FACULT ACULTAD DE MEDICINA HUMANA Y BIOLOGÍA MARINA MARI NA C
URSO: LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL
P
ROFESOR: VICTOR JAVIER ANTONIO MATÍAS
INFORME DE PRÁCTICAS
PRÁCTICA N°: 3 TÍTULO: Tensión superficial ALUM ALUMNOS NOS:: ______ _________ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ____ _ ________________________________________ ________________________________________ HORARIO DE PRÁCTICAS: DÍA: jueves HORA: 10:10-11:50am FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 23/04/2009 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 30/04/2009 LIMA-PERÚ
TENSIÓN SUPERFICIAL
INTRODUCCIÓN
Las fuerzas intermoleculares determinan varias de las características de las características estructurales y propiedades de los líquidos. El centro del siguiente informe un común fenómeno relacionado relacionado con los líquidos al que se conoce como: tensión superficial. Esta es la fuerza más importante en los líquidos sometidos a gravedad cero. Las moléculas que se encuentran en el seno seno de un líqu líquid ido o son son jala jalada dass en toda todass dir direcci eccion ones es por por las las fuer fuerza zass intermoleculares; no hay tendencia hacia una dirección única. Sin embargo las moléculas de la superficie son jaladas hacia abajo y hacia los lados por
otras moléculas, pero no hacia arriba de la superficie. En consecuencia las moléc léculas del agua son jaladas hacia el líquido por las fuerzas intermoleculares, lo que ocasiona que la superficie se tense como si fuera una película elástica. La tensión superficial es la que permite que a algunos insectos caminar o deslizarsesobre el agua, que un vaso de agua se pueda llenar con un pequeño exceso sin derramarse. Las agujas, los clips, una hoja de rasurar colocadas colocadas con cuidado cuidado pueden pueden hacerse hacerse flotar flotar sobre sobre el agua, aunque aunque el metal es mucho más denso. La tensión superficial es la fuerza en la superficie de un líquido, que hace que las gotas pequeñas de los líquidos adquieran la forma esférica, esférica, donde el área de dicha superficie tiende a ser la mínima posible. Para determinado volumen una esfera tiene la superficie mínima, y la tensión superficial es la que hace que las gotas pequeñas de los líquidos. OBJETIVOS
1. Determ Determinar inar la tensión tensión superfi superficial cial de una muestr muestra a líquida. líquida. 2. Evaluar la influencia influencia de de la temperatura sobre la tensión tensión superficial. superficial. FUNDAMENTO TEÓRICO
La tensión superficial (γ) es la cantidad de energía necesaria para estirar o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área. Las unidades de γ son Jm-2. La tensión superficial es una propiedad de la materia cuya cuantificación pued puede e ser ser obte obteni nida da con con mayo mayorr faci facili lida dad d en sust sustan anci cias as líqu líquid idas as.. Las Las moléculas moléculas en la superficie superficie de un líquido son atraídas atraídas hacia hacia el interior del líquido debido a que la atracción de las moléculas subyacentes es mayor que la tensión ejercida por las moléculas de vapor del otro lado de la superficie. Esta atracción causa una contracción de la superficie y da lugar a una fuerza en el plano de la superficie cuya dirección se orienta hacia el interior del líquido. Por ejemplo, el hecho que insectos pequeños puedan caminar bajo el agua se debe a que su peso tiende a hundirlo en el agua; sin embargo, cuando este deforma la superficie las fuerzas superficiales tangentes a la superficie libre equilibran el peso.
