Laboratorio nro 4 de fisicoquimica

Universidad Nacionalde ingenieria FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO GAS NATURAL Y PETROQUIMICA LABORATORIO N4 DE FISICOQUIMICA I

INFORME #4: Tensin superficial

CURSO : Fisicoqumica I

DOCENTE : Ing.: Amador, Paulino Romero

FECHA DE REALIZACION : 06/07/2015 FECHA DE ENTREGA : 10/07/2015 INTEGRANTES : Usuriaga Paredes, Boris Jean Huamn Romero, Miguel Angel

TENSION SUPERFICIAL

1. OBJETIVO

a) Determinar el valor de la tensin superficial de una sustancia, por el mtodo de un tubo capilar (midiendo la altura de una columna de lquido en un capilar de dimetro conocido.). b) Analizar el efecto de la temperatura sobre la tensin superficial.

c) Analizar el efecto de la concentracin de soluto sobre la tensin superficial.

2. FUNDAMENTO TEORICO

S i se detiene a observar un charco de agua estancada notar que en ella ciertos insectos tales como los zancudos, araas caminan sobre el agua.Laboratorio nro 4 de fisicoquimicaTENSION SUPERFICIAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO GAS NATURAL Y PETROQUIMICA1

La interaccin de las partculas en la superficie del agua, hace que esta se presente como una superficie elstica, lo que impide que se pueda ingresar al seno del lquido

Talvez se habr preguntado por que se forman las gotas

Las fuerzas de tensin superficial tienden a minimizar la energa en la superficie del fluido haciendo que estas tengan una tendencia a una forma esfrica.O por que el mercurio no se dispersa y siempre queda como esferas cuando se derrama o como es que se forman las burbujas de jabn con las que juegan los nios. Todos estos hechos se deben a una propiedad de los lquidos denominada tensin superficial. Estos hechos que ser observan en la vida diaria se presentan durante los procesos de produccin por ejemplo la formacin de espumas (cerveza, jabn, etc.); en el desplazamiento de ciertas aves y otros animales en el agua , en el fenmeno de la capilaridad que permite a las plantas llevar agua desde las races hasta la parte ms alta del tallo y las ramas a travs del xilema, el que los adhesivos y pegamentos lleven acabo eficientemente su funcin y la sangre llegue a los diversos rganos del cuerpo.Una molcula al interior de un lquido esta sometido a fuerzas atractivas (denominadas fuerzas de cohesin) en todas las direcciones, no habiendo tendencia en ninguna direccin, siendo la resultante nula en cambio una molcula ubicada en la superficie del lquido sufre la accin de fuerzas de cohesin hacia abajo pero no hacia arriba de la superficie, esto origina una fuerza resultante perpendicular a la superficie que tiende a jalar a las molculas hacia adentro del

Lquido, lo que ocasiona que la superficie se tense como si fuera una pelcula elstica, esta es la propiedad denominada tensin superficial. Los lquidos que tienen fuerzas intermoleculares grandes tienen tensiones superficiales grandes, como el mercurio, el agua.

Esta figura muestra el diagrama de fuerzas actuando sobre el cuerpo fig. 1CAPILARIDAD

La tensin superficial produce un fenmeno denominado capilaridad, el cual se manifiesta por la elevacin o descenso de un lquido en un tubo capilar o en placas juntas. La capilaridad es producida por dos tipos de fuerzas: una de atraccin intermolecular entre molculas semejantes denominada cohesin (esta propiedad permite mantener juntas a las molculas del lquido, resistiendo pequeos esfuerzos de tensin). Y otra fuerza conocida como adhesin que es la atraccin de molculas distintas (como por ejemplo la que ocurre en el capilar, entre la superficie de vidrio y la pelcula del lquido que lo moja). Dependiendo de las magnitudes relativas de la cohesin del lquido y de la adhesin del lquido a las

paredes del tubo, se produce la elevacin o descenso del lquido en el tubo capilar. Si la adhesin es ms fuerte que la cohesin (adhesin> cohesin) los lquidos ascienden en tubos que mojan (ver figura 2.a) hasta que la fuerza cohesiva queda balanceada por el peso del agua en el tubo. Si la cohesin es mayor que la adhesin (cohesin >adhesin) (ver figura 2.b) sucede una depresin y los lquidos descienden en tubos a los que mojan.

