Determinación de La Tensión Superficial de Líquidos Puros Por El Método de Elevación Capilar

Determinación de la tensión superficial de líquidos puros por el método de elevación capilar. Objetivos: I.

Comprender el fenómeno de tensión superficial en líquidos puros así como familiarizarnos con la técnica de elevación capilar para el cálculo de dicha propiedad.

II.

Obtener experimentalmente los valores de tensión superficial de los líquidos polares y no polares propuestos para la práctica.

III.

Aprender a manipular el tensiómetro capilar así como familiarizarnos con la técnica para su uso.

Hipótesis: 

La tensión superficial es una propiedad fisicoquímica que se encuentra en función de la temperatura, la naturaleza química del líquido (fuerzas intermoleculares) entre otras. Esta propiedad es mayor en compuestos polares ya que la diferencia de cargas (Presencia de zonas con parciales de carga positiva y negativa) hace que exista una mayor interacción entre las moléculas, por ende en la superficie debe existir mayor energía que en el seno del líquido por lo cual observaremos valores mayores en líquidos polares que en líquidos no polares.

Marco Teórico: 

Tensión superficial: La tensión superficial para líquidos puros la podemos definir como la fuerza que actúa perpendicularmente a cualquier línea de longitud sobre la superficie del líquido; o bien el trabajo necesario para aumentar a temperatura constante (ya que la tensión superficial disminuye gradualmente al aumento de la temperatura) y de modo reversible el área de una superficie en una unidad. Las unidades en las que se expresa esta propiedad son: C.G.S= dinas/cm S.I= N/m



Variables que afectan la tensión superficial: La tensión superficial de cualquier líquido disminuye al aumentar la temperatura debido al movimiento de las moléculas de la superficie y el seno del fluido. El efecto que produce el soluto sobre la tensión superficial depende de la naturaleza de dicho soluto, si las sustancias son químicamente parecidas no difieren mucho al mezclarse. pág. 1

Los electrolitos generalmente aumentan la tensión superficial del agua aunque su efecto puede ser pequeño. Las sustancias llamadas tenso activas, producirán una disminución notable en la tensión superficial del agua. La acción de los agentes mojantes depende de la acción depresiva sobre la tensión superficial del agua permitiendo así a las fuerzas de adhesión producir una película de agua sobre la superficie del objeto que se va a mojar.

Grafica I: Variación de la tensión superficial del agua conforme al aumento de la temperatura.



Métodos para la determinación de la tensión superficial.

1. Método de elevación capilar: En este método se mide la ascensión de un líquido dentro de un tubo capilar. La magnitud del ascenso es inversamente proporcional al radio del capilar y directamente proporcional a la tensión superficial del líquido. Cuando un líquido se encuentra confinado dentro de un tubo capilar, éste forma un menisco cuya forma depende del ángulo de contacto y, dependiendo del valor de éste ángulo, ascenderá o descenderá. Si el ángulo de contacto es < 90° el líquido muestra ascenso capilar, en caso contrario se presenta descenso capilar.

La expresión matemática para el cálculo de la tensión superficial por este método es: pág. 2

γ=

rh Δ ρg 2 cosθ

Dónde: r=Radio del capilar. h=Altura.

Δ ρ =Densidad de líquido-vapor.

g=Gravedad.

θ =Angulo de contacto.

2. Método de Wilhelmy: Del brazo de una palanca se sumerge una placa de mica parcialmente en el líquido, después se mide la variación de la fuerza necesaria para mantener la placa a un nivel de inmersión. La tensión superficial se calcula con: Ecuación de Wilhelmy para tensión superficial.

W =2∗( x + y )∗γ Dónde: W=Fuerza. (x+y)= Perímetro de la placa.

γ = Tensión superficial.

3. Método del anillo: En este método se mide la fuerza necesaria para separar un anillo de la superficie de un líquido. La fuerza para despegarlo está relacionada con la tensión superficial o interfacial. La tensión superficial se calcula con:

γ=

βf 4 πR

Dónde:

γ = Tensión superficial.

β = Factor de corrección de Zuideman y Walters. f = Empuje aplicado al anillo.

R = Radio medio del anillo. Ecuación de Zuideman y Walters.

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4b ∗1 π ∗f 2 R 2 (β−a) = +C 4 πR Δ ρ a: 0.7250 r/R 

b: 9.075x10-3

c: 0.04534-1.679

Valores de tensión superficial para diferentes líquidos puros a 20°C.

Tabla I: Tensión superficial de algunos disolventes polares y no polares a 20°C expresada en unidades del sistema internacional.

Plan experimental. Material.

Especificacion es.

Tensiómetro capilar completo.

Cantid ad.

Reactivos.

Cantidad .

1

Metanol

50 mL

Vaso de precipitado

1L

1

Etanol.

50 mL

Vasos de precipitado

50 mL

4

Propanol.

50 mL

20 mL

1

Benceno.

50 mL

1

Cloroformo.

50 mL

Propipeta. Piseta. Picnómetro. 10 mL

1 pág. 4

Barra magnética. 1 Equipo: Parrilla con termostato.

Recomendaciones: 1- Manejar el tensiómetro con limpieza extrema para no provocar errores experimentales. 2- Manejar los reactivos con guantes y lentes de seguridad para no ocasionar accidentes. 3- No mezclar disolventes polares con no polares. 4- Enjuagar el tubo capilar al cambiar el disolvente a medir. Procedimiento: 1.- Colocar aprox. 50 mL del disolvente en estudio en el tensiómetro capilar haciendo coincidir el disolvente con el cero del tubo capilar.

2.- Determinar el radio del tubo capilar según sea el tensiómetro (polar o no polar) con un disolvente cuyo valor de tensión superficial sea conocido. 3.- Determinar la altura (h) para cada disolvente que asciende por el tubo capilar. 4.- Determinar la densidad de los disolventes en estudio y anotar la temperatura de trabajo.

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5.- Hacer los cálculos necesarios para obtener el valor de la tensión superficial y comparar con datos reportados en la bibliografía.

Tablas de registro.

Disolvente

No. de experimen to

Densidad ( ρ )

Altura (h)

[ g/c m3 ]

[cm]

Tensión superficial experiment al

(γ )

[ dina/cm ] Agua destilada

Metanol

Etanol

Propanol

Benceno

Cloroformo

Tensión superficial reportada

(γ )

[ dina/cm ]

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

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Memoria de cálculo 

Cálculo del radio del capilar:

γ=

rh Δ ρg 2 cosθ

Dónde: r=Radio del capilar. h=Altura.

Δ ρ =Densidad de líquido-vapor.

g=Gravedad.

θ =Angulo de contacto.

Cálculo de la densidad del líquido:

ρ=

m v

Dónde: m=Masa. v=Volumen. 

Cálculo de la tensión superficial experimental

γ=



ρghr 2

Cálculo de la tensión superficial experimental corregida

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γ=

2

(

ρgr r 0.1288 r 0.1312 r h+ − + 2 2 3 h h

3

)

Bibliografía: 1. Toral, Ma. Teresa. Fisicoquímica de Superficies y Coloides. Ed. Urmo. España. 1973

Anexo:

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