BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LIC. QUÍMICOFARMACOBIÓLOGO
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA III FENÓMENOS DE SUPERFICIE Y SISTEMAS DISPERSOS
Practica 1: “MEDICIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS PUROS POR EL MÉTODO DEL ESTALAGMÓMETRO O CONTEO DE GOTAS”
Integrantes:
Profesor:
Fecha de realización: 25/Mayo/2017 Fecha de entrega: 30/Mayo/2017
OBJETIVO: Medir la tensión superficial de diferentes líquidos puros. Comparar los resultados de tensión superficial de los líquidos obtenidos experimentalmente con los valores ya reportados en la literatura. INTRODUCCIÓN: Los líquidos se caracterizan por su volumen fijo y forma variable. Las fuerzas intermoleculares son mayores que en los gases, pero al igual que en estos, sus partículas están en movimiento constante. Propiedades: 1. La evaporación se produce cuando las moléculas del líquido abandonan su superficie y pasa a forma gaseosa 2. La condensación es el cambio físico opuesto a la evaporación. 3. La viscosidad representa la resistencia de un líquido a fluir 4. La tensión superficial es la resistencia que presenta un líquido a la rotura de su superficie, y también depende de las fuerzas intermoleculares. El efecto de estas fuerzas es colocar las moléculas hacia el interior de la superficie. En ausencia de gravedad las gotas de agua serían esféricas. 5. La capilaridad es la capacidad de un líquido para ascender por un tubo estrecho, gracias a las fuerzas de atracción entre sus moléculas y la pared interior del tubo (fuerzas de adhesión Tensión superficial Dentro de un líquido, alrededor de una molécula actúan atracciones simétricas pero en la superficie, una molécula se encuentra sólo parcialmente rodeada por moléculas y en consecuencia es atraída hacia adentro del líquido por las moléculas que la rodean. Esta fuerza de atracción tiende a arrastrar a las moléculas de la superficie hacia el interior del líquido (tensión superficial), y al hacerlo el líquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible. La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma esférica de las gotas de 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. Termodinámicamente la tensión superficial es un fenómeno de superficie y es la tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta que su energía de superficie potencial es mínima, condición necesaria para que el equilibrio sea estable. Como la esfera presenta un área mínima para un volumen dado, entonces por la acción de la tensión superficial, la tendencia de una porción de un líquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o menisco cuando está en contacto un líquido con un recipiente.
HIPÓTESIS: La literatura nos indica que el agua es una sustancia más polar, que las otras sustancias en cuestión (alcoholes), es por ello que esta tendría que tener una mayor tensión superficial, por ende, caerá un menor número de gotas, en comparación al número de gotas que caigan respecto a los alcoholes.
MATERIAL: 1 Estalagnómetro (bureta) 3 Vasos de precipitados de 50 ml.) 1 Perilla de succión o jeringa 1 Pizeta con agua destilada FICHAS DE SEGURIDAD:
REACTIVOS: Acetona Etanol, Metanol Cloroformo
DESARROLLO EXPERIMENTAL: MÉTODO EXPERIMENTAL: Estalagmómetro o conteo de gotas Anote la temperatura de trabajo. Se debe tener cuidado de que el estalagnómetro (bureta) esté perfectamente limpio y seco antes de iniciar el experimento ya que de esto dependerá en gran parte el éxito del experimento. Coloque en posición vertical el estalagnómetro y agregue la cantidad adecuada de agua destilada para contar el número de gotas en un determinado volumen. Verifique que la velocidad de goteo sea de 15 a 20 gotas/min (ya que de lo contrario contara sólo fracciones de gotas o bien se evaporará cierta cantidad de líquido) y proceda a la determinación del número de gotas para el agua. Seque perfectamente la bureta con acetona y proceda a la determinación del número de gotas para cada uno de los líquidos problema. No olvide lavar y secar la bureta después de cada determinación. RESULTADOS:
1 y 2.- Anote sus datos experimentales incluyendo la temperatura de trabajo y construya una gráfica de δ (g/ml) en función de la temperatura (°C) de datos reportados para el agua y determine su
δ
(g/ml) a la temperatura del experimento
Densidad Agua Picnómetro vacío: 15.1783g. agua: 25.0083g.
