DETERMINACIÓN DE LA RAZÓN ( Cp/Cv) MÉTODO CLEMENT Y DESORMES

Determinación de la Razón  ( Cp/CV) 

Método Clement y Desormes

Objetivos

Determinar el cociente de capacidades caloríficas, γ=   Cp/Cv   para el aire.

Calcular los valores de    Cp/Cv  para el aire.

Resumen:

Los objetivos principales de este trabajo práctico fueron determinar γ del aire para así establecer la relación entre las capacidades caloríficas molares tanto a volumen como a presión constante. Éstas se calcularon a partir de γ suponiendo un comportamiento ideal de los gases a partir del método de Clement y Désormes, el cual permite estudiar los cambios adiabáticos e isotérmicos que experimenta un gas añadido a un recipiente de vidrio de gran volumen. El exponente adiabático γ experimental fue de 1,12, la Cv fue de 69,3 [J/molK] y Cp fue de 77,6 [J/molK]. 

Marco Teórico

                En el siguiente experimento nos basaremos en la teoría que dice que la presión de las capacidades caloríficas a presión constante, y volumen constante, pueden determinarse fácilmente si un gas se expande adiabáticamente y después se deja calentar nuevamente a temperatura original. Se necesita conocer solamente la presión inicial, la presión después de la expansión adiabática y la presión alcanzada una vez que el gas se dejo calentar a su temperatura original. Las dos relaciones utilizadas son la de la expansión adiabática y la isotérmica. (Ana Beatriz Peña, pág.53) 1. 

            Por lo que, al considerar una masa de gas encerrada en un recipiente(R) con una presión P1, levemente superior a la presión atmosférica P0. La presión manométrica del gas se mide por la diferencia en las alturas (h1) de las dos columnas de un manómetro que contiene un líquido con densidad p. La temperatura inicial del gas es T1, es decir la temperatura ambiente. Luego se destapa   el recipiente brevemente, permitiendo que el gas alcance la presión atmosférica. El cambio de presión se produce tan rápidamente que no hay transferencias de calor hacia o desde fuentes externas y se dice que el proceso es adiabático. El gas comprimido en el envase efectúa un trabajo cuando hace salir un poco del gas del envase durante la expansión. Por consiguiente, inmediatamente después de cerrar el recipiente, la temperatura del gas que queda está por debajo de la temperatura ambiente. Debe tenerse en cuenta que: “Proceso adiabático, en termodinámica, es cualquier proceso físico en el que magnitudes como la presión o el volumen se modifican sin una transferencia significativa de energía calorífica hacia el entorno o desde éste.” (Rodrigo Bilbao, pag. 4-5) 2. 

            El proceso tiene lugar demasiado rápido como para que el calor perdido sea reemplazado desde el entorno, por lo que la temperatura desciende.

   

Discusión

Se determinó el valor de Gamma a partir de un proceso adiabático en donde al bombear aire a través de la manguera de hule se produjo una comprensión adiabática es decir sin intercambio de calor con el entorno, al entrar el aire al envase se produce un incremento de la presión y una disminución del volumen del aire contenido dentro del frasco esto produce que las moléculas dentro del envase aumenten su movimiento o energía cinética e intenten escapar del envase debido  su movimiento aleatorio constante por el aumento de la presión, entonces pasan a la manguera de hule y producen un trabajo en el movimiento del aceite dentro del tubo, aumentando la altura inicial, luego al dejar escapar un poco el aire (liberar presión) se disminuye la altura del aceite, pues la presión disminuye, sin embargo se experimenta una expansión adiabática debido a el movimiento de las moléculas dentro del envase que a pesar de haberse liberado presión intentan escapar del recipiente  través de la manguera aumentando la altura del aceite dentro del tubo y todo esto bajo un proceso isotérmico es decir a temperatura constante.

La determinación del índice adiabático gamma se realizó midiendo las diversas alturas que alcanzo en la compresión adiabática y  la expansión adiabática, se utilizó su promedio en una ecuación para determinar la presión P1 Adiabática y la Presión P2 Isotérmica luego de obtener estas presiones se aplicó log para obtener el índice adiabático y con este determinar El calor específico a volumen constante (Cv) y a presión constante (Cp).

