Propiedades De Los Líquidos 4j3o3b

Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y istrativas

REPORTE DE PRÁCTICA 4 Propiedades de los líquidos

Química Aplicada

Agosto – Marzo 2015

Fecha de Elaboración 20/Enero/2015

Fecha de Entrega 27/Enero/2015

ÍNDICE Objetivo……………………………………………………………………… …………………………… Presentación………………………………………………………………… ………………………… Marco Teórico………………………………………………………………………… ……………… Equipo y Materias Primas…………………………………………………………………….. Desarrollo Experimental………………………………………………………. ……………….. Diagrama…………………………………………………………………… …………………………… Datos Experimentales…………………………………………………………… ……………….. Cuestionario………………………………………………………………… ………………………… Conclusiones……………………………………………………………… ………………………….. Glosario……………………………………………………………………… …………………………. Bibliografía………………………………………………………………… …………………………..

Objetivos Determinamos la viscosidad de dos líquidos puros a tres diferentes temperaturas, utilizando el viscosímetro de Ostwald Determinamos la tensión superficial de dos líquidos puros mediante el método de ascensión capilar Determinamos el porcentaje de error, entre el valor experimental y el reportado en la literatura. Objetivos particulares 

Observamos el comportamiento de los líquidos dentro del viscosímetro y registrar los tiempos necesarios para poder determinar su viscosidad.



Determinamos la viscosidad de las sustancias empleadas (agua alcohol acetona) por los distintos equipos del laboratorio de química utilizando los datos obtenidos mediante su observación.



Determinamos la tensión superficial de los líquidos (agua y acetona) mediante el método propuesto en el experimento.

Presentación En la realización de esta práctica determinamos la tensión superficial a temperatura ambiente y la viscosidad del agua y la acetona a distintas temperaturas, realizándolo mediante una técnica de ascensión capilar para la tensión superficial de los líquidos y empleando el viscosímetro de ostwald con una observación muy aguda para tomar los tiempos necesarios para la viscosidad. Teniendo como fundamento teórico o base para realizar los cálculos las ecuaciones de poiseville y de tal manera calcular los errores experimentales los cuales tuvieron un bajo índice.

Marco Teórico Los líquidos están formados por moléculas que están en movimiento constante y desordenado, cada una de ellas choca 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, los líquidos presentan características que los colocan entre el estado gaseoso completamente caótico y desordenado, y por otra parte al estado sólido de un líquido (congelado) se le llama ordenado. Por lo tanto podemos mencionar los tres estados del agua (liquido universal), sólido, gaseoso y líquido. Compresión y expansión de los líquidos También 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 líquido se le aplica una presión su volumen no se ve afectado en gran cantidad, ya que sus moléculas tienen poco espacio entre sí; por otra parte si aplicamos un cambio de temperatura a un líquido su volumen no sufrirá cambios considerables. 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 líquido 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 de los líquidos Cuando se realiza la mezcla de dos líquidos, las moléculas de uno de ellos se difunden en todas las moléculas del otro líquido a mucha 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 más grande que en los líquidos, cabe señalar que esto sucede cuando las moléculas están bastantemente separadas. Hay constantes interrupciones en sus trayectorias moleculares, por lo que los líquidos se difunden mucho más lentamente que los gases. Forma y volumen de un líquido En los 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 límites del volumen del líquido, tienen la libertad de moverse unas alrededor de otras, a causa de esto, permiten que fluyan los líquidos. Aun 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 en un líquido Algunos de los 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 líquido fluye más 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 líquido 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 líquido y se mide la velocidad de caída. Las esferas más lentamente en los líquidos más viscosos. Si deseamos determinar las viscosidades con respecto al tiempo, es decir el volumen del líquido que fluye con respecto al tiempo tenemos: ........................ecuación (1) Dónde:

= Velocidad de flujo del líquido 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 líquido de viscosidad desconocida y el agua como un líquido base, pero si consideramos que  P es en proporción a la densidad  tenemos el siguiente análisis. .........................ecuación 2 Dónde:  1= Viscosidad del líquido desconocido.   Viscosidad del agua. Tensión superficial de los líquidos

Cada molécula de un líquido se desplaza siempre bajo influencia de sus moléculas vecinas. Una molécula cerca del centro del líquido, 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 líquido no está 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 líquido perpendicular a cualquier línea de 1cm de longitud en la superficie del mismo. Para la tensión superficial tenemos lo siguiente:

Dónde: 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.  = Angulo de o en el líquido con las paredes del tubo capilar.  = Tensión superficial. Para los líquidos que mojan el vidrio, su ángulo de o se supone a 0°, y sacando el (Cos 0°) es 1, por lo que la ecuación anterior se reduce a:

Dónde:   = Es la diferencia de densidades que existe en el líquido y su vapor.

