Tensión Superficial

RESUMEN

En la práctica número 3 del laboratorio de química iv se determinó experimentalmente la densidad de ciertos líquidos, agua, jabón con agua, etanol y acetona a diferentes temperaturas, 5°C, 10°C, 15°C, 20°C, 30°C, 40°C y 50°C, junto con el método del tubo capilar; este método para poder determinar la altura a la cual el líquido subía dentro del tubo capilar. Todo esto con el fin de determinar de forma experimental la tensión superficial de los líquidos anteriormente mencionados.

Se utilizó papel milimetrado para la medición de la altura del líquido debido a que este papel tiene una incerteza muy baja y por ende obtenemos datos son más exactos y se utilizó el balanza analítica esta con el fin de obtener la masa del líquido y junto con el volumen que con anterioridad ya había sido medido se obtuvo la densidad. Para la medición del radio se utilizó las medidas estipuladas por el fabricante, todos estos datos se obtuvieron con el fin de ser utilizados en la ecuación de Young-Laplace que se utiliza para obtener la tensión superficial del líquido deseado.

Se demostró que la tensión superficial es inversamente proporcional a la temperatura del líquido problema, esto por las fuerzas intermoleculares particulares de cada líquido, tal como lo dice la teoría.

OBJETIVOS

Objetivo General:

Determinar la tensión superficial de cualquier líquido solicitado.

Objetivos Específicos:

Desarrollar un modelo matemático que describa el comportamiento de la tensión superficial con respecto a la temperatura en base a los datos experimentales obtenidos.

Establecer la relación entre la tensión superficial y la polaridad de un líquido en función de la naturaleza del compuesto a utilizar, es decir sus fuerzas intermoleculares.

MARCO METODOLOGICO

Propiedades de los líquidos

Las fuerzas intermoleculares determinan varias de las características estructurales y propiedades de los líquidos. Dos fenómenos comunes relacionados con los líquidos: la tensión superficial y la viscosidad.

Tensión superficial

Las moléculas que se encuentran en el seno de un líquido son atraídas en todas direcciones por las fuerzas intermoleculares; no hay tendencia hacia una dirección única. Sin embargo, las moléculas de la superficie son atraídas hacia abajo y hacia los lados por otras moléculas, pero no hacia arriba de la superficie (Figura 1). En consecuencia, estas atracciones intermoleculares tienden a atraer esas moléculas hacia el líquido, lo que ocasiona que la superficie

se tense como si fuera una película elástica. Entre las moléculas polares del agua y, digamos, las moléculas no polares de una cera para autos, la atracción es mínima o nula, por lo que las gotas de agua adoptan la forma de una pequeña cuenta esférica porque de esta manera se minimiza el área superficial de un líquido.

Figura 1: Acción de fuerzas intermoleculares sobre una molécula en capa superficial de un líquido y en la región interna del mismo.

Fuente: Raymond Chang, QUÍMICA, DÉCIMA EDICIÓN, McGraw-Hill, pág. 469, Cap. 11, Fuerza intermoleculares y líquidos y sólidos.

La tensión superficial es una medida de la fuerza elástica que existe en la superficie de un líquido. La tensión superficial es la cantidad de energía necesaria para estirar o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área (por ejemplo, por 1 cm^2). Los líquidos que tienen fuerzas intermoleculares grandes también poseen tensiones superficiales altas. Como consecuencia de los puentes de hidrogeno, el agua tiene una tensión superficial mucho mayor que la de la mayoría de los líquidos.

La acción capilar es otro ejemplo de tensión superficial. La figura 2 muestra el agua que sube espontáneamente en un tubo capilar cuando una delgada película de agua se adhiere a las paredes del tubo de vidrio. La tensión superficial del agua hace que esta película se contraiga y obligue al agua a elevarse hacia la parte superior del tubo. La capilaridad es el resultado de dos tipos de fuerzas. Una de ellas es la cohesión, o atracción intermolecular entre moléculas semejantes (en este caso, las moléculas de agua); la otra fuerza, conocida como adhesión, es una atracción entre moléculas distintas, como las del agua y las del tubo de vidrio.

Si la adhesión es más fuerte que la cohesión, como sucede en la figura 2, el contenido del tubo será impulsado hacia arriba. Este proceso continua hasta que la fuerza adhesiva se contrarresta por el peso del agua en el tubo. Sin embargo, esta acción no es universal entre los líquidos, como se muestra en la figura 3 para el mercurio. En este, la cohesión es mayor que la adhesión entre el mercurio y el vidrio, de manera que cuando un tubo capilar se sumerge en este líquido, lo que sucede es una depresión o disminución del nivel del mercurio, es decir, la altura del líquido en el tubo capilar está por debajo de la superficie del mercurio.

Figura 2: Cuando la adhesión es más fuerte que a Cohesión

Fuente: Raymond Chang, QUÍMICA, DÉCIMA EDICIÓN, McGraw-Hill, pág. 470, Cap. 11, Fuerza intermoleculares y líquidos y sólidos.

Figura 3: cuando la cohesión es mayor que la adhesión.

Fuente: Raymond Chang, QUÍMICA, DÉCIMA EDICIÓN, McGraw-Hill, pág. 470, Cap. 11, Fuerza intermoleculares y líquidos y sólidos.

Capilaridad

CONCEPTO: Se conoce como capilaridad a la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido, por ejemplo, en las paredes de un tubo. Este fenómeno es una excepción a la ley hidrostática de los vasos comunicantes, según la cual una masa de líquido tiene el mismo nivel en todos los puntos; el efecto se produce de forma más marcada en tubos capilares (del latíncapillus,'pelo', 'cabello'), es decir, tubos de diámetro muy pequeño.

La capilaridad, o acción capilar, depende de las fuerzas creadas por la tensión superficial y por el mojado de las paredes del tubo. Si las fuerzas de adhesión del líquido al sólido (mojado) superan a las fuerzas de cohesión dentro del líquido (tensión superficial), la superficie del líquido será cóncava y el líquido subirá por el tubo, es decir, ascenderá por encima del nivel hidrostático.

Este efecto ocurre por ejemplo con agua en tubos de vidrio limpios. Si las fuerzas

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