MEDICIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS PUROS POR EL MÉTODO DEL ESTALAGMÓMETRO O CONTEO DE GOTAS. PDF

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MEDICIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS PUROS POR EL MÉTODO DEL ESTALAGMÓMETRO O CONTEO DE GOTAS. ...

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Introducción Los líquidos tienen un volumen fijo, sin embargo su forma varía adaptándose al recipiente en el que se encuentran dejando una superficie libre o adoptan formas especiales: gotas, pompas y burbujas, el fenómeno responsable de estos últimos es la tensión superficial. En la capa superficial de todos los líquidos sobre la cual existe otra fase, se presenta un campo de fuerzas asimétrico ya que existen fuerzas desiguales que actúan sobre las moléculas del líquido en dicha capa. Las moléculas de la superficie son atraídas hacia los lados por las moléculas vecinas en el mismo plano, y hacia abajo por las moléculas que están en la masa líquida, experimentando mucha menos Ilustración 1: Fuerzas en lalaSuperficie atracción en la Intermoleculares dirección de fase que de un Líquido está sobre y ellaSeno superficie, generalmente gaseosa. La resultante de esas fuerzas se dirige hacia abajo al interior del líquido, por lo que la capa superficial está en tensión comportándose como una membrana elástica y se contrae hasta un área mínima de acuerdo a las características del material, las restricciones del recipiente en que se encuentre y las fuerzas externas. Las Unidades de esta magnitud en función de W son:

erg J ó 2 2 cm m

Las Unidades de esta magnitud en función de F son:

mN dinas ó cm m

Existen diferentes métodos como son:  Método de la gota giratoria  Método de la gota pendiente  Método de la gota colocada  Método del estalagtometro

para determinar la tensión superficial de los líquidos    Cada tiene una diferente realizará



Método del plato Método del anillo Método de la elevación capilar Método de la presión de burbuja

método expresión para poder la

determinación de la tensión superficial, la siguiente expresión se utiliza para el método del estalagtometro, método que será aplicado en la práctica. γ x=

γ 0 no δ x δ0 γ nx

Donde: 

γ 0 = Tensión superficial del líquido

estándar n0 =Número de gotas del líquido estándar δ 0 = Densidad del líquido estándar   γ x = Tensión Superficial del líquido 

La Tensión Superficial resulta ser una magnitud fundamental para entender fenómenos como la capilaridad, solubilización de fluidos inmiscibles, así como para caracterizar los efectos de compuestos surfactantes, es la responsable de muchos fenómenos naturales y tiene una gran aplicación en diversas ramas como medicina, procesos biológicos, soldadura aeroespacial, automotriz, etc.

Objetivos:  Medir la tensión superficial de diferentes líquidos.  Comparar los valores obtenidos con valores reportados en la literatura. Hipótesis Comprobar que el agua tenga mayor tensión superficial que las otras sustancias establecidas en la práctica. Material:    

1 Bureta ( estalagtometro) 3 Vasos de precipitado de 50 Ml 1 Perilla de Succión 1 Pizeta con Agua destilada

Reactivos:     

Agua destilada Acetona Etanol Metanol Isopropanol

Desarrollo experimental 1) Al iniciar la práctica asegurarse de que la bureta estuviera seca limpia 2) Posteriormente colocar la bureta de manera vertical con ayuda de unas pinzas 3) Después agregar 2 ml de agua destilada y se comenzar conteo lentamente, tratando de que la velocidad de goteo sea de 15 a 20 gotas por minuto. 4) Realizar un duplicado del conteo de gotas 5) Secar perfectamente la bureta con acetona 6) Realizar los pasos anteriores con los líquidos restantes Cálculos Para determinar la densidad de los reactivos utilizados se obtuvieron los siguientes datos. Peso del picnómetro limpio y seco (W p )=15.014 Tabla 1. Datos experimentales a 21°C Muestra Agua Metanol Etanol Iso-propanol Acetona

W p + M (g) 25.7188 23.5757 23.7227 25.0146 23.5350

Tabla 1. Datos experimentales a 21°C Muestra Agua Metanol Etanol Iso-propanol Acetona

