Tension Superficial - Informe

INFORME DE LABORATORIO TENSION SUPERFICIAL

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CONTENIDO

RESUMEN INTRODUCCION PRINCIPIOS TEORICOS DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS DISCUSION DE LOS RESULTADOS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS

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RESUMEN

En esta sesión de laboratorio consiste en calcular la tensión superficial de líquidos (agua y NaOH al 10%) teniendo como base los conceptos de pesado de gota y aplicando las formulas correspondientes. Así como demostrar la relación que lleva con el aumento de la temperatura.

En la primera parte se determina la tensión superficial del agua a 23ºC, utilizando los instrumentos adecuados como bureta luna de reloj, cronómetros. Tomando los tiempos de cada gota en la bureta y el peso de las 25 gotas caídas se obtuvo una tensión superficial de 72.56dinas/cm con un % de error de 0.58%, frente a un valor teórico de 72.14 dinas/cm.

En la segunda parte se determina la tensión superficial del agua a 39ºC, utilizando los mimos equipos y métodos de la anterior prueba obtuvimos un valor de 66.98 dinas/cm con un % de error de 5.28% frente a un valor teórico de 70.72 dinas/cm.

Por último en la tercera parte se determino la tensión superficial del líquido problema que fue del NaOH al 10% a 20 ºC, obteniendo los una tensión de 66.36dinas/cm con un % de error de 3.72% frente a un valor teórico de 70.45 dinas/cm.

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INTRODUCCION

La tensión superficial es un fenómeno en el que involucra la energía para la formación de una superficie de determinada sustancia en función de su temperatura. Las moléculas de la superficie no tienen otras iguales sobre todos sus lados, y por lo tanto se cohesionan más fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la superficie. Esto forma una película de superficie, que hace más difícil mover un objeto a través de la superficie, que cuando está completamente sumergido, las moléculas aumentan su fuerza de repulsión disminuyendo el área de formación de superficie, existen diversos métodos con mediciones para hallar con precisión la tensión superficial, como los métodos estáticos y dinámicos. Para este caso se utilizara el método de pesado de gota, ya que el peso de la gota que cae es igual al la fuerza de arriba que vendría a ser la tensión superficial.

OBJETIVOS

 Determinar la tensión superficial mediante el pesado de gota  Determinar la relación que lleva la tensión superficial con la temperatura  Determinar la tensión superficial del líquido problema (Solución de NaOH al 10%).

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PRINCIPIOS TEORICOS Tensión superficial: Es una fuerza limite de un liquido o solido en equilibrio con su vapor, también depende del tipo de en lace químico y su temperatura. Es decir que se necesita energía para aumentar su superficial por unidad de área. La energía libre se mide en ergios/cm2 La intensidad de esta energía se mide en dinas/cm Entre las sustancias líquidas. Tensión superficial como función de la temperatura Y=f(T) Disminuye la a medida que aumenta la temperatura y se hace cero a temperatura crítica se puede calcular según la ecuación Y(M/p)2/3=K(Tc – T – 6) Y: tensión superficial M: Peso molecular P: Densidad del líquido a la temperatura (T) T: Temperatura del experimento Y(M/p)2/3 : Energía superficial molar K: Constante igual a 2,12 para sustancias no polares (orgánicas) Menor a 2,12 para sustancias polares (agua) Mayor a 2,12 para sustancias de alto peso molecular

Fenómeno Capilar Es una propiedad de los fluidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

