Previo práctica 5. Efecto de la temperatura sobre la tensión superficial PDF

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Es un previo de resolución de preguntas que ayudarán a entender la práctica, aportando los conocimientos necesarios sobre el efecto que habría al aumentar o disminuir la temperatura en la tensión superficial de una reacción...

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Previo práctica 5: Efecto de la temperatura sobre la tensión superficial.

Licenciatura en Farmacia Alumna: Favela Cárdenas Diana Monserrat Profesores: Luis Ignacio Reyes García María Alejandra Rodríguez Pozos

Grupo 2551 Fecha de entrega: 25/Junio /2021.

1. ¿Cómo se modifica la tensión superficial con la temperatura? La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido.1

2. Ecuaciones de Eötvös, Ramsay y Shields, Katayama y Van der WaalsGuggenheim Originalmente Eotvos (1886) propuso la siguiente correlación para obtener la tensión superficial  en dinas/cm:

Donde TC y T son las temperatura crítica y la actual respectivamente en K, ρL es la densidad del líquido en g/cm3 , M es el peso molecular y k es una constante con unidades de dina-cm/K-mol2/3. Siete años después, Ramsay-Shields (1893) propusieron en forma empírica que (TC -T) fuera reemplazado por [(TC -T)-6] para que hubiese una mejor concordancia de los valores calculados con los datos experimentales sobre todo a bajas temperaturas. Basado en esta misma ecuación, Katayama (1916) propuso una modificación en la que incluía la densidad ρV en g/cm3 en estado gaseoso a las condiciones de presión de saturación de vapor a la temperatura del líquido.

La constante k de estas tres propuestas es aproximadamente 2.12 para líquidos “normales”, sin embargo cuando se aplica a líquidos polares o de pesos moleculares altos, dicha “constante” varía desde 1.5 hasta 2.6, lo cual es un intervalo demasiado alto para considerarlo una “constante”. Cabe aclarar que no se tiene información específica en la literatura sobre la calidad de estas correlaciones, aunque Gambill (1958) menciona que en general no se han considerado aceptables para predecir los valores de tensión superficial En concordancia con el principio de estados correspondientes, van der Waals (1894) sugirió la siguiente correlación:

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Mak S.Y., Wong K. Y., The measurement of the surface tension by the method of direct pull. Am. J. Phys. 58 (8) August 1990, pp. 791-792.

Donde PC es la presión crítica en atm, Tr es la temperatura reducida y k y n se suponen constantes universales para todos los materiales. Esta ecuación, aunque según Prasad (1980) en sí no da resultados seguros sin embargo al igual que Reid et al. (1968) mencionan que es la precursora de una buena parte de las correlaciones confiables para fines de ingeniería a través de mejoras al método original que han hecho otros investigadores; de hecho puede observarse que el grupo σ/Tc1/3PC2/3 puede considerarse como una tensión superficial adimensional si se incluye la constante k cuyo valor dependerá de las unidades de σ , TC y PC .2

3. ¿Qué relación existe entre la temperatura crítica y tensión superficial? Si tenemos el líquido en equilibrio con su vapor, las diferencias entre las fases disminuyen a medida que nos acercamos a la temperatura crítica, Tc, momento en que desaparece la interfase y existe una única fase (fluido supercrítico). Por lo tanto para una temperatura igual o superior a Tc =0. Cabe esperar pues que  disminuya a medida que T aumenta hasta llegar a Tc. Desde un punto de vista molecular, el aumento de la temperatura se traduce en una mayor energía cinética de las moléculas, lo que les permite vencer más fácilmente las atracciones existentes entre ellas y pasar más fácilmente a la interfase.3

4. ¿Qué significado físico tienen la energía de superficie total y la energía molar superficial?¿Cómo se calculan? Energía libre de Gibbs dG = -SdT + VdP + (gamma)ds De la ecuación anterior, que incluye la contribución de la variación en área superficial, podemos deducir que: (gamma)=(dG/ds)T,P = Gs Esto es, la tensión superficial se puede describir como la energía libre de superficie. La energía total de superficie es mayor que la energía libre de superficie. A continuación se presenta la derivación de la ecuación para calcular la energía libre de superficie: Siendo qrev el calor intercambiado reversiblemente, sabemos que: dqrev = TdS (No confundir dS y ds)