Temperatura = 28°C
Picnómetro con
Vpic=25.0083 – 15.1783=9.8300 cm3 Densidad a 28°C = 996.2365 kg. m-3
δ=
Densidad a 28°C = 0.9962365 g/ml
ω y−ωv Vpic
Procedimiento para determinar la densidad del Metanol
δ=
(23.0020 g−15.1783 g) =0.7959 g /ml 9.8300ml
Tabla de densidades de acuerdo a la temperatura: Sustancia
Temperatura
Agua Metanol Etanol Propanol
28°C 25.7°C 23.4°C 26.3°C
Tabla
Temperatura °C
Picnómetro con sustancia 25.0083 g 23.0020 g 23.0390 g 23.1176 g
Densidad 0.9962g/ ml 0.7959 g/ml 0.7996 g/ml 0.8076 g/ml
Densidad kg/m3 Densidad g/mL 5 999.9668 0.9999 10 999.7026 0.9997 15 999.1026 0.9991 20 998.2071 0.9982 25 997.0479 0.997 30 995.6502 0.9956 densidad del agua a diferentes temperaturas
de la
Densidad agua
Densidad 1 1
f(x) = - 0x + 1 R² = 0.94
1 1 1 1 1 0.99 0.99
0
5
10
15
20
25
30
35
T °C
A la temperatura de trabajo la densidad del agua de acuerdo a la interpolación es: 28°C
0.9957 g/mL
3.- De los datos reportados, construya una gráfica de agua en función de la temperatura (°C) y determine su
γ
(dinas/cm) del γ
del experimento. Temp. oC 0 5 10 15 20 25 30
Tensión superficial *10-2 N/m 7.62 7.54 7.48 7.41 7.36 7.26 7.18
Dinas/cm 76.2 75.4 74.8 74.1 73.6 72.6 71.8
Transformando unidades N/m a Dinas/cm
a la temperatura
7.62 x 10−2
7.54 x 10−2
N 1 x 1 05 Dinas m 1N
(
T. superficial
(
5
)(
N 1 x 1 0 Dinas 1m Dinas =76.2 m 1N 100 cm m
)
)( 1001 mcm )=75.4 Dinas m
GRÁFICA DE TENSIÓN SUPERRFICIAL 77 76
f(x) = - 0.14x + 76.21 R² = 0.99
75 74 73 72 71 70 69
0
5
10
15
20
25
30
35
T °C
A la temperatura de trabajo la tensión superficial del agua de acuerdo a la interpolación es: 28 °C
72.2128 Dinas/cm
4.-Utiizando los datos de los incisos anteriores, (densidad de los líquidos y número de gotas determinados experimentalmente) calcule los valores de tensión superficial de cada líquido. Sustancia Agua Metanol Etanol Propanol
Número de gotas 1 vez 50 126 128 131
Número de gotas 2 vez 51 129 130 134
Promedio 51.5 127.5 129 132.5
m
γ m=(γ °)﴾
n° . ᵟ nm .ᵟ ° ﴿
Metanol ❑
(51.5)(0.7959 g / ml) γ m=(72.2128 dinas/cm)﴾ ﴿ (127.5)(0.9962 g /ml) γ =23.3035 Dinas /cm Sustancia Metanol
Tensión superficial 23.3035 Dinas/cm
Etanol
23.1397 Dinas/cm
Propanol
22.7538 Dinas/cm
γ
5.-Construya una gráfica de
(dinas/cm) en función de la temperatura (°C)
de datos reportados para los líquidos problema y determine su
γ
a la
temperatura del experimento METANOL Sustancia alcohol metílico
T. Superficial
Temperatura °C 0
Tensión superficial dinas/cm 24.49
20 50
22.61 20.14
TENSIÓN SUPERFICIAL METANOL 30 25 f(x) = - 0.09x + 24.43 R² = 1
20 15 10 5 0
T °C
0
10
20
30
A 25.7 °C
22.20938 Dinas/cm
40
50
60
la temperatura de trabajo la tensión del metanol de acuerdo a la interpolación es:
ETANOL Sustancia Alcohol etílico
T. Superficial
Temperatura °C 0 10 20 30
Tensión superficial dinas/cm 24.05 23.61 22.75 21.89
TENSIÓN SUPERFICIAL ETANOL 24.5 24
f(x) = - 0.07x + 24.18 R² = 0.98
23.5 23 22.5 22 21.5 21 20.5
0
5
10
15
20
25
30
35
T °C
A la temperatura de trabajo la tensión del etanol de acuerdo a la interpolación es:
23.4°C
22.45844 Dinas/cm
PROPANOL
T. Superficial
Sustancia
Temperatura °C
2-propanol
14 20 26.6 30
Tensión superficial dinas/cm 22.3 21.74 20.7 19.58
Tensión superficial del propanol 23 22.5
f(x) = - 0.16x + 24.79 R² = 0.94
22 21.5 21
T °C
20.5 20 19.5 19 18.5 18 12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
A la temperatura de trabajo la tensión del propanol de acuerdo a la interpolación es: 26.3°C
20.48243 Dinas/cm
6.- Calcule el porcentaje de error de sus resultados con respecto a los datos ya reportados Metanol Error absoluto
Ve= 22.20938
va=23.3035
ᵋa=¿ ve−va∨¿
ᵋa=¿ 22.2093−23.3035∨¿
ᵋa= 1.0941 Error relativo ᵋr =¿ (ᵋa/ve)(100) ᵋr =¿ (1.0941/22.2093)(100) ᵋr =¿ 4.92%
Etanol Error absoluto Ve= 22.45844
va=23.1397 ᵋa=¿ 22.4584−23.1397∨¿ ᵋa= 0.6808
Error relativo
ᵋr =¿ (0.6808/22.4584)(100) ᵋr =¿ 3.03%
Propanol Error absoluto Ve= 20.4824
va=22.7538
ᵋa=¿ 20.4824−22.7538∨¿
ᵋa=2.2714 Error relativo ᵋr =¿ (2.2714/20.4824)(100) ᵋr =¿ 11.08%
DISCUSIÓN:
De acuerdo a los resultados obtenidos se pudo observar que no hubo un margen de error muy grande entre los datos experimentales y los obtenidos ya que el valor de error relativo más grade que obtuvimos fue: 11.08 % y el valor de error absoluto que obtuvimos fue: 2.2714, por lo que se puede deducir que el método del “ESTALAGMÓMETRO O CONTEO DE GOTAS” no es tan inseguro. Además de que al analizar los resultados nos pudimos percatar que la tensión superficial del agua es mayor que la de los alcoholes, ya que esta es de 72.2128 dinas/cm mientras que la de la de los alcoholes esta alrededor de 22 o 23 dinas/cm. Por lo tanto nuestra hipótesis fue correcta ya que cayeron un menor número de gotas de agua que de algún otro alcohol, y al mismo tiempo pudimos observar que conforme la cadena del radical del alcohol va creciendo va perdiendo polaridad, por lo tanto conforme aumenta la cadena de carbonos, la tensión superficial disminuirá y el número de gotas aumentará. CONCLUSIÓN: Reconocimos que el método del estalagmómetro o conteo de gotas resulta efectivo por el poco margen de error que presenta, pero aún así resulta tedioso laborar con este procedimiento. Determinamos la tensión superficial de varios líquidos puros, calculándola con el apoyo de un estándar (agua) en una fórmula establecida y comparando posteriormente estos resultados con una interpolación en una gráfica (tensión superficial/temperatura), de dicho líquido, obtenida mediante tablas encontradas en la literatura. Logramos determinar que la tensión superficial depende de diferentes factores como la temperatura y la polaridad. BIBLIOGRAFÍA:
CASTELLAN, Gilbert W. “Fisicoquímica”, Segunda Edición. Ed. Pearson Educación. Estado de México. 1998. pp.360-365 UNEXPO. (2009). LIQUÍDOS. 26/05/2017, de UNAM Sitio web: https://fisicoquimicaunexpo.files.wordpress.com/2009/08/liquidos.pdf DDBST. Surface Tension of 2-Propanol. Mayo 20, 2017, de DDBST GmbH Sitio web: http://www.ddbst.com/en/EED/PCP/SFT_C95.php