Figura 1 Si intentamos cortar la superficie de un líquido veremos que inmediatamente después de haber pasado la cuchilla, se cierra el corte porque porque unas unas fuerza fuerzass super superfic ficial iales es lleva llevan n un labio labio del corte corte sobre sobre otro, otro, reduciendo así la superficie libre. A la tensión superficial se debe la formación de gotitas esféricas, el ascenso de agua por un capilar y el movimiento de un líquido a través de un sólido poroso. El ascenso de un líquido por un capilar o la atracción sobre una capa delgada vertical en parte sumergida en el líquido 1 cm., se puede utilizar para calcular la tensión superficial con mucha exactitud. Figura 2 Considerando que en la Figura 2 se dispone de un capilar capilar sumergido 1 cm. en un líquido a una determinada temperatura, temperatura, estableciendo un equilibrio entre las fuerzas, F 1y F2, en la superficie del líquido, obtenemos:
Donde:
m= masa v=volumen=πr2h en el volumen se desprecia la cantidad de agua que se encuentra por encima de la parte central del menisco ρ= densidad del líquido g= gravedad
Donde:
F2 actúa a lo largo de la periferia cilíndrica cilíndrica del diámetro diámetro interior entre el líquido y la pared del vidrio. 2πr= longitud de la circunferencia del diámetro interno θ= es el ángulo de contacto entre el líquido y la pared del tubo capilar en el menisco cos θ= componente vertical de la fuerza F 2 Si: F1=F2, obtenemos: γ=rhρg2cosθ
Como θ es muy pequeño consideramos al cosθ≅1 γ=rhρg2
Donde: γ= tensión superficial (Jm -2) r= radio capilar (m) g= gravedad (ms-2) ρ= densidad del líquido (kgm-3) h= altura del líquido (m)
Es normal observar que la elevación de los líquidos en un tubo capilar es hacia arriba, esto no significa que sea un fenómeno universal. Por ejemplo, cuando un tubo capilar se sumerge en mercurio líquido, el nivel superior del líquido en el interior del tubo realmente está por debajo de la superficie libre del líquido. Estos dos comportamientos divergentes pueden comprenderse considerando la atracción intermolecular entre las moléculas iguales del líquido, llamada cohesión, y la atracción entre el líquido y la pared del capilar de vidrio, llamada adhesión. Si la adhesión es más fuerte que la cohesión, las paredes se vuelven humectables y el líquido asciende a lo largo de las paredes. Por el contrario, si la cohesión es mayor que la adhesión. Resulta un descenso del líquido en el interior del capilar. Unos de los métodos para determinar la tensión superficial de un liquido es el método de la burbuja máxima, mediante el cual se obliga pasar una burbuja de aire a través de un capilar sumergido en un liquido, mediante la presión máxima antes que la burbuja se separe del capilar. La línea límite sobre la cual actúan las fuerzas, es el perímetro interior del borde del tubo capi capila larr. La presió esión n máxima ima está stá en relaci lación ón dir directa cta a la pre presión ión manométrica medida y a la presión debida a la inmersión. MATERIALES Y MÉTODOS
1. Materiales de vidrio y material diverso a. Capilar b. Beaker c. Baño Ma María 2. Reac Reacti tivo vos s a. Alco Alcoho holl etíl etílic ico o b. Agua 3. Procedimi Procedimiento ento Experimen Experimental tal
Lo que que hici hicimo moss fue fue ver ver que que si a mayo mayorr temp temper erat atur ura a la tens tensió ión n superficial era más rápida o más lenta dependien iendo de la temperatura expuesta, en este caso lo expusimos a temperaturas a 20, 30 y 40 grados Celsius; en cado uno se tenia que probar tres veces para verifica bien los datos si subía o bajaba, pero en cada caso se tenia que utilizar un capilar diferente, porque al momento de usarlo se queda con un poco del liquido. CÁLCULOS Y RESULTADOS