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Galindo Enciso René Faustino. (2011). Modelado De La Tensión Superficial De Líquidos Puros Mediante Una Red Neuronal Artificial. 23-Junio-21, De Instituto Politécnico Nacional Sitio Web: Https://Www.Repositoriodigital.Ipn.Mx/Bitstream/123456789/13890/1/Tesis%20rfge.Pdf 3 Gómez Clara. (2008). Estudio Termodinámico De Las Interfases. 24-Junio-2021, de Departamento de Física, Universidad de Valencia Sitio web: https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/temaTensioSuperficial_07_08.pdf

dS es el cambio entrópico del proceso, por lo que podemos definir un cambio de entropía de superficie: TdS = TSsds Dado que (dG/dT)P = -S, entonces: (dGs/dT)P = -Ss Podemos plantear la siguiente ecuación termodinámica: Hs = Gs + TSs Suponiendo que Hs = Es, entonces: Es = Gs + TSs Es = (gamma) + T(d(gamma)/dT) La cual constituye la ecuación para la energía de superficie, expresada como función de cantidades fácilmente medibles (tensión superficial y razón de cambio de la tensión superficial con la temperatura). La energía de superficie es el trabajo, en ergios, necesario para aumentar el área superficial del líquido en 1 cm².4

5. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento. Metanol Antídoto: Etanol. DL50 (oral, ratas) = 7.5 g/kg. DL50 (oral, ratones) = 870 mg/kg. DL50 (piel, ratas) = mayor de 20000 ml/kg. DL50 (piel, conejos) = 20 g/kg. LC50 (inhalación, ratas) = 64000 ppm (4 horas). LC50 (inhalación, gato) = mayor de 33600 ppm (6 horas).

Etanol LD50 (oral en ratas): 13 ml/Kg México: CPT: 1900 mg/m3 (1000 ppm) Estados Unidos: TLV (TWA): 1900 mg/m3 (1000 ppm) Reino Unido: VLE: 9500 mg/m3 (5000 ppm) 4

Víctor Manuel Rosas García. (7 de agosto de 1998). Derivación de la ecuación de energía superficial.. 24-Junio-2021, de Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León Sitio web: https://lqi.tripod.com/FQAv/superf.htm

Francia: VME: 1900 mg/m3 ( 1000 ppm) Alemania: MAK: 1900 mg/m3 (1000 ppm) Periodos largos: 1900 mg/m3 (1000 ppm) Suecia: Periodos largos: 1900 mg/m3 (1000 ppm) Alcohol desnaturalizado: LDLo (oral en humanos): 1400 mg/Kg. LD50 (oral en ratas): 7060 mg/Kg. LC 50 (inhalado en ratas): 20000 ppm /10 h Niveles de irritación a piel de conejos: 500 mg/ 24h, severa. Niveles de irritación a ojos de conejos: 79 mg, 100 mg/24h, moderada.

Propanol Toxicidad aguda DL50 Oral - rata - 8,038 mg/kg CL50 Inhalación - rata - 1 h - 20000 ppm CL50 Cutáneo - conejo - 4,000 mg/kg Corrosión o irritación cutáneas : Piel - conejo - Ligera irritación de la piel Lesiones o irritación ocular graves: Ojos - conejo - Grave irritación de los ojos Toxicidad específica en determinados órganos - exposición única (SGA): Puede provocar somnolencia o vértigo. Efectos potenciales sobre la salud Inhalación: Puede ser nocivo si se inhala. Provoca una irritación del tracto respiratorio. Ingestión: Nocivo por ingestión. Piel: Nocivo si es absorbido por la piel. Provoca irritaciones de la piel. Ojos: Provoca una irritación en los ojos. Signos y Síntomas de la Exposición Depresión del sistema nervioso central, la exposición prolongada o repetida puede provocar, narcosis, Irritación de la piel. Efectos sinérgicos sin datos disponibles Información Adicional

