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I.- INTRODUCCIÓN
En 1929, von Neergard (doctor en medicina de la universidad de Zúrich) demostró
la importancia de las fuerzas de superficie al encontrar que la presión necesaria
para mantener distendido el pulmón lleno de líquido era inferior a la requerida para
distender el mismo pulmón lleno de aire. Las fuerzas de tensión superficial
resultan de la mayor atracción de los líquidos con respecto al aire. Se encuentran
presente en la interfase líquido-aire que se encuentra en los millones de sacos
alveolares.
La tensión superficial es la fuerza que actúa a través de una línea imaginaria de
1cm de largo en la superficie de un líquido. Esta tensión se debe a que las fuerzas
de atracción entre las moléculas adyacentes de un líquido se torna lo más
pequeña posible. Este comportamiento se observa con facilidad en la burbuja de
jabón soplada en el extremo de un tubo. Las superficies de la burbuja se contraen
todo lo posible formando una esfera (superficie mínima para un volumen dado) y
generan una presión que se puede predecir por la Ley de Laplace.
La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a la
penetración de su superficie, la tendencia esférica de las gotas que forman un
líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y de la flotación de
objetos u organismos en la superficie de los líquidos.
1.1 Objetivo
- Determinar la tensión superficial en líquidos mediante el efecto de
capilaridad
- Comprobar la dependencia de esta propiedad física con la temperatura
II.- MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Materiales
- Matraz con tubo capilar
- Bombilla de jebe
- Termómetro
- Agua destilada
- Alcohol
- Baño maría
- Vernier
- Regla
- Probeta
2.2 Metodología
Seguir los siguientes pasos utilizando agua, etanol y metanol.
- Medir con un vernier el diámetro interno de cada capilar y anotar con un
plumón indeleble la medida en cada matraz.
- Introducir el líquido de ensayo en el equipo de tensión superficial hasta la
marca del erlenmeyer.
- Sumergir el equipo de tensión superficial en baño maría hasta que la
temperatura del liquido en evaluación llegue a la temperatura indicada y
que se mantenga constante.
- Rápidamente retirar del baño de agua el equipo, y ayudándose de una
bombilla aspirar por el capilar el líquido sin que salga del capilar, y luego
sacar la bombilla, dejando caer el líquido aspirado.
- Medir con una regla o escala la altura h (diferencias de alturas entre la
marca inicial y la altura que alcanza el liquido luego de caer, después de
haber sido aspirado)
- Repetir el trabajo con el mismo líquido esta vez a otras temperaturas (0,10
y 30° C).
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Registro de datos
A continuación se muestra el cuadro 1 con los resultados obtenidos en la práctica
de tensión superficial para el caso del agua.
Cuadro 1: Tensión superficial (N/m) del Agua a distintas temperaturas
LíquidoTemperaturas
γexp1 γexp2 γexp prom γteo
Agua ( H2O )
4°C
0.1224 0.06468 0.09354 *75,10 x 10-3
10°C
0.10422 0.0588 0.08151 **74.22 x 10-3
20°C
0.0905 0.05283 0.071665 ***72.75 x 10-3
30°C
0.06318 0.038055 0.05062 ****71.18 x 10-3
*Según Regresión Lineal aplicado en el laboratorio
**Según Ball (2004)
***Según Fennema (2000)
****Según Lewis (1993)
Fuente: Elaboración propia
Según Pons Muzzo (1985), la tensión superficial de un líquido en la fuerza en
dinas por centímetro de borde de la película que se opone a la expansión de la
superficie. La experiencia enseña que la tensión superficial es independiente de lo
que se haya extendido la superficie, lo mismo que de su espesor.
Como se puede observar, existe una diferencia grande entre los valores obtenidos
en laboratorio y los valores teóricos que son exactos (revisado en varias fuentes)
hasta dos decimales. Estos errores se deben a la precisión de medida de los datos
ya que no se cuenta con instrumentos más exactos en el laboratorio.
A continuación se muestran algunos autores que han hallado la tensión superficial
por varios métodos entre ellos el más conocido, el de capilaridad.
- Según Fennema (2000), la tensión superficial del agua frente al aire en
(N/m) es 72.75 x 10-3 a una temperatura de 20°C.