Determinando de forma experimental que el porcentaje de error fue de 1,12  cercano al valor teórico de 1.4 correspondiente a la razón de capacidades caloríficas  (γ)  para el aire a temperatura ambiente.

CUESTIONARIO

1. ¿Por qué C_P es mayor que Cv para los gases?

R= Cuando se calienta un fluido a presión constante este, tiende a expandirse realizando trabajo y parte de la energía en forma de calor, se empleara para incrementar la temperatura. Mientras cuando se calienta un fluido a volumen constante, no se realiza trabajo y todo el calor solo es utilizado para incrementar la temperatura, por lo que existe una diferencia en el uso de la energía total. Empleándola para dos etapas: trabajo y temperatura (presión constante) y solo para la temperatura (volumen constante). Por esta razón se requiere más energía para la etapa a presión constante. Por lo que C_P > C_V.

2. ¿El valor  de  es el mismo para todos los gases? ¡Explique!

R= El valor  de "y" no es igual para todos los gases. Porque "y" varía según gases monoatómicos, diatónicos y poliatomicos. Porque "y" es igual a la razón de C_P / C_V, al variar estos valores el valor de  "y"también varia

3. ¿Qué significa expansión adiabática y en qué momento usted la realizo en esta experiencia?

R= Una expansión adiabática es un proceso en donde se incrementa el volumen el sistema sin existir transferencia de calor entre los alrededores y el sistema.

4. ¿Por qué el valor de la capacidad calorífica molar de un gas monoatómico es independiente de la temperatura mientras que la molécula poliatomicos aumenta al aumentar la temperatura?

R= Esto se explica conociendo que para un gas monoatómico la única forma de energía es debida a los movimientos de traslación de sus átomos, mientras para un gas poliatómico la energía puede ser de vibración y rotación en sus moléculas; por lo que la capacidad calorífica de un gas monoatómico es igual a la constante ideal de los gases.

5. ¿Qué métodos se pueden utilizar para calcular "y"?

R= Se emplea el método de clement y desormes. 

Conclusiones

·         El Primer objetivo a cumplir era el de determinar el cociente de capacidades caloríficas para el aire, en esta experiencia luego de realizado el procedimiento se obtuvo el valor de 1,12 para el coeficiente es decir , podemos concluir que existe una diferencia bastante grande del valor de gamma para el aire que teóricamente es de 1,403 si se encontrara a una atmosfera normal; sin embargo,  sí es bastante cercano al valor dado por el profesor en el salón de clases que fue de 1, es por esta razón que el porcentaje de error original fue de 20% y tal vez la diferencia se debió a que hubieron ciertos problemas a la hora de tomar las mediciones y de ejercer la presión sobre el aire contenido en el recipiente.

·         En el caso de calcular la relación de C_p /C_v, una vez obtenidas las mediciones se procedió a aplicar las formulas dadas para calcular Cp y Cv, donde Cp es capacidad calorífica a presión constante y Cv es capacidad calorífica a volumen constante. Como dice la teoría, la Cp siempre debe ser mayor que Cv y los valores obtenidos fueron: para Cp=77,6 y para Cv= 69,3 por ende, Cp es mayor que Cv  ya que Al momento de calentar un fluido a presión constante, éste tiende a expandirse, con lo cual realizará un trabajo y parte de la energía en forma de calor, será para elevar la temperatura. A diferencia de esto cuando se calienta un fluido a volumen constante, no se realiza trabajo y todo el calor sólo se utiliza en aumentar la temperatura, de manera que existe una diferencia en el uso de la energía total. Por un lado la energía total se usa para dos etapas, trabajo y temperatura (presión constante), y por el otro sólo para la temperatura (volumen constante), esto ocasiona que se necesite más energía a presión constante. Una vez calculados estos valores, se tiene que existe una relación entre estas dos capacidades ya que gamma es la constante que relaciona estas dos variables siendo que es el cociente de capacidades caloríficas, por eso tenemos que: .γ=Cp/Cv. 

Referencias Bibliográficas

Peña,B.A; Sello editorial; Fisicoquímica. Manual de laboratorio; Universidad de Medellin; pag. 53. Disponible en: http://books.google.com.pa/books?id=yinGhHba9tAC&pg=PA53&lpg=PA53&dq=determinacion+de+la+razon+cp/cv+metodo+de+clement+y+desormes&source=bl&ots=QP6p5qe4-D&sig=3ItQ2NwRc9zDwQ2-KCjaKcJ9v6E&hl=es&redir_esc=y#v=onepage&q=determinacion%20de%20la%20razon%20cp%2Fcv%20metodo%20de%20clement%20y%20desormes&f=false

Rodrigo. B; Metodo De Clement Desormes Para La Relacion Cp/Cv; BuenasTareas.com; Disponible en: http://www.buenastareas.com/ensayos/Metodo-De-Clement-Desormes-Para-La/778908.html

CALOR ESPECÍFICO DEL CALORÍMETRO

Calor Específico del Calorímetro

 Objetivos

     Determinar el calor  específico del calorímetro Dewar   utilizando el agua  cuyo  calor  especifico es conocido.

     Resumen:

    El objetivo principal de este trabajo práctico fue determinar el calor específico del calorímetro Dewar utilizando la relación que existe de que el calor específico del agua es conocido. Éstas se calcularon a partir de la toma de medidas al añadir agua a 5ªC en el calorímetro con agua a T ambiente. Luego de esto se procedió a aplicar la fórmula para C y a calcular el , el resultado obtenido para C fue: 

    Marco Teórico

     En la siguiente experiencia, se lograra determinar el calor  asociado a una reacción química midiendo  el  cambio de  temperatura  que  la reacción produce , la medición de flujo  es  lo  que  se conoce  como  calorimetría  y se mide  haciendo  uso  de  un  calorímetro  en este  caso  de un  vaso  Dewar .

      Un Dewar es un recipiente diseñado para proporcionar aislamiento térmico, disminuir las pérdidas de calor por conducción, convección o radiación. Se utiliza para almacenar líquidos, fríos o calientes. Wales. J. (1). Su calibración se  puede realizar de las siguientes maneras: 

      1.   Suministrando energía desde una fuente exterior (ejemplo: Mezclando en el vaso calorimétrico agua "fría" a Temperatura  T1 con agua "caliente" a temperatura  T2 para formar un sistema a temperatura final Tf; produciendo calor por efecto Joule en una resistencia R al aplicar una diferencia de potencial V)

     2.  Generando la energía en el propio calorimétrico por medio de un proceso cuya  DH sea perfectamente  conocida (ejemplo: Reacción química con entalpía de reacción conocida; Mezcla de los líquidos con entalpía de mezcla determinada.)

  

       Determinaremos  la  capacidad calorífica del Dewar  mediante  la siguiente ecuación  Q _absorbido=Q _liberado , es  decir que  se  calibrara utilizando agua  fría y agua  caliente , por lo cual el excedente de calor  en el agua caliente contenida en el Dewar será absorbida  por  el agua fría hasta  alcanzar el  equilibrio  térmico. Este proceso puede llevarse  a cabo ya  que  el  calorímetro funciona como adiabático. 

 Materiales

     

Calorimetro Dewar	Vasos químicos
Termometro calibrado	Hielo

Procedimientos Resultados
Una vez realizada la experiencia se obtuvieron los siguientes resultados:    Promedio:       Cálculos:

DISCUSIÓN

En esta experiencia se procedió a realizar tres mediciones de temperaturas T1, T2 y T3 de las cuales la T2 fue de 5°C, la T1 fue de 23.7°C y la T3 era de 21.7°C; se debe tener en cuenta que dichos valores fueron obtenidos luego de sacar los promedios de las tres mediciones hechas. La mayor parte de los calorímetros son diseñados de forma que se minimice la transferencia de calor entre el sistema y los alrededores. 

El cambio de temperatura experimentado por un objeto cuando absorbe cierta cantidad de energía está controlado por su capacidad calorífica, así, Cuando un sistema con una masa m1, se pone en contacto con un sistema con una masa m2, donde m1> m2, que está a diferente temperatura, fluye calor entre ellos hasta alcanzar una temperatura de equilibrio próxima a la del sistema de masa mayor; se dice entonces que una cantidad de calor ΔQ se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura: 

La cantidad de calor ΔQ transferida es proporcional al cambio de temperatura ΔT. 

La constante de proporcionalidad C, se denomina capacidad calorífica del sistema. 

La determinación de los cambios térmicos que acompañan a los procesos termodinámicos se realiza con los dispositivos reconocidos con el nombre de Calorímetros.

 Esquemáticamente un calorímetro consta de los siguientes elementos: 

1.- Recipiente en el que tiene lugar el proceso. Este recipiente está integrado en un sistema de aislamiento mediante el cual se trata de evitar las pérdidas de calor por radiación o convección. 

2.- Dispositivo para la medida de cambios de temperatura (termómetro de mercurio contrastado, termopar, termómetro de resistencia,...). 

3.- Dispositivo para el calentamiento controlado del sistema (resistencia eléctrica conectada a una fuente de alimentación con voltaje estabilizado). 

4.- Dispositivo de mezcla de componentes y de agitación para asegurar la uniformidad de la temperatura en la mezcla. 

El calorímetro utilizado en la experiencia debía tener un C de 500°C; sin embargo, el valor obtenido estuvo bastante cerca, siendo este de 467.5°C las posibles diferencias entre uno y otro pudo deberse a la perdida pequeña de energía del sistema o bien por la falla en el cálculo de alguna medida tomada. 

CONCLUSIÓN

El objetivo principal de esta experiencia consistía en determinar el calor  específico del calorímetro Dewar   utilizando el agua  cuyo  calor  específico es conocido fue alcanzado, luego de realizar al pie de letra las diferentes fases del experimento, se obtuvo que el C del calorímetro Dewar fue de 467.5°C un valor técnicamente bastante cerca al esperado de 500°C. 

Referencia Bibliográfica

1.   Wales,J. Vaso Dewar. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Vaso_Dewar

CALOR DE NEUTRALIZACIÓN MÉTODO CALORIMÉTRICO

Laboratorio #3

Calor de Neutralización Método calorimétrico

I. Objetivos

·         Relacionar aspectos termodinámicos en la neutralización de una acido fuerte con una base fuerte.

·         Determinar la cantidad de calor que interviene en la neutralización de un acido fuerte con una base fuerte.

II. Resumen

Uno de los principales objetivos de esta experiencia era medir el aumento de temperatura en una reacción de neutralización entre una solución diluida de un acido fuerte y una solución diluida de una base fuerte. A partir del cálculo del número de moles a utilizar, del aumento de temperatura observado y el uso de del calorímetro dewar, cuyo calor especifico determinado previamente fue de 467.5; se determino el calor de neutralización de la reacción, obteniendo un valor de 12856.35 muy próximo al valor teórico que equivale a 13.700 Kcal/mol.

III. Introducción

Cuando un ácido reacción con una base, se libera una considerable cantidad de calor. La reacción química entre soluciones acuosas diluidas entre un acido fuerte y una base fuerte se conoce como reacción de neutralización. 

La medida del calor de neutralización, se hace a partir de los valores de entalpia de formación de H₂O a partir de iones H₃O y OH. Por lo que el calor de neutralización se entiende como el calor generado cuando un acido reacciona con una base para producir agua.

Cuando una solución diluida de acido fuerte se neutraliza con una solución diluida de base fuerte, el calor de neutralización que se produce por mol de agua es constante e independiente de la naturaleza de la sustancia como de su concentración. (2)

Las  reacciones de neutralización como HNO₃ + KOH → KNO₃ + H₂O  y

 HCl + NaOH →NaCl +H₂O y otras reacciones de solución acuosa entre ácidos fuertes y bases fuertes son exotérmicas. Esto se debe a que la solución acuosa es suficientemente diluida como para que la disolución adicional no produzca efectos térmicos; ya que los acido y bases en solución acuosa están disociados, por lo que el calor de neutralización en todos los casos es H⁺_(ac) + OH^⁻_(ac) = H₂O_(l)  ΔH 298 k= 13.700 Kcal/mol.

