CUESTIONARIO:

TENSION SUPERFICIAL

Mtodo de Rayleigh

EXPERIENCIA N5

I. OBJETIVOS:

Determinar el coeficiente de tensin superficial de los lquidos, segn el mtodo de Rayleigh

II. EQUIPOS Y MATERIALES:

1 soporte universal1 bureta.1 calibrador vernier o pie de rey1 clamp.1 termmetro.1 vaso pirex.Lquidos: agua, alcohol, ron.

III. FUNDAMENTO TEORICO.

Para que un sistema t8ienda a estar en estado estable tendr que tender e alcanzar el estado de mnima energa potencial. En termodinmica el sistema en condiciones isotrmicas tiende a llegar al estado con la mnima energa libre. Por esta razn, la superficie del lquido tiende a reducirse.

La superficie del liquido al contraerse se comporta como una membrana protectora.

Desde el punto de vista molecular cada molcula del interior del lquido sufre la accin de fuerzas atractivas vecinas, por lo que la fuerza neta sobre cada una de ellas es nula. En cambio, las molculas de la periferia son atradas hacia el interior y para evitar esto se tensa; minimizando su rea. Aparece lo que se llama tensin superficial.

Debido a que la geometra de rea mnima para un volumen dado tiene forma esfrica, las gotas de agua adoptan la figura esfrica.

En la formacin de las gotas, se puede partir del anlisis de la dinmica presente en la formacin de la gota que se desprende de un tubo cilndrico, de radio R y que el liquido tiene un coeficiente de tensin superficial . Mientras la gota no se desprenda, toma la forma tal que la componente vertical de la fuerza de tensin superficial se equilibra con su peso. La componente vertical de la fuerza de tensin superficial alcanza su valor mximo en el instante justo antes que se desprenda la gota. Se encuentra que en el momento de desprenderse cumple a la siguiente relacin,

(1)

(2)

Donde:m: masa de la gota.R: es el radio externo de la punta de la bureta, y: es el coeficiente de tensin superficial de liquido.

De la ecuacin (1) se podra determinar , pero como no se a tenido en cuenta el trabajo de deformacin cilindro-esfera, el valor que se obtendra no seria exacto. Rayleigh retoc esta expresin, y obtuvo un modo emprico para determinar . Rectifico las constantes y encontr

(3)

Sea un lquido de densidad . Si el N el nmero de gotas que hay en el liquido de volumen V, entonces la masa de cada gota ser:

(4)

Por lo tanto, (5)

IV. PROCEDIMENTO:

1. Monte el equipo como se muestra en el diseo experimental.La bureta debe estar bien limpia para asegurar su funcionamiento.2. tiene buretas de 1mm de dimetro externo, (si se desconociera se usara un vernier para medir dicho dimetro).3. cargue la bureta con el lquido cuya tensin superficial se desea determinar. Tome dos niveles de referencia; A y B. Sugerencia utilice 1,2 3 ml de lquido.Qu entiende por tensin superficial?Es la medida de la fuerza elstica por unidad de longitud que acta en la superficie de un lquido.4. Mida la temperatura del lquido; de preferencia en el interior de la bureta. Anote el valor correspondiente en la Tabla.Qu sentido tiene medir esta temperatura?Es importante medir la temperatura por que si elevamos la temperatura disminuye la tensin superficial.5. Coloque el vaso pirex como deposito de descarga del lquido de la bureta.6. Cuente el nmero de gotas de la porcin de liquido entre los niveles de referencia. Repita este procedimiento por lo menos 5 veces. Cada vez anote en al tabla el numero de gotas para el volumen escogido.Para qu hay que encontrar el nmero de gotas?Para conocer la masa de una gota de agua:

7. Repita los pasos anteriores para otros lquidos ( puros y/o mezclados )

8. Repita los pasos anteriores para t=50C.

Hallamos el coeficiente de tensin superficial1) Para el caso del agua

2) Para el caso del alcohol:

3) Para la mezcla :

AGUAALCOHOLMEZCLA

densidadVolumenN gotasdensidadVolumenN gotasdensidadVolumenN gotas

0,9953ml640.8553ml1190.873ml108

0,9953ml600.8553ml1170.873ml110

0,9953ml620.8553ml1190.873ml109

0,9953ml610.8553ml1180.873ml108

0,9953ml630.8553ml1200.873ml107

agua alcohol mezcla

61.6418.3123.19

60.0218.4923.74

58.9818.4923.02

57.0218.3123.46

55.6318.1423.02

V. CUESTIONARIO:

1. Influye la tensin superficial en los fenmenos capilares? Explique.

Capilaridad: Cuando un tubo capilar (tubo muy delgado) se coloca sobre agua, sta asciende dentro del tubo hasta un nivel por encima del nivel en el centro del lquido; pero si lo colocamos sobre el mercurio, sta no asciende, al contrario, desciende hasta un nivel por debajo del nivel en el resto del lquido.Veamos las siguientes figuras.

