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I.
INTRODUCCIÓN
La tensión superficial es una propiedad de los líquidos que se pone de manifiesto sólo en su superficie. Es la responsable del tamaño de la gota, de que algunos insectos puedan caminar sobre la superficie del agua, de que al arrojar unos trocitos de papel sobre el agua éstos no se hundan o de que al lanzar una piedra sobre la superficie de un lago ésta salte. T éc ni ca me nt e, l a t en si ón s up er fi ci al t ie ne g ra n im po rt an ci a e n l os detergentes. Los agentes tensioactios son aditios que se añaden a los detergentes para reducir la tensión superficial del agua. !e esta manera, el agua "mojar# m#s" los objetos que se quieren limpiar $, por tanto, se disoler# mejor la suciedad. Esta es, por ejemplo, una de las funciones del abrillantador de laaajillas, líquido elegido para realizar la pr#ctica de laboratorio que se describe a continuación.
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II. OBJETIVOS •
•
!eterminación e%perimental de la tensión superficial de líquidos $ sus ariaciones con la temperatura !eterminación e%perimental de las densidades $ sus ariaciones con la temperatura
•
!eterminación de la constante de Eotos
•
!eterminación del coeficiente de e%pansión térmica
•
!eterminación de &s, Es, 's, $ (s.
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III. MARCO TEORICO La tensión superficial o la energía libre por unidad de superficie es el trabajo realizado para trasladar, desde el seno del líquido, las moléculas necesarias para formas la superficie renoada. )or lo tanto es una medida de la intensidad de esta fuerza que act*e hacia el seno del líquido. 'e define la tensión superficial como la fuerza que act*a en dirección perpendicular sobre toda línea de + cm. de longitud en la superficie. na propiedad com*n a todos los intercambios líquidos gas es la tensión superficial esta fuerza tiende a hacer que le liquido asuma el estado de energía mínima $ como es un hecho obserado que una gota a caída libre asume la superficie m#s pequeña, correspondiente a la superficie esférica. 'e deduce que la energía superficial en ergios por cm - es numéricamente igual a la tensión superficial en dinas por cm. La e%istencia de una superficie implica una separación entre dos medidas, por ejemplo, líquido $ gas, $ la tensión superficial depende de la naturaleza de ambas sustancias. )or regla general los alores registrados de la tensión superficial de líquido son las correspondientes a la interfase entre liquido $ aire saturado con el apor, aunque se obtienen alores algo diferentes en ausencia de aire o en presencia de otro gases, la tensión superficial del mercurio por ejemplo, es mu$ sensible a este respecto. El trabajo necesario para agrandar la superficie de separación entre dos líquidos inamisibles se denomina energía superficial interfacial $ se e%presa frecuentemente como la tensión interfacial en dem#s por cm. elación entre propiedades termodin#micas $ la tensión superficial 'i se llama / a la tensión superficial s, t, p, , a, 0, n, 1. son entropía, temperatura, presión, olumen superficie, potencial químico, n*mero $ energía de helmholtz.
2on T $ 3 constante $ n fijo
'e designa 1s como 1 por unidad de superficie 1s 4 /, en sistemas líquidos an#logamente /4 (s, (s es energía de gibbs por unidad de superficie. 5( 4 5& 6 T 5' 7777.. 89: 5( 4 5& 6 T 5' 5( 4 5& 6 T 5'.................... 8;:
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VARIACION DE LA TENSION SUPERFICIAL CON LA TEMPERATURA La tensión superficial aría con la temperatura, lo m#s com*n es que disminu$a al aumentar esta. < primera ista, en interalos de temperatura pequeña, la relación entre la tensión superficial $ la temperatura parece lineal, pero en interalos ma$ores, el diagrama de la tensión superficial frente a la temperatura muestra una curatura. La tensión superficial alcanza un mínimo a la temperatura de ebullición, se anulan mu$ cerca del punto crítico, de acuerdo a la ecuación de 3an der =aals>
na ecuación m#s antigua pero mu$ importante es la de Eotos>
?nestigaciones ulteriores han permitido confirmar que la constante @c aría desde A.BC hasta +D.9 seg*n el líquido $ el interalo de temperatura. La tensión superficial se define en general como la fuerza que hace la superficie 8la "goma" que se menciona antes": diidida por la longitud del borde de esa superficie 8F> no es fuerza diidida por el #rea de la superficie, sino diidida por la longitud del perímetro de esa superficie:. )or ejemplo,
!onde F es la fuerza que debe hacerse para "sujetar" una superficie de ancho l . El factor - en la ecuación se debe a que una superficie tiene dos "#reas" 8una por cada lado de la superficie:, por lo que la tensión superficial act*a doblemente.
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Líquido
Temper!ur "íquido #$C%
Te&'i(& 'uper)i*i" #N+m%
Pe!r("eo
AG
A,A-HD
Mer*uri o
-AG
A,;CB
AG
A,AIBC
-AG
A,AI-I
BAG
A,ACIH
+AAG
A,ABHH
A,u
La siguiente figura muestra un ejemplo de cómo algunos animales utilizan la tensión superficial del agua. En la figura se obsera a una hormiga, fotografiada mientras camina sobre el agua. 'e obsera que el peso del insecto est# distribuido entre sus patas $ el abdomen, por lo que la fuerza de sustentación que debe proeer la superficie del agua 8la tensión superficial: sobre las patas $ el abdomen debe ser igual al peso del ar#cnido.
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2on moléculas de otras sustancias puede haber atracción o repulsión. La dirección de resultante 8sólido6líquido J líquido6líquido: hace que el líquido se elee o hunda leemente mu$ cerca de paredes sólidas erticales, seg*n ha$a atracción o repulsión. )ara diferentes combinaciones de líquidos $ sólidos se tabulan los #ngulos de contacto. Kngulos menores de DAG corresponden a atracción $ ma$ores de DAG a repulsión. Esto también e%plica la formación de meniscos en tubos angostos $ el ascenso o descenso de líquido por tubos capilares.
PROPIEDADES La tensión superficial puede afectar a objetos de ma$or tamaño impidiendo, por ejemplo, el hundimiento de una flor. La tensión superficial suele representarse mediante la letra . 'us unidades son de MNm6+4FNm6-. •
•
•
O A, $a que para aumentar el #rea del líquido en contacto hace falta llear m#s moléculas a la superficie, con lo cual aumenta la energía del sistema $ es , o la cantidad de trabajo necesario para llear una molécula a la superficie.
4 A en el punto crítico, $a que las densidades del líquido $ del apor se igualan, por lo que seg*n la Teoria del (radiente de !ensidades 8!(T, en inglés: propuesta por an der =aals 8+HD;:,la tensión superficial en el punto crítico debe ser cero. depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, ser# un líquido $ un sólido.
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debido a las diferencias entre las fuerzas cohesias 8dentro del líquido: $ las adhesias 8líquido6superficie:. •
•
El alor de depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del líquido. !e esta forma, cuanto ma$or sean las fuerzas de cohesión del líquido, ma$or ser# su tensión superficial. )odemos ilustrar este ejemplo considerando tres líquidos> he%ano, agua $ mercurio. En el caso del he%ano, las fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas de 3an der =aals. El agua, aparte de la de 3an der =aals tiene interacciones de puente de hidrógeno, de ma$or intensidad, $ el mercurio est# sometido al enlace met#lico, la m#s intensa de las tres.
IV. E-UIPOS MATERIALES/
)icnómetro de +A ml.
Estalagnometro de diseño modificado $ receptor de gotas
'oporte, abrazaderas $ pinzas.
Paño termost#tico con regulación de temperatura $ agitación.
Palanza analítica.
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Re*!i0o'
Mercurio
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Mezcla sulfocromica.
Acetona
V. PROCEDIMIENTO E1PERIMENTAL/ +. Los tubos a, b $ el receptor de gotas del estalagnometro se laan cuidadosamente con mezcla sulfocromica, luego con agua destilada $ se enjuagan arias eces con acetona. 'e calibra el radio e%terior del capilar usando un micrómetro $ se hace la correspondiente corrección de acuerdo a las especificaciones del micrómetro. -. 'e ensambla el equipo de acuerdo al esquema MQ+ $ se procede luego a la determinación del radio interno del capilar $ el olumen de &g correspondiente a una altura definida de &g. del capilar del estalagnometro. 9. )esar el receptor de gotas mas una cantidad de &g 8ml:, luego acoplar al estalagnometro $ moiendo el tornillo micrométrico superior hacia la LABORATORIO D !ISICO-"UI#ICA$ Tensi%n S&'er(cial - In)* Os+aldo Camassi ,ariona
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derecha se elea el &g en el capilar, hasta alcanzar una altura m#%ima 8h l:, se retira el receptor $ se pesa 8m -:. 'e repite el ensa$o hasta obtener datos concordantes. ;.