La tensión superficial se determinará mediante la siguiente ecuación:
γ1γ2=h1×ρ1h2×ρ2
Donde: γ1= tensión superficial de la sustancia problema a la temperatura de trabajo γ2= tensión superficial superficial del agua a la temperatura temperatura de trabajo trabajo (dato de tabla). h1= altura a partir del menisco de la sustancia problema h2= altura a parir del menisco del agua ρ1= densidad de la sustancia problema a la temperatura de trabajo ρ2= densidad del agua a la temperatura de trabajo Pero ero como como en el el exper experime imento nto:: ρalcoh ρalcohol≅ ol≅ρag ρagua ua Entonces: γ1γ2=h1h2
Temperatura (°C)
Tensión superficial del agua (dinas/cm) 0 75,60 5 74,90 10 74,22 15 73,49 18 73,05 20 72,75 25 71,97 30 71,18 40 69,56 50 67,91 60 66,18 Fuente: Handbook de Fisicoquímica
Si: Temperatura Temperatura de trabajo trab ajo
Altura
h1 h2 h3 hPROMEDIO
20°C C2H5OH H2O
30°C C2H5OH H2O
1,2cm 1,1 cm 1,0 cm 1,1 cm
1,1 cm 1,2 cm 0,9 cm 1,06 cm
1 cm 1 cm 0,9 cm 0,96 cm
40°C C2H5OH H2O
1,1 cm 0,9 cm 0,9 cm 0,96 cm
0,9 cm 0,9 cm 0,9 cm 0,9 cm
0,8 cm 0,9 cm 0,5 cm 0,6 cm
Entonces: Tensión superficial Sustancia
20°C
C2H5OH
83,36 dinas/cm
30°C
40°C
78,60 dinas/cm
65,2125 dinas/cm
ANÁLISIS Y RESUL RES ULT TADOS
Nosotros observamos que en la muestra de 20 grados de ambos era normal en las tres veces que verificamos aunque con algo de dudas al momento de medirlo, al momento que empezamos a hacer lo mismo con el de 30 grados hubo hubo alguno algunoss erro errore ress como como ambos ambos líquid líquidos os estab estaban an a una temper temperat atura ura determinada por el baño maría nos demoramos mucho al medir y por eso nuestros resultados resultados salieron salieron algo parecidos parecidos a el de 20 20 grados y cuando lo hicimos el de 40 grados ahí recién empezamos a actuar rápido para no perder la temperatura que tenia y eso salió algo mejor que el anterior. Tensión superficial de otras sustancias
Líquido en contacto con el aire
Temperatura(oC)
Tensión Superficial (dina/cm)
Benceno
20
28.9
Tetracloruro de carbono
20
26.8
Etanol
20
22.3
Glicerina
20
63.1
Mercurio
20
465.0
Aceite de Oliva
20
32.0
Disolución de jabón
20
25.0
Agua
0
75.6
Agua
20
72.8
Agua
60
66.2
Agua
1 00
58.9
Oxígeno
- 1 93
15.7
Neón
- 247
5.15
Helio
- 2 69
0.12
Fuentes: Serway. Serway. Physics for Scientists and Engineers Sears, Z & Y. Física Universitaria
CONCLUSIONES
Al momento de medir el agua y alcohol en diferentes temperaturas de 20, 30 y 40 grados Celsius, en cada uno su tensión superficial era muy distinta a uno aunque en el de 30 grados lo dejamos un tiempo entonces se le paso la temperatura y nos salióun resultado resultado parecido al de 20 grados y en el de 40 grados parecían que su resultado eran muy bajos casi igual en las tres veces que teníamos que medirlo. FUENTES DE INFORMACIÓN
Raymond Raymond Chang Chang (2005). (2005). Química. Química. Editorial Editorial McGraw-H McGraw-Hill. ill. Colombia. Colombia. Páginas 424 y 425. Ralph A. Burns (1996). Fundamentos de química. Editorial Prentice Hall Hispanoamericana. México. Páginas 387 y 388. Julián Fernández Ferrer, Marcos Pujal Carrera (1992). Iniciación a la física. Editorial Reverte. Página 249. http://didactica.fisica.uson.mx/tablas/tensionsup.htm Theodore L. Brown, Theodore E. Brown, H. Eugene LeMay, Jr., Héctor Javier Escalona y García, Bruce E. Bursten, Julia R. Burdge, Roberto Esca Escalo lona na y Ga Garrcía cía (200 (2004) 4).. Quím Química ica,, la cien cienci cia a cent centra ral. l. Edit Editor oria iall Pearson Education. Página 448. Escrito por Arthur C. Guyton, John E. Hall (2006). Fisiología Médica. Editorial Elsevier. España.
