UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES, EXACTAS Y DE LA EDUCACIÓN. DEPARTAMENTO DE QUÌMICA Práctica de Laboratorio de Cinética Química Nº9 “Fenómenos de superficie. Tensión superficial de soluciones”
MUÑOZ B. SANDRA; SOLANO. RAFAEL 14/10/2014- 21/10/2014 1. INTRODUCCIÓN La tensión superficial es la fuerza que actúa a través de una línea imaginaria de1cm de largo en la superficie de un líquido. Esta tensión se debe a que las fuerzas de atracción entre las moléculas adyacentes de un líquido se torna lo más pequeña posible. Este comportamiento se observa con facilidad en la burbuja de jabón soplada en el extremo de un tubo. Las superficies de la burbuja se contraen todo lo posible formando una esfera (superficie mínima para un volumen dado) y generan una presión que se puede predecir por la Ley de Laplace. 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 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.
2. OBJETIVO Determinar la tensión superficial en líquidos mediante el efecto de capilaridad.
3. METODOLOGÍA
Figura 1. Método de capilaridad para medir la tensión superficial.
3. CÁLCULOS Y RESULTADOS 3.1. De los datos obtenidos para el agua pura, calcular el radio del capilar r y utilizarlo para el cálculo de la tensión superficial de cada solución estudiada.
Propiedades H2O γ (N/m) (N/m) 0,07275 997,86 ρ (Kg/m ) g (m/s (m/s ) 9,81 9,81 h (m) 0,0385 Tabla 1. Datos para el cálculo de r
3.1.1. Determinación de r
Fenómenos de superficie. Tensión superficial de soluciones
Página 1
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Igualando a cero la ecuación anterior se obtiene:
√
Reemplazando los valores de la tabla 1 en la ecuación anterior, se obtiene:
3.1.2. Determinación de tensión superficial del etanol a diferentes concentraciones [] (M)
h (m)
(N/m)
0,11 0,14 0,19 0,25 0,34 0,45 0,6 0,8
0,048 0,053 0,054 0,054 0,055 0,057 0,059 0,060
0,072 0,079 0,081 0,081 0,082 0,085 0,088 0,089
ϒ
Tabla 2. Resultados de altura y tensión superficial para las diferentes concentraciones de etanol Para la primera concentración (0,11 M) la tensión superficial es:
De la misma manera se realiza el cálculo
3.1.2. Determinación de tensión superficial de NaCl a diferentes concentraciones [] (M)
h (m)
γ
(N/m)
1 0,048 0,20 2 0,052 0,21 3 0,054 0,22 Tabla 3. Resultados de altura y tensión superficial para las diferentes concentraciones de NaCl
3.2. Para los ensayos con soluciones de etanol, constrúyase una gráfica con la tensión superficial en función del logaritmo de la concentración c y determínese la pendiente. La concentración superficial (en moles por centímetro cuadrado) se calcula por ecuación (14). Expresar esta concentración en moléculas por ángstrom cuadrado.
ϒ vs ) 0.1 m / N0.08 ( l a i c 0.06 i f r e 0.04 p u S n 0.02 ó i s 0 n e T
ln C
y = 0.0076x + 0.039 R² = 0.9155
0
2 4 6 ln concentración (moles/m3)
Gráfica 1. Tensión superficial vs ln concentración para el etanol La pendiente es 0,0076
8
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( ) 3.3. En los ensayos con soluciones de NaCl, trácese la gráfica gráfica de ϒ en función de la concentración c. Como se ve por la la ecuación (13), la razón u/c se determina por la pendiente de la línea recta obtenida.
ϒ vs ) 0.225 m / 0.22 N ( l 0.215 a i c i f r 0.21 e p 0.205 u s n 0.2 ó i s 0.195 n e T
Concentración y = 1E-05x + 0.1858 R² = 0.9643
0
1000
2000
3000
Concentración (moles/m3)
4000
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Para lograr interpretar el efecto de capilaridad se debe tener en cuenta que esta acción es dependiente del ángulo de contacto, puede ocurrir que el líquido 0 ascienda o descienda en un ángulo de 90 por un tubo estrecho (capilar) subiendo una determinada altura (h); en el equilibrio el peso de la columna del líquido es compensado o estabilizado por las fuerzas de cohesión debido a la tensión superficial. En este efecto de capilaridad no intervienen las fuerzas de adhesión. En la práctica se logra interpretar el comportamiento de los tres tipos de líquidos que ascienden una altura (h) por el efecto de capilaridad; debido a que los líquidos tienen un volumen fijo, pero su forma varía, es decir, cambia el área de la superficie que lo contenga, adaptándose al recipiente dejando una superficie libre (gotas, burbujas, etc.).
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es compensada en la superficie, ya que ahí la resultante de la atracción es netamente hacia el interior. Esta superficie se comporta como una película que ofrece resistencia a su deformación y a romperse. o
Sustancia T ( C) Etanol Agua
25 100 60 20 0
ᵞ (N/m) 0,023 0.059 0.062 0.073 0.076
Tabla 4. Tensión superficial del etanol y el agua a diferentes temperaturas. La comparación de los datos obtenidos con las reales para el etanol, tienen discrepancia, que puede ser ocasionada por el tipo de instrumento utilizado para este proceso, ya que a temperatura de o 25 C (a la cual se realizó la experimentación) el valor de tensión superficial para el etanol 0,023, dando razón de la diferencia de valores con los presentados en la tabla 4. Los cuales fueron tomados con un tensimetro o estalagmometro. La tensión superficial del agua debe disminuir en presencia de etanol, pues este actúa como un tensoactivo, disminuyendo la tensión superficial del agua, debido a que los extremos hidrocarbonados del etanol se concentran en la superficie.
superficial aumenta linealmente con la concentración.
5. CONCLUSIONES. 5.1. Se determinó la tensión superficial del líquido estudiado, mediante el efecto de capilaridad.
5.2. Los valores de tensión superficial obtenidos en la práctica presentan mucha variación con respecto al teórico, con lo que se concluyó que el experimento en las condiciones que se dieron fue muy inexacto.
5.3. Existieron muchos factores que determinaron el error en la experimentación, tales como la presencia de sustancias ajenas a la medición, error de medición, falta de calibración del equipo (no se realizó con el equipo adecuado).
5.4. A medida que se aumenta la concentración de electrolito, la tensión superficial aumenta, esto comprueba lo que dice la teoría, e implica que los iones se están alejando de la superficie.
6. BIBLIOGRAFÍA.
Se observa que a medida que se aumenta la concentración de electrolito, la tensión superficial aumenta, es decir existe una concentración superficial negativa, esto comprueba lo que dice la teoría, e implica que los iones se están alejando de la superficie. La gráfica 2, muestra una
http://es.slideshare.net/patowaipe/l b6-informe, 20/10/2014. b6-informe, 20/10/2014. http://datateca.unad.edu.co/conten idos/201604/201604_Modulo_exe /exefiscoq28enero/leccion_no_32 _tension_superficial.html, 20/10/2014.