Propiedades de los líquidos

1. Objetivos
2. Introducción teórica
3. Compresión y expansión
4. Difusión
5. Forma y volumen
6. Viscosidad
7. Tensión superficial
9. Conclusiones
10. Bibliografía

OBJETIVOS:

• Determinar la viscosidad de 3 líquidos puros a tres diferentes temperaturas, utilizando el viscosímetro de Ostwald.
• Determinar la tensión superficial de tres líquidos puros mediante el método de ascensión capilar.
• Determinar el porcentaje de error, entre el valor experimental y el reportado de la literatura.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA.

Un liquido está formado por moléculas que están en movimiento constante y desordenado, y cada una de ellas chocan miles de millones de veces en un lapso muy pequeño. Pero, las intensas fuerzas de atracción entre cada molécula, o enlaces de hidrogeno llamados dipolo-dipolo, eluden el movimiento libre, además de producir una cercanía menor que en la que existe en un gas entre sus moléculas. Además de esto, los líquidos presentan características que los colocan entre el estado gaseoso completamente caótico y desordenado, y por otra parte al estado sólido de un liquido (congelado) se le llama ordenado. Por lo tanto podemos mencionar los tres estados del agua (liquido universal), sólido, gaseoso y liquido.

COMPRESIÓN Y EXPANSIÓN

A los líquidos se les considera incomprensibles debido que dentro de ellos existen fuerzas extremas que entre sus moléculas las cuales se atraen, por otra parte cuando a un liquido se le aplica una presión su volumen no se ve afectado en gran cantidad, ya que sus moléculas tienen poco espacio entre si; por otra parte si aplicamos un cambio de temperatura a un líquido su volumen no sufrirá cambios considerables. Cabe señalar que cuando las moléculas de un líquido están en continuo aumento de movimiento es por causa del aumento de alguna temperatura que esté experimentando el mismo lo cual inclina al liquido a aumentar la distancia de sus moléculas, a pesar de esto las fuerzas de atracción que existen en el líquido se oponen a ese distanciamiento de sus moléculas.

DIFUSIÓN

Al realizar la mezcla de dos líquidos, las moléculas de uno de ellos se difunde en todas las moléculas del otro liquido a mucho menor velocidad, cosa que en los gases no sucede. Sí deseamos ver la difusión de dos líquidos, se puede observar dejando caer una pequeña cantidad de tinta (china) en un poco de agua. Debido a que las moléculas en ambos líquidos están muy cerca, cada molécula conlleva una inmensidad de choques antes de alejarse, puede decirse que millones de choques. La distancia promedio que se genera en los choques se le llama trayectoria libre media y, en los gases es mas grande que en los líquidos, cabe señalar que esto sucede cuando las moléculas están bastantemente separadas. A pesar de lo que se menciona anteriormente hay constantes interrupciones en sus trayectorias moleculares, por lo que los líquidos se difunden mucho mas lentamente que los gases.

FORMA Y VOLUMEN

En un liquido, las fuerzas de atracción son suficientemente agudas para limitar a las moléculas en su movimiento dentro de un volumen definido, a pesar de esto las moléculas no pueden guardar un estado fijo, es decir que las moléculas del líquido no permanecen en una sola posición. De tal forma que las moléculas, dentro de los limites del volumen del liquido, tienen la libertad de moverse unas alrededor de otras, a causa de esto, permiten que fluyan los líquidos. Aún cuando, los líquidos poseen un volumen definido, pero, debido a su capacidad para fluir, su forma depende del contorno del recipiente que los contiene.

VISCOSIDAD

Algunos líquidos, literalmente fluyen lentamente, mientras que otros fluyen con facilidad, la resistencia a fluir se conoce con el nombre de viscosidad. Si existe una mayor viscosidad, el liquido fluye mas lentamente. Los líquidos como la maleza y el aceite de los motores son relativamente viscosos; el agua y los líquidos orgánicos como el tetracloruro de carbono no lo son. La viscosidad puede medirse tomando en cuenta el tiempo que transcurre cuando cierta cantidad de un liquido fluye a través de un delgado tubo, bajo la fuerza de la gravedad. En otro método, se utilizan esferas de acero que caen a través de un liquido y se mide la velocidad de caída. Las esferas mas lentamente en los líquidos mas viscosos. Si deseamos determinar las viscosidad con respecto al tiempo, es decir el volumen del líquido que fluye con respecto al tiempo tenemos:

……………………ecuación 1

Donde:

• = Velocidad de flujo del liquido a lo largo de un tubo .
• r = Radio del tubo.
• L = Longitud
• (P1 – P2) = Diferencia de presión

A pesar de esto la determinación de las variables L y r es complicado, para esto empleamos un método de comparación entre un liquido de viscosidad desconocida y el agua como un liquido base, pero si consideramos que D P es en proporción a la densidad r tenemos el siguiente análisis.

…………………….ecuación 2

Donde:

• m 1= Viscosidad del liquido desconocido.
• m  Viscosidad del agua.

TENSIÓN SUPERFICIAL

En un liquido, cada molécula se desplaza siempre bajo influencia de sus moléculas vecinas. Una molécula cerca del centro del liquido, experimenta el efecto de que sus vecinas la atraen casi en la misma magnitud en todas direcciones. Sin embargo, una molécula en la superficie del liquido no esta completamente rodeado por otras y, como resultado, solo experimenta la atracción de aquellas moléculas que están por abajo y a los lados. Por lo tanto la tensión superficial actúa en un liquido perpendicular a cualquier línea de 1cm de longitud en la superficie del mismo. Para la tensión superficial tenemos lo siguiente:

Donde:

• r = Radio del tubo capilar.
• h = Altura medida desde el nivel del líquido en el tubo de ensaye, hasta el nivel del líquido en el tubo capilar.
• g = Aceleración de la gravedad.
• q = Angulo de contacto en el liquido con las paredes del tubo capilar.
• g = Tensión superficial.

Para los líquidos que mojan el vidrio, su ángulo de contacto se supone a 0°, y sacando el (cos 0°) es 1, por lo que la ecuación anterior se reduce a:

Donde:

• D r = Es la diferencia de densidades que existe en el líquido y su vapor.

Para la realización de este experimento, hicimos uso del siguiente material.

MATERIAL:

• Vaso de precipitado de 2000ml.
• Viscosímetro de Ostwald.
• Mechero.
• Termómetro de -10 a 120°C.
• Cronometro.
• Soporte Universal.
• Anillo de Metal.
• 2 Tubos capilares.
• Tubo de ensaye.
• Pipeta de 10ml.
• Tela de Alambre con centro de asbesto.
• Jeringa.
• Pinzas para Bureta.

REACTIVOS Ó SUSTANCIAS.

• Agua destilada.
• Acetona.
• Benceno.
• Alcohol Etílico.

DESARROLLO EXPERIMENTAL.

A) Determinar la viscosidad a temperatura ambiente.

• Haciendo uso de la jeringa, se llena del liquido utilizado, (cabe mencionar que se usaron 2 líquidos, acetona y agua, para la realización de este experimento; se vierte el liquido en el viscosímetro de Ostwald, como se ve en la figura, hasta llenar las tres cuartas partes de la esfera o del volumen del bulbo que esta en la parte inferior.
• Soplando lentamente por la rama derecha, se hace subir el liquido hasta llegar a la maraca (a); para mantener el liquido en esta posición se tapa el otro orificio con el dedo índice.
• Se deja fluir el liquido hacia la bulbo inferior, simultáneamente sé toma el tiempo que tarda en descender desde la marca actual (a) hasta la marca (b) que esta en la parte inferior del bulbo.
• Esta operación se repitió tres veces para cada liquido que se empleo, el agua destilada y el acetona.

B) Determinación de la viscosidad a temperaturas a diferentes del ambiente.

• El experimento se realizó a dos temperaturas diferentes a las del ambiente, estas son:
• Para la hacer este paso se metió el viscosímetro en un vaso de precipitado de 2000ml, el cual contiene agua a la temperatura de , dejándose que el liquido de prueba alcance la misma temperatura, cabe mencionar que el agua debe de cubrir casi hasta la marca (a) del viscosímetro.
• Para establecer la velocidad del liquido, se coloco el viscosímetro en posición vertical, y se repite el inciso A).

C) determinación de la tensión superficial de tres líquidos puros a temperatura ambiente.

• Se limpio perfectamente el equipo para evitar malos resultados.
• En un tubo de ensaye se agregó de 1 a 2ml del liquido puro.
• Se introduce el tubo capilar procurando que este, quedará en una posición perpendicular a la superficie del liquido.
• Se procede ha registrar la medición de la altura (h), entre el nivel del liquido en el tubo de ensaye y el nivel de éste, en el tubo capilar.

Agregamos los datos obtenidos durante la realización del experimento en las tablas que a continuación se muestran.

Datos obtenidos con el viscosímetro de Ostwald.

m H2O a 22 °C = 1.0 m H2O a 30 °C = 0.9 m H2O a 38 °C = 0.75

• Resultados obtenido con los tubos capilares para determinar la tensión superficial.

• EL diámetro del tubo capilar fue de aproximadamente: 1mm.

CUESTIONARIO:

1.- Con los datos obtenidos en la experimentación, calcular la viscosidad y la tensión superficial de los líquidos puros que se emplearon.

• Densidad del Acetona a 22 °C

ds = 0.81248 + (10-3)(-1.1)(22 °C) + (10-6)(-0.858)(22 °C)2 + (10-9)(0)(22 °C)3

ds = 0.78786 g/ml

A 30°C

ds = 0.81248 + (10-3)(-1.1)(30 °C) + (10-6)(-0.858)(30 °C)2 + (10-9)(0)(30 °C)3

ds = 0.77870 g/ml

A 38°C

ds = 0.81248 + (10-3)(-1.1)(38 °C) + (10-6)(-0.858)(38 °C)2 + (10-9)(0)(38 °C)3

ds = 0.76944 g/ml

Densidad del Benceno a 22 °C

ds = 0. 90005+ (10-3)(-1.0636)(22 °C) + (10-6)(-0.0376)(22 °C)2 +(10-9)(-2.213)(22 °C)3

ds = 0.87663 g/ml

A 30°C

ds = 0. 90005 + (10-3)(-1.0636)(30 °C) + (10-6)(-0.0376)(30 °C)2 +(10-9)(-2.213)(30 °C)3

ds = 0.86804 g/ml

A 38°C

ds = 0. 90005+ (10-3)(-1.0636)(38 °C) + (10-6)(-0.0376)(38 °C)2 +(10-9)(-2.213)(38 °C)3

ds = 0.85945 g/ml

Densidad del alcohol Etílico a 22 °C

ds = ds + 10-3 a t + 10-6 b t2 + 10-9 g t3

ds = 0.8014 + (10-3)(-0.809)(22 °C) + (10-6)(-0.27)(22 °C)2 + (10-9)(0)(22 °C)3

ds = 0.78347 g/ml

A 30 °C

ds = 0.8014 + (10-3)(-0.809)(30 °C) + (10-6)(-0.27)(30 °C)2 + (10-9)(0)(30 °C)3

ds = 0.77688 g/ml

A 38 °C

ds = 0.8014 + (10-3)(-0.809)(38 °C) + (10-6)(-0.27)(38 °C)2 + (10-9)(0)(38 °C)3

ds = 0.77026 g/ml

• Densidad del agua a:

22 °C = 0.99780 g/ml.

30 °C = 0.99567 g/ml.

38 °C = 0.99406 g/ml.

VISCOSIDAD DEL ACETONA A 22 °C

Acetona a 30°.

Acetona a 22°C.

m Liq. = (0.78347g/ml x 38.166seg x 1cp) / ( 0.99780g/ml x 92.90seg) = 0,32258 cp

30 ºC

m Liq. = (0.77688g/ml x 30.39seg x 0.9cp) / ( 0.99567g/ml x 85.33seg) = 0,25009 cp

38 ºC

m Liq. = (0.77026g/ml x 26.496seg x 0.75cp) / ( 0.99406g/ml x 68.486seg) = 0,2248 cp

CALCULO DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL

Para el calculo de la tensión superficial tenemos la siguiente formula y, sustituyendo con los valores correspondientes tenemos los siguiente:

½ r h d g

Agua a 22 °C

Sustituyendo los valores tenemos:

(.5)(.05)(1.7)(981)(0.99780) = 41.60 Dina/cm

Agua a 30 °C

(.5)(.05)(1.7)(981)(0.99567) = 41.51 Dina/cm

Agua a 38 °C

(.5)(.05)(1.7)(981)(0.99406) = 41.44 Dina/cm

Para la tensión superficial del Acetona tenemos:

Acetona a 22 °C

½ r h d g

(.5)(.05)(1.0)(981)(0,78786) = 19,32 Dina/cm

Acetona a 30 °C

(.5)(.05)(1.0)(981)(0,77870) = 19,05 Dina/cm

Acetona a 38 °C

(.5)(.05)(1.0)(981)(0,76944) = 18,89Dina/cm

Para la tensión superficial del alcohol etílico tenemos

Alcohol etílico a 22 °C

½ r h d g

(.5)(.05)(0.9)(981)(0,78647) = 17,35 Dina/cm

Acetona a 30 °C

(.5)(.05)(0,9)(981)(0,77688) = 17,14 Dina/cm

Acetona a 38 °C

(.5)(.05)(0,9)(981)(0,77026) = 17,001Dina/cm

Para la tensión superficial del Benceno tenemos:

Benceno a 22 °C

½ r h d g

(.5)(.05)(0,8)(981)(0,87663) = 17,19 Dina/cm

Acetona a 30 °C

(.5)(.05)(0,8)(981)(0,86804) = 17,03 Dina/cm

Acetona a 38 °C

(.5)(.05)(0,8)(981)(0,85945) = 16,86 Dina/cm

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

VT – VEXP

% de error de viscosidad = —————– X 100

VT

a 22 º C

% de error = (0,35 – 0,32258) x 100 / 0,35 = 7,83%

a 30 º C

% de error = (0,31 – 0,25009) x 100 / 0,31 = 19,32 %

a 38 º C

% de error = (0,28 – 0,2248) x 100 / 0,28 = 19,71 %

3.- Determinar el porcentaje de error de la tensión superficial obtenida experimentalmente, con respecto al valor reportado en la literatura.

VT – VEXP

% de error de viscosidad = —————– X 100

VT

A temperatura ambiente:

Agua

% de error = ç (72.44 – 41,60) ç x 100 / 72.44 = 42,57 %

Acetona

% de error = ç (27.3 – 19.32) ê x 100 / 27.3 = 29,23 %

Alcohol Etílico

% de error = ç (22.27 – 17,35) ê x 100 / 22.27 = 22,09 %

4.- Describir dos métodos para determinar la viscosidad, incluyendo las ecuaciones respectivamente.

A) METODO DE POISEUILLE La cual no dice que si medimos el tiempo del flujo de un mismo volumen de dos líquidos diferentes, utilizado el mismo capilar nos lleva a la relación de los coeficientes de viscosidad de los líquidos.

B) METODO DE JORGE G. STOKES. Consta de un tubo cilíndrico con agua o el liquido a estudiar el cual sumergido en un termostato a la temperatura deseada

5.- Describir dos métodos para determinar la tensión superficial.

A) METODO DE LA BURBUJA A PRESIÓN. Se determina midiendo la presión requerida para producir una burbuja de una gas en el liquido en el extremo de un tubo capilar.

B) METODO TENSIOMETRICO. En este método se sumerge una horquilla de platino en el liquido a estudiar y se mide la fuerza necesaria para separar dicha horquilla de la superficie liquida.

6.- Deducir la ecuación: Utilizando le ecuación de Poiseuille.

Usando un liquido de referencia

7.- Explicar la relación entre la tensión superficial y las fuerzas de Van der Waals.

Consiste principalmente en las fuerzas de atracción intermolecular que se presentan en la tensión superficial. Estas fuerzas de Van der Waals, existen fuerzas que se atraen, las conocemos como intermoleculares; estas se presentan en ascender por medio del tubo capilar, esto se debe a que las moléculas que se encuentran atrás de las primeras las empujan hasta alcanzar a una altura determinada

CONCLUSIONES:

En la realización de este experimento pudimos reconocer la relación 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 tensión superficial; además de esto pudimos ver que cuando se aumenta la temperatura a un liquido este tiende a fluir de una manera mas rápida.

BIBLIOGRAFÍA:

www.elprisma.com/quimi-gen.

Fundamentos de fisicoquímica. CROCKFORD Y KNIGHT , ED, CECSA , PAG. 79, 81 Y 94.

Aarón Hernández