fisicoquímica iii experimento 2
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Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Estudios Superiores Cuautitlán.
“POR MI RAZA HABLARA EL ESPIRITU”
EDO. DE MEXICO A 21 DE FEBRERO DEL 2012.
Laboratorio de fisicoquímica IIIReporte Experimental.(Efecto de la Temperatura sobre la Tensión Superficial.)
BERMUDEZ FLORES HILARION.CORTES GINEZ MARIA DEL CARMEN.OLMEDO MARTINEZ CINTHYA SUSANA.RODRIGUEZ CHAVEZ EDWIN IVAN.ROMERO OLIVARES VANESSA
Determinación del exceso de soluto superficial mediante la ecuación de adsorción de Gibbs.
Objetivos:
1. Aplicar la ecuación de adsorción de Gibbs para la determinación del exceso de soluto superficial en el sistema Fenol/Agua.
Marco Teórico: (Investigación Previa).
Efecto de un soluto en la tensión superficial.
Ya hemos racionalizado la tensión superficial como un efecto de interacciones entre las moléculas de un líquido: los líquidos que poseen las interacciones más fuertes presentan las tensiones más altas y viceversa. Cuando consideramos el efecto de un soluto sobre la tensión superficial atenderemos primeramente al efecto de dicho soluto sobre las interacciones de las moléculas.
En el caso de sales iónicas en agua, estas tienden a solvatarse fuertemente, lo cual es equivalente a aumentar el grado de asociación del agua. Esto resulta en un ligero aumento de la tensión superficial.
Ecuaciones de Eötvös, Ramsay y Shields y Guggenheim-Katayama
En muchos casos la disminución de la tensión superficial con el aumento de la temperatura es casi lineal. Eötvös, Ramsay y Shields llamaron la atención a cierta semejanza del cambio de tensión superficial con la temperatura, en estos casos lineales respecto al cambio de la presión de un gas con la temperatura. La tensión superficial aumenta linealmente a medida que la temperatura desciende por debajo de cierta temperatura (que es alrededor de 6° más baja que la crítica), mientras que la presión de un gas aumenta linealmente a medida que la temperatura sube desde el cero absoluto. La ecuación de RamsayShields para la variación de la tensión superficial con la temperatura es:
γ ((Mv )2/3 = k (Tc – T – 6)
Mv es el volumen molecular y Tc la temperatura crítica.
Eötvös dedujo su ecuación a base del examen de los estados correspondientes de líquidos de constitución molecular similar, bastantes difíciles de considerar. Sin embargo la base de su teoría es que las superficies han de compararse en cuanto al número de moléculas por unidad de área, el cual si las moléculas son de forma similar y están empaquetadas simétricamente, ha de ser proporcional a Mv2 /3.Se halló que la constante k tenía aproximadamente el valor de 2.12 para líquidos normales. Algunos líquidos como el agua y otros que contienen hidroxilos dan un valor más bajo para k y se supuso que estos valores bajos anormales se debían a asociación de las moléculas del líquido. Si se supone que el cambio completo en el número de moléculas de la superficie se debe a simple asociación de moléculas de peso molecular M a moléculas de peso molecular M1, se podía calcular el grado de asociación por la relación:
M 1M
=( 2.12k )
2/3
La escuación de Ramsay-Shields se ha encontrado que tiene validez en muchos líquidos para temperaturas que van hasta las proximidades de la crítica. Sin embargo predice que γ se hará igual a cero cuando t = (tc - 6) y se hará negativa en la temperatura crítica. Para obviar esta dificultad Katayama estableció la siguiente modificación:
γ( Mρt−ρv )
2/3
=k ' (tc−t)
Donde ρv es la densidad del vapor a la temperatura t, con lo cual γ = 0 cuando t = tc.
Temperatura crítica y energía superficial molar.
