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Laboratorio de Química General – 3006825 – Grupo 16
Informe No.5, 11/05/
Práctica 5: Propiedades de los líquidos
Melissa Solís Marín Jaider Orozco Pineda Universidad Nacional de Colombia Correo: msolism@unal.edu.co jaorozcop@unal.edu.co Resumen. Se realizaron diferentes experimentos los cuales fueron la medición de vapor, medida de viscosidad, tensión superficial. Se tomaron diferentes datos, para presión de vapor se deben pasar la temperatura que estaba en °C a K, para reemplazar la fórmula multiplicando la temperatura por la presión del aire corregida sobre la temperatura y así hallar los valores del etanol y el metano. Para el siguiente experimento se halló la altura de las sustancias medidas por el capilar en el laboratorio, para sacar la tensión superficial relativa y compararla con la relativa, la cual en el % de error presentó una gran diferencia de los valores relativos con los teóricos. En el tercer experimento se midió el tiempo de viscosidad de la glicerina y el agua, tomando el tiempo en que demoraba en el descenso del líquido. Estos datos se montaron en una tabla. Palabras clave : fuerzas intermoleculares, tensión superficial, presión de vapor, punto de ebullición y medida de la tensión superficial.
1. Introducción La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Los líquidos no tienen forma fija, pero si el volumen, presenta características muy específicas y puede variar su forma. Algunas de sus principales propiedades son la Presión de vapor, que sucede cuando las moléculas de un líquido en un recipiente abierto, permanecen en la superficie del líquido y tienden a evaporarse, que se produce porque tienen una energía cinética mayor a las del interior y logran vencer las fuerzas de atracción intermoleculares y cuando algunas moléculas gaseosas que al perder energía regresan al seno del líquido, estos fenómenos se encuentran en un equilibrio dinámico evaporación-condensación y la presión producida se conoce como presión de vapor. Presión de vapor Si se coloca un líquido en un recipiente abierto, se observa que las moléculas que permanecen en la superficie del líquido tienden a evaporarse. Esto se produce porque tienen una energía cinética mayor a las del interior y logran vencer las fuerzas de atracción intermoleculares. Paralelo al fenómeno de evaporación se produce la condensación de algunas moléculas gaseosas que al perder energía regresan al seno del líquido. Cuando ambos fenómenos se encuentran en un equilibrio dinámico evaporación-condensación, la presión producida se conoce como presión de vapor. Punto de ebullición Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido iguala la presión atmosférica o del medio circundante. La diferencia entre los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla puede ser aprovechada para su separación. Si esta diferencia es mayor a 20
ºC, entonces, es posible utilizar destilación simple; ahora, si la diferencia es menor, es recomendable ensayar otros métodos de separación como, por ejemplo, la destilación fraccionada. Tensión superficial Es la resistencia que presentan las moléculas en la superficie de un líquido al pasar a la fase gaseosa. Las moléculas del interior están sometidas a fuerzas en todas las direcciones, así que es de esperarse que dichas fuerzas se anulen. Ocurre una situación diferente con las moléculas de la superficie, ellas únicamente interactúan con las moléculas del interior, lo cual genera una fuerza neta hacia el interior del líquido y esto impide el paso de las moléculas de su estado líquido al gaseoso. Medida de la tensión superficial Un método sencillo es el método del capilar. En éste, se procede a introducir un capilar abierto al interior de un líquido; el líquido asciende por el capilar hasta lograr un equilibrio entre las fuerzas que producen el mojado de las paredes del capilar conocido como fenómeno de adhesión y las fuerzas de cohesión entre las moléculas del líquido. Este equilibrio da como producto la tensión superficial y tiene como consecuencia la reducción del área superficial. El líquido asciende hasta que el peso de la columna iguale la fuerza ejercida por la tensión superficial. En este proceso se generan los meniscos cóncavos o convexos, como en el caso del agua y el mercurio respectivamente. Viscosidad Propiedad intensiva que se asocia con la resistencia al desplazamiento de un fluido (gas o líquido) y que puede estudiarse a través del modelo de capas o láminas. Este modelo presenta la viscosidad como la fuerza opuesta al movimiento de las moléculas “dispuestas en capas”, unas sobre otras. La viscosidad es afectada en general por el cambio en la temperatura: en líquidos la viscosidad aumenta al disminuir la temperatura y en gases disminuye. El incremento en el peso molecular y las ramificaciones, hacen que una sustancia sea más viscosa. La presencia de fuerzas intermoleculares como los puentes de hidrógeno también aumenta la resistencia del líquido a fluir.