La capilaridad tiene importancia para tubos menores de 10 mm de dimetro. Para tubos con dimetros mayores a 10 mm, este efecto es despreciable.

fig. (2.a)

Cuando las fuerzas de cohesin son grandes en relacin a las fuerzas adhesivas los ngulos de contacto tienden a ser grandes. Cuando las fuerzas de cohesin en relacin a las fuerzas de adhesin los ngulos de contacto son pequeos resultando en una tendencia del fluido a mojar la superficie.

Se tienen distintos casos de ngulos de contacto entre el lquido y una superficie slida

Fig. (2.b)

Cuando el extremo de un tubo capilar se sumerge verticalmente en un lquido, una pelcula asciende por la pared del capilar hasta que la fuerza de gravedad que actu sobre el lquido en el capilar por encima de la superficie exterior contrapese la tensin en la superficie del capilar, entonces:

Cuando las fuerzas adhesivas son mayores que las fuerzas cohesivas, el menisco tiende a ser cncavo como en el caso de vidrio y agua. Por otra parte cuando las fuerzas cohesivas son superiores a las adhesivas, el menisco es convexo como en el caso de mercurio en vidrio.

La columna de agua en un tubo capilar se eleva hasta que la componente vertical de la tensin superficial se equilibra con el peso de la columna.

F = componentes verticales debidas a tensin superficial.

F = Cos t L = Cos t 2r (1)

F = PA .. (2)

P = h . (3)

(3) en (2)

F = hr2

oF =ghr2 ............(4)

En equilibrio :

2rt Cos = ghr2

Luegot= ghr / 2Cos

ot = hr / 2Cos .. (5)

Donde:

h =Altura del ascenso por capilaridad

= Angulo de contacto r = Radio del capilart = Tensin superficial

= peso especfico

= densidad del liquido

Para la mayora de Iquitos en contactos con superficies de vidrio limpias, el ngulo de contacto es cero y Cos = 1, entonces:t = ghr / 2. (6)

Se acostumbra a adicionar r/3 al valor de h en la ecuacin (6) como una correccin para la cantidad de lquido que hay sobre el fondo del menisco, suponiendo a este hemisfrico:t = (g (h+r/3)r) / 2 (7)

METODO BASADO SOBRE UNA MEDIDA DE PRESION

Todos los mtodos descritos en esta seccin se basan sobre la aplicacin de la ecuacin de la Capilaridad de Laplace, la cual indica que existe una diferencia de presin de parte y otra de una interfase curva.

P = H

Donde H es la curvatura promedia de la interfase en el punto.

La curvatura promedia se obtiene como el promedio entre las dos curvaturas principales R1 y R2 en el punto:H = 1 + 1R1 R2

Si la interfase es esfrica, lo que puede considerarse el caso si la gravedad no deforma la interface (caso de un radio de curvatura pequeo), entonces:

ASCENSO CAPILAR

Si se coloca dentro de un lquido a un tubo capilar cuyo material es mojable por el lquido, se observa que el lquido asciende en el tubo. En la posicin de equilibrio, se puede escribir diversas ecuaciones para dar cuenta de la ley de la hidrosttica y de la ley de Laplace (ver Fig. 3).

Ascenso en el capilar en el caso de una mojabilidad perfecta Fig. 3

Entre el punto A y el punto B, ambos en el lquido y a mismo nivel P=0.

Entre el punto B y el punto C de parte y otra de una interfase plana (curvatura cero o radio de curvatura R infinito), P=0.

Entre el punto C y el punto E situados ambos dentro de un gas de densidad despreciable, P = g h = 0 (porque = 0)

Entre el punto D y el punto E situado de parte y otra de una interfase curva, la ecuacin de Laplace indica

Donde r es el radio de curvatura de la interfase, ya que se supone de un lado que por ser pequeo el radio, el menisco es esfrico, y que de otro lado el ngulo de contacto es cero.