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Tensión superficial en el agua Uno de ellos consiste en utilizar un anillo de platino que se coloca sobre la superficie del agua. Se mide la fuerza que se requiere para separar el anillo de la superficie del agua Metodo del Peso de la gota: Es un método muy conveniente para la medición de la tensión superficial en una interfase líquido-aire o la tensión interfacial líquido-líquido. Consiste en conocer el peso o medir el volumen de las gotas de un líquido que se desprenden lentamente de la punta de un tubo estrecho o capilar montado verticalmente. El peso de la gota (y el volumen) se relaciona con la fuerza debida a la tensión superficial. El momento de desprendimiento de las gotas ocurre cuando su peso ya no está equilibrado por la tensión superficial que se ejerce a lo largo de la periferia exterior del extremo de la pipeta. Procedimiento: Un capilar sostenido por un soporte de forma que se encuentre completamente vertical, se carga con el líquido en cuestión, el cual deberá caer en un recipiente o contenedor. - Se dejan caer lentamente las gotas en la punta del capilar de tal forma que tengan una velocidad de flujo que nos permita ver la formación de cada gota y su conteo. - Es conveniente contar una veintena o más de gotas para tener mejores resultados. - Antes de contar el número de gotas, se deberá pesar el recipiente contenedor, luego pesar todas las gotas y posteriormente calcular el peso promedio de una gota. - Aplicar la ley de Tate (previamente conocer la densidad del líquido y el diámetro del capilar)

Donde: m es la masa de la gota ; g es la aceleración debida a la gravedad (980cm/seg2 ); r = es el radio del capilar (cm.); f = es un factor de corrección que introduce Harckin y Coll el cual depende del radio del capilar. Después de obtener el resultado de f (el cociente de r/v 1/3 ) correlacionarlo con los valores en las tablas de corrección para el peso de la gota existentes en la literatura adecuada. Página 6

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Cuando lo que se mide es el VOLUMEN de la gota: Fórmula: g = v* r * g * f / 2 * p *r Donde v es el volumen; r es la densidad; r es el radio del capilar y f factor de corrección que se requiere ya que: a) la gota formada no se desprende completamente de la punta del tubo, b) las fuerzas de tensión superficial raramente son verticales, por lo que f depende del cociente r/ v Método del estalagnometro: Es útil para determinar la tensión interfacial de dos líquidos; en este caso, se cuenta el número de gotas de un líquido en caída libre (Ni) y las gotas del mismo líquido formadas en el seno del segundo líquido (N2). El fundamento es el mismo : al formarse lentamente una gota de líquido dentro de un capilar, la gota caerá cuando su peso sea mayor que la fuerza debida a la tensión superficial que sostiene a la gota adherida a la superficie. Tensión superficial (TS) de soluciones D-1 Incremento de TS debido a solutos como ácidos fuertes D-2 Disminución de TS debido al agregado de electrolitos débiles o no electrolitos. D-3 Agregados de sustancias tenso activas (jabones, espumantes)

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DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS Radio de la bureta = r = 1mm = 0.1cm 1) PARA EL AGUA (23°C) Número de gotas: 25 Vo = 17.2ml Vf = 18.4ml Volumen de cada gota = 0.048ml Masa de la luna reloj = 49.2gr Masa (luna + gotas) =50.1gr Masa de las gotas = 0.9gr Masa de cada gota = 0.036 Radio de cada gota = 0.225cm N° De gotas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Tiempo (seg) 1.2 1.0 1.2 1.2 1.3 1.3 1.2 1.4 1.2 1.3 1.3 1.1 1.4

N° De gotas 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 --

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Tiempo (seg) 1.4 1.5 1.1 1.3 1.6 1.1 1.3 1.3 1.2 1.5 1.4 1.3 --

E.A.P. ING METALURGICA UNMSM 2) PARA EL AGUA (39°C) Número de gotas: 25 Vo = 8.5ml Vf = 7.4ml Volumen de cada gota = 0.044ml Masa de la luna reloj = 49.2gr Masa (luna + gotas) =50.1gr Masa de las gotas = 0.9gr Masa de cada gota = 0.036gr Radio de cada gota = 0.219cm

N° De gotas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Tiempo (seg) 2 2 4 4 5 7 9 10 15 21 27 29 31

N° De gotas 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

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Tiempo (seg) 38 46 44 51 59 58 35 39 43 50 50 72

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Calculando la tensión superficial Para el agua a 23°C Utilizamos el factor de corrección para determinar el valor real - peso de cada gota:

Y' = 72.14 dinas/cm -5%(72.14 dinas/cm) = 68.53 dinas/cm

(

) (

(

)(

) (

) )

