Tensión Superficial

TENSIÓN SUPERFICIAL TENSIÓN SUPERFICIAL MARIA RAQUEL CARMONA DANIELA LONDOÑO GARCIA LEONARDO 10 DE MARZO UNIVERSIDA DE ANTIOQUIA FACULTAD DE CIENCIAS ALIMENTARIAS Y FARMACEUTICAS MEDELLÍN 2015 OBJETIVOS Determinar la tensión superficial de varios líquidos por el método del anillo y el método del capilar. Observar la variación de la tensión superficial en las diferentes sustancias a analizar. Determinar la variación de la tensión superficial del agua frente a soluciones de jabón de diferentes concentraciones. MARCO TEÓRICO Las moléculas que se encuentran sobre la superficie de un líquido están sometidas a fuerzas atractivas debido a las moléculas que se encuentran en el interior, una fuerza resultante, cuya dirección está en un plano tangente a la superficie, actúa de tal manera que busca contraer la superficie del líquido lo máximo posible. La magnitud de esta fuerza por unidad de longitud se conoce como la tensión superficial, γ, del líquido. La tensión antes mencionada puede existir también en la interfase entre dos líquidos inmiscibles, esta tensión se denomina tensión interfacial. Una película líquida extendida sobre un marco de alambre tiende a exponer la mínima área, por lo cual se contrae, moviendo el alambre hacia la izquierda por efecto de la tensión superficial. Para que la película líquida no se encoja, hay que aplicar una fuerza f hacia la derecha. El valor de esta fuerza es independiente del área de la película y solo depende de la naturaleza del líquido y de la longitud del alambre. Esta fuerza se expresa como: ó (ec. 1). La constante γ se denomina tensión superficial ó tensión interfacial. Sus unidades son de fuerza/longitud o sea dinas/cm o newton/metro. El trabajo necesario para aumentar el área superficial de 1 cm2 se denomina energía libre de superficie, y es numéricamente igual a la tensión superficial con julios/m2 o ergios/cm2. La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido y del gas que lo rodea (aire en general, saturado con el líquido). La tensión superficial se puede medir por varios métodos, entre ellos están el método de la elevación capilar y el método del anillo (Tensiómetro de DuNouy). Método de elevación Capilar Cuando un líquido descansa sobre una superficie sólida, el ángulo entre el líquido y el sólido puede ser mayor o menor de 90 grados y se denomina ángulo de contacto. El ángulo formado depende de las interacciones entre la superficie sólida y el líquido. En el método de elevación capilar se aprovecha la circunstancia que el ángulo de contacto es muy pequeño. En estas condiciones el líquido asciende en el capilar, debido a la tensión superficial (f) hasta que la fuerza que lo hace ascender sea contrarrestada por la fuerza de la gravedad (F). Método del anillo (Tensiómetro de DuNouy) emplea un anillo de un metal noble (platino-iridio y oro) que se introduce dentro del líquido problema, luego mediante una balanza de torsión (previamente calibrada) se determina la fuerza necesaria para sustraer el anillo de la superficie del líquido. Dicha fuerza es proporcional a γ. DATOS MÉTODO DEL ANILLO - TENSIÓMETRO DE DUNOUY Temperatura del laboratorio: 25oC Masa del papel: 0,5715 g Lectura en la escala del tensiómetro (n): 65.7 dinas Circunferencia del anillo: 5,9375 cm TABLA Nº 1. LECTURAS DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DE VARIOS LÍQUIDOS. Compuesto Lectura en la escala del tensiómetro Agua 1000.5 105 104 sol jabón 5 g.L-1 42.6 42.7 --- sol jabón 4g.L-1 43.7 42.7 --- sol jabón 3 g.L-1 43.7 43.1 --- sol jabón 2 g.L-1 44.9 43.7 --- sol jabón 1 g.L-1 49.8 47.5 --- sol jabón 0,8 g.L-1 48.6 51.2 --- sol jabón 0,4 g.L-1 56.4 56.3 --- sol jabón 0,2 g.L-1 65.8 65.7 --- MÉTODO DEL CAPILAR TABLA Nº 2. ALTURA DE VARIOS COMPUESTOS EN LA ELEVACIÓN CAPILAR Compuesto Altura h en el Capilar (cm) Etanol 1.1 Isopropanol 1.4 Agua 1.5 DATOS AUXILIARES etanol=0,789 g/ml  isopropanol= 0,798 g/ml  H2O 26 ºC = 0,99681 g/ml  H2O a 26 ºC = 72,82 dinas/cm  Etanol a 26 ºC = 22,07 dinas/cm  Isopropanol a 26 ºC = 20,93 dinas/cm CÁLCULOS Y RESULTADOS 1. MÉTODO DEL CAPILAR Temperatura del laboratorio: 25 ºC Tensión superficial del agua a la temperatura del laboratorio: 72,82 dinas/cm Altura a la cual asciende el agua en el capilar: 2,3 cm Radio del capilar: 0,06482 cm - Modelo de Cálculo del radio del capilar: Densidad del agua a 25 ºC = 0,99681 g/ml Completar el siguiente cuadro: Líquido Densidad Altura h en el Capilar Tensión superficial  experimental (dinas.cm-1) Tensión superficial  teórica (dinas .cm-1) a 25°C % de error (g.cm-3) (cm)   Etanol 0,789 0,9 22,55 22,07 2,17 Metanol 0,915 1,2 34,87 21,97 58,72 Isopropanol 0,798 0,9 22,81 20,93 8,98 Agua 0,9968 2,3 72,82 72,82 0 - Modelo calculo tensión superficial: = h.r.g. 2 Para el Etanol: = 0,9 cm x 0,06482 cm x 980 cm.s-2 x 0,789 g.cm-3 = 22,55 dina.cm-1 2 · Modelo de