Líquidos

Química. Propiedades de un líquido. Comprensión y expansión. Difusión. Forma y volumen. Viscosidad. Tensión superficial

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PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS

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 segundo. Sin embargo, las intensas fuerzas de atracción de tipo dipolo-dipolo, enlaces de hidrogeno o de London evitan que se muevan tan libremente y estén tan separadas como se encuentran en un gas. Por otra parte, las moléculas de un liquido no están tan juntas o estructuradas como lo están en un sólido. Por estas razones, los líquidos presentan características que los colocan entre el estado gaseoso completamente caótico y desordenado y bien ordenado estado sólido.

FORMA Y VOLUMEN

En un liquido, las fuerzas de atracción son aun suficientemente intensa para limitar a las moléculas en su movimiento dentro de un volumen definido, pero no son tan poderosas como para hacer que las moléculas guarden una posición precisa dentro del liquido. De hecho las moléculas, dentro de los limites del volumen del liquido están en libertad de moverse unas alrededor de otras, y de esa manera permite que fluyan los líquidos. Por lo tanto, los líquidos conservan un volumen definido, pero, debido a su capacidad para fluir, su forma dependen del contorno del recipiente que los contiene.

COMPRESIÓN Y EXPANSION

Las fuerzas de atracción en un liquido causan que las moléculas permanezcan juntas, y el aumento de la presión casi no produce efectos sobre el volumen, debido a que hay poco espacio libre dentro del cual se puedan aglomerar las moléculas. Por tanto, los líquidos son prácticamente incompresibles. De manera semejante, los cambios en la temperatura solo ocasiona pequeños cambios en el volumen. El aumento del movimiento molecular va acompañado de una elevación de la temperatura y tiende a aumentar la distancia intermolecular, pero a esto se opone las poderosas fuerzas de atracción.

DIFUSIÓN

Cuando se mezclan dos líquidos, las moléculas de uno de ellos se difunde en todas las moléculas del otro liquido de a mucho menor velocidad que cuando se mezclan dos gases. La difusión de dos líquidos se puede observarse dejando caer una pequeña cantidad de tinta en un poco de agua. Sin embargo, como las moléculas en ambos líquidos están tan cercas, cada molécula sufre miles de millones de choques antes de alejarse. La distancia promedio entre los choques se le llama trayectoria libre media y es mucho mas corta en los líquidos que en los gases, donde las moléculas están bastantemente separadas. Debido a las constantes interrupciones en sus trayectorias moleculares, los líquidos se difunden mucho mas lentamente que los gases.

VISCOSIDAD

Algunos líquidos, literalmente fluyen al igual que la maleza, mientras que otros fluyen con facilidad, la resistencia a fluir se conoce con el nombre de viscosidad. Entre mayor es la viscosidad, el liquido fluye mas lentamente. Los líquidos como la maleza o 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 cuanta 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. La formula para determinar la viscosidad con respecto al tiempo es:

dV  r4 (P1 - P2)

------- = --------------------

dt 8  L

Donde:

dV/dt = Velocidad de flujo del liquido a lo largo de un tubo .

r = Radio del tubo.

L = Longitud

(P1 - P2) = Diferencia de presión

Las viscosidad se relaciona con la facilidad con la cual las moléculas individuales del liquido se mueve en relación con las otras. Esto depende de la fuerza de atracción entre las moléculas y también del hecho de que existan características estructúrale que provoquen que las moléculas se enreden entre si. La viscosidad disminuye a medida que aumenta la temperatura, debido a que a altas temperaturas la energía cinética promedio es mayor y hace que las moléculas superen con facilidad las fuerzas de atracción entre ellas.

TENSION 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, las moléculas a lo largo de la superficie, experimentan una atracción en una dirección hacia el interior del liquido, lo cual provoca que las moléculas en la superficie sean arrastradas al interior. La situación mas estable se presentan estas desiguales fuerzas de atracción en la superficie del liquido es tan pequeña que sea posibles.

OBJETIVOS

- Determinar la viscosidad de tres líquidos puros a tres diferentes temperaturas, utilizando el viscosimetro 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 en la literatura.

MATERIAL

EQUIPO:

1 vaso de 2000 ml.

