Laboratorio de Quimica 9

Universidad Tecnológica de Panamá Sede Regional de Coclé Facultad de Ingeniería Civil Lic. Ing. Civil Laboratorio N° 8 (9) Propiedades de los Líquidos Integrantes Jonathan Chirú 8-927-677 Lewis Novoa 20-14-2878 Profesora Vilma Sáenz Grupo 6IC111 Fecha 5 de octubre de 2015

Introducción En este trabajo de laboratorio vamos a ver las diferentes propiedades de los líquidos y para ello debemos entender que: Un líquido está formado por moléculas que están en movimiento constante y desordenado, y cada una de ellas choca miles de millones de veces en un lapso muy pequeño. Pero, las intensas fuerzas de atracción entre cada molécula, o enlaces de hidrogeno llamados dipolo-dipolo, eluden el movimiento libre, además de producir una cercanía menor que en la que existe en un gas entre sus moléculas. Los líquidos presentan características que los colocan entre el estado gaseoso completamente caótico y desordenado, y por otra parte al estado sólido de un líquido (congelado) se le llama ordenado. Por lo tanto podemos mencionar los tres estados del agua (liquido universal), sólido, gaseoso y líquido.

Fundamentos teóricos El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible lo que significa que su volumen es, bastante aproximado, en un rango grande de presión. Es el único estado con un volumen definido, pero no con forma fija. Un líquido está formado por pequeñas partículas vibrantes de la materia, como los átomos y las moléculas, unidas por enlaces intermoleculares. El agua es, con mucho, el líquido más común en la Tierra y el más abundante. Como un gas, un líquido es capaz de fluir y tomar la forma de un recipiente. A diferencia de un gas, un líquido no se dispersa para llenar cada espacio de un contenedor, y mantiene una densidad bastante constante. Una característica distintiva del estado líquido es la tensión superficial, dando lugar a fenómenos humectantes. Descripción de los líquidos El estado líquido es un estado de agregación de la materia intermedio entre el estado sólido y el estado de gas. Las moléculas de los líquidos no están tan próximas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases. Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían con el tiempo. Las distancias íntermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen. En algunos líquidos, las moléculas tienen una orientación preferente, lo que hace que el líquido presente propiedades anisótropas (propiedades, como el índice de refracción, que varían según la dirección dentro del material). Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se dilatan cuando se incrementa su temperatura y pierden volumen cuando se enfrían, aunque sometidos a compresión su volumen es muy poco variable a diferencia de lo que sucede con otros fluidos como los gases. Los objetos inmersos en algún líquido están sujetos a un fenómeno conocido como flotabilidad. Líquidos

Su forma es esférica si sobre él no actúa ninguna fuerza externa. Por ejemplo, una gota de agua en caída libre toma la forma esférica. Como fluido sujeto a la fuerza de la gravedad, la forma de un líquido queda definida por su contenedor. En un líquido en reposo sujeto a la gravedad en cualquier punto de su seno existe una presión de igual magnitud hacia todos los lados, tal como establece el principio de Pascal. Si un líquido se encuentra en reposo, la presión hidrostática en cualquier punto del mismo viene dada por: Donde es la densidad del líquido, es la gravedad (9,8 m/s) y es la distancia del punto considerado a la superficie libre del líquido en reposo. En un fluido en movimiento la presión no necesariamente es isótropa, porque a la presión hidrostática se suma la presión hidrodinámica que depende de la velocidad del fluido en cada punto. Cambios de estado Un diagrama de cambio de fase típico: la línea punteada muestra el comportamiento anómalo del agua. Las líneas verdes muestran como el punto de congelación puede variar con la presión, y la línea azul muestra el punto de ebullición puede variar con la presión. La línea roja muestra la frontera de condiciones de presión y temperatura en la que puede ocurrir la sublimación o deposición sólida. En condiciones apropiadas de temperatura y presión, la mayoría de las sustancias pueden existir en estado líquido. Cuando un líquido sobrepasa su punto de ebullición cambia su estado a gaseoso, y cuando alcanza su punto de congelación cambia a sólido. Aunque a presión atmosférica, sin embargo, algunos sólidos se subliman al calentarse; es decir, pasan directamente del estado sólido al estado gaseoso (véase evaporación). La densidad de los líquidos suele ser algo menor que la densidad de la misma sustancia en estado sólido. Algunas sustancias, como el agua, son más densas en estado líquido. Por medio de la destilación fraccionada, los líquidos pueden separarse de entre sí al evaporarse cada uno al alcanzar sus respectivos puntos de ebullición. La cohesión entre

las moléculas de un líquido no es lo suficientemente fuerte por lo que las moléculas superficiales se pueden evaporar. Propiedades de los líquidos Viscosidad Los líquidos se caracterizan porque las fuerzas internas del mismo no dependen de la deformación total, aunque usualmente sí dependen de la velocidad de deformación, esto es lo que diferencia a los sólidos deformables de los líquidos. Los fluidos reales se caracterizan por poseer una resistencia a fluir llamada viscosidad (que también está presente en los sólidos viscoelásticos). Eso significa que en la práctica para mantener la velocidad en un líquido es necesario aplicar una fuerza o presión, y si dicha fuerza cesa el movimiento del fluido cesa eventualmente tras un tiempo finito. La viscosidad de un líquido crece al aumentar su masa molar y disminuye al crecer la temperatura. La viscosidad también está relacionada con la complejidad de las moléculas que constituyen el líquido: es baja en los gases inertes licuados y alta en los aceites pesados. Es una propiedad característica de todo fluido (líquidos o gases). La viscosidad es una medida de la resistencia al desplazamiento de un fluido cuando existe una diferencia de presión. Cuando un líquido o un gas fluyen se supone la existencia de una capa estacionaria, de líquido o gas, adherida sobre la superficie del material a través del cual se presenta el flujo. La segunda capa roza con la adherida superficialmente y ésta segunda con una tercera y así sucesivamente. Este roce entre las capas sucesivas es el responsable de la oposición al flujo, o sea, el responsable de la viscosidad. La viscosidad se mide en poises, siendo un poise la viscosidad de un líquido en el que para deslizar una capa de un centímetro cuadrado de área a la velocidad de 1 cm/s respecto a otra estacionaria situado a 1 cm de distancia fuese necesaria la fuerza de una dina. La viscosidad suele decrecer en los líquidos al aumentar la temperatura, aunque algunos pocos líquidos presentan un aumento de viscosidad cuando se calientan. Para los gases la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura.

La viscosidad de un líquido se determina por medio de un viscosímetro entre los cuales el más utilizado es el de Ostwald. Este se utiliza para determinar viscosidad relativa, es decir, que conociendo la viscosidad de un líquido patrón, generalmente agua, se obtiene la viscosidad del líquido problema a partir de la ecuación: Fluidez La fluidez es una característica de los líquidos o gases que les confiere la habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por más pequeño que sea, siempre que esté a un mismo o inferior nivel del recipiente en el que se encuentren (el líquido), a diferencia del restante estado de agregación conocido como sólido. La fluidez se debe a que un fluido puede adquirir una deformación arbitrariamente grande sin necesidad de ejercer una tensión mecánica, dado que en los líquidos la tensión mecánica o presión en el seno del fluido depende esencialmente de la velocidad de la deformación no de la deformación en sí misma (a diferencia de los sólidos que tienen "memoria de forma" y experimentan tensiones tanto más grandes cuanto más se alejan de la forma original, es decir, en un sólido la tensión está relacionada primordialmente con el grado de deformación) Presión de vapor Presión de un vapor en equilibrio con su forma líquida, la llamada presión de vapor, solo depende de la temperatura; su valor a una temperatura dada es una propiedad característica de todos los líquidos. También lo son el punto de ebullición, el punto de solidificación y el calor de vaporización (esencialmente, el calor necesario para transformar en vapor una determinada cantidad de líquido). En ciertas condiciones, un líquido puede calentarse por encima de su punto de ebullición; los líquidos en ese estado se denominan supercalentados. También es posible enfriar un líquido por debajo de su punto de congelación y entonces se denomina líquido superenfriado.

Otras propiedades Los líquidos no tienen forma fija pero sí volumen. Tienen variabilidad de forma y características muy particulares que son: 1. Cohesión: fuerza de atracción entre moléculas iguales 2. Adhesión: fuerza de atracción entre moléculas diferentes. 3. Tensión superficial: fuerza que se manifiesta en la superficie de un líquido, por medio de la cual la capa exterior del líquido tiende a contener el volumen de este dentro de una mínima superficie. 4. Capilaridad: facilidad que tienen los líquidos para subir por tubos de diámetros pequeñísimos (capilares) donde la fuerza de cohesión es superada por la fuerza de adhesión.

Objetivos 1. Identificar algunas características y propiedades del estado líquido y su dependencia con las fuerzas de atracción intermoleculares.