2. Parte experimental 2.1. Materiales y equipos ➢ Beaker ➢ Ensamble de tapón de goma ➢ Interfaz LabQuest 2 ➢ Jeringa de 40 mL ➢ Matraz Erlenmeyer de 100 mL ➢ Pinzas de bureta ➢ Plancha de calentamiento ➢ Sensor de Presión de Gas Vernier® ➢ Sonda de Temperatura Vernier® ➢ Tubería de plástico con dos conectores ➢ Capilares ➢ Soporte Universal ➢ Viscosímetro de Ostwald ➢ Agua ➢ Etanol ➢ Glicerina ➢ Hexano ➢ Hielo ➢ Glicerina ➢ Metanol ➢ Tolueno 3. Ecuaciones Ecuación 1. Tensión Superficial γ = (r × h × δ × g)⁄ Ecuación 2. Medida de la tensión superficial relativa Ecuación 3. Viscosidad relativa Ecuación 4. Ley de los gases
datos que ha recogido para el metanol y el etanol. La temperatura es la variable independiente y la presión de vapor es la variable dependiente. Según lo indicado por su instructor, trace el gráfico manualmente o utilice el software de Análisis Gráfico. Figura 1: presión de vapor frente a la temperatura (°C) ⮚ ¿Cómo describiría la relación entre la presión de vapor y la temperatura, ¿cómo se representa en el gráfico que ha hecho en el paso anterior? Explique esta relación utilizando el concepto de energía cinética de las moléculas. La relación entre la temperatura y la presión es directamente proporcional, entre mayor sea la temperatura mayor será la presión, esto debido a que cuando aumentamos la temperatura se aumenta la velocidad de las partículas y se produce una energía cinética mayor logrando vencer las fuerzas de atracción intermoleculares, teniendo como resultado mayor evaporación de las sustancias. ⮚ ¿Qué líquido, (metanol o etanol), tenía el mayor valor de presión de vapor a temperatura ambiente? Explica tu respuesta. Tenga en cuenta las fuerzas intermoleculares en estos dos líquidos. El metanol es el líquido con mayor presión a vapor en temperatura ambiente, debido a que es un compuesto que no tiene puentes de hidrógeno o en general, fuerzas intermoleculares más fuertes que el etanol, lo que hace que sea más fácil romper los enlaces y no se necesite mayor energía para hacerlo. Tabla 1.1. Presión de vapor en función de temperatura del conjunto 1 Etanol Conjunto 1 Etanol Presión aire (kPa) 20°C 21,6 294,75 84,68 Aire solo T (°C) Temp a (K) P (kPa) Presión aire corregida Presión Vapor Etanol 21,6 294,75 84,68 61,91 22, 21,8 294,95 85,79 61,95 23, 22,0 295,15 85,67 61,99 23, 27,0 300,15 88,30 63,04 25, 32,1 305,25 91,83 64,12 27, 36,1 309,25 94,66 64,96 29, 37,3 310,45 95,50 65,21 30, 42,0 315,15 98,35 66,19 32,
Tabla 1.2. Presión de vapor en función de temperatura del conjunto 1 Metanol Conjunto 1 Metanol Presión aire (kPa) 20°C 20,3 293,45 61,91 Aire solo T (°C) Temp a (K) P (kPa) Presión aire corregida Presión vapor Metanol 20,3 293,45 61,91 61,91 0, 20,4 293,55 70,61 61,93 8, 25,0 298,15 82,94 62,90 20, 30,0 303,15 85,94 63,96 21, 35,0 308,15 89,58 65,01 24, 40,1 313,25 94,18 66,09 28, 45,1 318,25 105,38 67,14 38, 50,1 323,25 116,19 68,20 47, 55,1 328,25 126,21 69,25 56, 5.2. Tensión superficial ⮚ Documente las alturas presentadas en los capilares para la glicerina, el agua, el etanol, el tolueno y