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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Área Académica de Ingeniería Química

INFORME N° 7

TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS QU- 426 B Realizado por:

Grupo: N°1

Ríos Cruz, Luis Ángel Romero Gaspar, Raúl Ricardo Romero Rodriguez, Jenner Nilton Profesor(a) responsable de la práctica: Ing. Olga Bullón Camarena

Nota

Periodo Académico: 2013- 1 Fecha de realización de práctica: 11 / 06 / 2013 Fecha de presentación del informe: 18 / 06 / 2013

Lima – Perú

INDICE Contenido 1.

Objetivos .................................................................................................................................... 4

2.

Fundamentos teóricos ............................................................................................................. 4 Tensión superficial .................................................................................................................... 4 Cohesión y adhesión................................................................................................................. 4 Datos .......................................................................................................................................... 5

3.

3.1.

Datos experimentales ...................................................................................................... 5

3.2.

Datos bibliográficos .......................................................................................................... 5

Tratamientos de datos ............................................................................................................. 5

4.

a) Usando la ecuación (4) para el agua a 25 °C y con la ayuda de manuales, determine el radio del capilar. .................................................................................................... 5 b) Calcule σ a las diferentes temperaturas experimentales en dy/cm , para el agua y los otros líquidos ........................................................................................................................... 6 c)

Calcule el cambio de entropía, ∆S , por unidad de área : .............................................. 9

d) Con las ecuaciones de Eötvos, dadas en fisicoquímica por Oscar Almenara, calcule para el agua, Ke, para cada temperatura. .............................................................................. 10 5.

Discusión de resultados ........................................................................................................ 11



El radio del capilar resulta más exacto si se trabaja con valores teóricos. ................... 11

 Los resultados obtenidos a teóricamente de la tensión superficial del agua, se aproximan a los experimentales, resultando así un porcentaje de error bajo. ..................... 11  Para el alcohol etílico los porcentajes de error son mayores con referencia a los obtenidos teóricamente. ................................................................................................................ 11 6.

Conclusiones ........................................................................................................................... 11

7.

Recomendaciones .................................................................................................................. 11

 Secar el capilar antes de cambiar de líquido a trabajar, si no se realiza los resultados pueden ser erróneos, obteniendo así mucho más porcentaje de error. ................................ 11 8.

Bibliografía ............................................................................................................................... 11

TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS

1. Objetivos Hallar la tensión superficial de los líquidos haciendo variar su temperatura, y calculando el porcentaje de error obtenido en la experiencia. 2. Fundamentos teóricos Tensión superficial Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. 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. Cohesión y adhesión Las moléculas en estado líquido experimentan una fuerte fuerza de atracción intermolecular. Cuando esas fuerzas son entre moléculas iguales, entonces las referimos como fuerzas cohesivas. Por ejemplo, las moléculas de una gota de agua se mantienen unidas por fuerzas de cohesión, y las fuerzas de cohesión, especialmente fuerte en la superficie constituye la tensión superficial. Cuando las fuerzas de atracción son entre moléculas diferentes, se dice que son fuerzas de adhesión. Las fuerzas de adhesión entre las moléculas de agua y las paredes de un tubo de vidrio, son más fuertes que las fuerzas cohesivas, con lo que se desarrolla un mecanismo de elevación del agua sobre las paredes de la vasija y contribuyendo por tanto a la acción capilar. Las fuerzas atractivas entre las moléculas de un líquido, se pueden considerar como fuerzas electrostáticas residuales y algunas veces son llamadas fuerzas de van der Waals o adherencia van der Waals.

Figura N°1: fuerzas de cohesión y adhesión

3. Datos 3.1. Datos experimentales Temperatura Altura (cm) Altura (cm) Altura (cm) 19°c 6.2 6.2 6.15 25°c 5.8 5.9 5.85 40°c 5.05 5.10 5.15 60°c 4.2 4.32 4.28 Tabla N°1: medición de la altura del agua Temperatura Altura (cm) Altura (cm) Altura (cm) 19°c 3.5 3.6 3.55 25°c 3.6 3.6 3.6 40°c 3.8 3.7 3.7 60°c 4.0 4.0 4.0 Tabla N°2: medición de la altura del alcohol Temperatura Altura (cm) Altura (cm) Altura (cm) 19°c 4.55 4.6 4.55 Tabla N°3: medición de la altura de KCl 0.4M 3.2. Datos bibliográficos Libro: Perry chemical engineer´s handbook , Robert H. Perry, séptima edición, pág.152-154-354-356 Temperatura °C σ N/m 0 0.07564 5 0.07490 10 0.07422 15 0.07349 20 0.07275 25 0.07197 30 0.07118 40 0.06956 50 0.06791 62 0.06580 Tabla N°4: tensión superficial del agua Temperatura °C σ N/m 0 0.02410 20 0.02230 25 0.02180 40 0.02060 50 0.01980 Tabla N°5: tensión superficial del alcohol etílico 4. Tratamientos de datos a) Usando la ecuación (4) para el agua a 25 °C y con la ayuda de manuales, determine el radio del capilar. De tablas se tiene que el valor de la tensión superficial del agua es = 0.07197 N/m y la densidad es ρ= 0.997045 g/ml ; hacemos uso de la ecuación de :

Como la superficie se moja totalmente con el agua entonces el ángulo de contacto es (θ=0°). Entonces calculemos el radio del tubo capilar:

Reemplazando datos:

b) Calcule σ a las diferentes temperaturas experimentales en dy/cm , para el agua y los otros líquidos Para el Agua: Agua T= 19°C, h= 6.2 cm, ρ= 0.998405 g/mL, = 0°

Reemplazando σ = 76.2 dy /cm Agua T= 25°C, h= 5.85cm, ρ= 0.997045 g/mL, Reemplazando

= 0°

σ = 71.8 dy /cm Agua T= 40°C, h= 5.10cm, ρ= 0.992215 g/mL, Reemplazando

= 0°

σ = 62.3 dy /cm Agua T= 60°C, h= 4.28cm, ρ= 0.983200 g/mL, Reemplazando σ = 52.3 dy /cm

= 0°

Para

el

alcohol:

Alcohol T= 19°C, h= 3.55cm, ρ= 0.790187 g/mL, Reemplazando

= 0°

σ = 34.5 dy /cm Alcohol T= 25°C, h= 3.6cm, ρ= 0.785047 g/mL, Reemplazando

= 0°

σ = 34.6dy /cm Alcohol T= 40°C, h= 3.7cm, ρ= 0.784508 g/mL, Reemplazando

= 0°

σ = 36.4 dy /cm Alcohol T= 60°C, h= 4.0cm, ρ= 0.754273 g/mL, Reemplazando

= 0°

σ = 37.1 dy /cm Para el KCl 0.4M: KCl T= 19°C, h= 4.55cm, ρ= 1.02391 g/mL, Reemplazando

= 0°

σ = 57.35dy /cm



Hallando σ del agua teórico a las temperaturas de 19, 25, 30, 40 y 60:

Temperatura σ N/m °C Eje X Eje Y 0 0.07564 10

0.07422

20

0.07275

30

0.07118

40

0.06956

50

0.06791

∑

∑ 150

0.43126

X.Y 0 0.7422 1.455 2.1354 2.7824 3.3955

∑ 10.5105

0 7.422 29.1 64.062 111.296 169.775

∑ 381.655

0 100 400 900 1600 2500

∑

0 1000 8000 27000 64000 125000

∑ 5500

225000

0 10000 160000 810000 2560000 6250000

∑ 9790000

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

Resolviendo el sistema: c= 0.04153 b= 2.30807. a= -3.73928. Por conclusión se formara la siguiente ecuación: Y =-3.73928. + 2.30807. . + 0.04153

Temperatura °C 19 25 40 60

σ teórico N/m 0.071884 0.071970 0.06956 0.06591

σ experimental N/m 0.0762 0.0718 0.0623 0.0523

% error 6 .00% 0.23% 10.4% 20.6%

Tabla N°6: porcentaje de error, tensión del agua

0.077 0.076

Tension superficial

0.075 y = -3E-07x2 + 3E-05x + 0.0904

0.074 0.073 0.072 0.071 0.07 0.069 0.068 0.067 270

280

290

300 Temperatura (kelvin)

310

320

330

Temperatura °C σ teórico N/m σ experimental N/m 0.02225 0.0345 19 0.02180 25 0.0346 0.02060 40 0.0364 0.01864 60 0.0371 Tabla N°7: tensión del alcohol etílico 0.03

Tension superficial

0.025

0.02

0.015 y = 2E-07x2 - 0.0002x + 0.0641 0.01

0.005

0 270

280

290

300

310

320

330

Temperatura (kelvin)

c)

Calcule el cambio de entropía, ∆S , por unidad de área : De la ecuación: s

σ0 = ∆H

- T ∆S

s

Pero al momento de realizar el experimento no se observó ninguna reacción entonces ∆H =0 s

σ= -T∆S

s

∆s =

acomodo dando y tomando el modulo

s

:

donde ∆s : variación de la entropía por unidad de área

para el agua :

T(K)

292 K

s

∆S (J)

298 K

0.2609 J

0.2409 J

313 K

333K

0.1999 J

0.1570 J

Para el alcohol: T (K) s

∆S (J)

d)

292 K

298 K

313 K

333 K

0.1181 J

0.1161 J

0.11629 J

0.11141 J

Con las ecuaciones de Eötvos, dadas en fisicoquímica por Oscar Almenara, calcule para el agua, Ke, para cada temperatura. Tomando en cuenta la ecuación: :Tensiónsuperficial ⁄

Donde: Ke:constante Tc: temperatura critica V: volumen molar T: temperatura Datos: A 19°C la densidad del agua es 0.9984082 g/cm3 = 998.4082 Kg/m

3

La Tc del agua es 647.1 K El volumen molar es Vm=

=

=

= ; donde M: masa molar

: Densidad a 19 ° C Vm = 1.802x10

-5

3

m /mol ⁄

(

)

5. Discusión de resultados  El radio del capilar resulta más exacto si se trabaja con valores teóricos.  Los resultados obtenidos a teóricamente de la tensión superficial del agua, se aproximan a los experimentales, resultando así un porcentaje de error bajo.  Para el alcohol etílico los porcentajes de error son mayores con referencia a los obtenidos teóricamente. 6. Conclusiones 

A diferentes temperaturas el agua posee una mayor tensión superficial, y la menor tensión lo posee el alcohol etílico.

7. Recomendaciones  Secar el capilar antes de cambiar de líquido a trabajar, si no se realiza los resultados pueden ser erróneos, obteniendo así mucho más porcentaje de error.

8. Bibliografía Perry chemical engineer´s handbook , Robert H. Perry, séptima edición, pág.152-154-354356