UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD 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

Periodo Académico: 2013- 1

Fecha de realización de práctica: 11 / 06 / 2013

Fecha de presentación del informe: 18 / 06 / 2013

Lima – Perú

Nota

INDICE

Contenido1. Objetivos...................................................................................................................................4

2. Fundamentos teóricos............................................................................................................4

Tensión superficial...................................................................................................................4

Cohesión y adhesión................................................................................................................4

3. Datos.........................................................................................................................................5

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

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

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

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. ObjetivosHallar la tensión superficial de los líquidos haciendo variar su temperatura, y calculando el porcentaje de error obtenido en la experiencia.

2. Fundamentos teóricosTensión 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 6.1525°c 5.8 5.9 5.8540°c 5.05 5.10 5.1560°c 4.2 4.32 4.28Tabla N°1: medición de la altura del agua

Temperatura Altura (cm) Altura (cm) Altura (cm)19°c 3.5 3.6 3.5525°c 3.6 3.6 3.640°c 3.8 3.7 3.760°c 4.0 4.0 4.0Tabla N°2: medición de la altura del alcohol

Temperatura Altura (cm) Altura (cm) Altura (cm)19°c 4.55 4.6 4.55Tabla N°3: medición de la altura de KCl 0.4M3.2.Datos bibliográficos

Libro: Perry chemical engineer´s handbook , Robert H. Perry, séptima edición, pág.152-154-354-356

Temperatura °C σ N/m0 0.075645 0.07490

10 0.0742215 0.0734920 0.0727525 0.0719730 0.0711840 0.0695650 0.0679162 0.06580

Tabla N°4: tensión superficial del agua

Temperatura °C σ N/m0 0.02410

20 0.0223025 0.0218040 0.0206050 0.01980

Tabla N°5: tensión superficial del alcohol etílico

4. Tratamientos de datosa) 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

σ= 0.07197 N/m y la densidad es ρ= 0.997045 g/ml ; hacemos uso de la ecuación de :

σ=h .ρ . g .r2cosθ

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

r=2cosθ .σh . ρ. g

Reemplazando datos:

r=¿¿

r=0.0251cm

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

σ=h .ρ . g .r2cosθ

Reemplazando

σ = 76.2 dy /cm

Agua T= 25°C, h= 5.85cm, ρ= 0.997045 g/mL, 𝜃 = 0°Reemplazando

σ = 71.8 dy /cm

Agua T= 40°C, h= 5.10cm, ρ= 0.992215 g/mL, 𝜃 = 0°Reemplazando

σ = 62.3 dy /cm

Agua T= 60°C, h= 4.28cm, ρ= 0.983200 g/mL, 𝜃 = 0°Reemplazando

σ = 52.3 dy /cm

Para el alcohol:σ=h .ρ . g .r2cosθ

Alcohol T= 19°C, h= 3.55cm, ρ= 0.790187 g/mL, 𝜃 = 0°Reemplazando

σ = 34.5 dy /cm

Alcohol T= 25°C, h= 3.6cm, ρ= 0.785047 g/mL, 𝜃 = 0°Reemplazando

σ = 34.6dy /cm

Alcohol T= 40°C, h= 3.7cm, ρ= 0.784508 g/mL, 𝜃 = 0°Reemplazando

σ = 36.4 dy /cm

Alcohol T= 60°C, h= 4.0cm, ρ= 0.754273 g/mL, 𝜃 = 0°Reemplazando

σ = 37.1 dy /cm

Para el KCl 0.4M:

KCl T= 19°C, h= 4.55cm, ρ= 1.02391 g/mL, 𝜃 = 0°Reemplazando

σ = 57.35dy /cm

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

Temperatura °C Eje X

σ N/mEje Y X.Y

X2 . Y X2 X3 X 4

0 0.07564 0 0 0 0 010 0.07422 0.7422 7.422 100 1000 1000020 0.07275 1.455 29.1 400 8000 16000030 0.07118 2.1354 64.062 900 27000 81000040 0.06956 2.7824 111.296 1600 64000 256000050 0.06791 3.3955 169.775 2500 125000 6250000 

∑i=1

6

X i

 

∑i=1

6

Y i

 

∑i=1

6

X iY i

 

∑i=1

6

X i2Y i

 

∑i=1

6

X i2

 

∑i=1

6

X i3

 

∑i=1

6

X i4

150 0.43126 10.5105 381.655 5500 225000 9790000

∑i=1

6

Y i=a .n+b .∑i=1

6

X i+c .∑i=1

6

X i2

∑i=1

6

X iY i=a .∑i=1

6

X i+b .∑i=1

6

X i2+c .∑

i=1

6

X i3

∑i=1

6

X i2Y i=a .∑

i=1

6

X i2+b .∑

i=1

6

X i3+c .∑

i=1

6

X i4

Resolviendo el sistema:c= 0.04153

b= 2.30807.10−3

a= -3.73928.10−5

Por conclusión se formara la siguiente ecuación:

Y =-3.73928.10−5 x2+ 2.30807.10−3.x + 0.04153

Temperatura °C σ  teórico N/m σ experimental N/m % error19 0.071884 0.0762 6 .00%25 0.071970 0.0718 0.23%40 0.06956 0.0623 10.4%60 0.06591 0.0523 20.6%

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

270 280 290 300 310 320 3300.064

0.066

0.068

0.07

0.072

0.074

0.076

0.078

f(x) = − 3.12499999999964E-07 x² + 3.13928571428352E-05 x + 0.0903639910714319

Temperatura (kelvin)

Tens

ion

supe

rficia

l

Temperatura °C σ  teórico N/m σ experimental N/m19 0.02225 0.0345

25 0.02180 0.034640 0.02060 0.036460 0.01864 0.0371

Tabla N°7: tensión del alcohol etílico

270 280 290 300 310 320 3300

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

f(x) = 1.86913411213921E-07 x² − 0.000197377912240796 x + 0.0640558402932667

Temperatura (kelvin)

Tens

ion

supe

rficia

l

c) Calcule el cambio de entropía, ∆S , por unidad de área :

De la ecuación:

 σ0 = ∆H s - T ∆S s

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

σ= -T∆Ss acomodo dando y tomando el modulo :

∆ss = σT

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

para el agua :

T(K) 292 K 298 K 313 K

333K

∆Ss (J) 0.2609 J

0.2409 J

0.1999 J

0.1570 J

Para el alcohol:

T (K)

292 K 298 K 313 K 333 K

∆Ss

(J) 0.1181 J

0.1161 J

0.11629 J

0.11141 J

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

Tomando en cuenta la ecuación:

σ :Tensiónsuperficial

σ=KeT C−T

V23

Donde: Ke:constante Tc: temperatura criticaV: volumen molarT: temperatura Datos:

A 19°C la densidad del agua es 0.9984082 g/cm3 = 998.4082 Kg/m3

La Tc del agua es 647.1 K

El volumen molar es Vm= VN =

VmM

=MmV

= Mρ ; donde M: masa molar

ρ: Densidad a 19 ° C

Vm = 1.802x10-5 m3/mol

Ke= σ V23

T C−T=0,762

Nmx (1.802 x10(−5 m3mol ))

23

647,1° K−292° K=1 ,47 x10−6 J

° K

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. BibliografíaPerry chemical engineer´s handbook , Robert H. Perry, séptima edición, pág.152-154-354-356