Reactivos

Nombre

Formula química

Propiedades    

     

Agua

H2O

       

    

Acetona

C3H6O

Presenta un punto de ebullición de 100 °C (373 K) a presión de 1 atm. Tiene un punto de fusión de 0 °C (273 K) a presión de 1 atm. El agua pura no conduce la electricidad (agua pura es el agua destilada libre de sales y minerales) Es un líquido inodoro e insípido. Estas son las propiedades organolépticas, es decir, las que se perciben con los órganos de los sentidos del ser humano. Se presenta en la naturaleza de tres formas, que son: sólido, líquido o gas. Tiene una densidad máxima de 1 g/cm 3 a 277 K y presión 1 atm. Así, por cada centímetro cúbico (cm3) hay 1 g de agua. Forma dos diferentes tipos de meniscos: cóncavo y convexo. Tiene una tensión superficial. Posee capilaridad. La capacidad calorífica es mayor que la de otros líquidos. Calor latente de fusión del hielo a 0 °C: 80 cal/g (ó 335 J/g) Calor latente de evaporación del agua a 100 °C: 540 cal/g (ó 2260 J/g) Se cristaliza esponjosa (nieve) Tiene un estado de sobre enfriado, es decir, líquido a -25 ºC Ayuda a regular el calor de los animales Tiene un elevado calor de vaporización, y una elevada constante dieléctrica. Proporciona flexibilidad a los tejidos. Tiene una gran fuerza de cohesión entre sus moléculas, y la fuerza de adhesión por los puentes de hidrógeno que son muy termo hábiles. No posee propiedades ácidas ni básicas. Con ciertas sales forma hidratos. Reacciona con los óxidos de metales formando bases. Es catalizador en muchas reacciones químicas. Presenta un equilibrio de auto ionización, en el cual hay iones H3O+ y OH-

Estado de agregación: Líquido Apariencia: Incoloro Masa molecular: 58,09 uma Punto de fusión: 178,2 K (-94,8 °C) Punto de ebullición: 329,4 K (56,4 °C) Solubilidad en agua: no es soluble Punto de inflamabilidad: 253 K (-20 °C) K

Toxicidad

No es toxica

Ingestión: Náuseas, vómitos. Inhalación: Salivación, confusión mental, tos, vértigo, somnolencia, dolor de cabeza, dolor de garganta, pérdida del conocimiento. Piel: Piel seca, enrojecimiento. Ojos: Enrojecimiento, dolor, visión borrosa. Posible daño en la córnea.

Equipo y Materias Primas Equipo           

1 Vaso de 2000ml 1 Mechero 1 Viscosímetro de Ostwald 1 Termómetro de 10ºC a 120ºC 1 Cronometro 1 Soporte Universal 1 Anillo De Metal 2 Tubos Capilares 1 Tubo De Ensayo 1 Pipeta de 10ml. 1 Tela de Alambre c/centro de Asbesto.

Materias Primas  Agua

H2O

 Acetona C3H6O

Diagrama de desarrollo de viscosidad

Aplicación d De viscosida μ EXP = P1t1/

Determinación de %error

Diagrama de desarrollo de tensión superficial

Medir 2ml.

Acetona

Agua

∆ h= h2-h1

Cálculos y resultados 1. Con los datos obtenidos en la experimentación, calcular la viscosidad y la tensión superficial de los líquidos puros que se emplearon. 21°

θ LProm

Agu

21° 30° 40° μace

as

Acetona s

35.96 29.66 26.16

22 18.46 17.17

δL θ LProm μ H 20 δ H 20 θ H 20Prom

δ Ace

2

= δ s +10 αt+ 10 β t +10 γt

δL

−3 −6 2 −9 3 = δ s +10 αt+ 10 β t +10 γt

−3

−6

g ml

g )(22 seg)(1.0087 ) ml g 0.9880 (35.96 seg) ml

( 0.7890

(

−9

−3 −6 2 −9 3 = (0.81248) +10 (−1.1)(21 ° C )+ 10 (0.8580)(21° C) +10 (0)(21)

δ Ace=0.7890

μace

3

δL

)

μace Por lo tanto δ Ace=0.7890

g ml

= 0.4878

δ H 20=0.9890

g ml

θ Ace =22 seg θ H 20=35.96 seg μH 2 O =1.0087

Para 30° δL δ Ace

δ Ace=0.7887

−3

−6

2

−9

= δ s +10 αt+ 10 β t +10 γt

3

−3 −6 2 = (0.81248) +10 (−1.1)(30 ° C)+10 (0.8580)(30 ° C )

g ml

g )(18.46 seg )(0.8 ) ml g 0.9957 (29.66 seg) ml

( 0.7887 μace

(

)

