Tensin Superficial

Tensin Superficial UNMSM

Tabla de contenido

I. RESUMEN....2II. INTRODUCCIN.............2III. FUNDAMENTOS TEORICOS..3IV. DETALLES EXPERIMENTALES......5V. CLCULOS Y RESULTADOS........6VI. DISCUCIN DE RESULTADO.......8VII. CONCLUSIONES....8VIII. BIBLIOGRAFIA...9IX. ANEXO....9

I. RESUMEN

En el siguiente informe nuestro principal objetivo es estudiar la determinacin de la tensin superficial de lo lquidos y su variacin con la temperatura y su concentracin; el mtodo que se realizo fue el de mtodo de la elevacin del capilar. Las condiciones en las que se trabajaron fueron 22.4 (C) Temperatura, 756(mmHg) de Presin Atmosfrica y 93% Humedad RelativaPara lo cual se trabajo con agua y metanol puro a diferentes temperaturas de 20, 30 y 50 C. Obtenindose los valores de experimental(N/m) 0.0204, 0.0215 y 0.0262 respectivamente. Se obtuvieron errores de 9.93%, 0.37% y 34.22% respectivamente

II. INTRODUCCIN

En diferentes sectores industriales y en centros de investigacin, es indispensable el conocimiento del valor de las propiedades fsicas de los lquidos, entre ellas, la tensin superficial. La determinacin de las propiedades fsicas de los lquidos (Densidad, viscosidad, compresibilidad, tensin superficial) juega un papel importante en diferentes aplicaciones, como lo son, industriales y meteorolgicas.

Esta propiedad es muy estudiada en la industria de los surfactantes, tambin conocidos como agentes tensoactivos o detergentes, son molculas que poseen caractersticas hidrofbicas e hidroflicas dentro de la misma estructura. Estas caractersticas peculiares hacen posible que al aumentar la concentracin, las molculas se agreguen en determinadas formas para obtener un mnimo de energa libre en el sistema. Este proceso es espontneo y los agregados macromoleculares que se forman se denominan en general micelas

La tensin superficial adems son estudiados en diversas aplicaciones como: medicina, procesos biolgicos, soldadura aeroespacial, automotriz, etc.

III. Fundamento terico

Tensin superficial Enfisicoqumica se denominatensin superficialde un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunosinsectos desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevacin o depresin de la superficie de un lquido en la zona de contacto con un slido.Otra posible definicin de tensin superficial: es la fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las molculas de un lquido son las responsables del fenmeno conocido como tensin superficial

La TS depende de diferentes variables, la naturaleza del lquido (composicin, estructura molecular), temperatura, fuerzas intermoleculares (adherencia, cohesin, fuerzas de Van der Walls, etc.), la fuerza de gravedad, entre otras.Como se mencion la TS es un fenmeno de superficie, y sta se presenta cuando tenemos un [2]. Se sabe que en el lquido las molculas se encuentran ms unidas que en el gas, por lo que la TS del medio es la generada por el lquido, esto debido a que en el gas las molculas se encuentran bastante separadas entre s, por lo tanto la fuerza de cohesin entre ellas es despreciable. Ver Fig. 2.En la parte izquierda de la Fig. 2 se observa que las molculas que se encuentran en el interior del lquido son influenciadas por fuerzas de atraccin y de repulsin (fuerzas intermoleculares), dichas fuerzas son equilibradas (F=0), a menos que influya una fuerza externa la fuerza resultante es 0.Sin embargo esto no sucede en la superficie del sistema, como se ve en el lado derecho de la Fig. 2 las molculas que se encuentran en la parte del lquido ejercen fuerzas que resultan ser mayores a las ejercidas en la parte del gas (aire).

IMPORTANCIA DE LA TENSIN SUPERFICIAL

Para entender algunos conceptos se presenta a continuacin la siguiente terminologa:Interface: Trmino general cuando se habla de la interaccin entre fases (lquido/gas, lquido/lquido, lquido /slido, etc.) pero especialmente usada para la capa lquido/lquido. Superficie: Trmino normalmente usado para la capa lquido/gas.Tensin Interracial: En trminos sencillos, la tensin que se presenta para la interaccin entre capas lquido/lquido.Tensin Superficial: La tensin que se presenta en la interaccin entre capas lquido/gas.Energa libre Interfacial: Exceso de energa libre en la interface lquido/slido.Energa libre Superficial: Exceso de energa libre en la interface gas/slido.La TS resulta ser una magnitud fundamental para entender fenmenos como la capilaridad, solubilizaran de fluidos inmiscibles, as como para caracterizar los efectos de compuestos surfactantes.

METODOS PARA MEDIR TENSION SUPERFICIAL

Los mtodos para medir la tensin superficial se pueden clasificar en:

1.- Mtodos Basados en la Medicin de una Fuerza.

Entre estos mtodos se pueden citar:a.- Mtodo del anillo.

2.- Mtodos Basados en la Medicin de la Presin.

Entre estos tenemos:a.- Mtodo de la elevacin capilar.b.- Mtodo de presin de burbuja.

Mtodo del Ascenso CapilarEn este mtodo el lquido asciende dentro de un tubo de pequeo dimetro (capilar) hasta que la presin hidrosttica debido a la columna de lquido se iguala a la tensin superficial relacionada al ngulo de contacto. Se puede deducir la tensin del valor de la altura alcanzada por el lquido en el capilar.

IV. DETALLES EXPERIMENTALESMATERIALES

Equipo para medir la tensin superficial por el mtodo del ascenso capilar Termmetro Vasos de 100 mL (pirex, 10mL) Cocinilla

REACTIVOS

Agua destilada Liquido organico (metanol 100%)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

V. CALCULOS Y RESULTADOS

1. DATOS DE LA EXPERIENCIA

1.1 Condiciones del laboratorioTemperatura (C)Presin Atmosfrica (mmHg)Humedad Relativa (%)

22.475693

1.2 Medicin de la tensin superficial del agua a diversas temperaturasTemperatura (C) h1 (m) h2 (m)teorico (kg/m3)teorico (N/m)

200.03400.0340998.230.07275

300.03000.0325995.670.07118

500.02100.0230988.070.06791

* Segn estos datos y con la siguiente formula a continuacin podemos hallar el radio del capilar usado en la experiencia:

teorico(N/m)hpromedio (m)teorico (kg/m3)g (m/s2)r (m)

0.072750.0340998.239.84.37x10-4

0.071180.0312995.679.84.67x10-4

0.067910.0220988.079.81.16x10-3

* El radio promedio del capilar es: 6.88x10-4

1.3 Medicin de la tensin superficial del metanol a diversas temperaturas

Temperatura (C)h1 (m)h2 (m)teorico(kg/m3)teorico(N/m)experimental(N/m)% Error

200.01200.0120791.70.022650.02049.93

300.01200.0120781.90.021580.02150.37

500.01100.0110762.90.019520.026234.22

*la tensin superficial del metanol se hallara con la siguiente formula:

1.4 Grafica de la tensin superficial como funcin de la temperaturadonde : = densidadM = peso molecularTc = temperatura critica = energa superficial libre molar*GRAFICA DE Vs. con los datos experimentales.

* GRAFICA DE Vs. con los datos experimentales.

VI. DISCUSION DE RESULTADOS

Con los datos obtenidos experimentalmente podemos observar que la tensin superficial de un lquido vara de acuerdo a la temperatura a la cual se encuentre. El radio del capilar es muy pequeo como lo esperbamos y esto lo verificamos a la hora de hallarlo con los datos obtenidos de nuestro liquido de referencia que es el agua, y esto hace que el rea por donde tenga que ascender el lquido sea menor y as se pueda apreciar mejor el ascenso del agua. En nuestra grafica de vs. segn la ecuacin de Ramsay-Shield-Eotvos con los datos experimentales podemos observar que nuestra pendiente sali negativa debido a que nuestros datos obtenidos tienen un margen de error que hacen los valores en el eje Y aumenten en vez que disminuyan como podemos apreciar en la grfica pero con los datos tericos

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En la siguiente practica se obtuvieron errores muy altos para la tensin superficial esto se debe a que el capilar no esta tan exacto adems que la tcnica utilizada no es tan precisa ya que hay muy muchos factores externos que pueden alterarla como el vapor de agua que se forma dentro del capilar por el bao, etc. La altura a la que se eleva o desciende un lquido en un capilar es directamente proporcional a su tensin superficial y est en razn inversa a la densidad del lquido y del radio del tubo. El aumento de la temperatura, provoca una disminucin en la tensin superficial del agua y del metanol. La precisin y el cuidado de trabajo es importante por lo que necesitamos mucha exactitud en el clculo porque estamos trabajando con medidas pequeas que alteraran el porcentaje de error considerablemente, la contaminacin de las soluciones al momento de cambiar de muestra pueden ser prevenidas por un correcto lavado y secado del equipo.

VIII. Bibliografa

1. Barrow, Gordon M., Qumica Fsica, Tercera edicin, editorial Revert, S.A., Espaa 1976, pg. 550-5542. Lide D, Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 20093. Maron, Samuel H., Prutton, Carl F., Fundamentos de Fisicoqumica, 15va. Edicin, editorial Limusa, Mxico 1984, pg. 813-820IX. AnexosMedida de la tensin superficial

Tensimetro porttil de presin de burbuja para la medicin de la tensin superficial.

Mtodos estticos: la superficie se mantiene con el tiempo1) Mtodo del anillo de Noy: Calcula la F necesaria para separar de la superficie del lquido un anillo. F=4R (siendo R el promedio del radio externo e interno del anillo.2) Mtodo del platillo de Wilhelmy: Medida de la F para separar la superficie de una delgada placa devidrio. Precisin de 0,1%.Mtodos dinmicos: la superficie se forma o renueva continuamente1) Tensimetro (Mtodo de presin de burbuja): En un lquido a T cte. se introduce un capilar de radio R conectado a un manmetro. Al introducir gas se va formando una burbuja de radio r a medida que aumenta la P en el manmetro. Al crecer r disminuye hasta un mnimo, r=R y despus vuelve a aumentar. Esto hace posible su uso en ambos, laboratorios de investigacin y desarrollo, as como monitoreo del proceso directamente en la planta.

Mtodo de presin de burbuja para la medicin de la tensin superficial dinmica.Tambin se puede medir con un estalagmmetro.

CUESTIONARIO

1. Explique las diferencias entre las fuerzas de cohesin y adhesin en los fenmenos capilares.

La cohesin y la adhesin son dos propiedades diferentes que describen la atraccin entre tomos. Si consideras la estructura de una sustancia como el agua, los dos extremos de la molcula de HOH tienen cargas ligeramente diferentes, ya que los tomos de hidrgeno le dan a su extremo unacargapositiva, mientras que el oxgeno mantiene unacarganegativa en el otro extremo. Cuando las molculas se unen entren positivas y negativas, consigues las atracciones que llevan a la cohesin y la adhesin.

Fuerza de cohesin: Cuando las molculas de agua se atraen entre ellas, se convierten en una unidad cohesiva y se pegan. Si viertes agua yaceiteen el mismo contenedor, por ejemplo, el agua se cohesionar. Lo mismo sucede si llueve sobre un coche recin encerado: el agua caer en vez de extenderse sobre el cap.

Fuerza de adhesin: En algunas ocasiones sustancias como el agua tambin se ven atradas por sustancias externas, y la adhesin se refiere a la unin entre agua y esas sustancias. En adicin al metal de tu coche, el agua tambin se unir a otras sustancias "hidrfilas" (que les gusta el agua), como la sal.

2. Explique las caractersticas de los lquidos asociados y no asociadoLquidos asociados:* Estn unidos con puentes de hidrogeno* Ejemplos: agua, alcoholes, cidos orgnicos.Lquidos no asociados:* No estn unidos con puentes de hidrogeno* Ejemplos: hidrocarburos, esteres, teres.

3. Explique la accin del tenso activo en productos de limpieza.Los tenso activos son elementos de suma importancia en la fabricacin de detergentes y shampoos, entre otros productos de limpieza. Estas sustancias intervienen en la tensin superficial de los lquidos, funcionando como emulsionantes o emulgentes, es decir, mantienen la emulsin de una sustancia constante.Actualmente, los tenso activos se producen a partir de las fuentes naturales por extraccin, los cuales son aceptados en la biologa y la cosmtica. Las propiedades de los tenso activos se les atribuyen a su estructura atmica.Adems, tienen la cualidad de que cuando estn al contacto con el agua, sus molculas se orientan, de forma que su parte hidroflica se encara al aire formando burbujas.Existen mltiples usos y aplicaciones para los tenso activos, entre los cuales destacan:Se utiliza frecuentemente como aditivo en la formulacin de detergentes lquidos, debido a que aumenta y mejora la espuma, viscosidad y el poder detersivo, adems de actuar como sobre-engrasante dando como resultado un producto de mejor calidad.Utilizado como aditivo en la formulacin de shampoo para cuerpo y cabello as como en acondicionadores. Se recomienda ampliamente para la formulacin de shampoo para bebe debido a que la espuma que produce es de baja arritacin.Aperlante de gran uso en la industria cosmtica para la elaboracin de productos de limpieza que ofrecen brillo aperlado.

Figura N1: Elementos utilizados para hallar la tensin superficial del agua y del metanol.

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