Benceno RQ: 10

LD50 (oral en ratas): 3.8 ml /Kg; 3306 mg/Kg LC 50 (inhalado en ratas): 10000 ppm/7 h LCLo (inhalado en humanos): 2000 ppm/ 5 min. LDLo (oral en humanos): 50 mg/Kg Niveles de irritación a piel de conejos: 15 mg/24 h, leve; 500 mg/24 h, moderada. Niveles de irritación a ojos de conejos: 88 mg, moderada; 2 mg/24 h, severa. México: Nivel máximo de conc. permisible: 20 mg/m3 (10 ppm) Cancerígeno potencial para el hombre. Estados Unidos: TLV TWA: 3 mg/m3 (1 ppm ) Carcinógeno humano. Reino Unido: Periodos largos: 30 mg/m3 (10 ppm) Francia: VME: 16 mg/m3 (5 ppm) Alemania: TRK*: 16 mg/m3 (5 ppm) Suecia: Periodos cortos: 30 mg/m3 (10 ppm) Periodos largos: 16 mg/m3 (5 ppm) Carcinógeno humano.

Agua destilada No presenta propiedades toxicológicas. Cloroformo Carcinógeno humano potencial. RQ: 10 TPQ: 10000 IDLH: 1000 ppm LD50 ( en ratas): 1 g/Kg. LDLo (oral en humanos): 140 mg/Kg LCLo ( inhalado en humanos): 25000 ppm/5 min LC50 (inhalado en ratas): 47.7 mg/m3 /4 h Niveles de irritación a piel de conejos: 10 mg/24 h, suave; 500 mg/ 24 h, suave. Niveles de irritación a ojos de conejos: 148 mg; 20 mg/24 h, moderada. México: CPT: 50 mg/m3 (5 ppm)

CCT: 225 mg/m3 (50 (ppm) Cancerígeno potencial para el hombre. Estados Unidos: TLV TWA: 50 mg/m3 (10 ppm) Posible carcinogénico humano. Reino Unido: Periodos largos: 225 mg/m3 ( 50 ppm) Francia: VME: 250 mg/m3 (50 ppm) Alemania: MAK: 50mg/m3 (10 ppm) Posible carcinogénico humano. Suecia: Periodos cortos: 10 mg/m3 ( 2 ppm)

6. Diagrama de flujo del experimento.

Referencias: •

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Galindo Enciso René Faustino. (2011). Modelado De La Tensión Superficial De Líquidos Puros Mediante Una Red Neuronal Artificial. 23-Junio-21, De Instituto Politécnico Nacional Sitio Web: Https://Www.Repositoriodigital.Ipn.Mx/Bitstream/123456789/13890/1/Tesis %20rfge.Pdf Gómez Clara. (2008). Estudio Termodinámico De Las Interfases. 24-Junio-2021, de Departamento de Física, Universidad de Valencia Sitio web: https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/temaTensioSuperficial_07_08.pdf Mak S.Y., Wong K. Y., The measurement of the surface tension by the method of direct pull. Am. J. Phys. 58 (8) August 1990, pp. 791-792. Víctor Manuel Rosas García. (7 de agosto de 1998). Derivación de la ecuación de energía superficial.. 24-Junio-2021, de Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León Sitio web: https://lqi.tripod.com/FQAv/superf.htm http://www3.uacj.mx/IIT/CICTA/Documents/Quimicos/metanol.pdf http://www.arvicr.com/productos/msds/agua-destilada.pdf https://quimica.unam.mx/wpcontent/uploads/2016/12/7cloroformo.pdf https://www.carlroth.com/medias/SDB-4898-ESES.pdf?context=bWFzdGVyfHNlY3VyaXR5RGF0YXNoZWV0c3wyOTI5MTZ 8YXBwbGljYXRpb24vcGRmfHNlY3VyaXR5RGF0YXNoZWV0cy9oNzcvaGU wLzg5NTA5NTA0Mjg3MDIucGRmfDU3ZjVkZjk3MjUzMjEzNzZiMjEzOTdk NWE1NGIyYTgyNmE0NTU1NDNkODFkYjMzYTg0YjY4NjAwOGZmOTk1 OTE https://www.quidelta.com.mx/archivos/N%20PROPANOL%20HDS%20MAYO %202016.pdf2016-06-17_18_36_28_SyP_sga.pdf https://quimica.unam.mx/wp-content/uploads/2016/12/12etanol.pdf...