Anlisis del fenmeno de elevacin y depresin capilar.

En el caso del agua:1) Hay una elevacin capilar con una altura h, debido a que la fuerza de adherencia (vidrio-agua) es mayor que la fuerza de cohesin (agua-agua).2) La interfase liquido-aire interna (menisco) y externa es de forma cncava.3) El lquido moja el vidrio.4) El ngulo de contacto () es menor a 90 .

En el caso del mercurio Hg.1) Hay una depresin capilar de profundidad h, debido a que la fuerza de adherencia (Hg-vidrio) es menor que la fuerza de cohesin (Hg-Hg).2) La interfase liquido-aire interna (menisco) y externa es de forma convexa.3) El liquido no moje el vidrio.4) El ngulo de contacto () es mayor a 90.

Angulo de contacto (): Es el ngulo que forma la recta tangente a la superficie del lquido en el punto del contacto el slido y la pared del slido.

Cmo se relaciona la elevacin capilar o depresin capilar con la tensin superficial?Haciendo un anlisis de fuerzas en el sistema vidrio-liquido y planteando condiciones de equilibrio esttico se halla la siguiente formula:

Para el caso del agua =0, y para el Hg =180, entonces esta formula se transforma en:

g: aceleracin de la gravedad: densidad del liquidor: radio del tubo capilar.

2. Determine si la tensin superficial depende de la temperatura. Explique.

Segn la formula = 5Vg 19 NR

La tensin superficial depende de la densidad del lquido entonces:Al calentarse el liquido, su energa cintica aumenta, su densidad desciende.Por lo tanto la tensin superficial desciende.En conclusin al variar la temperatura tambin variara la tensin superficial

La temperatura se relaciona en forma inversa con la tensin superficial, as por ejemplo, al aumentar la temperatura se incrementa la energa cintica de las molculas disminuyendo las fuerzas de cohesin, por lo que la tensin Superficial disminuye

3. Para el agua Cundo ser =0? esto se podra generalizar para otros lquidos?

Segn la formula:

Si la altura es cero entonces tenemos un coeficiente de tensin superficial igual a cero, por uq e ni la densidad, ni la gravedad ni el radio de curvatura del tubo van a ser cero.

4. Determine si el coeficiente de tensin superficial, depende de la densidad.

= 5Vg/19NR

c: coeficiente te tensin superficialp: densidadN: numero de gotasV: volumenR: radio

Si :p=N/V

p(H2O) = 37/2ml = 18,5 p(Alcohol)= 81,4/2ml = 40,6p(Mezcla) = 81,2/2ml = 40,5

c(H2O) = 5(2)(18,5)(10)/19(37)(0,5) = 5,2c(alcohol) = 5(2)(40,6)(10)/19(81,4)(0.5) = 5,21c(mezcla) =5(2)(40,5)(10)/19(81,2)(0,5) = 5,22

5. Determine si el coeficiente de tensin superficial esta relacionado con la viscosidad.

Cul es la relacin entre la viscosidad y la tensin superficial?

Viscosidad y tensin superficial son independientes entre s.

El Experto SEED Bernd Eggen agrega: La viscosidad es un fenmeno dinmico (fuerzas de corte) y la tensin superficial es un fenmeno esttico (fuerzas interfaciales). Pienso que el mercurio tiene una viscosidad bastante baja pero una tensin superficial alta.

6. De cinco ejemplos de aplicacin practica del fenmeno de tensin superficial, en el campo de la ciencia y tecnologa.

El poder del jabn para limpiar Formacin de espumas Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua El que se moje una tela normal y no la impermeable La forma esfrica de las gotas

VI. CONCLUSIONES En la realizacin de este experimento pudimos reconocer la relacin que hay entre cada liquido de acuerdo a sus propiedades, es decir cada liquido responde de diferente manera en cuanto a su viscosidad y su tensin superficial; adems de esto pudimos ver que cuando se aumenta la temperatura a un liquido este tiende a fluir de una manera mas rpida.

La tensin superficial es una propiedad de los lquidos por lo cual estos pueden pasar por los orificios de un slido en forma similar a la presin con la diferencia que la fuerza que ejerce hacia adentro y tiende a encoger su superficie Debido a la tensin superficial las molculas de los lquidos se extraen unos a otros El fenmeno de tensin superficial este presente en nuestra vida cotidiana, esta explica muchos fenmenos Caractersticas del estado slido

VII. RECOMENDACIONES Se debe verificar que la bureta est limpia y seca antes de ingresar cualquier lquido para que los clculos sean ms exactos Tener cuidado al utilizar el vernier para medir el radio de la bureta ya que lo podemos romper Manipular con cuidado al prender fuego para calentar los lquidos, es recomendable que se pide ayuda al profesor