VISCOSIDAD Y TENSIN SUPERFICIAL DE UN LQUIDO18

INSTITUTO POLITECNICO NACIONALUnidad Profesional Interdisciplinaria de Ingenieras y Ciencias Sociales y Administrativas

QUIMICA APLICADAPRACTICA N4

VISCOSIDAD Y TENSION SUPERFICIAL DE UN LIQUIDO

ALUMNOS:Carmona Sandoval Fernando 2010602900Chvez Hernndez Rafael 2014602128Deras Gonzlez Erick Rodrigo 2011601513Flores Figueroa Karen 2013602280Rico Enrquez Fabiola Sabrina 2012601318SECUENCIA:

1IV20PROFESOR:PEREZ MONROY LUIS ALBERTO

OBJETIVO DE LA PRCTICA

Aprender a determinar la viscosidad de dos lquidos a diferentes temperaturas mediante el uso del viscosmetro de Ostwald, y la tensin superficial de dos lquidos mediante el mtodo de ascenso capilar.

INTRODUCCION

Al introducir un tubo capilar en un lquido, este asciendo o desciende por el mismo, fenmeno que se conoce como capilaridad. Este fenmeno viene determinado por las interfaces que limitan la columna del lquido, la interface liquido tubo, la interface del lquido con la interface que est por encima y la interface del solido del tubo con esta.La nica interface que puede modificarse bajo la accin de las tensiones superficiales es la formada entre el lquido y el gas. La interface lquido gas liq/gas no es plana, si no que se curva formando un menisco, cuando se alcanza el equilibrio entre estas tres tensiones se puede escribir:

Despenando de esta igualdad, el Angulo de contacto que se formara entre el lquido y el slido en el menisco:

Segn se deduce de esta expresin se pueden distinguir dos situaciones, como apaece en la imagen de la izquierda:

a) b)

Dicho de otro modo, la forma del menisco depende del balance entre las fuerzas de adherencia y las fuerzas de cohesin.Considere que ocurre al introducir un tubo capilar de radio R en un liquido que moja, como se ilustra en la siguiente figura. El punto dos del lquido y el punto 1 y 4 del gas, estn todos a la misma presin (presin atmosfrica). Sin embargo, la presin en el punto 3 es menor, ya que se encuentra en el exterior de la superficie curvada y segn la ecuacin de Young-Laplace p3 es menos que p4.

Puesto que p2 es mayor que p3, la fase liquida no est en equilibrio mecnico, por lo que el lquido se desplazara hacia las regiones de menor presin ascendiendo por el tubo capilar. El equilibrio se alcanzara cuando p3=p2, lo cual se conseguir por la presin hidrosttica que ejerce la columna del lquido en el tubo capilar.

Cuantitativamente si el lquido asciende una altura h por el capilar, se tendr que:

Relaciones para las que se ha supuesto que el menisco es esfrico (valido para tubos estrechos) y adems se ha despreciado el peso de los lados del menisco al calcular la presin hidrosttica.Imponiendo la condicin de equilibrio: p2=p3 y teniendo en cuenta que p4=p6 se llega a: la cual se simplifica para llegar a: y por ultimo despejando la altura de la columna del liquido queda:

El radio del menisco r, se puede expresar en funcin del radio del capilar R y el Angulo de contacto , (R=r cos ), obtenindose finalmente para la altura que alcanza el lquido en el capilar:

La ecuacin se puede utilizar si se desprecia la densidad del gas frente del lquido y se utilizar tubos lo suficientemente estrechos para que el ngulo del menisco sea prcticamente cero =0 (o 180) *en general es muy difcil determinar con precisin el ngulo de contacto

