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• Leonardo Medina Germanotta

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Determinar la concentración superficial (en moles por centímetro cuadrado a tensión superficial está determinada por la capacidad que tienen las moléculas superficiales de un líquido para formar interacciones (puentes de hidrogeno e interacciones de Van der Waals), pues mientras más interacciones se formen, habrá mayor atracción entre las moléculas superficiales e internas del líquido y este tendrá mayor tensión superficial.1 Para la determinación de la tensión superficial de diferentes soluciones se aplicó la acción de la capilaridad, ya que esta depende de las fuerzas intermoleculares de cohesión y de adhesión que le confiere la capacidad de ascender o descender por el tubo capilar; y por medio de La ley de Jurin; la cual define la altura que se alcanza cuando se equilibra el peso de la columna de líquido y la fuerza de ascensión por capilaridad. La altura h en metros de una columna líquida está dada por la ecuación:

h=

2γ cos θ pgr

Ecuacion 1: altura alcanzada por la capilaridad, teniendose en cuenta que se forma un angulo de contacto. Donde 𝛾: tensión superficial. θ: ángulo de contacto. 𝜌: densidad del líquido. g: aceleración por gravedad. r: radio del tubo capilar. Como tenemos que el líquido se extiende por la superficie sin formar un ángulo, la expresión se define como sigue: h=

2γ pgr

ecuación 2 dado que la tensión superficial para el agua a 25°C es de 72dinas/cm2 se puede obtener el radio del capilar despejándose de la ecuación 2, como sigue:

r=

2γ pgh

Determinación del radio de capilar en agua medida altura cm 1 1,4 2 1,6 3 1,6 4 1,4 5 1,2 promedio 1,44 Tabla 1: medidas del ascenso del capilar en agua, para la determinación del radio del capilar.

gcm 2 s2 ) cm r= g 980cm 0,997 3 ∗ ∗ 1,44cm cm 𝑠2 = 0,104cm 2 ∗ (72

con el valor obtenido del radio, se pueden calcular los valores de las tensiones superficiales de unas soluciones de etanol y NaCl a diferentes concentraciones, mostrados en las tablas 3 y 4. concentración 1 0,8 0,6 0,45 0,34 0,25 0,15 0,11

solución Etanol, valor promedio del asenso (cm) 0,94 0,96 1,22 1,06 0,92 1,2 1,14 1,22

solución NaCl , valor promedio del asenso cm 0,62 0,983 0,8 1,02 0,617 0,9 1,1 0,82

Tabla 2: valores del ascenso del capilar para las soluciones de etanol y NaCl a diferentes concentraciones

Densidades (g/mL) solución solución concentración etanol NaCl 1 0,9837 1,0293 0,8 0,9893 1,0241 0,6 0,9861 1,0166 0,45 0,9801 1,0061 0,34 0,9931 1,0083 0,25 0,9899 1,0109 0,15 0,9822 0,9994 0,11 0,9902 0,9957 Tabla 3: densidades de las soluciones etanol y NaCl a diferentes concentraciones

A partir de los datos obtenidos experimentalmente, se procede a calcular la tensión superficial para cada solución, mediante la ecuación 𝛾=

tiene que la tensión superficial del etanol a 25°C es de 0,0282(J/m2), y el valor promedio obtenido experimentalmente es de 2 0,055(J/m ), en lo cual se observa que el valor obtenido supera casi el doble el valor reportado, como se mencionara adelante, los datos obtenidos experimentalmente, presentan una gran dispersión, lo cual explica esta diferencia. Para el caso de la solución del cloruro de sodio no se tiene un valor teórico con el cual compararse, pero se tiene que la tensión superficial en las soluciones debe ser mayor a la del agua, al observarse la tabla 4 se puede ver que para algunos datos de ciertas concentraciones esto se cumple, pero que la gran mayoría no se cumple, lo cual también se debe a la propagación de errores sistemáticos en el laboratorio, lo cual es muy notorio en las isotermas de Gibbs como se muestra a continuación:

Isoterma de Gibbs graficas

1 𝑟 (ℎ + ) 𝑟𝑝𝑔 2 3

tensión tensión superficial superficial concentración etanol (J/m2) NaCl (J/m2) 1 0,047887028 0,04743326 0,8 0,049148543 0,07017966 0,6 0,061803739 0,05638146 0,45 0,053590025 0,05300026 0,34 0,047351922 0,04625653 0,25 0,061052399 0,05684599 0,15 0,057632078 0,06814814 0,11 0,062060706 0,05035056 promedio 0,055065805 0,05607448 Tabla 4: valores de tensión superficial obtenidos para las soluciones de etanol y NaCl a diferentes concentraciones (J/m2)

Según los valores teóricos reportados para la tensión superficial de estas sustancias, se

Grafica 1: tensión superficial versus p [etanol]

significa que el componente i es desorbido de la interfase, la proporción moles de i a moles de componente 1 es menor en la interfase que en el seno de la fase líquida y la interfase se empobrece en indicando así que la tensión superficial aumenta con la concentración.

Grafica 2: tensión superficial NaCl versus p[NaCl]

La isoterma de adsorción de Gibbs, la cual relaciona las variaciones de tensión superficial con el potencial químico, a través de la concentración superficial en exceso, la cual se define como: 𝑛2∞ 𝑈2 = 𝐴 Teniéndose que 𝑑𝜇2 = 𝑅𝑇𝐿𝑛𝑐2 Se llega a la expresión 𝑑𝛾 𝑈2 = − 𝑅𝑇𝑑𝐿𝑛𝐶2 Siendo esta la isoterma de adsorción de Gibbs, la cual puede tener valores positivos, negativos o cero; al realizarse las gráficas de la tensión superficial de las soluciones de etanol y cloruro de sodio versus el logaritmo de la concentración, se puede obtener el valor de la concentración superficial; la cual es equivalente a la pendiente de la gráfica. Como se puede observar en ambas graficas se presenta una dispersión muy grande atribuida a la propagación de errores sistemáticos. Para las soluciones de etanol y cloruro de sodio se obtuvieron las pendientes -0,0114 y -0,0009 mol/cm2, respectivamente, el valor negativo de esta expresión lo cual

Para el caso de la solución del NaCl, la cual está considerada como una sustancia inactiva en la cual la tensión superficial aumenta ligeramente con la concentración, siendo U2 menor que cero; es decir, son sustancias que no tienen tendencia a adsorberse en la interfase, sino, por el contrario, se acumulan en el interior de la fase acuosa. Para el caso de la solución de etanol, se tiene que son sustancias que tienden a adsorberse en la interfase, mostrando una mayor concentración relativa al disolvente que en el interior de la fase acuosa. Se comportan así sustancias sólo parcialmente solubles en el disolvente, como en el caso del agua, las sustancias orgánicas poco polares. De particular interés son las sustancias que presentan una parte polar o hidrofílica como los alcoholes y una parte no polar o hidrófoba (cadenas hidrocarbonadas).2

Conclusiones: Se determinó la tensión superficial de soluciones de etanol y cloruro de sodio a diferentes concentraciones por el método de capilaridad, comprobando que este método es muy propenso a la propagación de errores sistemáticos, y con el cual se obtienen datos con una gran dispersión en comparación con los valores teóricos Bibliografía 1 y 2- universidad de valencia departamento de ingeniera física, fenómenos de superficie. Recuperado de https://www.uv.es/tunon/QFIII/tema_5.pdf 25/10/2019. - Guía de laboratorio FENÓMENOS DE SUPERFICIE TENSIÓN

SUPERFICIAL DE SOLUCIONES. Universidad de cauca.