1 mechero Bunzen.

1 viscosimetro de ostwald.

1 termómetro de -10 ºC a 120 ºC.

1 cronometro.

1 soporte universal.

1 anillo de metal.

2 tubos capilares.

1 tubo de ensaye.

1 pipeta de 10 ml.

1 tela de alambre con centro de asbesto.

SUSTANCIAS

Agua

Acetona

Alcohol etilico

Benceno

DESARROLLO

A) Determinación de la viscosidad a temperatura ambiente.

- Utilizando un jeringa se vierte el liquido en estudio en el viscosimetro de Ostwald (fig. 1), hasta llenar aproximadamente tres cuartas partes del volumen del bulbo inferior.

- Soplando lentamente por la rama derecha se hace subir el liquido hasta llegar a la marca “a”. Para que el liquido permanezca en esta posición, se tapa la rama izquierda con el dedo índice.

- Se deja fluir el liquido hacia el bulbo inferior, tomando el tiempo que emplea en descender la marca “a” hasta “b”.

- Esta operación se repite tres veces con cada liquido, midiendo la temperatura ambiente.

B) Determinación de la viscosidad a temperatura diferente de la ambiente.

- El experimento se repite a dos temperaturas mas, que el profesor indicara. Para ello se introduce el viscosimetro en el vaso de precipitados de 2 litro, que contiene agua a la temperatura indicada, y se deja el tiempo suficiente para que el liquido de prueba alcance la misma temperatura. El agua debe cubrir la marca “a” como se aprecia en la figura 2.

- Para hacer la determinación, se coloca el viscosimetro en posición vertical y se procede como en el inciso (a).

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

- Se limpia perfectamente el equipo para evitar errores.

- En un tubo de ensaye se agregan de uno a dos mililitros de líquidos puros.

- Se introduce el tubo capilar procurando que quede perpendicular a la superficie del liquido.

- Se mide la altura (h) entre el nivel liquido en el tubo de ensaye y el nivel de este, en el tubo capilar (figura 3.)

DATOS EXPERIMENTALES

Datos obtenidos con el viscocimetro de Ostwald

22 ºC

27 ºC

37ºC

" H2O

" Alcohol etílico

" H2O

" Alcohol etílico

" H2O

" Alcohol etílico

86

181

81

173

73

157

85

183

82

172

72

156

85

181

81

173

72

157

H2O a 22 ºC= 1.0 H2O a 22 ºC= 0.9 H2O a 22 ºC= 0.75

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

Sustancia

Altura (h)

Agua

1.3 cm

Alcohol etílico

1.2 cm

Acetona

1.0 cm

Benceno

1.1 cm

Diámetro del tubo capilar 1 mm

CALCULOS Y CUESTIONARIO

1.- Con los datos obtenidos en la experimentación, calcular la viscosidad y tensión superficial de los líquidos usados.

CALCULO DE LA VISCOCIDAD

Densidad del alcohol Etílico a 22 ºC

ds = ds + 10-3 t + 10-6 t2 + 10-9 t3

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

ds = 0.78347 g/ml

27 ºC

ds = 0.8014 + (10-3)(-0.809)(27 ºC) + (10-6)(-0.27)(27 ºC)2 + (10-9)(0)(27 ºC)3

ds = 0.77936 g/ml

37 ºC

ds = 0.8014 + (10-3)(-0.809)(37 ºC) + (10-6)(-0.27)(37 ºC)2 + (10-9)(0)(37 ºC)3

ds = 0.77109 g/ml

Densidad del Benceno a 22 ºC

ds = 0.90005 + (10-3)(-1.0636)(22 ºC) + (10-6)(-0.0376)(22 ºC)2 + (10-9)(-2.213)(22 ºC)3

ds = 0.87663 g/ml

Densidad del Acetona a 22 ºC

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

ds = 0.78786 g/ml

Densidad del agua a

22 ºC = 0.99802 g/ml.

27 ºC = 0.99707 g/ml.

37 ºC = 0.99406 g/ml.

VISCOSIDAD DEL ALCOHOL ETILICO A 22 ºC

Liq. Liq. t Liq.

