Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Facultad de Ciencias Químicas Laboratorio de Fisicoquímica III
ACTIVIDAD SUPERFICIAL DE ALCOHOLES ALIFATICOS
Fecha de Realización: 09/02/2011 Fecha de Entrega: 21/02/2011
OBJETIVOS •
Empleando una bureta determinar la tensión superficial de soluciones de alcoholes alifáticos • Estudiar la influencia de la concentración [M] de los alcoholes en la actividad superficial. • Demostrar que su actividad superficial aumenta con la longitud de la cadena hidrocarbonada. INTRODUCCIÓN Las soluciones acuosas de muchas sustancias, aún cuando sean bastante diluidas, tienen tensiones superficiales mucho menores correspondientes a las del agua pura. Las sustancias que producen este efecto se llaman tensoactivas. Los ejemplos más comunes son los alcoholes superiores y los ácidos grasos y sus sales: jabones. Se denomina tensoactividad al fenómeno por el cual una sustancia reduce la tensión superficial al disolverse en agua u otra solución acuosa. Los tensoactivos también llamados sufractantes o agentes de superficie activa, son especies químicas con una naturaleza o estructura polar/apolar con tendencia a localizarse en la interfase formando una capa monomolecular adsorbida en la interfase que cambia el valor de la tensión superficial. Las sustancias tales como ácidos grasos de cadena corta y alcoholes son solubles tanto en agua como en solventes orgánicos. La parte hidrocarbonada (cadena lipofílica) de la molécula es responsable de su solubilidad en el solvente orgánico, mientras que la parte polar (grupos hidrofílicos: -OH, -COOH, etc.) tiene suficiente afinidad con el agua como para introducir a la cadena hidrocarbonada no polar a la solución acuosa. Con el crecimiento de la cadena, las moléculas de estas sustancias son expulsadas con más fuerza hacia la superficie, lo que disminuye aún más la tensión superficial. El valor límite de la disminución de la tensión superficial con la concentración, es decir, la magnitud se llama actividad superficial. La actividad superficial es un fenómeno dinámico, ya que el estado final de una superficie o interfase representa un balance entre la tendencia hacia la adsorción y la tendencia hacia el completo mezclado debido al movimiento térmico de las moléculas.
HIPÓTESIS La cadena de alcoholes es inversamente proporcional a la tensión superficial
MATERIAL
REACTIVOS
1 Bureta c/llave
Acetona
4 Vasos de precipitados
Etanol
1 Perilla de succión
Metanol
1 Picnómetro
1-Propanol
1 Pinza para bureta
1-Butanol
2 Pipetas graduadas (10 ml y 0.5ml)
Agua destilada
1 Matraz aforado 50 ml 3 Matraces de 50 ml DESARROLLO EXPERIMENTAL Estalagmómetro o conteo de gotas •
Anote la temperatura a la cual se realizara el experimento
•
Prepare 100 ml de solución (0.25 M) de cada alcohol. Para poder realizar estos cálculos, investigue las formulas, peso molecular y densidad de cada uno de los alcoholes
•
Utilizando la solución 0.25 M prepare 25 ml de las siguientes diluciones 0.20M 0.15 M 0.10 Y 0.05 M de cada uno de los 4 alcoholes y transferirlos a los matraces Erlemeyer de 25 ml etiquetándolos.
•
Consulte instrucciones generales sobre el manejo y limpieza de Estalagmómetro Traube (bureta)
•
Determine el número de gotas de agua destilada en un volumen determinado. Cuide que la velocidad de goteo sea aproximadamente de 15 a 20 gotas por segundo.
•
Proceda a contar por separado el numero de gotas de las soluciones metanol, iniciando por la mas diluida. El volumen considerado para realizar el conteo de gotas en este caso y los demás, debe ser constante (el considerado anteriormente); así como los niveles superior e inferior de la bureta.
•
Continuar las determinaciones con las demás disoluciones en orden creciente de concentraciones.
