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