Síntesis del informe El laboratorio realizado Propiedades de los Líquidos trata de conocer la diferencia entre sólidos, gases y especialmente líquidos; que es el estado de la materia en el cual estaremos trabajando aquí. Los materiales que utilizamos en este laboratorio los presentamos más adelante. Este trabajo de laboratorio consto de siete partes en cuales eran: fuerzas intermoleculares, fusión de líquidos, efecto de la presión sobre el punto de ebullición, tensión superficial, capacidad humectante (fuerzas de adhesión y cohesión), viscosidad y compresibilidad, cada uno de estas partes del

trabajo tenían una serie de pasos que seguimos como lo decía la guía y también siguiendo las instrucciones de la profesora. Como todos los laboratorios, antes de iniciar los pasos ya mencionados tenemos que lavar los instrumentos que utilizaremos para así no contaminar las muestras y tener mejores resultados y de la misma forma terminamos el laboratorio lavando los instrumentos para dejarlos limpios y secos para los demás compañeros.

Materiales Vidrio reloj Tubos de ensayo 16 x 150 mm Cilindro graduado de 100 y 250 mL Vaso químico de 250 mL porcelana Jeringuilla plástica de 25 mL Pipetas serológicas de 5 mL

Aguja de coser cronómetros Gotero Capsulas de Tapón de caucho

Reactivos

Mercurio metálico Etanol Acetona Aceite de cocina Colorante Azul

Agua Gas butano Aceite de motor Glicerina

Esquema del procedimiento (Para poder observar mejor los esquemas realizar el zoom)

Propiedades de los Líquidos

I PARTE.

II PARTE

III PARTE

Fuerzas Intermoleculare s

Difusíon de Líquidos

Efecto de la Presión sobre el punto de ebullición

utilizando el concepto de fuerzas de atracion, pronosicamos cual compuesto se evapora primero

Rotulamos 5 tubos de ensayos

Agregamos: agua, etanol, aceite de cocina. Tal como nos indica la guia

50 mL en un vaso quimico y calenta a hasta tener 80°C

Con una jeringa sussionar 20 mL del agua calentada

Eliminar cualquier burbuja de la jeringa y enterrar la aguja en u tapon de caucho

Halar el embolo con fuerza.

Propiedades de los Líquidos

IV PARTE

V PARTE

VII PARTE

VII PARTE

Tensión superficial

Capaciad humectante (fuerza de adhesión y cohesión)

Viscocidad

Compresibilidad

Con un cronometro medimos el tiempo de salida de una pipeta

Tome una jeringa de 25 mL

Llenar con agua una capsula de porcelana

Llenar con etanol una capsula de porcelana

Introducir una aguja

Introducir una aguja

colocar una gota de mercurio en un vidrio reloj

colocar una gota de agua en un vodrio reloj

Agua, glicerina, alcohol, etilico y aceite de motor

Llenela de agua y presione el embolo tratando de comprimir

Llenela de gas y presione el embolo tratando de comprimir

Procedimiento I PARTE. FUERZAS INTERMOLECULARES 1. Utilizando el concepto de fuerzas de atracción intermoleculares, pronostique por cada uno de los siguientes casos cual sustancia se evapora primero. Luego verifique sus predicciones colocando cinco gotas de cada uno en un vidrio reloj y observe cual se evapora primero. II PARTE. DIFUSIÓN DE LÍQUIDOS 1. Rotule cinco tubos de ensayos de 16 x 150 mm 2. Al tubo N° 1añadale 5 mL de agua 3. Al N° 2 agréguele 5 mL etanol 4. Al N° 3 agréguele 5 mL de aceite de cocina 5. Al N° 4 agréguele 5 mL de agua, 5mL de aceite de cocina y 5 mL de etanol. 6. Al N° 5 agréguele 5 mL de agua, 5 mL de etanol y 5mL de aceite de cocina. 7. Añádale a cada tubo dos gotas de colorante azul. Observe el proceso de difusión en cada tubo y anote sus observaciones. III PARTE. EFECTO DE LA PRESIÓN SOBRE EL PUNTO DE EBULLICIÓN

1. Mida 50 mL de agua en un cilindro graduado. Colóquelo dentro del vaso químico de 100 mL. Caliente el agua hasta alcanzar 80°C. 2. Tome una jeringuilla plástica. Succione cerca de 20 mL de agua caliente. 3. Invierta la jeringuilla y elimine cualquier burbuja de aire, colóquele la aguja y entiérrela en un tapón de caucho. 4. Invierta nuevamente la jeringuilla y hale el embolo hacia arriba con fuerza. ¿Qué observa? Anote sus observaciones. IV PARTE. TENSIÓN SUPERFICIAL 1. Llene con agua una capsula de porcelana hasta ¾ de su capacidad. 2. Tome una aguja de coser limpia. Colóquela con cuidado sobre la superficie del agua. Observe si flota o se hunde. 3. Repita el procedimiento descrito con etanol en lugar de agua. Vierta el etanol en el frasco de recuperación. 4. Anote sus observaciones y cometarios. V PARTE. CAPACIDAD HUMECTANTE ADHESIÓN Y COHESIÓN)