Volumen gastado (ml) 2 ml 2 ml 2 ml 2 ml 2 ml

Número de gotas (n) 37 83 85 81 71

1. Determinación de la densidad de los reactivos utilizados W ¿ p+H O (¿ )−W p=W H 2 ¿

2

O

T =21° C ρ H O a 21 °C =0.9982 g/ ml 2

ρH O= 2

mH V

2

O

V H O =V p= 2

mH

2

ρH

O

2

O

 Sustancia estándar (agua) W H O =¿ 25.7188 -15.014 2

W H O = 10.7048 g 2

V H O= 2

10.7048 g =10.7241ml 0.9982 g/ml

 Muestras W (¿¿ p+M )−W p=W M ¿

ρ M=

mM Vp

W metanol =23.5757 −15.014

W metanol =¿ g 8.5617 g =0.7979 ρmetanol = 10.7241 ml ml

8.5617 g

W etanol =23.7227 − 15.014

W etanol =¿ 8.7087 g g ρetanol = =0.8120 l ml 10.7241 ml

8.7087 g

W Isopropanol =25.0146−15.014

W Isopropanol=¿ g 10.0006 g =0.9325 ρI sopropanol= ml 10.7241 ml

10.0006 g

W acetona =23.5350 −15.014

W acetona =¿ g 8.521 g =0.7945 ρacetona = ml 10.7241ml

8.521 g

2. Tensión superficial a diferentes temperaturas de los reactivos trabajados

a) Sustancia estándar (Agua) Grafica1.Tensión superficial del agua a diferentes temperaturas Temperatura (°C) 10 20 30

Tensión superficial (mN/m)

Agua 75

74.2

74

f(x) = − 0.15 x + 75.73 72.8 R² = 1

73 72

Tensión superficial (mN/m) 74.2 72.8 71.2

71.2

71 70 69 5

10

15

20

25

30

35

Temperatura (°C)

Tabla 3. Tensión superficial del agua a diferentes temperaturas

Determinación de la tensión superficial a la temperatura de 21°C (agua)

Y =Y a +( X −X 0 ¿ Temperatura (°C) 21°C

b) Metanol

( Y b−Y a) ( X b−X a )

Tensión superficial (mN/m) 72.64

Grafica 2. Tensión superficial del metanol Tensión a dife Temperatur superficial temp (mN/m) a (°C) 10 23.47 25 22.17 50 19.98

Metanol Tensión superficial (mN/m)

24

23.47 f(x) = − 0.09 x + 24.35 22.17 R² = 1

23 22 21

19.98

20 19 18

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Temperatura (°C)

Determinación de la tensión superficial a la temperatura de 21°C (metanol) Temperatura (°C) 21

Tensión superficial (mN/m) 22.5166

c) Etanol Grafica 3. Tensión superficial del etanol a diferentes temperaturas

Tensión superficial (mN/m)

Etanol 24

23.12

23

f(x) = − 0.08 x + 23.94 21.91 R² = 1

22 21

19.85

20

Temperatura (°C)

Tensión superficial (mN/m)

10

23.12

25

21.91

50

19.85

19 18

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Temperatura (°C)

Tabla 5. Tensión superficial del etanol a diferentes temperaturas

Determinación de la tensión superficial a la temperatura de 21°C (etanol) Temperatura (°C)

Tensión superficial (mN/m)

21

22.2326

d) Acetona Grafica 4. Tensión superficial de la acetona a diferentes temperaturas

Tención superficial (mN/m)

Acetona 30 25

24.6

Temperatura (°C)

Tensión superficial (mN/m)

10

24.6

25

22.71

50

19.6

22.71 19.6

20 15 10 5 0 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Tabla 6. Tensión superficial de la acetona a diferentes temperaturas Determinación de la tensión superficial a la

55

Temperatura (°C)

temperatura de 21°C (acetona) Temperatura (°C) 21

Tensión superficial (mN/m) 23.214

e) Iso-propanol

Iso-propanol

TENSIÓN SUPERFICIA L (mN/m)

30 30 25

f(x) = − 0.61 x + 39.17 R² = 1

20.96

Grafica 5. Tensión superficial del isopropanol a diferentes temperaturas

20 15

Temperatura (°C) Dete

10 5 0 14

16

18

20

22

24

TEMPERATURA (°C)

26

28

30

tensió temp

Tención Superficial (mN/m)

15

30

30

20.96

N/m)

3. Determinación de la densidad de los reactivos utilizados

Tabla 7. Tensión superficial de isopropanol a diferentes temperaturas

a) Metanol Grafica 6. Densidad del metanol a diferentes temperaTemperatura

Metanol 0.81

0.8

Densidad (g/ml)

0.8

(°C) 10 20 30

f(x) = − 0 x + 0.81 R² = 1 0.79

0.8 0.79 0.79

0.78

Densidad (g/ml) 0.8003 0.7909 0.7815

0.78 0.78 0.77

5

10

15

20

25

30

35

Tabla 8. Densidad del metanol a diferentes temperaturas

Temperatura (°C)