Y queda de la siguiente manera: En fsica se denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea. Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Es una propiedad que solo poseen los lquidos, al ser los nicos que poseen una superficie libre. Es una fuerza de tensin distribuida a lo largo de la superficie de un lquido.La tensin superficial (es una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos) junto s a las fuerzas que se den entre los lquidos y las superficies solidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y tienda a contraer dicha fuerza.A nivel macroscpico, la tensin superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molcula son diferentes en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno del lquido y en cada molcula est sometido a fuerzas de atraccin que en promedio se anulan, lo que ocasiona que la molcula tenga una energa bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una energa neta hacia el interior del lquido.Si en el exterior del lquido se tiene un gas, existir una mnima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia entre densidades del lquido y el gas. Podemos decir tambin que una molcula en contacto con su vecina est en un estado menor de energa que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las molculas interiores tienen todas las molculas vecinas que podran tener, pero las molculas del contorno tienen menos molculas vecinas que las interiores y por eso tienen un estado de energa ms altoEl origen de la tensin superficial puede explicarse de la siguiente manera:Una molcula situada en el interior de un fluido es atrada equitativamente por todas sus molculas vecinas, sin embargo, las molculas que se encuentran cerca de la superficie son atradas ms por las molculas del lquido que por las del aire.Este fenmeno organiza una fuerza resultante hacia el interior del lquido.

Un fenmeno derivado de la tensin superficial es la capilaridad, este es un fenmeno que se da en los lquidos, y es debido a las fuerzas de adherencia que existe entre estos y los slidos, y las fuerzas de cohesin propias del lquido. As, cuando las fuerzas de adherencia son mayores que las fuerzas de cohesin, el tubo tiende a subir en un tubo capilar y viceversa.De denomina ngulo de contacto (), el ngulo formado entre la tangente a la superficie libre del lquido y la tangente a la superficie del lquido adyacente, en el punto de contacto.

Si este ngulo es mayo a 90 se dice que el lquido no moja al slido. Si este ngulo es menor de 90 se dice que el lquido moja al slido. Con el ngulo de contacto y la tensin superficial se puede estudiar la fenomenologa del menisco o ascensin capilar.

Las fuerzas intermoleculares que enlazan molculas similares entre si, tal como los puentes de hidrogeno son llamados fuerzas cohesivas y las fuerzas intermoleculares que enlazan una sustancia a una superficie se llaman fuerzas adhesivas.El agua colocada en un capilar se adhiere a este, debido a que las fuerzas adhesivas entre el agua y las paredes del capilar son mas grandes que las fuerzas cohesivas entre las molculas de agua. La capilaridad, es el fenmeno al cual se debe, parcialmente, el ascenso de la savia desde las races hasta las hojas.

EQUIPO EMPLEADO

El equipo necesario para la realizacin de la prctica se describiera en la siguiente relacin:Material Viscosmetro de Ostwald Soporte universal Pinza de 3 dedos 2 tubos capilares Vaso de precipitados de 10 mL Vaso de precipitados de 2 L Pipeta Termmetro de -10C a 110C Mechero Bunzen 1 cronometro 1 anillo de metal con malla

Sustancias Piseta (con agua destilada Acetona 100 mL

ENSAMBLADO

Primero llenamos el vaso de precipitados de 2000 mL casi a tope, el cual colocamos en el soporte universal y lo calentamos con el mechero bunsen, se coloca el viscosmetro de Ostwald y el termmetro para llevar un control de la temperatura para tomar la medicin del tiempo en cada caso, que es el de la acetona y el agua destilada.

PROCEDIMIENTO

Determinacin de la viscosidad a temperatura ambiente.1. Utilizando la pipeta se deposit el agua destilada en el viscosmetro de Ostwald hasta que se llen aproximadamente a 3/4 partes del volumen del bulbo inferior.2. A continuacin se sopl lentamente en la boquilla por el lado donde se encuentra la esfera ms baja del viscosmetro, haciendo que el lquido subiera hasta llegar a la marca A. Se tap la boquilla con el dedo logrando con esto que el lquido permaneciera en este nivel.3. Posteriormente se retir el dedo del orificio para que el lquido fluyera hacia el bulbo inferior, al mismo tiempo se accion el cronometro, parndose en el instante en que pas por la marca B.

4. Se repiti la operacin desde el inciso 1 hasta el inciso 3, con la acetona midiendo el tiempo que tardo el descenso desde el bulbo a al b

B) determinacin de la viscosidad a 40 C.