Aunque no existe una sola ecuación que exprese la variación de la tensión superficial de todos los líquidos con la temperatura, hay en muchos casos ecuaciones que son lo bastante exactas para ser usadas para fines de interpolación.La más sencilla es la expresión de la variación, casi lineal, de la tensión superficial con la temperatura:
γ = γ0 (l – bT)
Como la tensión superficial se desvanece al llegar la temperatura crítica, la ecuación puede escribirse como:
γ = γ0 (l - TTc
¿
La ecuación lineal ha sido modificada siguiendo dos líneas de razonamiento diferentes: la primera es seguir el plan de Eötvös de introducir el volumen molecular elevado a dos tercios como la ecuación de Ramsay- Shields:
γ( MD−d )
2/3
=kTc (l− TTc
)
En donde D es la densidad del líquido y d la del vapor; la segunda línea de razonamiento es elevar el segundo factor (l – T/Tc) a una potencia poco mayor que la unidad.
γ = γ0 (l− TTc )
n
La pendiente que existe entre la tensión superficial y la temperatura es conocida como la energía superficial molar.
Metodología.
Equipo, material y sustancias.
Material de cristalería.
Cantidad. Nombre. Capacidad/precisión.
1 Vaso de precipitados. 1 L
4 Vaso de precipitados. 50 ml
1 Picnómetro. 10 ml
Aparatos o equipos.
Cantidad. Nombre. Capacidad/precisión.
1 Balanza analítica. 0.0000 g
1 Parrilla de agitación magnética.
1 Tensiómetro capilar completo.
Material de uso común.
Cantidad. Nombre. Capacidad/precisión.
1 Propipeta. 20 ml1 Piseta.1 Barra magnética.
Procedimiento.
Montaje experimental para la determinación de la tensión superficial por el método de ascenso capilar.
1. Monte su material de acuerdo a la figura.
2. Coloque aproximadamente 30 ml del líquido en estudio.
3. Determine de nueva cuenta el radio del tubo capilar con un disolvente cuyo valor de tensión superficial sea conocido.
4. Determine las alturas (h) para cada líquido a las temperaturas 20 o temperatura ambiente, 30, 40 y 50°C.
5. Determine la densidad de los líquidos en estudio a las diferentes temperaturas y compárelos con los reportados en la literatura.
6. Haga los cálculos necesarios para obtener el valor superficial.
Observaciones.
El capilar deberá estar perfectamente limpio para evitar fractura de la columna del líquido.
Realice un mínimo de 4 lecturas en la determinación de la altura para asegurar que estas sean confiables.
Enjuagar el capilar al cambiar el líquido a medir. No mezclar líquidos polares con no polares.
Reactivos.
Nombre. Cantidad.Metanol. 30 mlEtanol. 30 ml
Propanol. 30 mlBenceno. 30 ml
Agua destilada.
Hojas de seguridad.
Resultados.
Densidad g/cm3 Altura cm Tensión Superficial dyn/cm
Líquido T1=23 T2=35 T3=44 T4=54 T1=23 T2=35 T3=44 T4=54 T1=23 T2=35 T3=44 T4=54
Agua 0.9975 0.9940 0.9906 0.9862 6.8 4.3 6.6 4.7 72.43 45.13 69.04 48.94
0.9975 0.9940 0.9906 0.9862 6.9 5.0 6.6 5.6 72.43 52.48 69.04 58.32
0.9975 0.9940 0.9906 0.9862 6.9 6.2 6.6 6.0 72.43 65.082 69.04 62.48
0.9975 0.9940 0.9906 0.9862 6.9 6.2 6.6 6.5 72.43 65.082 69.04 67.71
T1=24 T2=34 T3=44 T4=54 T1=24 T2=34 T3=44 T4=54 T1=24 T2=34 T3=44 T4=54
Etanol 0.78606
0.77756
0.77203
0.66961
2.7 2.7 2.9 2.8 22.41
22.17
20.38
19.79
0.78606
0.77756
0.77203
0.66961
2.7 2.7 2.9 2.8 22.41
22.17
20.38
19.79
0.78606
0.77756
0.77203
0.66961
2.7 2.7 2.9 2.8 22.41
22.17
20.38
19.79
0.78606
0.77756
0.77203
0.66961
2.7 2.7 2.9 2.8 22.41
22.17
20.38
19.79
T1=25 T2=35 T3=45 T1=25 T2=35 T3=45 T1=25 T2=35 T3=45
Benceno 0.8737 0.846 0.8240 3.2 3.0 2.9 28.88 26.21 24.68
0.8737 0.846 0.8240 3.0 3.0 2.9 27.07 26.21 24.68
0.8737 0.846 0.8240 3.2 3.0 2.9 28.88 26.21 24.68
0.8737 0.846 0.8240 2.9 3.0 2.9 26.17 26.21 24.68
T1=25 T2=35 T3=45 T1=25 T2=35 T3=45 T1=25 T2=35 T3=45
Acetona 0.783125 0.7677 0.7524 2.9 2.9 2.7 23.45 22.99 20.985
0.783125 0.7677 0.7524 2.9 2.8 2.2 23.45 22.20 17.098
0.783125 0.7677 0.7524 2.5 2.9 2.7 20.22 22.99 20.985
0.783125 0.7677 0.7524 2.8 2.9 2.6 22.65 22.99 20.207
CALCULOS PARA EL RADIO DE CAPILAR (POLAR)
γ= hgρr
2 donde h= altura, g= aceleración de la gravedad, ρ= densi-
dad del liquido
r=radio del capilar, γ= tensión superficial
r= 2 γhgρ
r=
2 X (72.43 gcm
s2cm)
(6.875cm )(981cms2 )( 0.9975g
cm3 )
r=0.02153 cm
TENSION SUPERFICIAL DEL AGUA
γ35°C= (4.3cm )( 981cm
s2 ) (0.02153cm )( 0.994 g
cm3 )
2=45.13
dyncm
γ35°C = (5.0cm )( 981cm
s2 )(0.02153cm )( 0.994 g
cm3 )
2=52.48
dyncm
γ35°C = (6.2cm )( 981cm
s2 ) (0.02153cm )( 0.994 g
cm3 )
2=65.082
dyncm
γ44°C= (6.6cm )( 981cm
s2 ) (0.02153cm )(0.9906 g
cm3 )
2=69.04
dyncm
γ54°C = (4.7cm )( 981cm
s2 ) (0.02153cm )( 0.9862g
cm3 )
2=48.94
dyncm
γ54°C = (5.6cm )( 981cm
s2 )(0.02153 cm )( 0.9862 g
cm3 )
2=58.32
dyncm
γ54°C = (6.0cm )( 981cm
s2 )(0.02153 cm)( 0.9862 g
cm3 )
2=62.48
dyncm
γ54°C = (6.5cm )( 981cm
s2 )(0.02153 cm)( 0.9862 g
cm3 )
2=67.71
dyncm
TENSION SUPERFICIAL DEL ETANOL
γ24°C = rhρg
2=
(0.02153 cm) (2.7cm )(0.78606 gcm−3)(981cm s−2)2
=22.41dinascm
γ34°C = rhρg
2=
(0.02153 cm) (2.7cm )(0.77756 gcm−3)(981cm s−2)2
=22.17dinascm
γ40°C = rhρg
2=
(0.02153 cm) (2.5cm )(0.77203 gcm−3)(981cm s−2)2
=20.38dinascm
γ50°C = rhρg
2=
(0.02153 cm) (2.8cm )(0.66961 gcm−3)(981cms−2)2
=19.79dinascm
CALCULOS PARA DETERMINAR EL RADIO DEL CAPILAR NO POLAR
r= 2 γhgρ
r=
2 X ( 23.7 gcm
s2 cm)
(2.9cm )(981cms2 )(0.7908 g
cm3 ) = 0.02106 cm
TENSION SUPERFICIAL DE ACETONA
γ25°C= (2.9cm )( 981cm
s2 )(0.02106 cm )( 0.7831 g
cm3 )
2=23.45
dyncm
γ25°C= (2.5cm )( 981cm
s2 )(0.02106 cm )( 0.7831 g
cm3 )2
=20.223dyncm
γ25°C= (2.8cm )( 981cm
s2 )(0.02106 cm )(0.7831 g
cm3 )
2=22.65
dyncm
γ35°C= (2.9cm )( 981cm
s2 )(0.02106 cm )( 0.7677 g
cm3 )
2=22.99
dyncm
γ35°C= (2.8cm )( 981cm
s2 )(0.02106 cm )(0.7677 g
cm3 )
2=22.20
dyncm
γ45°C= (2.7cm )( 981cm
s2 )( 0.02106cm )( 0.7524 g
cm3 )
2=20.985
dyncm
γ45°C= (2.2cm )( 981cm
s2 ) (0.02106cm )( 0.7524 g
cm3 )
2=17.098
dyncm
γ45°C= (2.6cm )( 981cm
s2 )( 0.02106cm )( 0.7524 g
cm3 )
2=20.207
dyncm
TENSION SUPERFICIAL DEL BENCENO
γ25°C= (3.0cm )( 981cm
s2 )(0.02106 cm )( 0.8737 g
cm3 )