C. 'e adiciona al receptor de gotas +A ml, de acetona, se acopla al estalagnometro $ se sumerge en el baño termost#tico regulado a -AQ2, hasta cubrir totalmente el receptor de gotas. I. 'e opera con el tornillo micrométrico superior girando hacia la derecha hasta que el líquido alcance una altura
'
h1
$ luego se rota el tornillo hacia
la izquierda lenta $ uniformemente hasta que se forme $ desprenda la primera gota de acetona, se anota la altura de líquido en el capilar
'
h2
$
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se hace caer una nuea gota $ se tiene otra lectura para obtener
'
h4
'
h3
$ asi una ez mas
.
H. 'e repite el ensa$o por lo menos dos eces. Este ensa$o se repite a -BQ2 $ 9AQ2. !eterminación de las densidades de la acetona> D. )ese el picnómetro seco $ limpio 8m3:, luego llenarlo con agua destilada e introducirlo en el baño termost#tico a -BQ2 $ luego de haberse alcanzado el equilibrio térmico, sacarlo cuidadosamente del baño $ secarlo e%teriormente $ pesarlo 8m=:. +A.3acíe el agua $ llenarlo con acetona después de secarlo, pese el picnómetro m#s el líquido después de termos atizarlo a -AQ2, -BQ2 $ 9AQ2 en turno, m+
VI. CONCLUSIONES
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'e logró determinar e%perimentalmente la tensión superficial de líquidos $ se notó la diferencia en los resultados al ariar la temperatura.
'e determinó e%perimentalmente las densidades $ sus ariaciones con la temperatura
VII. BIBLIO2RAF3A •
http>RRfluidos.eia.edu.coRhidraulicaRarticulosesRconceptosbasicosmfluidosRcoh esiS29SP9nRTensionS-Asuperficial.htm
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•
http>RRes.iUibooUs.orgRiUiR1S29S
•
http>RR.principia6malaga.comRURimagesRpdfRtensionVsuperficial.pdf
•
http>RR.udec.clRWdfigueroRcursoRcohesionenliquidosRcohesionA-
•
•
http>RRes.scribd.comRdocR-+;CIIC;RLab1?X?6?6SE-SHASD2TEM'?M6 ')E1?2?RR.cuadernodelaboratorio.esRtensionVsuperficial.html
ANE1OS ESTALA2MÓMETRO
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El estalagmómetro es un aparato de medida de la tensión superficial. 2onsta de un depósito conectado a un tubo capilar por el que se dejan caer gotas que se pesan. La le$ de Tate establece que si los pesos de las gotas de los líquidos + $ son
$
, $ sus tensiones superficiales son
$
, entonces se cumple que
de manera que, en principio, basta medir la tensión superficial de un líquido 8por ejemplo el +: de referencia mediante otro método, para con el estalagmómetro, medir la tensión superficial de cualquier otro.
LE DE TATE Tate estudió el desprendimiento de una gota de un tubo capilar.+ En el desprendimiento el peso
de la gota iguala a la fuerza de la tensión superficial.
!icha fuerza es el producto del perímetro del estrechamiento, que es
por la
tensión superficial. )or tanto . El radio a
es difícil de medir directamente, pero suponemos que es proporcional
, es decir
es independiente del líquido. Entonces> ,
de donde se deduce inmediatamente la primera igualdad de este artículo. En la pr#ctica no se pesa una gota, sino un gran n*mero 8conocido: de ellas, lo que permite utilizar balanzas de menor precisión $ compensar errores accidentales que podrían aparecer al pesar una sola gota. , con m#s frecuencia, se conocen LABORATORIO D !ISICO-"UI#ICA$ Tensi%n S&'er(cial - In)* Os+aldo Camassi ,ariona
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las densidades
$
de cada líquido, se deja gotear el mismo olumen
de
cada líquido en el estalagmómetro, $ entonces>
, donde
es la aceleración de la graedad $
es el n*mero de gotas.
esta *ltima la igualdad para los líquidos + $ - se obtiene que la relación entre sus tensiones superficiales es>
. n an#lisis m#s detenido del desprendimiento muestra que la le$ de Tate es apro%imada. na de las primeras mejoras fue la proporcionada por &arUins $ Pron en +D+D.- En la actualidad el método sigue refin#ndose
Fi,4. Di'e5o de e'!",m(me!ro
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