- Según Ball (2004), la tensión superficial del agua a 10°C en (N/m) es 74.22
x 10-3 y a 20°C en (N/m) es 72.75 x 10-3.
- Según Maron y Prutton (2007), a una temperatura de 20°C la tensión
superficial del agua es 72.75 x 10-3 N/m.
- Según Lewis (1993), la tensión superficial del agua (en N/m) frente al aire a
una temperatura de 10°C es 74.22 x 10-3, a una temperatura de 20°C es
72.75 x 10-3, y finalmente a 30°C es 71.18 x 10-3 N/m.
Por otro lado, no se ha podido encontrar por ejemplo la tensión superficial del
agua a 4 °C, ya que en la fuente bibliográfica generalmente ponen datos
principales. Por ello, en este informe se propuso hacer una regresión lineal con
datos teóricos exactos. Así, en el cuadro 2 se puede observar los datos que se
tomó para la estimación de datos de tensión superficial. Estos datos obtenidos
siguen una distribución casi fidedigna a los teóricos, por ello fue que también se
decidió aplicar este método.
Cuadro 2: Tensión superficial del agua en dinas/cm (con su superficie en contacto
con el aire)
Temperatura,
°C
H2O
0 75.64
20 72.75
25 71.97
40 69.56
50 67.91
Fuente: Pons Muzzo, 1985
* Con los datos del cuadro obtenidos por Pons Muzzo (1985), podemos hallar una
ecuación de regresión lineal para calcular los valores de tensión superficial para el
agua (en N/m) a las temperaturas requeridas en la práctica de laboratorio.
La ecuación obtenida fue:
Y: Tensión superficial del agua (N/m)
X: Temperatura (°C)
A la temperatura de 4°C, la tensión superficial del agua frente al aire (en N/m) fue
de 75,10 x 10-3
A la temperatura de 30°C, la tensión superficial del agua frente al aire (en N/m) fue
de 71,053 x 10-3
Según Levine (1996), para el agua, “γ” tiene un valor muy alto, 73 dinas/cm a
20°C, debido a la intensidad de las fuerzas intermoleculares asociadas con el
enlace hidrógeno. Esto se puede comprobar en el laboratorio con los datos
obtenidos y comparándolos con los datos del etanol.
Según Pons Muzzo (1985), los fenómenos capilares se deben a los distintos
valores de las fuerzas de cohesión del líquido y de adhesión del líquido-sólido. Si
la adhesión es mayor que la cohesión, el líquido será atraído por la pared y forma
una superficie cóncava, como en el caso agua-vidrio, y porque es el caso general
siempre que el líquido se adhiera al sólido. Si por el contrario la cohesión es mayor
que la adhesión, la superficie libre al líquido desciende en el tubo y tendrá esta
superficie la forma convexa, con en el caso mercurio-vidrio.
Según Ramsay y Shields citado por Pons Muzzo (1985), han comprobado que la
tensión superficial se anula 6° centígrados antes de la temperatura crítica. Según
Pons Muzzo (1985), cerca de la temperatura crítica, la tensión superficial varía
Y = 0.0757 – 1,549 x 10-4 X
menos rápido con la elevación en la temperatura. Las desviaciones son débiles a
un estado molecular anormal, especialmente a la presencia de moléculas dobles
en el líquido. Según Lewis (1993), en la región de temperatura crítica el valor de la
tensión superficial se vuelve muy bajo, conforme las fuerzas de cohesión
intermolecular se aproximan a cero.
A continuación se muestra el cuadro 3 con los resultados obtenidos en la práctica
de tensión superficial para el caso del etanol.
Cuadro 3: Tensión superficial (N/m) del Etanol a distintas temperaturas
LíquidoTemperaturas
γexp1 γexp2 γexp prom γteo
Etanol
(C2H5OH)
- 4°C
0.011903 0.02143 0.01666 *24,3438 x 10-3
0°C
0.01037 0.02134 0.01585 **24.05 x 10-3
10°C
0.00953 0.0185 0.014015 ***23.61 x 10-3
20°C
0.0087 0.01566 0.01218 ****22.75 x 10-3
*Según Regresión Lineal aplicado en el laboratorio
**Según Maron y Prutton (2007)
***Según Lewis (1993)
****Según Castellan (1987)
Fuente: Elaboración propia
Como se puede observar, existe una diferencia grande entre los valores obtenidos
en laboratorio y los valores teóricos que son exactos (revisado en varias fuentes)
hasta dos decimales. Estos errores se deben a la precisión de medida de los datos
ya que no se cuenta con instrumentos más exactos en el laboratorio.