1. Se mont el dispositivo requerido para calentar los lquidos.

2. Se coloc el viscosmetro de Ostwald dentro del vaso de precipitados el cual ya tena agua casi a tope, y se calent con el mechero de bunsen , agregando un termmetro para llevar el control del ascenso de la temperatura, antes de dejar que el lquido fluyera por el viscosmetro.

3. Se mantuvo la temperatura de 43 C aproximadamente, retirando la flama directamente del vaso y dejando el mechero a una distancia de unos 10 cm del vaso.

CUESTIONARIO1. CON LOS DATOS OBTENIDOS CON LA EXPERIMENTACIN, CALCULAR L A VISCOSIDAD YTENSIN DE LOS LQUIDOS PUROS QUE SE EMPLEARON.1) A continuacin se tabulan los datos experimentales obtenidos para el clculo de la viscosidad a 19 C de temperatura.

MUESTRAS A UNA TEMPERATURA DE 19C

NUMEROSUSTANCIATIEMPO EN SEGUNDOS

12PROMEDIO

1AGUA DESTILADA29.6228.7929.205

2ACETONA

16.0915.1215.605

Debido a que nuestra temperatura registrada es de 19 C para el agua destilada, procedemos a interpolar con la siguiente ecuacin:

Dnde:

La densidad para el agua destilada a 19C es de 0.99838 g/L

Extrapolaremos la viscosidad del agua entre las siguientes dos temperaturas 10C y 20CDonde:

Para calcula la densidad de la acetona a 19C usaremos la siguiente ecuacin

Sustituyendo nuestros datos en la ecuacin:

Para calcular la viscosidad de la acetona:

La acetona es de 3.3374 milipoises

MUESTRAS DE TEMPERATURA A 40C

SUSTANCIATIEMPO EN SEGUNDOS

NUMERO12PROMEDIO

1AGUA DESTILADA21.5321.8521.69

2ACETONA

13.9913.5713.78

Para calcular la densidad de la acetona a 40C:

Para calcular la viscosidad de la acetona:

Para la tensin superficial del agua usaremos nuestra ecuacin deducida de Young-Laplace

La tensin superficial del agua es de

Y para la tensin superficial de la acetona es:

2. Determinar el porcentaje de error de la viscosidad obtenida experimentalmente, con respecto al valor encontrado usando el nomograma de viscosidad para lquidos puros.

3. Determinar el porcentaje de error de la tensin superficial obtenida experimentalmente, con respecto al valor reportado en la temperatura.

4. Dos mtodos para determinar la viscosidadArrastre sobre un cuerpo sumergido. Figura 1

Cuando un cuerpo se mueve a travs de un fluido, aparece una fuerza sobre el cuerpo que se opone a dicho movimiento. Dicha fuerza, que recibe el nombre de fuerza de arrastre, tiene su origen en los esfuerzos tangenciales y normales que ejerce el flujo sobre la superficie del cuerpo.La fuerza de arrastre sobre un cuerpo de geometra dada resulta muy difcil de determinar analticamente, ya que depende de gran nmero de factores. Por eso es necesario recurrir bsicamente a la adquisicin de datos experimentales y, con esta finalidad, es costumbre expresar dicha fuerza en la forma:

donde v es la velocidad relativa del cuerpo en el fluido, es la densidad del fluido, A es el rea de la seccin transversal mxima que el cuerpo ofrece al flujo y CD es un parmetro emprico llamado coeficiente de arrastre, cuyo valor depende de la forma geomtrica del cuerpo y de la orientacin de ste respecto al flujo, as como del valor del nmero de Reynolds asociado con el flujo alrededor del cuerpo. Dicho nmero de Reynolds, que designaremos por R, es una magnitud adimensional definida en la forma

donde y v tienen el mismo significado que en [1], D es la longitud caracterstica del cuerpo (el dimetro, en el caso de una esfera) y es el coeficiente de viscosidad del fluido, que se mide en poises (P) en el sistema cegesimal (c.g.s.) y en DP en el S.I.En la Fig. 2 hemos representado grficamente la dependencia del coeficiente de arrastre con el nmero de Reynolds para el caso de una esfera lisa. Se trasta de una grfica logartmica (log CD en funcin de log R). Como puede apreciarse, el coeficiente de arrastre vara de una forma complicada conforme aumenta el valor de nmero de Reynolds.Figura 2

