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Propiedades de los líquidos




Enviado por sideral02029



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

    Temp. :

    22°C

    22°C

    22°C

    30°C

    30°C

    30°C

    38°C

    38°C

    38°C

    Tiempo:Æ seg

    Æ 1=seg

    Æ 2=seg

    Æ 3=seg

    Æ 1=seg

    Æ 2=seg

    Æ 3=seg

    Æ 1=seg

    Æ 2=seg

    Æ 3=seg

    H2O

    92

    92

    93

    84

    80

    80

    68

    69

    68

    Acetona

    39

    37

    37

    32

    30

    28

    27

    27

    26

    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.

    Líquido.

    Altura (h).

    Agua

    1.7 cm

    Alcohol etílico

    0.9 cm

    Acetona

    1.0 cm

    Benceno

    0.8 cm

    • 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

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