cálculo para porcentajes de error: Para el Etanol: % Error = experimental - teórico x 100 = 22,55 – 22,07 x 100 = 2,17% teórico 22,07 2. MÉTODO DEL ANILLO Masa del papel: 0,4530 g Lectura en la escala para equilibrar el peso del papel, n = 35,4 Valor de S de cada escala del dial del tensiómetro = 1,048 dinas.cm-1 · Modelo de cálculo de S: S= m.g = 0,4530 g x 980 cm/seg2 = 1,048 dinas.cm-1 2 .L. n 2 x 5,981cm x 35,4 Con base en los resultados obtenidos completar el siguiente cuadro: Sustancia Lectura en la escala del tensiómetro Promedio  (dinas/cm) agua 100.5 105 104 102.75 107.682 sol jabón 5 g.L-1 42.6 42.7 --- 42.65 44.69 sol jabón 4g.L-1 43.7 42.7 --- 43.2 45.27 sol jabón 3 g.L-1 43.7 43.1 --- 43.4 45.48 sol jabón 2 g.L-1 44.9 43.7 --- 44.3 46.43 sol jabón 1 g.L-1 49.8 47.5 --- 48.65 50.98 sol jabón 0,8 g.L-1 48.6 51.2 --- 49.9 52.29 sol jabón 0,4 g.L-1 56.4 56.3 --- 56.35 59.05 sol jabón 0,2 g.L-1 65.8 65.7 --- 65.75 68.906 · Modelo cálculo de tensión superficial: = n.S Para el Agua: = 72,52 x 1,048 dinas.cm-1 = 76,05 dinas/cm 3. Realizar un gráfico de tensión superficial vs concentración para las soluciones de jabón. 4. Consultar las tensiones superficiales de los líquidos empelados, a la temperatura más cercana a la del experimento, y calcular el porcentaje de error en el calculo de la tensión superficial para cada líquido. · Método del capilar: Para el etanol: % Error = experimental - teórico x 100 = 22,55 – 22,07 x 100 = 2,17% teórico 22,07 Para el isopropanol: % Error = experimental - teórico x 100 = 22,81 – 20,93 x 100 = 8,98% teórico 20,93 Para el agua: % Error = experimental - teórico x 100 = 72,82 – 72,82 x 100 = 0% teórico 72,82 · Método del anillo: Para el agua: % Error = experimental - teórico x 100 = 76,05 – 72,82 x 100 = 4,44% teórico 72,82 Para el etanol: % Error = experimental - teórico x 100 = 30,67 – 22,07 x 100 = 38,97% teórico 22,07 Para el isopropanol: % Error = experimental - teórico x 100 = 29,45 – 20,93 x 100 = 40,71% teórico 20,93 ANÁLISIS DE RESULTADOS Gráficamente podemos observar que la tensión superficial del agua va disminuyendo a medida que la concentración de jabón va aumentando, aunque en la literatura encontramos que llega un punto en que la tensión superficial del agua ya no disminuye así la concentración de jabón sea muy alta. Le tensión superficial llega a un punto critico donde permanece constante. Podemos decir que el jabón es un agente tensoactivo ya que disminuye la tensión superficial del agua a medida que éste aumenta su concentración. Observando los resultados se obtuvo que el método del capilar fue más exacto que el método del anillo con el tensiómetro de DuNouy (por sus respectivos porcentajes de error), esto pudo deberse a que no fue posible calibrar éste último lo que causó grandes errores a la hora de tomar las medidas. De todas las sustancias analizadas, el agua es la que presentó mayor tensión superficial tanto en el método del capilar como en el método del anillo. En el método del capilar, el metanol fue el líquido que presento mayor porcentaje de error al determinar su tensión superficial, esto pudo deberse a que el capilar y el tubo de ensayo no limpiaron o secaron bien y se dio una interferencia por la sustancia medida anteriormente o por agua presente en el alcohol. En el experimento pueden darse errores por la temperatura, ya que los datos teóricos son de una temperatura de 25 ºC mientras los experimentales son a una temperatura de 26 ºC; sabemos que la tensión superficial varía con la temperatura, por tanto, se puede considerar como una causa de error. También se pudieron presentar errores humanos como subjetividad en la lectura de los datos en el tensiómetro o en el capilar. CONCLUSIONES Es posible determinar la tensión superficial de diferentes líquidos por medio del método del capilar o el método del anillo utilizando un tensiómetro de DUNouy (o de Fisher). El agua es el líquido que presenta mayor tensión superficial debido a que las fuerzas intermoleculares de atracción entre moléculas de agua se deben a los enlaces de hidrógeno y éstos representan una alta energía, la tensión superficial del agua es mayor que la de muchos otros líquidos. A medida que el agua entra en contacto con una solución jabonosa más concentrada, la tensión superficial del agua va disminuyendo, actuando el jabón como una sustancia tensoactiva para el agua. BIBLIOGRAFÍA RINCÓN PATIÑO, Fabio. Notas de Clase para un curso de Fisicoquímica. Facultad de Química Farmacéutica. Medellín, 2007. p. 275. RINCÓN PATIÑO, Fabio. Manual de Laboratorio de Fisicoquímica. Reimpresos. Universidad de Antioquia. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Medellín, 2007. p. 121. KEHIAIAN, Henry; LIDE, David R. CRC handbook of thermophysical and thermochemical data. Estados Unidos : CRC, 1994. _1124554960.unknown _1275342794.unknown _1124554916.unknown