A continuación se muestran algunos autores que han hallado la tensión superficial
por varios métodos entre ellos el más conocido, el de capilaridad.
- Según G. Castellan (1987), la tensión superficial del etanol frente al aire a
una temperatura de 20°C es 22.75 x 10-3 N/m
- Según David Ball (2004), la tensión superficial del etanol (en N/m) a una
temperatura de 20°C es 22.8 x 10-3
- Según Maron y Prutton (2007), la tensión superficial del etanol a la
temperatura de 0°C es 24.05 x 10-3 N/m, mientras que a una temperatura
de 20°C es 22.27 N/m
- Según Lewis (1993), la tensión superficial del etanol (en N/m) frente al aire
a una temperatura de 0°C es 24.05, a 10°C es 23.61 x 10-3, y por último a
20°C es 22.75 x 10-3 N/m.
Por otro lado, no se ha podido encontrar por ejemplo la tensión superficial del
etanol a -4 °C, ya que en la fuente bibliográfica generalmente ponen datos
principales. Por ello, en este informe se propuso hacer una regresión lineal con
datos teóricos exactos. Así, en el cuadro 4 se puede observar los datos que se
tomó para la estimación de datos de tensión superficial. Estos datos obtenidos por
el método de regresión lineal siguen una distribución casi fidedigna a los teóricos,
por ello fue que también se decidió aplicar este método.
Cuadro 4: Tensión superficial del etanol en dinas/cm (con su superficie en
contacto con el aire)
Temperatura,
°C
C2H5OH
0 24.10
20 22.30
25 21.80
40 20.60
50 19.80
Fuente: Pons Muzzo, 1985
* Con los datos del cuadro obtenidos por Pons Muzzo (1985), podemos hallar una
ecuación de regresión lineal para calcular los valores de tensión superficial para el
etanol (en N/m) a las temperaturas requeridas en la práctica de laboratorio.
La ecuación obtenida fue:
Y: Tensión superficial del etanol (N/m)
X: Temperatura (°C)
A la temperatura de - 4°C, la tensión superficial del etanol frente al aire (en N/m)
fue de 24,3438 x 10-3
A la temperatura de 10°C, la tensión superficial del etanol frente al aire (en N/m)
fue de 23,1405 x 10-3
El etanol es considerado un líquido orgánico. Según Levine (1996), para la
mayoría de los líquidos orgánicos e inorgánicos, los valores de “γ” a temperatura
ambiente se encuentran comprendidos entre 15 y 50 dinas/cm. Los metales
líquidos tienen tensiones superficiales muy elevadas; la del mercurio a 20°C es
490 dinas/cm. Para interfase líquido-líquido donde cada líquido está saturado del
otro, “γ” es normalmente menor que la tensión superficial del líquido puro que
tenga mayor tensión superficial.
El método por el cual se halla la tensión superficial es muy importante ya que da
un grado se confianza en los resultados:
Según Lewis (1993), el método de elevación capilar es el de mayor precisión
absoluta, pero resultados precisos variando hasta en un 0,5% pueden obtenerse
mucho más convenientemente por los métodos de caída de gota, separación de
anillo o presión de burbuja.
Y = 0.0240 – 8.5946 x 10-5 X
Según Levine (1996), el método del ascenso capilar se usa para medir la tensión
superficial de las interfases líquido-vapor y líquido-líquido. Para ello, se inserta un
tubo capilar en el líquido, y a la medida de la altura que alcanza el líquido en el
tubo permite calcular “γ”.
Según Levine (1996), menciona que la interfase agua-aire de una disolución
acuosa contenida en un tubo de vidrio es curva en lugar de plana.
Según Levine (1996), la forma de la interfase depende de las intensidades
relativas de las fuerzas de adherencia que aparecen entre el líquido y el vidrio y
las fuerzas internas de cohesión del líquido. Supongamos que el líquido forma un
ángulo de contacto “θ” con el vidrio. Cuando las fuerzas de adhesión son mayores
que las fuerzas de cohesión, “θ” se encuentra comprendido en el intervalo
0°≤θ<90°. Cuando las fuerzas de cohesión superan a las fuerzas de adherencia,
entonces 90°<θ≤180°.
Según Lewis (1993), una limpieza escrupulosa es esencial en el trabajo de tensión
superficial; las soluciones acuosas en particular son muy susceptibles a la
contaminación por trazas mínimas de grasa o detergente, con gran reducción en
su tensión superficial.
3.2. Relación Temperatura – Tensión superficial
A continuación se presentan las gráficas correspondientes a las sustancias de
agua y etanol
Figura 1: Relación de tensión superficial del agua (N/m) a distintas temperaturas
Fuente: Elaboración propia
Según Pons Muzzo (1985), la tensión superficial de los líquidos disminuye con la
elevación de la temperatura.
Según Pons Muzzo (1985), la relación entre la tensión superficial y la temperatura
es aproximadamente lineal.
Según Lewis (1993), el agua no es un buen patrón de tensión superficial con el
que calibrar los equipos, debido a que puede resultar fácilmente contaminada con
agentes tensoactivos.
0 5 10 15 20 25 30 350
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Temperatura (°C)
γ(N/m)
Según Lewis (1993), para agua en contacto con vidrio limpio el ángulo de contacto
es de 0°; en el caso de vidrio sucio puede ser de hasta 8°. El ángulo de contacto
entre vidrio limpio y casi todos los fluidos acuosos y alcohol es también de 0°.
Figura 2: Relación de tensión superficial del etanol (N/m) a distintas temperaturas
Fuente: Elaboración propia
Según Lewis (1993), la tensión superficial dependerá de la naturaleza del líquido y
de las fuerzas de atracción que actúen sobre ese líquido.
Según Lewis (1993), los aceites y disolvente orgánicos, en los que el tipo de
enlace es predominantemente covalente, tienen valores de tensión superficial
bajos.
Según Swern (1964), citado por Lewis (1993), se ha observado una relación casi
lineal entre tensión superficial y temperatura para casi todos los aceites y ácidos
grasos, disminuyendo la tensión superficial al aumentar la temperatura.
-10 -5 0 5 10 15 20 250.01
0.011
0.012
0.013
0.014
0.015
0.016
0.017
0.018
0.019
0.02
Temperatura (°C)
γ(N/m)
Según Lewis (1993), debe tenerse cuidado en asegurar que no haya adherencia
del líquido al tubo, moviendo el tubo lentamente hacia arriba o hacia abajo en el
líquido y observando que el líquido de su interior se mueve con suavidad; si no es
así, el tubo probablemente esté sucio y los resultados posiblemente sean
erróneos.
IV. CONCLUSIONES
Se determinó la tensión superficial de un líquido a diferentes
temperaturas, mediante el efecto de capilaridad.
Se comprobó experimentalmente que el valor de la tensión superficial
de los líquidos en estudio disminuían al aumentar la temperatura.
Obteniendo una relación inversamente proporcional de tipo lineal entre
las dos variables en estudio.
Los valores de tensión superficial obtenidos en la práctica presentan
mucha variación con respecto al teórico, con lo que se concluyó que el
experimento en las condiciones que se dieron fue muy inexacto.
Existieron muchos factores que determinaron el error en la
experimentación, tales como la presencia de sustancias ajenas a la
medición, error de medición, falta de calibración del equipo y variación
de la temperatura durante la medición.
V. RECOMENDACIONES
- Antes de comenzar a trabajar, revisar el equipo y en especial los capilares,
de tal forma que se encuentren limpios y secos para así evitar los posibles
errores por interferencia de sustancias extrañas como grasas o detergentes
que modifiquen el valor de la tensión superficial del líquido en estudio.
- El matraz con capilar debe tener una escala de medición para evitar posible
errores en la medición de la elevación capilar, además debe ser calibrado
con un líquido de tensión superficial conocida, para estos propósitos
debería excluirse el agua.