el hexano evaluadas en la medición de la tensión superficial. Líquidos Altura Hexano 0,95 cm Tolueno 0,98 cm Agua 0.76 cm Etanol 0.93 cm Glicerina 0,64 cm ⮚ Calcule la tensión superficial de la glicerina, el agua, el etanol, el tolueno y el hexano, expresada en Julio/m2. Recuerde que 1 Julio = Kg.m2/s2 y tenga en cuenta que esta determinación es una medida absoluta. Ahora, determine la tensión superficial de cada uno de los líquidos, como una medida relativa a la tensión superficial del agua. Reportar los resultados en la Tabla 3. Ilustre uno de los cálculos y recuerde que el porcentaje de error se calcula con base al dato teórico. Tabla 3. Tensión superficial relativa y absoluta: valores teóricos y experimentales Sustancia Datos teóricos Datos experimentales σ (g/cm3) ϒ (J/m2) ϒ relativa Error (%) ϒ* absoluta**^ Error (%) Agua 1,000 72,9 E-3 1,0 0 1 1272
Figura 2. Variación de la viscosidad de la glicerina en función de la concentración porcentual. El porcentaje de hidratación para la muestra de glicerina puede estar entre un 83 y 90 % ¿Qué relación encuentra entre la viscosidad y la tensión superficial? Ambas propiedades guardan relación con las fuerzas intermoleculares que actúan en las sustancias estudiadas, pero son conceptos diferentes. La viscosidad actúa en un fluido en movimiento describiendo la resistencia del desplazamiento y la tensión superficial no actúa dentro de la sustancia sino en la superficie con el contacto de otra sustancia.
6. Conclusiones En el desarrollo general de la práctica pudimos analizar las diferencias en las presiones de vapor y determinar la tensión superficial y viscosidad de varias sustancias, que claramente nos dan una visión más amplia de las propiedades de los líquidos. Es fundamental comprender que el punto de ebullición es igual al momento en que la presión de vapor es igual a la presión atmosférica y que uno de los usos más relevantes para la química es en la separación de sustancias en las mezclas. También que la superficie de los líquidos se comporta como una capa que ofrece resistencia a su deformación, debido a que las moléculas de la superficie ofrecen una atracción neta al interior y varía según la sustancia de estudio. Y para la viscosidad encontramos que es clave tener en cuenta la temperatura de la sustancia, ya que cuando aumentamos la temperatura se disminuye la viscosidad debido a que se dispersan las partículas y las fuerzas de atracción son menos potentes. El uso adecuado de las fórmulas y los instrumentos de la práctica permiten una mayor precisión y exactitud en la toma de datos. 7. Referencias 1. Brown T., Lemay H., Bursten B., Burdge J. Química. La ciencia central. 9a ed. México: Pearson Educación; 2004. P. 418- 2. Chang R., College W. Química. 7a ed. México: Mc Graw-Hill; 2002. P. 424- 3. Holmquist D., Randall J. Chemistry with Vernier. Vol. 2. 4a ed. Beaverton, OR: Vernier Software & Technology; 2017 4. Petrucci R., Herring F., Madura J., Bissonnette C. Química general. Principios y aplicaciones modernas. 10a ed. Madrid: Pearson Educación; 2011. P. 508-
8. Anexos