La masa medida es 0.036gr excede de lo admisible lo cual se multiplicara por un factor corrección (4/5) entonces la masa corregida será m=0.027gr Luego con la ecuación

( ⁄ Calculando Y Y=

(

)(

)

(

⁄

√

)

= 72.56 dinas/cm

Y experimental = 72.56 dinas/cm Y teorico = 72.14 dinas/cm

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√

)

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Para el agua a 39°C Utilizamos el factor de corrección para determinar el valor real - peso de cada gota:

Y' = 70.71 dinas/cm -5%(70.71 dinas/cm) = 67.17 dinas/cm

(

(

) (

)(

) (

) )

Luego con la ecuación

( ⁄

√

)

Como la masa es de 0.036gr lo cual es muy alto para el cálculo se tendrá que multiplicar por un factor corrección 0.74 resultando la masa m = 0.0266gr Calculando Y

Y=

(

)( (

) ⁄

√

)

= 66.98 dinas/cm

Y experimental = 66.98 dinas/cm Y teórico = 70.71

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E.A.P. ING METALURGICA UNMSM CÁLCULO DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL SEGÚN LA ECUACIÓN Y= f (T)

Para el agua: Calculando y comparando resultados según la ecuación Y = f(T) Ecuación: ( ⁄ )

⁄

(

Para el agua a 20°C se halla el K M = 18gr/mol  = 0.9982 gr/cm3 Y = 72.8 dina/cm Tc = 374°C Y x (M/)2/3 = K x (Tc - T - 6) K = 72.8dinas/cm x((18gr/mol)/0.9982g/cm3)2/3 (374ºC-23ºC-6ºC) K = 1.4385dinas -cm/°C

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)

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GRAFICANDO LOS RESULTADOS PARA EL AGUA A 23 Y 39°C Comparación de datos obtenidos experimentalmente con los valores calculados según la ecuación Y = f (T)

RESULTADOS EXPERIMENTALES: MÉTODO DEL PESO DE LA GOTA Líquido

Agua

Temperatura (:C)

Tensión Superficial (Y) (dinas / cm)

23 39

72.56 66.98

RESULTADOS TEÓRICOS: MÉTODO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA Y = f(T) Tensión Superficial (Y) Temperatura Líquido (dinas / cm) (:C) Agua

23 39

72.14 70.71

TABULANDO Y GRAFICANDO Y(M/)2/3 vs K x (Tc - T - 6) para la temperatura según los resultados Experimentales: Temperatura 23°C 39°C

Y( M/)2/3 (dinascm) 499.16 462.32

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(Tc – T – 6) (°C) 345 329

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Y( M/r)2/3 vs (Tc – T – 6) (°C) 500 450 400 Y( M/r)2/3

350 300 250 200 150 100 50 0 0

100

200

300 (Tc – T – 6) (°C)

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400

500

600

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Teóricos Temperatura 23ºC 39ºC

(Tc – T – 6) °C 345 329

Y( M/)2/3 498.95 482.37

Y( M/r)2/3 vs(Tc – T – 6) °C 600

Y( M/r)2/3

500 400 300 200 100 0 0

100

200

300 (Tc – T – 6) °C

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400

500

600

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3) PARA LA SOLUCIÓN HIDRÓXIDO DE SODIO A 10% (36°C) Número de gotas: 25 Vo = 35.6ml Vf = 36.5ml Volumen de cada gota = 0.036ml Masa de la luna reloj = 49.2gr Masa (luna + gotas) =50.34gr Masa de las gotas = 1.14gr Masa de cada gota = 0.046gr Radio de cada gota = 0.205cm

N° De gotas

Tiempo (seg)

N° De gotas

Tiempo (seg)

1

3

14

6

2

1

15

8

3

2

16

7

4

2

17

12

5

2

18

11

6

5

19

1’4’’

7

8

20

6’39’’

8

13

21

8’7’’

9

24

22

3’

10

13

23

5’

11

7

24

7’’

12

4

25

12’’

13

6

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Hallando tensión superficial del NaOH al 10% en peso: Fórmula:

Para volúmenes diferentes de las gotas m: masa Y: tensión superficial Y teórico =

dinas/cm

Tomamos en cuenta los datos del agua a 39 C

(

)(

)

Y experimental =

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DETERMINACION DE LOS PORCENTAJES DE ERROR

(

-

)

Para el agua a 23°C (

-

)

Para el Agua a 39°C (

-

)

Para la solución de NaOH al 10% (

)

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DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En la primera parte se determinó la tensión superficial del agua a 23ºC, obteniéndose una tensión superficial de 72.56 dinas/cm con un porcentaje de error de 0.58% frente a un valor teórico de 72.14 dinas/cm, lo cual es un error dentro de rango permitido.

En la segunda parte se determino la tensión superficial del agua a 39ºC, obteniéndose un valor de 66.98 dinas/cm con un porcentaje de error de 5.28% frente a un valor teorico de 70.71 dinas/cm, lo cual pasa al límite admisible, esto se debe básicamente al pesado de las gotas como también no haber cronometrado bien cada caída de gotas.

Luego como parte final de todo el experimento determino la tensión superficial del líquido problema que fue del NaOH al 10% , obteniendo los una tensión de 67.83 dinas/cm con un porcentaje de error de 3.72%, lo cual está en el rango permitido.

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CONCLUSIONES:

 El método del pesado de gotas es un buen método adecuado para hallar la tensión superficial del agua a diferentes temperaturas.  Para un líquido dado, el valor de la tensión superficial disminuye como va aumentando la temperatura, debiéndose básicamente a los enlaces intermoleculares.  La tensión superficial se puede definir como la resistencia de aumentar su superficie, como un ejemplo: permite a algunos insectos caminar en el agua.  La tensión superficial de un líquido está asociada a la energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.  El hidróxido de sodio al ser reactivo con el medio ambiente libera gran cantidad de calor en solución acuosa.

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RECOMENDACIONES

 Pesar adecuadamente las cotas que se cuentan en la luna reloj, ya que varían enormemente los resultados aumentando el error.

 En la bureta a trabajar se debe de regular su flujo para un adecuado conteo de gotas, así como también ubicar un punto de referencia para medir los volúmenes del líquido correspondiente a experimentar.

 Tratar de que la masa de la gota sea precisa y no difiera los resultados para evitar los factores de corrección.

 Utilizar un cronometro adecuado y bien calibrado. Así como también estar atento a las caídas de las cotas y marcar con sumo cuidado, ya que influye directamente al pesado de las gotas.

 En el manejo de hidróxido de sodio, proceder rápidamente para el pesado y disolución ya que es muy reactivo con el medio.

 Una vez terminado todo la práctica, proceder a limpiar los instrumentos y secar con un paño el agua derramada.

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BILBIOGRAFIA:

LIBROS

 Fisicoquimica – Gaston Pons Muzzo  Fisicoquimica – Maron And Prutton  Guia de practicas de Fisicoquimica.  Quimica General Raymond Chang

Enlaces web 

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/surten.html



http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm

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E.A.P. ING METALURGICA UNMSM ANEXO:

Tabla de densidades en función de la temperatura (°C)

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MÉTODO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA: Y = f (T) Datos y Cálculos Teóricos: Temperatura

0⁰C

20 ⁰ C

34 ⁰ C

75.6

72.8

71

Tensión Superficial del agua ( dinas/cm)

http://fsz.ifas.ufl.edu/surfacetensionandcapillarity/html/diag ramas/variacion_de_ts_con_temperatura.htm

Tensión Superficial de

5%

10%

20%

74.1

75.2

77.3

85.8

soluciones a 20 ⁰C

74.6

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50% concentración en peso

77.3

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Problema para hallar el peso y posteriormente pesar en la balanza: Preparar una solución de 20 ml al 10% partiendo de un sólido de NaOH que tiene una pureza de 97%. ¿Que peso del solido de NaOH se debe tomar para preparar la solución?

Solución: Volumen de la solución: 20ml Volumen NaOH : 0.10x20ml=2ml Peso del NaOH: (2ml/0.97)x2.1gr/ml = 4.34gr de NaOH.

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