(FUERZAS

DE

1. Coloque con la ayuda de un gotero una gota de mercurio metálico sobre un vidrio reloj. Observe que ocurre con el mercurio cuando se pone en contacto con la superficie del vidrio reloj. Anote sus observaciones. 2. Repita el procedimiento descrito con agua en lugar de mercurio. ¿Qué ocurre? 3. Anote sus observaciones y comentarios. VI PARTE. VISCOCIDAD 1. Con la ayuda de un cronometro mida el tiempo de salida a través de su respectiva pipeta los siguientes líquidos: agua, glicerina, alcohol etílico y aceite de motor. 2. Ordene los líquidos en forma creciente a su viscosidad. VII PARTE. COMPRESIBILIDAD

1. Tome una jeringa de 25 mL y llénela de agua. Presione el embolo tratando de comprimir el volumen acuoso. ¿Qué observa? Anote sus observaciones. 2. Repita el procedimiento descrito pero con gas butano en lugar de agua. ¿Qué observa? Anote sus observaciones. 3. Compare sus resultados.

Resultados I Parte. Fuerzas Intermoleculares. a) C2H5OH (Etanol) H

vs

H

C3H6O (Acetona) H O H

H – C – C – OH

H–C–C–C–H

H H H H En este paso la sustancia que se evaporo primero fue la acetona b) C4H10O (1-Butanol) H H H H H H H – C – C – C – C – OH –C–H H H H H H H

vs

C4H10O (Éter etílico) H H H–C–C–O–C H

H

La sustancia que se evaporo primero fue el éter etílico

II Parte. Difusión de los Líquidos Los líquidos utilizados aquí fueron el agua, etanol y aceite cocina, el proceso del colorante azul no la pudimos hacer ya que nosotros no llevamos el colorante azul. En el tubo de ensayo donde mezclábamos el aceite de cocina, el agua y el etanol; el aceite siempre quedo en el centro del agua que se colocaba arriba y el etanol abajo. Bueno y también observamos que se formó en la parte superior del tubo de ensayo donde se encontraba el etanol un precipitado.

III Parte. Efecto de la presión sobre el punto de ebullición Nosotros utilizamos una jeringuilla de 10 mL pero los resultados fueron los mismos, en donde, al alar el embolo hacia arriba se produjeron una serie de burbujas y al dejar de halar el embolo se volvía al inicio o sea normal. Esto debido a que hacíamos espacios en donde se formaban moléculas de oxígeno y por eso las burbujas.

IV Parte. Tensión superficial

Esta parte constaba de dos partes la primera era con agua, en donde al colocar la guaja sobre el agua esta floto. La segunda era con etanol pero en este paso el agua que colocamos sobre la sustancia no floto.

V Parte. Capacidad Humectante (fuerzas de adhesión y cohesión) Los resultados obtenidos fueron: La gota de mercurio en el vidrio reloj se movió con gran facilidad sobre esta superficie esto debido a que se repelen entre ellos. La gota de agua en el vidrio reloj fue todo lo contario al mercurio, el agua tuvo menos movilidad esto debido a que ellos si se atraen.

VI Parte. Viscosidad Los líquidos según el tiempo que demoraron en salir en su totalidad de la pipeta están ordenados de manera creciente. Tomamos como referencia para todos los líquidos un volumen de 5 mL. 1. Agua = 0:7 s 2. Alcohol = 0:8 s 3. Glicerina = 0:36s 4. Aceite de motor = 3:47 s

VII Parte. Compresibilidad Los resultados obtenidos para cuando la jeringuilla estaba llena de agua fue que solamente se podía expandir pero no comprimir esto debido a que las moléculas del agua se unieron y se formó más sólido y esto hacía difícil seguir comprimiendo. En el caso del gas butano si fue más fácil comprimirlo porque un gas tiene moléculas más dispersas y también porque toma la forma y el volumen del recipiente que la contiene y así de

esa forma mientras más presión ejercíamos sobre el gas se comprimía.