IV. Materiales y Reactivos

REACTIVOS 

Nombre	Toxicidad	Como manejarlo	En caso de emergencia
Ácido clorhídrico	Inhalación: dificultad para respirar, tos e inflamación y ulceración de nariz, tráquea y laringe. Exposiciones severas causan espasmo de la laringe y edema en los pulmones y cuerdas vocales.  Contacto con ojos: irritación, puede causar quemaduras, reducir la visión o la pérdida total de ésta. Contacto con la piel: causa quemaduras serias, dermatitis y fotosensibilización.	Utilizar lentes de seguridad. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto.  Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, nunca aspirar  con la boca.	Inhalación: mover al afectado al aire fresco. Si no respira, dar respiración artificial y mantenerlo caliente y en reposo, no dar a ingerir nada. Si está consciente, suministrar oxígeno, si es posible, y mantenerlo sentado. Ojos: lavar inmediatamente con agua corriente Piel: lavar inmediatamente la zona dañada con agua en abundancia. Ingestión: no provocar vómito. En caso de que la víctima esté inconsciente, dar respiración artificial y mantenerla en reposo y caliente. Si está consciente dar a beber  un poco de agua continuamente.
Hidróxido de sodio	Inhalación: la inhalación de polvo o neblina causa irritación y daño del tracto respiratorio. En caso de exposición a concentraciones altas, se presenta ulceración nasal.	Necesario el uso de lentes de seguridad, en el caso de trasvasar pequeñas cantidades de disoluciones de sosa con pipeta, utilizar una propipeta, nunca aspirar con la boca	Inhalación: retirar del área de exposición hacia una bien ventilada. Si esta inconsciente, no dar a beber nada, dar RCP. Si esta  consiente, levantarlo o sentarlo lentamente, suministrar oxígeno, si es necesario. Ojos: lavar con abundante agua corriente Piel: quitar la ropa contaminada inmediatamente. Lavar el área afectada con abundante agua corriente. En todos los casos de exposición, el paciente debe ser transportado al hospital.

Discusión

En esta experiencia se tenía por objetivo relacionar aspectos termodinámicos en la neutralización de un acido fuerte con una base fuerte. En la experiencia anterior se había determinado el calor específico del calorímetro dewar con soluciones de agua a temperatura ambiente, que se emplearía para determinar el calor  de neutralización de la reacción de soluciones de acido y base, este valor fue de 467.5, por lo que se asumió que el sistema era adiabático.

En la primera etapa de este nuevo ensayo se prepararon las soluciones diluidas de NaOH (base fuerte) y de HCl (acido fuerte), para mezclar en el calorímetro. Para determinar el calor producido en la mezcla de estas soluciones acuosas se realizaron dos pruebas, empleando 200 ml de NaOH y 50 ml de HCl. En la primera prueba hubo un cambio de temperatura de 1ºC, este efecto térmico observado es la suma de las entalpias de ionización y neutralización a presión constante; a partir de este cambio se obtuvo para el calor de neutralización un valor de 11688, teniendo un porcentaje de error de 14,7% respecto al valor teórico de 13,700. Mientras en la segunda prueba el cambio térmico observado fue de 1,1 ºC permitiendo que el valor del calor de neutralización fuese de 12856.35; siendo mucho más alto y próximo al valor teórico, con un porcentaje de error de 6,16%.

Cuando ocurre un cambio químico, existe un intercambio definido de calor, de acuerdo a la segunda ley de la termodinámica el valor encontrado para este calor de reacción es independiente del camino seguido para realizarla. Las reacciones que ocurren durante un proceso pueden ser endotérmicas, si absorben calor, o exotérmicas, si desprenden calor. Los cambios endotérmicos se expresan con signo positivo, y los cambios exotérmicos con signo negativo.

Teniendo en cuenta que cuando una solución diluida de acido fuerte se neutraliza con una solución diluida de base fuerte, el calor de neutralización que se produce por mol de agua es constante e independiente de la naturaleza de la sustancia como de su concentración.

Desde este punto de vista, una solución diluida de HCl consiste solamente en iones H⁺ y Cl^- en solución acuosa; y similarmente, una solución diluida de NaOH consiste en iones Na⁺ e OH^- en solución acuosa. Después de la neutralización, la solución restante contiene solamente iones Na⁺ y Cl^-. Por lo que la reacción puede ser interpretada como iónica de la siguiente manera: Na⁺_(ac) + OH^-_(ac) + H⁺ _(ac) + Cl^-_(ac) → Na⁺_(ac) + Cl^-_(ac) + H₂O _(l), cancelando los términos comunes se obtiene:  OH^-_(ac) + H⁺_(ac) → H₂O _(l)  ΔH 25°C = -13680 cal. Observándose una reacción exotérmica, donde se libera calor.

Analizando los dos valores del calor de neutralización obtenidos en esta experiencia , usando los mismo volúmenes y concentraciones, una vez ocurrida la ionización de los solutos se observo la suma de las entalpias de ionización y neutralización, se puede decir que estas variaciones obtenidas responden a dificultades cuando se retiro la primera mezcla para luego colocar una mezcla nueva, también el destapar el calorímetro permitió que la temperatura de este no se mantuviese constante ya que perdida calor. Por lo que en este caso el calor de neutralización depende de la temperatura. También una inadecuada agitación de la mezcla pudo influir al no mantener la homogeneidad en la mezcla.

Conclusiones

El primer objetivo de esta experiencia era relacionar los aspectos termodinámicos de un acido fuerte con una base fuerte, mediante la mezcla de una solución diluida de acido fuerte con una solución diluida de base fuerte se comprobó que la variaciones en los procesos de neutralización el calor producido para formar un mol de agua, no dependen de la naturaleza de la sustancia ni la concentración, en este caso dependía de la temperatura liberada, influenciada por perdida de calor en el calorímetro durante el proceso de mezcla del acido con la base.

En la determinación de la cantidad de calor que se produce en reacciones de neutralización de ácidos fuertes y bases fuertes, este debe ser constante, 13,700 cal/mol y en todas las reacciones es un proceso exotérmico,  ya que tanto los ácidos como las bases fuertes están completamente disociados en sus respectivos iones cuando se están en solución acuosa suficientemente diluida. Para esta experiencia los valores de calor de neutralización se aproximaron a valor teórico, siendo estos de 11688, teniendo un porcentaje de error de 14,7% y de 12856.35; siendo mucho más alto y próximo al valor teórico, con un porcentaje de error de 6,16%.

Bibliografía

1.      Acuña, M. Buenas tareas. Disponible en: http://www.buenastareas.com/ensayos/lab-de-fisicoquimica/2051025.html

2.      Anónimo.scribd.disponible en: http://es.scribd.com/doc/4990297/CALOR-DE-NEUTRALIZACION-fisicoquimica-1VISITEN-MI-BLOG-ALLI-ESTOY-SUBIENDO-NUEVOS-ARCHIVOS-httpquimicofiqblogspotcom

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TENSIÓN SUPERFICIAL

Laboratorio #4

TENSIÓN SUPERFICIAL

I. Objetivos

·         Relacionar la tensión superficial con la capilaridad.

·         Calcular la  tensión superficial de  diferentes  líquidos por el método del capilar.

·         Explicar fenómenos asociados con la tensión superficial.

II. Resumen

El objetivo principal de este trabajo práctico fue  de relacionar la tensión superficial con la capilaridad. Éstas se calcularon a partir de la toma de las medidas en mm de  cuando  el  liquido por  acción  de  la  tensión  superficial sube  atreves del  capilar a . Luego de esto se procedió a aplicar la fórmula para calcular  el radio del capilar para utilizarlo como  referencia para  los  demás  líquidos.  Al calcular la tensión superficial para el agua a  35°C  fue de:  , a  40°C fue de:   mientras  que  para  el  etanol  a  35° fue de:   y a  40° fue de:    y para la  acetona  los  resultados  fueron de:  a  35° mientas  que  a  40°  fue de  .

III. Introducción

Cuando se trata de los líquidos, su superficie se comporta como si fuera una membrana elástica tensa, propiedad que se conoce como tensión superficial. Esto se debe a que cualquier partícula en el seno de un líquido se encuentra rodeada de otras partículas que ejercen sobre ellas fuerzas iguales en todas direcciones, por lo que se equilibran entre sí; otras partículas que se encuentran en la superficie libre, solo están rodeadas por un lado por partículas que, al atraerla hacen que aparezcan fuerzas laterales en todas direcciones que tienden a disminuir el área de la superficie libre del líquido, y una fuerza hacia el interior del líquido que tiende a disminuir su volumen. En el siguiente laboratorio se procederá a calcular la tensión superficial de un grupo de líquidos utilizando el método de la capilaridad que es el resultado de La tensión superficial, junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos. Carreon Alvarado Sergio, 2009.