- Trabajar varias veces el procedimiento para así poder tener un promedio de
alturas, eliminando valores que se encuentren muy lejanos del promedio,
acortando el error que se pueda cometer en la medición.
- Los líquidos en estudio se deben encontrar libre de impurezas y de agentes
que puedan afectar el valor de su tensión superficial.
- El aspirar con la bombilla y el dejar caer el líquido aspirado debe ser lo más
rápido posible para que la temperatura del líquido no cambie; además que
se tiene que tener cuidado de que el líquido no se salga por el capilar.
- Al momento de sumergir el matraz con tubo capilar (con el líquido adentro)
al baño maría evitar que se contamine con el refrigerante, de ser así volver
a repetir el experimento.
VI. BIBLIOGRAFÍA
- ATKINS, P. 1986. Fisicoquímica. Editorial Addison-Wesley
Iberoamericana, S.A. Tercera edición. México.
- BALL, D. 2004. Fisicoquímica. International Thomson Editores, S.A.
México.
- CASTELLAN, G. 1987. Fisicoquímica. Addison-Wesley Iberoamericana,
S.A. Segunda Edición. EE.UU.
- FENNEMA, O. 2000. Química de los Alimentos. Editorial Acribia, S.A.
Zaragoza. España.
- LEVINE, I. 1996. Fisicoquímica vol.1. Mc Graw-Hill / Interamericana
España, S.A. Cuarta Edición. España.
- LEVITT, B. 1973. Findlay’s Practical Physical Chemistry. Longman’s. London.
- LEWIS, M. 1993. Propiedades físicas de los Alimentos y de los Sistemas
de procesado. Editorial Acribia. Zaragoza. España.
- MARON S. 1982. Fundamentos de fisicoquímica. Editorial Limusa, S.A.
Grupo Noriega Editores. México.
- MUZZO PONS, G. 1985. Fisicoquímica. Universidad Nacional Mayor de
San Marcos. Sexta Edición. Lima. Perú
- TRUJILLO SANTACOLOMA, J. 2004. Soluciones Acuosas: Teoría y
Práctica. Primera Edición. Editorial Universidad de Medellín.
- TYLER, F. 1972. A Laboratory Manual of Physics, SI Version. Edward Arnold.
London.
CUESTIONARIO
1. Después de realizada la experiencia, mencione Ud. un proceso de la
Industria de Alimentos en los que la determinación de la tensión
superficial sea de utilidad, y explique ¿Por qué?
El conocimiento de la tensión superficial de los líquidos puros y del exceso de
energía libre de los líquidos constituidos por dos o más componentes sirve de
fundamento para la formulación de emulsiones y microemulsiones de importancia
para la industria alimentaría.
Una emulsión es un sistema bifásico que consiste en dos líquidos inmiscibles en
que uno de ellos se encuentra distribuido como glóbulos definidos en el interior del
otro. La mayor parte de las emulsiones alimentarias son una mezcla de agua y
aceite. En una emulsión de aceite y agua se encuentran gotitas de aceite
dispersas en una fase acuosa como por ejemplo la leche, mayonesa y helados. En
una emulsión de agua en aceite se encuentran gotas de agua en la fase oleica
como por ejemplo la margarina y las cremas pasteleras.
La formación y estabilización de emulsiones está favorecida por la adición de
agentes emulsificantes. Estos agentes actúan reduciendo la tensión interfásica y
por lo tanto la cantidad de trabajo necesaria para producir la emulsión. La
emulsión se estabiliza posteriormente impidiendo la reagrupación de la fase
dispersa (coalescencia) y asegurando que las gotitas sean pequeñas y de tamaño
uniforme; la estabilidad resultará aumentada empleando una sola fase continua de
elevada viscosidad, una carga uniforme similar y por la producción de fuertes
películas mecánicas.
Puede disponerse de numerosos agentes emulsificantes diferentes. Estos se
clasifican en emulsificantes iónicos y no iónicos Los emulsificantes iónicos tienen
la desventaja de que reaccionan con otras partículas cargadas positivamente, en
particular con hidrógeno e iones metálicos, formando complejos que pueden tener
tanto una solubilidad reducida como una menor capacidad emulsificante. Por este
motivo se emplean extensamente los emulsificantes no iónicos en los sistemas
alimentarios.