Determinación de la densidad a 21°C del metanol Temperatura (°C) 21

Densidad (g/ml) 0.78996

b) Etanol Grafica 7. Densidad del etanol a diferentes temperaturas

Etanol 0.8

0.8

f(x) = − 0 x + 0.81 R² = 1 0.79

Densidad (g/ml)

0.8 0.79 0.79

0.78

0.78

Temperatura (°C)

Densidad (g/ml)

10

0.7979

20

0.7893

30

0.7807

0.78 0.77

5

10

15

20

25

30

35

Temperatura en (°C)

Tabla 9. Densidad del etanol a diferentes temperaturas

Determinación de la densidad a 21°C del etanol Temperatura (°C) 21

Densidad (g/ml) 0.78844

c) Acetona Grafica 8. Densidad de la acetona a diferentes temperaturas

Acetona 0.81

Temperatur a (°C)

Densidad (g/ml)

10

0.8012

20

0.7902

30

0.779

0.8

Densidad (g/ml)

0.8 0.8

0.79

0.79 0.79

0.78

0.78

Tabla 9. Densidad de la acetona a diferentes temperaturas

0.78 0.77 0.77

5

10

15

20

25

30

35

Determinación de la densidad a 21°C de la acetona

Temperatura (°C)

Temperatura (°C) 21

Densidad (g/ml) 0.78908

d) Isopropanol Grafica 9. Densidad del isopropanol a diferentes temperaturas

DENSIDAD

ISOPROPANOL 0.79 0.79 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 19

f(x) = − 0 x + 0.8 R² = 1

20

21

22

23

24

25

26

Temperatura (°C)

Densidad (g/ml)

20

0.7854

25

0.78126

Tabla 10. Densidad del isopropanol a diferentes temperaturas

TEMPERATURA

Determinación de la densidad a 21°C del iso- propanol Temperatura (°C) 21

Densidad (g/ml) 0.7866

4. Determinación de la tensión superficial de las muestras γM=



Metanol

[

Etanol

[ [

m

(



Acetona

(

(

Iso-propanol

) )

g (37) ml =29.92 g (7 1) 0.9982 ml

(72.64 ) 0.78908

γ acetona =



) )

g (37) ml =24.97 g (85) 0.9982 ml

(72.64 ) 0.78844

γ etanol =

] ] ] ]

( mlg )(37) =25.88 g (83)( 0.9982 ) ml

(72.64 ) 0.7979

γ metanol=



γ o ρmn n m ρ0

(

[

γ isopropanol=

(

) )

g (37) ml =26.14 g (81) 0.9982 ml

( 72.64) 0.7866

(

5. Porcentaje de error (%) % error=

V TEORICO−V EXPERIMENTAL V TEORICO

Metanol % error= Etanol

22.5166 −25.88 22.5166

x 100 = 14.9 %

x 100

% error=

22.2326 −24.97 22.2326

x 100 = 12.31 %

Acetona % error=

23.214 −29.92 23.214

x 100 = 28.8 %

Iso- propanol % error=

25.54 −26.14 25.54

x 100 = 2.34 %

Discusión de Resultados En el punto 1 se determinó la densidad (experimental) de los reactivos que se utilizaron (metanol, etanol, iso-propanol y acetona) tomando como iniciativa que el agua es nuestra sustancia estándar. En el punto 2 se obtuvo el valor de la tensión superficial (teórica) de cada una de las muestras y del agua; al igual que en el punto 3 se calcularon las densidades teóricas. A partir de los datos obtenidos anteriormente se logró calcular la tensión superficial experimental, comprobando que se realizó una excelente práctica ya que nuestros porcentajes de error fueron bajos a partir de los datos teóricos. Se logró alcanzar nuestros dos objetivos establecidos y se comprobó nuestra hipótesis; indicando que el agua tiene una mayor tensión superficial que las demás sustancias.

Conclusión

Referencias Zigety, E., Viau, J., Tintori Ferreira, M. A., & Gibbs, H. (2012, Marzo). Tensión Superficial : Un Modelo Experimental Con Materiales Sencillos. Recuperado 17 Enero, 2020, De Https://Www.Redalyc.Org/Pdf/920/92024547007.Pdf

Alindo Enciso, R. (2011). Modelado De La Tensión Superficial De Líquidos Puros Mediante Una Red Neuronal Artificial. Maestria. Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior De Ingeniería Química E Industrias Extractivas. Díaz. J., J. C., & Becerra S., L. O. (2008a, 24 Octubre). Tensión Superficial, Importancia De Las Mediciones En La Metrología De Densidad Con Un Valor De Incertidumbre Aceptable. Recuperado 17 Enero, 2020, De Https://Www.Cenam.Mx/Simposio2008/Sm_2008/Memorias/M1/SM2008-M108-1050.Pdf...