Por la ley de la hidrosttica PD = PA - g h

Combinando estas ecuaciones se obtiene:

Por lo que el ascenso capilar h est relacionado con la tensin interfacial .

Se extiende fcilmente el razonamiento a los casos en que existe un ngulo de contacto no nulo, y al caso de dos fluidos densos.

Ntese que cuando ms fino el capilar, ms alto el ascenso. En la prctica el ascenso capilar se torna medible para capilares extremadamente finos, por lo que no es un mtodo de medicin usual. Sin embargo el ascenso capilar es extremadamente importante en sistemas porosos, y es responsable de la subida del lquido en un papel filtro o en una tela cuya parte inferior est tocando el lquido.

Se notar que la columna de lquido dentro del capilar est colgando de la lnea de contacto trifsico. Por tanto la fuerza que la sostiene es 2 r . Por otra parte el peso de esta columna es r2 h g. Si se iguala estas dos fuerzas se obtiene la misma ecuacin que anteriormente, por lo que el razonamiento basado sobre fuerzas es tambin vlido.

Cuidado: este razonamiento vale si se toma como columna de lquido el cilindro exactamente debajo de la lnea de contacto, independientemente de la forma real de la columna de lquido.

3. MATERIALES Y REACTIVOS

Materiales

Escala graduada

Soporte universal

1 regla

Tubos capilares

Vasos de precitado de 150 y 150 ml

1 termmetro.

Reactivos Gasolina Disel 2 Agua

4. DESCRIBION DEL METODO

1. Gasolina

Determine la altura h (en ml) de ascenso capilar para la gasolina a temperatura constante.

Tabla 1Temperatura (c) h(ml)

21 1.80

21 1.85

21 1.83

2. Disel 2

Determine la altura h (en ml) de ascenso capilar para el disel 2 a temperatura constante. Tabla 2Temperatura (c) h(ml)

21 2,1

21 2,0

21 2,2

3. Agua destiladaDetermine la altura h (en ml) de ascenso capilar para el agua destilada a:

Tabla 3

Temperatura (c)h(ml)

212.9

213.0

212.8

5. CALCULOS Y RESULTADOa) Para el agua destilada

Del dato obtenido para el agua destilada a 21 c (altura experimental y valor de tensin superficial de tablas), calcular e radio del capilar empleando la ecuacin Utilizar estos datos para calcular la tensin superficial a las dems muestras.

Datos del agua destilada a 21C: t = 72 Dina/cm; = 0.997 g/cm3

Resolviendo:t = ghr / 2 r = 2t / gh

r= (2*72) / (0.997*980*0.7) r = 0.2103 cm

Donde: g = 980 cm/s2

h=0.29 cm

Luego hallando las dems tensiones superficiales con los datos de la tabla 1 y tabla 2 para la gasolina y el disel respectivamente:

b) Para la gasolina

A 21C tenemos =0.760 g/cm3; h = 0.184 cm

Entonces:

t = (0.760*980*0.184*0.2103) / 2 t = 14.4 Dina/cm

c) Para el diesel 2

A 21C tenemos =0.832 g/cm3; h = 0.21cm

Entonces:

t = (0.832*980*0.21*0.2103) / 2

t = 18.04 Dina/cm

CONCLUSIONES:

A mayor temperatura menor va a ser la tensin superficial, ya que la fuerza de cohesin entre las molculas va disminuyendo. A mayor concentracin menor va a ser la tensin superficial.

Esto va hacer diferente para cada muestra debido a que cada uno de ellos tiene diferentes fuerzas de cohesin.

BIBLIOGRAFA:

Fisicoqumica. G. Castellan. Fisicoqumica, Wesley-Longman,segunda edicion

Pons muzzo, fisicoqumica, Fsica. Atkins. (ed. Omega). 1999.

http://es.wikipedia.den/wiki/densidad de liquido