----- = --------------

H2O  H2O t H2O

Liq. = Liq. t Liq. H2O /  H2O t H2O

Liq. = (0.78347g/ml x 181.66seg x 1cp) / ( 0.99802g/ml x 85.33seg) = 1.6712 cp

27 ºC

Liq. = (0.77936g/ml x 172.66seg x 0.9cp) / ( 0.99707g/ml x 81.33seg) = 1.4934 cp

37 ºC

Liq. = (0.77109g/ml x 156.66seg x 0.75cp) / ( 0.99406g/ml x 72.33seg) = 1.26 cp

CALCULO DE LA TENSION SUPERFICIAL

Agua a 22 ºC

= ½ r h  g

= (.5)(.05)(1.3)(981)(0.99780) = 31.84 Dina/cm

Alcohol Etílico a 22 ºC

= ½ r h  g

= (.5)(.05)(1.2)(981)(0.78347) = 23.05 Dina/cm

Acetona a 22 ºC

= ½ r h  g

= (.5)(.05)(1.0)(981)(0.78786) = 19.32 Dina/cm

Benceno a 22 ºC

= ½ r h  g

= (.5)(.05)(1.1)(981)(0.8766) = 23.64 Dina/cm

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

VT - VEXP

% de error de viscosidad = ----------------- X 100

VT

a 22 ºC

% de error = (2.2 - 1.6712) x 100 / 1.1 = 24 %

a 27 ºC

% de error = (1.9 - 1.4934) x 100 / 1.05 = 21 %

a 37 ºC

% de error = (1.5 - 1.26) x 100 / 0.85 = 16 %

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

Agua

% de error = ø (72.44 - 31.84) ø x 100 / 72.44 = 56.04 %

Acetona

% de error = ø (27.3 - 19.32) ø x 100 / 27.3 = 28.13 %

Alcohol Etilico

% de error = ø (22.27 - 23.05) ø x 100 / 22.27 = 3.5 %

4.- Describir dos métodos para determinar la viscosidad, incluir las ecuaciones empleadas.

A) METODO DE POISEVILLE 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 GEORGE 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 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.

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

6.- Deducir la ecuación 1/0 = 1 t1 / 2 t2 , utilizando la ecuación de Poiseuille.

dv/dt = (r4(p1-p2))/(8l)

 = (r4(p1-p2)dt)/(8l)dv

 = (r4(p1-p2)t)/(8l)

Usando un liquido de referencia

1/H2O = 1 t1 / H2O tH2O

1/H2O = p1t1 / p2tH2O

1 = p1t1H2O / p2 tH2O

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

Consiste principalmente en las fuerzas de atracción intermolecular que se presentan en la tensión superficial. Estas fuerzas de Vander Waals, son fuerzas de atracción intermoleculares, las cuales se presentan en ascender por medio del tubo capilar, porque las moléculas que se encuentran atrás de las primeras las empujan hasta alcanzar a una altura determinada

CONCLUSIONES

En esta practica se cumplieron los objetivos planteados, aprendiendo a calcular la viscosidad de un liquido así con la tensión superficial que ejercen los líquidos.

Estos pasos realizados en la practica lo vemos del diario en nuestra vida ya que las sustancias que nos rodean oponen cierta resistencia por las propiedades de cada liquido.

Esta practica se puede aplicar en todas las empresas ya que podemos calcular la fuerza conque va a salir un liquido de un tubo y porque opone resistencia, también para romper la resistencia que existe en ciertas piezas que necesita mucha fricción se pone aceite para romper la tensión superficial. Se utiliza en gatos hidraulicos, maquinas de inyección, etc.

En esta practica tambien se pudo observar que la tension superficial del agua es mayor que la de los otros liquidos, ( todos a temperatura ambiente), este fenomeno es causa de las fuerzas de cohesion que se ejercen en todas direcciones entre las moleculas de los diferentes liquidos, un ejemplo muy claro de esto son los jabones, ya que tienen una accion tenso-activo sobre las moleculas a desprender.

BIBLIOGRAFIA

Autor : James E. Brandy

2 Edición

Química Básica

De. Limusa

Pag. 305-308

Autor: Thedore L. Brown

3 Edición

Química la ciencia central

De. Prentico-Hall

Pag. 298-304