2. Describa breve y concretamente dos métodos para determinar la tensión
superficial. Compare sus ventajas y desventajas en un cuadro.
Describa breve y concretamente dos métodos para determinar la tensión
superficial. Compare sus ventajas y desventaja en un cuadro.
Hay muchos métodos parapara medir la tensión superficial. En este caso daremos
a conocer dos de de los métodos.
1. Método de Burbuja ( Método de Jaeger )
2. Método volumen peso ( Tamaño de las gotas)
Método de la Burbuja
Lewis (1993), afirma que si consideramos las fuerzas que actúan sobre las
burbujas de aire en un líquido, podemos ver que la contracción (Figura 3) o la
expansión (Figura 3) están imposibilitadas por las fuerzas que actúan sobre la
burbuja, que se deben a la presión p1 del líquido más la fuerzas de tensión
superficial que tienden a reducir el tamaño de la burbuja, mientras la fuerza debida
a la presión interna p2 actúa en sentido de aumentar el tamaño de la burbuja. En el
equilibrio.
p1π r2 + 2 πrγ = p2 π r2
p2 - p1 = 2 γ / r
Por lo tanto,
γ = r (p2 - p1 ) /2
Figura 3: Fuerzas que actúan sobre una superficie esférica: (a) originando
contracción; (b) causando expansión.
Fuente: Lewis, 1993
Así pues, hay un exceso de presión dentro de la burbuja aire. La magnitud de
este exceso de presión depende directamente de la tensión superficial y está en
relación inversa con el tamaño de la burbuja. Tales fuerzas son importantes en la
formación de espumas y la aireación de líquidos.
Es posible la medición del exceso de presión en el interior de una burbuja, y se
conoce su radio, entonces puede determinarse la tensión superficial de un líquido.
Una forma práctica de realizar esto es utilizar el método de Jaeger.
p1 = presión del líquido
p2 = presión interna
γ = tensión superficial
r = radio
Figura 4: Dispositivo experimental para el método de Jaeger: T (tubo
capilar), M (manómetro); C (contenedor)
Fuente: Lewis, 1993
Se incorpora agua a un contenedor amplio C, con lo que se desplaza lentamente
aire de ese recipiente. Este aire es dirigido hacia un tubo capilar T, el cual se halla
inmerso bajo la superficie del fluido que va a ser medido. Se incluye un
manómetro M en la conducción del aire (normalmente tubería de goma) para
medir la presión de aire (es decir, la presión en la burbuja durante su formación de
agua se regula de modo que se formen una corriente lenta y constante de
burbujas de aire. Se registra la presión máxima justo hasta que la burbuja escapa
del tubo (debe tenerse en cuenta que la lectura del manómetro fluctuará, pero no
debería ser demasiado difícil leer la presión máxima registrada). Esta será la
presión p2 de la burbuja de aire. Si se emplea un manómetro con uno de sus
extremos abierto a la atmósfera, y la diferencia de altura grabada, entonces la
presión interna de la burbuja será p + h2 ρ2g, donde p es la presión atmosférica.
La presión del líquido que rodea la burbuja viene dada por la profundidad h1 de
inmersión del tubo. La presión del líquido es p + h1ρ1g. Por tanto, la presión en
exceso en la burbuja es g(h2ρ2-h1ρ1)
La tensión superficial se determina a partir de la ecuación
γ = gr / 2 g(h2ρ2-h1ρ1)
r = radio de la burbuja (es la misma dimensión del radio del capilar donde sale la
burbuja)
ρ1 y ρ2 = densidades del líquido de prueba y liquido manométrico
Para soluciones acuosas diluidas, cuando se emplea agua como fluido manómetro
(como sucede a menudo) ρ1 = ρ2
γ= gr ρ1 (h2-h1)/2
Con un tubo capilar de radio determinado, el valor de h2-h1 debe ser constante
para diferentes profundidades h1 de inmersión. Esto supone un medio de
comprobación útil conforme se van realizando los experimentos.