2=27.07
dyncm
γ25°C= (2.9cm )( 981cm
s2 )(0.02106 cm )( 0.8737 g
cm3 )
2=26.17
dyncm
γ35°C= (3.0cm )( 981cm
s2 )(0.02106 cm )( 0.846 g
cm3 )
2=26.21
dyncm
γ45°C= (2.9cm )( 981cm
s2 )(0.02106 cm )( 0.8240 g
cm3 )
2=24.68
dyncm
γ(Mρ )23=k (Tc−T )
20.38( 46.06 gmol−10.77203 gcm−3 )
23 =k '(Tc−313.15K)
311.16( dinas cm2
mol ) = k’Tc – 313.15k k’
K’Tc – 313.15K k’ – 311.16 ( dinas cm2
mol )=0
24.41( 46.06 gmol−10.78606 gcm−3 )
23=k '(Tc−297.15K )
338.08( dinas cm2
mol ) = kTc – 297.15K k’
K’Tc – 297.15K k’ – 338.08K k’ ( dinas cm2
mol )=0
K’Tc – 297.15K k’ – 338.08K k’ ( dinas cm2
mol ) = K’Tc – 313.15K k’ – 311.16 ( dinas cm2
mol )313.15K k’– 297.15K k’ = 338.08K k’ ( dinas cm2
mol )– 311.16 ( dinas cm2
mol )
16K k’ = 26.92 ( dinas cm2
mol )K’ = 1.6825 ( dinas cm2
mol K )
Tc=γ (Mρ )
23
k '+T=
20.38( 46.06g mol−10.77203 gcm−3 )
23
1.6825+313.15=498.44K
E s=20.38
dinascm
1−313.15K498.44K
=54.8232
ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Para poder determinar el valor del radio del capilar para sustancias polares, utilizamos, el valor de la tensión superficial del agua a temperatura ambiente esto es 23°C, este valor es conocido, al igual que la densidad del agua a temperatura ambiente (23°C). El valor del radio se utiliza para calcular la tensión superficial de las sustancias polares.Para calcular el radio del capilar no polar, utilizamos el valor de la tensión superficial de la acetona que es un valor conocido a temperatura ambiente (25°C), se utiliza el valor de la densidad de acetona a la misma temperatura (25°C). El valor obtenido del radio se utiliza para calcular la tensión superficial de las sustancias no polares.
En la tabla de resultados se muestran las tensiones superficiales obtenidas experimentalmente para cada sustancia, se espera que la tensión superficial disminuya proporcionalmente con el aumento de la temperatura, por las dificultades que se presentan para mantener constante la temperatura, no se cumplió este hecho para todas las sustancias.
CONCLUSIONES:
Al aumentar la temperatura la agitación cinética de las moléculas y la ten-dencia de éstas a escapar hacia fuera aumentan, por lo tanto la tensión su-perficial disminuye.
A medida que la temperatura se acerca a la temperatura crítica, disminuye la fuerza ejercida sobre las moléculas de la superficie y al llegar a la temperatura crítica,por lo que la tensión superficial se va desvaneciendo.
La disminución de la tensión superficial en muchos casos hace que el au-mento de la temperatura se comporte linealmente.La tensión superficial aumenta linealmente a medida que la temperatura desciende por de bajo de cierta temperatura (alrededor de 6° más baja que la crítica),
La ecuación Eotvos, Katayama y Van der Waals nos permite conocer la va-riación de la tensión superficial con la temperatura.
BIBLIOGRAFÍA:
Fisicoquímica. G. Castellan. Fisicoquímica, Wesley-Longman,segundaedicionPons muzzo, fisicoquímica, Física. Atkins. (ed. Omega). 1999.