1. Ley de Stokes.Para valores pequeos del nmero de Reynolds (R < 1), es posible determinar analticamente la expresin de la fuerza de arrastre sobre una esfera lisa, obtenindose

expresin que es conocida como ley de Stokes, en honor del fsico irlands Sir George Stokes (1819-1903), que la dedujo por primera vez en 1845. Esta ley establece que la fuerza de arrastre viscoso que se opone al movimiento de una esfera a travs de un fluido, cuando R < 1, es proporcional a la viscosidad del fluido, al dimetro de la esfera y a la velocidad de la misma en el seno del fluido.

5. Describir dos mtodos para determinar la tensin superficial.

Mtodos de medicin.Ascenso capilarCuando un lquido se encuentra confinado dentro de un tubo capilar, ste forma un menisco cuya forma depende del ngulo de contacto y, dependiendo del valor de ste ngulo, ascender o descender. Si el ngulo de contacto es < 90 el lquido muestraascenso capilar, en caso contrario se presentadescenso capilar.

En este mtodo se mide la ascensin de un lquido dentro de un tubo capilar. La magnitud del ascenso es inversamente proporcional al radio del capilar y directamente proporcional a la tensin superficial del lquido. Esto se expresa por medio de la ecuacin de Laplace:

Dnde:P: Es la diferencia entre las presiones externa e interna a la superficie curva: Es la tensin superficialr: Es el radio del capilarEs el mtodo ms exacto, en parte porque no perturba la superficie, aunque es difcil de usar correctamente debido a la dificultad en la determinacin de ngulos de contacto. La ecuacin fundamental es:

Dnde:r: Es el radio del capilarh:Es la altura que el lquido asciende: Es la diferencia entre las densidades del lquido menos la del vaporg: Es la aceleracin de la gravedad: Es el ngulo de contacto

Placa de WilhelmyEste mtodo no requiriere factores de correccin. En este se usa una placa, comnmente de vidrio, de seccin rectangular en lugar de un anillo de Pt. La ecuacin es la siguiente:Wtot= Wplaca+ 2(x + y)Dnde:Wtot: Es el peso mximo aparente de la placa al desprenderse de la superficieWplaca:Es el peso real de la placa en aire2(x + y) : Es el permetro de la seccin rectangular de la placaSe puede usar de tres maneras:1. Sumergiendo parcialmente la placa y midiendo la fuerza necesaria para separar la placa de la superficie.1. Suspender la placa del brazo de una balanza y lentamente subir el nivel del lquido hasta que se adhiera a la placa, entonces se mide el peso total. Es el modo ms usado actualmente.1. Tambin se puede modificar el procedimiento anterior: Se suspende la placa de modo que est parcialmente sumergida y a partir del peso seco y del peso sumergido se puede determinar el peso del menisco. Este procedimiento es muy til para estudiar adsorcin superficial omonocapas, cuando es necesario medir cambios en la tensin superficial.

CONCLUSIONES

Deras Gonzlez Erick Rodrigo

En conclusin, la importancia de conocer la viscosidad de los lquidos, asi como su capilaridad, y saber los fundamentos y clculos necesarios para interpretarlas es importante ya que en la industria, ya con los modernos equipos para encontrarla, hace que sea necesario conocer los fundamentos bsicos para poder trabajar con estas datos importantes.

Flores Figueroa Karen

Mi conclusin es que hay varios mtodos para poder medir la tensin superficial de los cuales solo hicimos uno en el laboratorio, tambin aprendimos a que todos los lquidos tienen distintas viscosidades y tensiones superficiales y estas mismas pueden cambiar con tan solo someterlos a algn cambio de temperatura. Tambin aprendimos lo que significan estos conceptos as como sus usos para la industria o en productos del hogar.

Rico Enrquez Fabiola Sabrina.En este experimento pude concluir y observar las variaciones que existen entre una sustancia y otra y como cada una de ellas cuenta con distintas propiedades de viscosidad y tensin superficial, me parece muy interesante este tipo de diferencias en sustancias tan similares a simple vista.Tambin observe que esto puede cambiar si se aplica una temperatura.

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