RESULTADOS Y CALCULOS
1. Anote sus datos experimentales en una tabla, incluyendo la temperatura de trabajo a la cual se realizó el experimento. • 1-Butanol Temperatura de trabajo: 21 ° C Al trabajar con el agua destilada, en 2 ml contamos 43 gotas. Para poder trabajar con la primera solución de 0.25 M tuvimos que hacer la disolución: g1-Butanol=.25 M74.124gmol0.05 L=0.9265g
ρ1-Butanol=0.8097 g/ml
v= (m/ρ) = (0.9265g/0.8097g/ml)=1.14 ml
Para ir diluyendo gradualmente utilizamos la fórmula: v1c1=v2c2
Diluido 0.20 M; V1= C2V2/C1= [(0.20 M) (50 ml)/ (0.25M)]= 40 ml Esto quiere decir que necesitamos 40 ml de disolución 0.25 M y aforar con agua destilada a 50 ml. Diluido a .0.15 M; V1= C2V2/C1= [(0.15 M) (50 ml)/ (0.20M)]= 37.5 ml Esto quiere decir que necesitamos 37.5 ml de disolución 0.20 M y aforar con agua destilada a 50 ml. Se determina la densidad del agua con ayuda de un Picnómetro • •
Se pesa el picnómetro vacío y seco. Pesar el picnómetro con Agua destilada
Vpic=WpiccH2O-Wpic vacíoδH2O21°C=WH2OδH2O=42.664g18.199g0.99808gml=24.465g0.99808gml=24.512 ml δ1-ButOH 0.25 M=Wpic (18.199g)24.512 ml=0.9936gml
c/1-ButOH-Wpic
vacíoVpic=42.554g-
δ1-ButOH 0.20 M=Wpic (18.199g)24.512 ml=0.9938gml
c/1-ButOH-Wpic
vacíoVpic=42.560g-
δ1-ButOH 0.15 M=Wpic (18.199g)24.512 ml=0.9948gml
c/1-ButOH-Wpic
vacíoVpic=42.584g-
Concentración 0.05 / [M] Gotas Metanol 42
# 0.10 / Gotas 43
# 0.15 / Gotas 44
# 0.20 / Gotas 31
# 0.25 / Gotas 33
#
Etanol 1-Propanol 1-Butanol
37 41 54
38 46 60
64 46 63
65 49 64
51 69
Concentración 0.05 / # 0.10 / # 0.15 / # 0.20 / # 0.25 / # [M] Gotas de Gotas de Gotas de Gotas de Gotas de agua agua agua agua agua Metanol 40 31 Etanol 39 30 1-Propanol 39 40 1-Butanol 45 43 1. Mediante curvas de calibración obtener la densidad y la tensión superficial del agua destilada a la temperatura del experimento.
T °C 0 (hielo) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Densida T °C Densida T °C Densida dg dg d g /cm3 /cm3 /cm3 0.91700 33 0.99476 67 0.97934 0.99982 0.99989 0.99994 0.99998 1 1 0.99999 0.99996 0.99991 0.99985 0.99977 0.99968 0.99958 0.99946 0.99933 0.99919 0.99903 0.99886 0.99868 0.99849 0.99829 0.99808 0.99786 0.99762 0.99738 0.99713 0.99686
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
0.99443 0.99408 0.99373 0.99337 0.99300 0.99263 0.99225 0.99186 0.99146 0.99105 0.99064 0.99022 0.98980 0.98936 0.98892 0.98847 0.98802 0.98756 0.98709 0.98662 0.98614 0.98565 0.98516 0.98466 0.98416 0.98364 0.98313
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94
0.97878 0.97821 0.97763 0.97705 0.97647 0.97588 0.97528 0.97468 0.97408 0.97346 0.97285 0.97223 0.97160 0.97097 0.97033 0.96969 0.96904 0.96839 0.96773 0.96707 0.96641 0.96574 0.96506 0.96438 0.96370 0.96301 0.96231
27 28 29 30 31 32 Temp. ºC 55 0 60 5 65 10 70 15 75 20 80 25 85 30 90 35 95 40 100 45 50
0.99659 0.99631 0.99602 0.99571 0.99541 0.99509 Tensión superficial *10-7 Dinas/m 6.74 7.62 6.68 7.54 6.58 7.48 6.5 7.41 6.4 7.36 6.3 7.26 6.2 7.18 6.12 7.1 6.02 7.01 5.94 6.92 6.82
61 62 63 64 65 66
0.98260 0.98207 0.98154 0.98100 0.98045 0.97990
95 96 97 98 99 100
0.96162 0.96091 0.96020 0.95949 0.95878 0.95805
2. Calcula la constante del aparato mediante la relación K=σo noρo
Donde: σo = Tensión superficial del liquido estándar (dinas/cm)= 7.3132 x 10-7 Dinas/cm no = numero de gotas del liquido estándar ρo = densidad del liquido estándar (g/ml) kMeOH 0.05, 0.10 y 0.15=σo noρo=7.3132x10-7Dinascm(40) (0.99808gml)=2.9309x10-5Dinas mlcm g kMeOH 0.20 y 0.25=σo noρo=7.3132x10-7Dinascm(31) (0.99808gml)=2.2714x10-5Dinas mlcm g kEtOH 0.05,y 0.10 =σo noρo=7.3132x10-7Dinascm(39) (0.99808gml)=2.8576x10-5Dinas mlcm g kEtOH 0.15 ,y 0.20 =σo noρo=7.3132x107Dinascm300.99808gml=2.1981x10-5Dinas mlcm g k1-PropOH 0.05,y 0.10 =σo noρo=7.3132x10-7Dinascm(39) (0.99808gml)=2.8576x10-5Dinas mlcm g k1-PropOH 0.15, 0.20 y 0.25 =σo noρo=7.3132x10-7Dinascm(40) (0.99808gml)=2.9309x10-5Dinas mlcm g k1-ButOH 0.05,y 0.10 =σo noρo=7.3132x10-7Dinascm(45) (0.99808gml)=3.2972x10-5Dinas mlcm g
k1-PropOH 0.05,y 0.10 =σo noρo=7.3132x10-7Dinascm(43) (0.99808gml)=3.1446x10-5Dinas mlcm g kpromedio =2.8103x10-5Dinas mlcm g
Concentración [M] Metanol Etanol 1-Propanol 1-Butanol
•
0.15 g/ml 0.9894 0.8942 1.0568 0.9948
ρ 0.20 / ρ 0.25 ρ g/ml g/ml 0.9962 1.0014 0.8876 1.05717 1.05913 0.99386 0.99361
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Construya las curvas de calibración δ (g/ml) vs M (moles/l) de todas las soluciones de los alcoholes. Ρ MeOH 0.9897 0.9896 0.9894 0.9962 1.0014
0.05 0.1 0.15 0.2
Ρ EtOH 0.96362 0.96365 0.8942 0.8876
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Ρ 1PropOH 1.0531 1.0547 1.0568 1.05717 1.05913
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Ρ 1ButOH 0.9966 0.9969 0.9948 0.99386 0.99361
[M]
[M]
[M]
[M]
•
0.05 / ρ 0.10 / ρ g/ml g/ml 0.9897 0.9896 0.96362 0.96365 1.0531 1.0547 0.9966 0.996914
Calcule la tensión superficial de las soluciones de los alcoholes empleando la relación Donde:
σ x=kρxnx
ρx = Densidad del liquido problema (g/ml) nx =numero de gotas del liquido problema K= constante del aparato determinada previamente γ MeOH 0.05=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.9897gml)40=6.953x107Dinascm σ MeOH 0.10=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.9896gml)40=6.952x107Dinascm σ MeOH 0.15=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.9894gml)40=6.951x107Dinascm σ MeOH 020=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.9962gml)31=9.031x107Dinascm σ MeOH 0.25=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(1.0014gml)31=9.078x107Dinascm γ EtOH 0.05=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.96362gml) 39=6.9437x10-7Dinascm γ EtOH 0.10=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.96365gml)39=6.9439x10-7Dinascm σ EtOH 0.15=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.8942gml)30=8.3765x107Dinascm σ EtOH 0.20=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.8876gml)39=8.314x107Dinascm σ1-PropOH 0.05=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(1.0531gml)39=7.588x10-7Dinascm σ 1-PropOH 0.10=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(1.0547gml)39=7.600x10-7Dinascm σ1-PropOH 0.15=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(1.0568gml)40=7.424x10-7Dinascm σ 1-PropOH 0.20=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(1.0571gml)39=7.626x10-7Dinascm σ 1-PropOH 0.25=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(1.0591gml)39=7.440x10-7Dinascm σ 1-ButOH 0.05=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.9966gml)45=6.223x10-7Dinascm σ 1-ButOH 0.10=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.9969gml)45=6.225x10-7Dinascm σ1-ButOH 0.15=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.9948gml)43=6.501x10-7Dinascm σ1-ButOH 0.20=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.9938gml)43=6.495x10-7Dinascm σ 1-ButOH 0.25=kρxnx=2.8103x10-5Dinas mlcm g(0.9936gml)43=6.493x10-7Dinascm
•
Ordenar los datos en la siguiente tabla:
Concentració n (M) Alcohol Metanol
0.05
0.10
0.15
Tensión
Superficial
(dinas/cm)
6.953x10-7
6.952x10-7
6.951x10-7
1- propanol
6.9437x107 7.588x10-7
6.9439x107 7.600x10-7
8.3765x107 7.424x10-7
n-Butanol
6.223x10-7
6.225x10-7
6.501x10-7
Etanol
0.20
0.25
9.031x107 8.314x107 7.440x107 6.495x107
9.078x107 7.440x107 6.493x107
1. Representar en una sola hoja las graficas de x (dinas/cm) en función
de la concentración de las soluciones para cada alcohol.
2. ¿Cómo influye el tamaño de la cadena hidrocarbonada en la serie homologa de los alcoholes según Traube? Conforme aumenta la cadena hidrocarbonada en el alcohol la tensión superficial disminuirá en proporción al aumento de grupos metileno 3. ¿Cómo influye la concentración de un alcohol de cadena hidrocarbonada
lineal en la extensión superficial de soluciones acuosas? Mientras mas se aumente la concentración del alcohol su parte hidrocarbonada se adsorberá en mayor proporción en la superficie del líquido y la tensión superficial disminuirá más 4. Explique cómo influye la tensión superficial en el tamaño de las gotas del liquido Si la tensión superficial del líquido es alta el volumen del líquido aumentara para que el peso de la gota y la acción de la gravedad pueden superar a la tensión superficial del liquido que se resiste a la caída de la gota 5. Discusión de resultados La tensión superficial se ve afectada por sustancias tensioactivas como los alcoholes alifáticos que contienen una parte hidrofobica la cual a medida que se aumenta la concentración disminuye la tensión superficial ya que la parte hidrocarbonada del alcohol al ser no polar se acumula en la superficie del liquido aumentando la actividad superficial
CONCLUSION Se pudo observar que la tension superficial se ve afectada por los alcoholes alifáticos al amentar la concentración de estos.