IV. Materiales y Reactivos

            Materiales

   

VII. Discusión:

La tensión superficial es el fenómeno por el cual la superficie  de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada membrana  elástica. Este efecto permite a algunos insectos, desplazarse por la  superficie del agua sin hundirse. 

Los resultados obtenidos durante el experimento fueron variados, esto puede observarse en el porcentaje   de error de cada una de las etapas del mismo.

En el caso del agua se observa que tiene una tensión superficial relativamente elevada en comparación con la del etanol; esto se debe a la masa de cada una de las sustancias, para cada una de las sustancias se procedió a calcular la tensión superficial de manera experimental utilizando el método de la capilaridad que a su vez se basa en la ley de Jurin que define la altura que se alcanza cuando se equilibra el peso de la columna de líquido y la fuerza de ascensión por capilaridad.

Para el agua a diferentes temperaturas se obtuvieron los siguientes resultados para la tensión superficial:  (T ambiente);  (35°C) y  (40°C). Los porcentajes de error variaron esto porque en el caso de la tensión superficial para la temperatura ambiente el %de error fue de cero, mientras que aumento significativamente en el caso de las otras temperaturas esto podría deberse a que al momento de hacer los cálculos se contaban con datos teóricos sobre la densidad del agua a diferentes temperaturas y en el caso del porcentaje de error también se utilizaron valores teóricos sacados de tablas que no certifican sean los mas precisos, por ende podrían considerarse estos como valores promediados, y no realmente exactos; sin embargo, la parte mas importante era demostrar que a una temperatura ambiente la tensión superficial del agua era de y esto se consiguió satisfactoriamente.

Para el etanol se obtuvieron las siguientes tensiones superficiales:  (T ambiente);  (35°C) y  (40°C). En este caso el cálculo para tensión superficial a temperatura ambiente para el etanol estuvo bastante cercano y en el caso de las otras tensiones superficiales el porcentaje de error no fue tan elevado; sin embargo, al igual que en el caso del agua se utilizaron valores teóricos obtenidos de tablas que no aseguran sean valores reales o los más confiables.

En el caso de la acetona los resultados fueron los siguientes:   (T ambiente);  (35°C) y  (40°C). En este caso los porcentajes de error fueron bastante bajos también lo que indica que los valores estuvieron muy cerca o próximos a los valores teóricos investigados.

Los radios utilizados una vez se calcularon fueron:
 para el agua;  para el etanol y  para la acetona. Como se conoce el radio es relativamente pequeño y a su vez importante porque de el dependen en gran medida las interacciones con las moléculas vecinas mas cercanas.

Tal y como dice la teoría La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica.

La influencia del medio exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido.

 Debido a estas interacciones es que la tensión superficial del agua siempre será mayor que la del etanol y la del etanol será a su vez menor que la de la acetona. Ya que en el agua existen un número mayor de interacciones que en el etanol y en la acetona hay mas que en las del etanol.

Cuestionario

1.      ¿Qué es tensión superficial?

Es  el fenómeno por el cual la superficie  de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada membrana  elástica. Este efecto permite a algunos insectos, desplazarse por la  superficie del agua sin hundirse.

2.      ¿Cuántos tipos  de  capilaridad  existen?

Hay capilaridad positiva y negativa.

·         capilaridad positiva, cuando  el agua sube por el capilar, el menisco en este caso será cóncavo.

·         capilaridad negativa, ejemplo el mercurio prácticamente no sube por el capilar, el menisco en este caso será convexo.

3.      ¿Qué relación hay entre capilaridad y tensión superficial?

El fenómeno de la capilaridad supone el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de pequeño diámetro (tubo capilar), o en un medio poroso, debido a la acción de la tensión superficial del líquido sobre la superficie del sólido. 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 de cohesión superan a las fuerzas de adhesión, la superficie del líquido será convexa y el líquido caerá por debajo del nivel hidrostático.