ANEXO: Cuestionario 1. Construir un un gráfico de viscosidad viscosidad vs. Temperatura
2. Graficar la tensión superficial superficial del etanol vs. vs. Temperatura Temperatura
3. Referent Referente e a la viscosid viscosidad ad sangu sanguínea ínea,, comenta comentar: Temperatura °Cr: Influencia del plasma y a. Tensión b. Influenc Influencia ia de los los glóbul glóbulos os rojos rojos Superficial (a y b) La vis viscosi osidad san sanguíne ínea y la vis viscos cosidad pla plasmática son son los más conocidos parámetr parámetros os que caracter caracterizan izan las propieda propiedades des del flujo sanguíneo. Estos parámetros dependen de las condiciones del flujo flujo (débit (débito, o, cizall cizallam amien iento to o gradie gradiente nte de veloc velocida idades des)) como como de factores plasmáticos y de factores celulares sobre todo eritrocitarios. La viscosidad plasmática depende Temperatura de la concentración de proteínas plasmá plasmátic ticas as y más más partic particula ularm rment ente e de macro macromol molécu éculas las como como el fibr fibrin inóg ógen eno. o. El fibr fibrin inóg ógen eno o jueg juega a un rol rol más más impo import rtan ante te que que las las inmu inmuno nogl globu obulin linas as y que que las las lipo lipopr prot oteí eína nass en el aume aument nto o de la viscosidad plasmática. Estos dos últimos factores tienen ellos mismo un impacto superior a la albúmina sobre la viscosidad plasmática. La visc viscos osid idad ad sang sanguí uíne nea a está está dete determ rmin inad ada a por por la visc viscos osid idad ad plasmática, por la concentración celular de la sangre (hematocrito) y por las defor deformac macion iones es y la agre agregac gación ión de glóbul glóbulos os rojos rojos (1). (1). Los Los glóbulos rojos son extremadamente deformables. Esta deformación es muy importante en la micro circulación donde los eritrocitos deben atravesar los capilares que tienen un diámetro inferior al diámetro de las células. La rigidez de los eritrocitos está regulada por diversos factores: su geom geomet etrí ría a (rel (relac ació ión n supe superf rfic icie ie/v /vol olum umen en); ); su visc viscos osid idad ad inte intern rna a (fun (funci ción ón de la hemo hemogl glob obin ina) a) y las las prop propie ieda dade dess elás elásti tica cass de la membrana celular (ATP, (ATP, calcio, composición lipídica y proteica) (1). La agregac agregación ión eritrocit eritrocitaria aria repre represent senta a la asociació asociación n reversi reversible ble de los glóbulos rojos para formar los rouleaux. Este fenómeno se produce cuando las macromoléculas plasmáticas como el fibrinógeno forman un puente entre las membranas de los glóbulos rojos (2-3). A nivel de los vasos en donde el flujo sanguíneo es lento (vénulas) o donde las situaciones patológicas inducen una disminución del debito sanguíneo (más allá de una estenosis arterial) los agregados agregados de glóbulos rojos se forman regularmente. Esta agregación juega un gran papel en la viscosidad de la sangre y explica que la hiperviscosidad sanguínea se produzca cuando existe un debito bajo. Por el contrario cuando la velocidad del flujo sanguíneo aumenta los rouleau rouleaux x de glóbulos glóbulos rojos rojos se disocian y la viscosida viscosidad d disminuye disminuye.. La agregación de los glóbulos rojos depende pues de las condiciones del flujo sanguíneo sanguíneo pero pero también también de factore factoress plasmático plasmáticoss (fibrinóg (fibrinógeno, eno, inmunoglobulina) y de factores factores celulares (hematocrito, carga eléctrica de las membranas y deformabilidad deformabilidad globular). 4. El alcohol n-octílico, CH 3 (CH2)6CH2OH tiene una viscosidad de 10.1 cP, mucho más alta que la del nonano, CH 3 (CH2)6CH3, que tiene aproximadamente el mismo peso molecular. ¿A qué se debe esta diferencia? Justifique su respuesta.
5. Expr Expres esar ar el valo valorr de la tens tensió ión n supe superf rfic icia iall obte obteni nido do en las las siguientes unidades: a. Nm-1 b. Jm-2 c. dina/cm ¿Cuál es el efecto efecto de la tensió tensión n superf superfici icial al en los alveo alveolo los s 6. ¿Cuál pulmonares? 7. El 1-propanol, CH 3-CH2-CH2OH, tiene un peso molecular muy similar al de la acetona, CH 3-CO-CH3; cuyo punto de ebullición es 56.5 56.5°C °C,, mien mientr tras as qu que e el 1-pr 1-prop opan anol ol lo hace hace a 97.2 97.2°C °C.. Justificar su respuesta explicando las razones de la enorme diferencia en el punto de ebullición.