Comentarios Durante el laboratorio usamos nuestra lógica para deducir los resultados de un experimento. Como fue la de deducir los puntos de ebullición de los líquidos.

Aprendimos que las densidades, la presión, la temperatura están directamente relacionadas. Y que la gravedad se encarga de organizar las cosas según su densidad como vimos al agregar, agua, acetona y aceite en un vaso químico. Vimos que al aumentar la temperatura del agua las burbujas de aire en el agua se expanden fácilmente y por ellos al tirar de la jeringa parecía que salía aire de la nada. Y aprendimos que no siempre el más denso es el que queda abajo como en el caso donde la aguja floto sobre el agua. Esto ocurrió porque tensión superficial del agua es más fuerte que el peso que ejerce la aguja sobre el agua.

Cuestionario 1.Explique los siguientes tipos de fuerzas de atracción intermoleculares: fuerzas dipolodipolo, fuerzas de dispersión y enlace de hidrogeno.

R/= fuerzas dipolo – dipolo: consiste en la atracción electroestática entre el extremo positivo de una molécula polar y el negativo de otra. Fuerzas de dispersión: surge entre moléculas no polares en las que pueden aparecer dipolos instantáneos. Enlace de hidrogeno: se forman cuando un átomo “donador”, dona el átomo de hidrogeno unido covalentemente al de un átomo electronegativo “aceptor”

2.Explique en término de fuerza de atracción la diferencia en las velocidades de evaporación de las sustancias comparadas en la I PARTE. 3.¿en cuál de los líquidos se difunde el colorante más rápido? Explique. 4.Explique cuál es la relación que existe entre la temperatura, la presión y ebullición. R/= El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor iguala a la presión atmosférica. Esa es la relación que guardan estos conceptos en la química.

5.¿Por qué las burbujas aparecieron cerca del punto de ebullición del agua? ¿Qué relación tiene este hecho con la presión? R/= Porque el aire presente en el agua se expande por dilatación térmica; en realidad siempre hay burbujas, pero son muy pequeñas, al incrementarse la temperatura estas burbujas se expanden. La relación que tiene este hecho es que al calentarse, la presión del gas aumenta (aire).

6.¿Cómo explica usted la diferencia de compresibilidad entre un gas y un líquido en términos cinético molecular? R/= En los gases las distancias entre las moléculas que la forman es muy grande en comparación con el volumen del mismo; por ello se pude comprimir en mayor proporción que en un líquido donde las moléculas están más unidas.

7.¿Cuáles son los factores que entran en juego para el estudio de la tensión superficial? Cree usted que la aguja flota porque es menos densa que el agua. R/= las fuerzas de cohesión: es la tracción entre moléculas que mantienen unidas las moléculas. Adhesión: atracción mutua entre superficies de dos cuerpos puestos en contacto. *No, creemos que flota porque el peso de la aguja al ser tan pequeño y estar distribuido de esa forma no es suficiente para romper la tensión superficial del agua.

8.Explique cuando se forma un menisco cóncavo y cuando un convexo. R/= Cóncavo: las moléculas de un líquido y las del recipiente se atraen como el agua y el vidrio reloj. Convexo: cuando las moléculas del líquido y las del recipiente se repelen como lo es el caso del mercurio y el vidrio reloj.

9.¿Cómo incide el material del cual está formada la pipeta como variable sobre la viscosidad de los líquidos? R/= Los factores que influye en la viscosidad son la temperatura, el peso molecular y la estructura molecular; por lo tanto el material de la pipeta no influye en nada.

10. Identifique las posibles fuentes de errores experimentales. R/= Alguno errores experimentales pueden ser:  Medir mal las cantidades de los líquidos  Descuadre del cronometro.  No sacar el aire de la jeringuilla  No colocar bien la aguja.

Conclusión En la realización de este experimento pudimos reconocer la relación que hay entre cada liquido de acuerdo a sus propiedades, es decir cada liquido responde de diferente manera en cuanto a su viscosidad y su tensión superficial Además de esto pudimos ver que cuando se aumenta la temperatura a un líquido este tiende a fluir de una manera más rápida. Los líquidos son muy interesantes estúdialos y aprender cada uno de ellos como lo vimos aquí, su tensión superficial, viscosidad, fuerza de adherencia y cohesión, entre otras más estudiadas.

Bibliografía 1.Brady, J., Humiston, G., General Chemistry Principles and Structures, Trhird edition. Limusa Wiley chap.8 2.Summerlin, L.R., Bogford, J and Early, J. B., Chemistral Demostrations, vol.1,p.21 3.Sten, M.A. Chemical education, 1987, página 65.