentro del recipiente varias horas antes y dejar equilibrarse la superficie. Por lo tanto este método es particularmente bien adaptado a los sistemas que contienen sustancias surfactantes cuyo tiempo de adsorción puede ser largo. Permite sin embargo medir la tensión dinámica; basta con verter el líquido en el recipiente justo antes de tomar la medida.

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Informe 5 Fisicoquimica Tension Superficial

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