Método de volumen – Peso (Tamaño de las gotas)
Según Lewis (1993), la técnica de peso de gota más sencilla implica la medición
del volumen o masa de una gota conforme se va formando en el extremo de un
capilar: La masa de la gota está directamente relacionada con la tensión
superficial del líquido. Las gotas deberían formarse muy lentamente y se recogen
normalmente cinco, diez o veinte, determinándose sus masas sobre la posición de
que la gota tiene forma cilíndrica, como se muestra en la Figura 5, es decir, no
ocurre expansión cuando la gota está próxima a desprenderse.
Figura 5: Métodos de peso de gota: (a) formación de una gota cuando hay
expansión; (b) formación cuando existe
expansión.
Fuente: Lewis, 1993
Tyler (1972), ha demostrado que equilibrando las fuerzas que actúan sobre
la gota en el momento de su desprendimiento, la tensión superficial viene
dada por:
γ = mg / π r
m = masa de la gota de agua
r = radio de la gota de agua
Esta expresión se deduce bajo la suposición de que las gotas se desprenden en
condiciones estáticas ideales. El problema sin embargo se complica por
consideraciones dinámicas; teniendo en cuenta estás, se ha mostrado que una
aproximación mejor puede conseguirse con la fórmula siguiente:
γ = mg/(3.8r)
Tal como ocurre normalmente, la gota se expandirá ocupando el extremo del tubo
(Figura 5) y puede ser ventajosa la medición del radio externo, en particular si la
pared del es gruesa. Levitt (1973), considera que no hay una teoría sencilla que
sea aplicable; en su lugar usa un factor de corrección Fc y expresa la tensión
superficial del modo siguiente:
γ = Fc mg /r
El factor de corrección depende de la relación V/ r3, siendo V el volumen de una
gota y r el radio externo del tubo. Se da una tabla que relaciona los valores V/ r3
con Fc para valores de V/ r3 comprendidos entre 0.865 y 17.7, estando
comprendidos los valores F 0.24 y 0.265.
Los problemas de las determinaciones absolutas pueden también superarse
empleando un fluido de tensión superficial conocida. Si m1 y m2 son las masas de
las gotas de dos fluidos de tensión superficial γ1 y γ2, entonces se aplicará la
relación:
γ1 / γ2 = m1/m2
Cuadro 5: Comparación de los métodos
Método de Burbuja Método de volumen - peso
Ventajas
- Este método es sencillo y
suministra resultados fiables.
- Útil para comparar la tensión
superficial de líquidos o
examinar efectos de la
temperatura sobre la tensión
superficial.
- Puede ser repetidas varias
veces
- Utilización de instrumentos
muy sencillos
- Con este método también
puede hallarse la tensión
superficial interfacial.
- Puede ser repetidas varias
veces
Desventaja
s- Este método no proporciona un
valor absoluto preciso
- Se aplica a una situación
- Posee error para ello se
utiliza el factor de corrección
- Es un método que se aplica
estática en vez de un proceso
dinámico como es la formación
de burbujas
- La fuente de error residirá en la
medición de la presión interna
con mucho cuidado y
paciencia.
- Para obtención de medidas
exactas se debe utilizar
instrumentos especializados
para medidas pequeñas, en
el caso del radio y masa de la
gota de agua.
Fuente: Elaboración propia
ANEXOS
Anexo 1
Cuadro 6: Densidad del agua en función a su temperatura
Fuente: Trujillo, 2004
Anexo 2
Modelo Matemático para determinar la tensión superficial en Etanol
Fuente: Anónimo
Anexo 3
Información sobre tensión superficial a diversas temperaturas en variadas fuentes.
Cuadro 7: Tensiones superficiales de diversos líquidos
Fuente: Ball, 2004
Cuadro 8: Tensión superficial de los líquidos a diversas temperaturas
Fuente: Castellan, 1987
Cuadro 9: Tensión superficial de algunos líquidos en dinas/cm (con sus
superficies en contacto con el aire)
Fuente: Muzzo, 1985
Anexo 4
Figura 6: Dependencia de la
tensión superficial con la temperatura para
varios líquidos. γ toma el valor cero en el
punto crítico.
Fuente: Levine, 1996