4.      ¿Cómo explicarías  la alimentación de los  árboles por  el tallo?

Como el  agua tiene una gran tensión superficial debido a sus enlaces de hidrógeno, los cuales  buscan adherirse a las paredes del tubo, esto hace que tenga una gran capilaridad, algo que resulta indispensable para que el agua pueda subir por el tallo de plantas, árboles .

5.      ¿Qué  conceptos físicos están asociados en esta  actividad?

   Conceptos  como  capilarida, tensión superficial, fuerzas de  cohesión y adhesión.

6.      ¿Cómo  se explica  que una hoja de  afeitar  flote  en el  agua , si la  densidad del  acero es  mayor  que  la  del acero.?

Las moléculas en el interior de un líquido están rodeadas por todos los lados de otras moléculas, pero en la superficie del líquido esto no es así ya que no hay moléculas por encima de las que se encuentran en la superficie.

Así, si se desplaza ligeramente una molécula superficial, los enlaces moleculares con el resto de moléculas se alargan, de manera que se produce una fuerza restauradora que tensa la molécula de nuevo hacia la superficie.

Estas fuerzas son las causantes que la hoja de  acero no se hunda dentro del agua. La fuerza restauradora que se ejerce por unidad de longitud se llama coeficiente de tensión superficial, y para el caso del agua vale 0.073 N/m. En el espacio (en ausencia de la fuerza de la gravedad).

7.      ¿Qué son líquidos no asociados y líquidos asociados?

·         Los líquidos cuyas moléculas se mantienen unidas por puentes de hidrógeno se denominan líquidos asociados.

·         Los líquidos no asociados son aquellos que están  libre y no cumple una función.

Conclusiones

·         Nuestro primer objetivo era el de Relacionar la tensión superficial con la capilaridad. Una vez se realizo el experimento con los tres diferentes tipos de sustancias se pudo determinar que la capilaridad supone el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de pequeño diámetro, o en un medio poroso, debido a la acción de la tensión superficial del líquido sobre la superficie del sólido. 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. Dicho efecto puede producirse en el agua y en otro tipo de sustancias que también experimentan este fenómeno.

·      El segundo de nuestro experimento  era: Calcular la  tensión superficial de  diferentes  líquidos por el método del capilar, en este caso se debe tener presente que el método del capilar es considerado uno de los métodos más exactos.

 Y se pueden observar los resultados de calcular la tensión superficial para el agua, el     etanol y la acetona en la siguiente tabla:

·          ·           Nuestro último objetivo consiste en: Explicar fenómenos asociados con la tensión superficial. Para este caso se debe tener presente que la tensión superficial es un fenómeno que en si depende de muchas cosas, por ejemplo, de la temperatura, entre mayor temperatura menor tensión superficial y esto se ha logrado comprobar es este laboratorio; sin embargo, también depende de otro tipo de factores como la densidad ya que a menor densidad menor tensión superficial; ahora bien, el fenómeno de tensión superficial se relaciona a su vez con otro tipos de fenómenos dentro de los cuales ya hemos mencionado la capilaridad, pero, no es el único. Existe un fenómeno conocido como: Tensoactividad, que es fenómeno por el cual una sustancia reduce la tensión superficial al disolverse en agua u otra solución acuosa. Sin embargo, a la hora de calcularse la tensoactividad se necesitarían utilizar otro tipo de técnicas experimentales.

BIBLIOGRAFIA

1.      Carreon, S. Ensayos de  Tensión Superficial. Buenas tareas  2009.Disponible en:

http://www.buenastareas.com/ensayos/Tension-Superficial/2273313.html

2.      Nupieri, M.Hoja de  datos de  seguridad Msds.Cia Quimica Argentina acetona. (Febrero 2006).Disponibleen:http://www.ciaquimica.com.ar/pdf/msds/1029ACETONA_DMK_MSD.pdf.

3.       Alvarez,J. Hoja de  seguridad. Disponible en : http://www.arvicr.com/PDF/REACTIVOS%20QUIMICOS%20PARA%20LABORATORIOS%20(SOLVENTES%20ORGANICOS)/HOJAS%20DE%20SEGURIDAD/ALCOHOL%20ETILICO%20ABSOLUTO.pdf