μace Por lo tanto δ Ace=0.7887

= 0.3893

g ml

δ H 20=0.9957

g ml

θ Ace =18.46 seg θ H 20=29.66 seg μH 2 O =0.8 Para 40° δL δ Ace

−3

−6

2

−9

= δ s +10 αt+ 10 β t +10 γt

3

−3 −6 2 = (0.81248) +10 (−1.1)(40 ° C)+10 ( 0.8580)(40 °C)

g )(17.17 seg)(0.725 ) ml g 0.9922 (29.16 seg) ml

( 0.7671 μace

(

)

μace Por lo tanto δ Ace=0.7671

= 0.3678

g ml

δ H 20=0.9922

g ml

θ Ace =17.17 seg θ H 20=26.16 seg μH 2 O =0.725

Tensión Superficial 1 γ L = hdrg 2 hacetona =1 cm hagua =6.8 cm r=0.15cm cm g =981 s 2 δ ace

= 0.7890 g/ml

δ H 2O

= 0.9980 g/ml

Sustituimos 981 2 1 g γ ace = ( 1cm ) 0.7890 (0.15 cm)¿ cm/ s ¿ 2 ml

(

)

γ ace

=58.05 dina/cm

981 2 1 g γ H 2 O= ( 0.8 cm ) 0.9980 (0.15 cm) ¿ cm/ s ¿ 2 ml

(

γ H 2O

)

=58.74228 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.

Exp 21°

μace =0.4878

μace =0.34

30°

μace =0.3893

μace

=0.31

40°

μace =0.3678

μace

=0.28

21°

E=

30°

E=

|0.34−0.4878 |x 100=¿ 0.34

43.47%

|0.31−0.3893 |x 100=¿ 0.31

25.5806%

40°

|0.28−0.3678 |x 100=¿ 0.28

E=

31.3571%

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

Teórico φace =23.4 dina/ cm

= 58.05 dina/cm

φ H 2O =58.74228 dina /cm

|23.4−58.05 |x 100=¿ 23.4

E ace =

φ H 2O =¿

148.07%

|72.59−58.74228 |x 100=¿ 72.59

E H 20 ace =

72.59 dina/cm

19.0766%

4. Describir dos métodos para determinar la viscosidad, incluyendo las ecuaciones respectivas. 1er. Método: medir el tiempo (t) de flujo de un volumen (V) dado del líquido, en el tubo capilar bajo la influencia de la gravedad en el viscosímetro. Utilizando la siguiente fórmula:  Método 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. 5. Describir dos métodos para determinar la tensión superficial. A) Tensiométrico: En este método se sumerge una horquilla de platino en el líquido a estudiar y se mide la fuerza necesaria para separar dicha horquilla de la superficie liquida.

B) Burbuja a presión: Se determina midiendo la presión requerida para producir una burbuja de un gas en el líquido en el extremo de un tubo capilar. 6. Deducir la ecuación

μ 1 ρ1 t 1 = μ 0 ρ0 t 0

Utilizando la ecuación de Poiseuille

Usando un líquido de referencia

7. Explicar la relación entre la tensión superficial y las fuerzas de Van der Walls. El valor de depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del líquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesión del líquido, mayor será su tensión superficial.

Conclusiones Durante la realización de este experimento se pudo reconocer la relación existente entre los líquidos que se utilizaron para la realización del mismo de acuerdo a las propiedades de cada uno, esto es debido a que cada líquido reacciona de diferente manera en cuanto a su tensión superficial y viscosidad. Del mismo modo se pudo observar que cuando se va aumentando la temperatura a un líquido este tiende a fluir de una forma más rápida. Al determinar las densidades teóricas, (las cuales se determinaron por medio del monograma de viscosidades) y calcular las experimentales (las cuales se realizaron utilizando el viscosímetro de Ostwald y midiendo los tiempos en que los líquidos muestran su resistencia al fluir de las diferentes substancias que se utilizaron durante este experimento tales como agua, alcohol y acetona) se pudo corroborar que las densidades a mayor temperatura la viscosidad disminuye, por lo tanto se puede decir que la temperatura es proporcional a la viscosidad.

Bibliografía  Chang, química 7ª edición, editorial Mc GRAW HILL, Paginas 425, 424 y 468.  Quimica, MORTIMER Charles E., editorial Iberoamérica, México, D.F., 1986, 781 páginas. Páginas usadas: 219-225.  Quimica, Mortimer Charles E., Editorial Iberoaméricana, México D.F 1986  Principios de Química; P. Ander y A. J. Sonessa, Limusa – Wiley,  Quimica la ciencia central, Brown, Lemay, Burston ,Ed Pearson, Pag 10,11,418-420  http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Liquid3/node6.html  http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf