LabFIQUI-I-“TENSION SUPERFICIAL DE LIQUIDOS”B

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I

TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS

I. Objetivos :

Determinar la tensión superficial de un líquido a diferentes temperaturas por el método del ascenso capilar.

II. Fundamento Teórico :

La tensión superficial o la energía libre por unidad de superficie es el trabajo realizado para trasladar, desde el seno del líquido, las moléculas necesarias para formar la superficie renovada. Por tanto es una medida de la intensidad de esta fuerza que actúa hacia el seno del líquido.

Se define la tensión superficial como la fuerza que actúa en dirección perpendicular sobre toda línea de 1 cm. de longitud en la superficie.

Una propiedad común a todos los intercambios líquido gas es la tensión superficial, esta fuerza tiende a hacer que el líquido asumía el estado de energía mínima y como es un hecho observado que una gota a caída libre asume la superficie mas pequeña, correspondiente a la superficie esférica.

Se deduce que la energía superficial en ergios por es numéricamente igual a la tensión superficial en dinas por cm.

La existencia de una superficie implica una separación entre dos medios, por ejemplo: líquido y gas, y la tensión superficial depende de la naturaleza de ambas sustancias. Por regla general los valores registrados de la tensión superficial de líquidos son las correspondientes a la interfase entre liquido y aire saturado con el vapor, aunque se obtienen valores algo diferentes en ausencia de aire o en presencia de otros gases, la tensión superficial del mercurio por ejemplo, es muy sensible a este respectivamente.

El trabajo necesario para agrandar la superficie de separación entre 2 líquidos inamisibles, se denomina energía superficial interfacial y se expresa frecuentemente como la tensión interfacial en dinas por cm.

Relación entre propiedades termodinámicas y la tensión superficial:

Si se llama:

Tensión superficial.

Entropía. Temperatura. Presión. Volumen. Superficie. Potencial químico. Número de moléculas. Energía de Helmholtz.


… (1)

Con T y V constantes y n fijo:

… (2)

Se designa como por unidad de superficie , en sistemas líquidos

análogamente , es energía de Gibbs por unidad de superficie.

… (3)

… (4)

… (4)

Variación de la tensión superficial con la temperatura:

La tensión superficial varía con la temperatura, lo más común es que disminuya al aumentar esta. A primera vista, en intervalos de temperaturas pequeñas, la relación entre la tensión superficial y la temperatura parece lineal, pero en intervalos mayores, el diagrama de la tensión superficial frente a la temperatura muestra una curvatura.

La tensión superficial alcanza un mínimo a la temperatura de ebullición, se anula muy cerca del punto crítico, de acuerdo a la ecuación de Van der Waals:

… (5)

Donde es una constante universal ( =1,2) y una constante especifica, una ecuación más antigua pero muy importante es la de Eötvös:

… (6)

Donde es el volumen molar, investigaciones ulteriores han permitido

confirmar que la constante varía desde 0.56 hasta 19.3 según el líquido y el intervalo de temperatura.


Ecuación de Mac Leod:

Existe una relación entre la tensión superficial y la densidad, esta fue descubierta por Mac Leod y establece:

… (7)Donde:

D: densidad del liquido.d: densidad del vapor.

C: constante independiente de la temperatura.

III. Parte Experimental :

3.1. Materiales y reactivos:

1 vaso de 50 ml. 1 termómetro. 1 varilla graduada. 1 alambre de triángulo. 1 capilar. Vaso Dewar. Bombilla de jebe. 1 pinza. 1 piceta. Agua destilada. Alcohol etílico.

3.2. Diagrama de Flujo:

Ver hoja adjunta.

3.3. Cuadro de Datos Experimentales:

Ver hoja adjunta.IV. Tratamiento de Datos:

1. Determine el radio del capilar, usando la ecuación (para el agua a 25ºC):

Tenemos a 25ºC:

- - (promedio).- .-


- Considerando:

Luego:

Reemplazando los datos:

2. Calcule a las diferentes temperaturas experimentales en ; para el agua y el alcohol etílico.

Considerando que el radio del capilar es constante y que el ángulo es aproximadamente cero, podemos usar:

Usando los datos experimentales, encontramos:

Para el agua:

T (ºC) 17 25 31 42

0.9988 0.9970 0.9953 0.9917

81.6430 72.1285 68.2650 57.7688

Para el alcohol etílico:

T (ºC) 17 25 31 42

0.7947 0.7873 0.7817 0.7712

54.5064 39.2046 35.9880 31.1571


3. Haga un cuadro comparativo de los valores y graficar ( vs. T (ºK)).

Para el agua:

290.15 81.6430298.15 72.1285304.15 68.2650315.15 57.7688


290.15 54.5064298.15 39.2046304.15 35.9880315.15 31.1571

4. Calcule el cambio de entropía, , por unidad de área.

De la ecuación:

Como es el cambio de entalpía por unidad de área, y como no existe un reacción química, ni cambio de estado, consideramos que igual a cero.

Luego:

Tomando, el módulo:

Para el agua:


290.15 298.15 304.15 315.15

2.8138E-

062.4192E-

062.2445E-

061.8331E-

06


290.15 298.15 304.15 315.15

1.8786E-

061.3149E-

061.1832E-

069.8864E-

07

5. Con las ecuaciones de Eötvos, dadas en Fisicoquímica por Oscar Almenara, calcule para el agua, Ke; para cada temperatura.

Tomando en cuenta la ecuación de Eötvos:

Para el agua:

17 81.6430 1.597925 72.1285 1.446431 68.2650 1.394842 57.7688 1.2231


17 54.5064 3.707325 39.2046 2.790631 35.9880 2.643042 31.1571 2.4392

V. Conclusiones y Observaciones :


- Podemos notar que la tensión superficial del agua es mucho mayor a la del alcohol etílico, generalmente la tensión superficial de los líquidos orgánicos es mayor a la de los líquidos inorgánicos.

El agua tiene una alta tensión superficial ( ), debido a los enlaces hidrogeno.

- La tensión superficial ( ) del alcohol etílico encontrado experimentalmente difiere mucho a los valores referenciales en las tablas.

Esto se debe a que al calcular la tensión superficial ( ), consideramos el ángulo de contacto , siendo esto equívoco; también influyen en esto fallas en las lecturas de medición.

- La tensión superficial ( ) de los líquidos varia en forma inversa con la temperatura; una ecuación empírica que aproxima la tensión superficial ( ) es la de Katayama y Guggenheim, que reproduce el comportamiento de muchos líquidos:

Esto se debe a que mayor temperatura las fuerzas intermoleculares disminuyen, razón por la cual es menor la energía que se requiere para trasladar las moléculas del liquido (definición de tensión superficial).

- La (variación de entropía por unidad de área) es positiva y va disminuyendo a medida que aumenta la temperatura; por ende la ascendencia de los líquidos es en forma espontánea.

La es positiva ya que es función de la y la ; el signo menos es referencial y es usado cuando se tiene un sistema de fase (liquido-vapor) - sistema cerrado.

- Las (constantes de equilibrio) encontradas varían entre 1 y 4; asumiendo valores que pertenecen al rango establecido (0.56-19.3).

- Es se debe a que la ecuación de Eötvos esta en función del tipo d liquido y

temperatura (posee un rango establecido para cada liquido).

VI. Cuestionario :

MEDICION DE LA TENSION INTERFACIAL DINAMICA:

INTRODUCCION

Los surfactantes son esenciales en gran cantidad de procesos industriales, como la producción de jabones y artículos de limpieza, medicamentos, alimentos, recuperación y refinación de crudo, entre otros.

Todos los surfactantes poseen la propiedad común de disminuir la tensión superficial cuando son añadidos al agua. Una molécula de surfactante esta formada por una cola hidrofóbica y una cabeza hidrofílica. En solución acuosa,


al alcanzar la concentración micelar crítica, para disminuir la alta tensión entre la porción hidrofóbica y el agua, las moléculas de surfactante se organizan en micelas con la mitad apolar hacia adentro y la mitad polar hacia la interfase acuosa, las cuales se representan con un globo esférico. En el caso de una burbuja, la cola apolar apunta hacia la superficie gaseosa y la cabeza polar se orienta hacia la solución. A concentraciones menores a la CMC, las moléculas de surfactante se encuentran integradas como monómeros dentro de la estructura acuosa.

Figura 1. Equilibrio entre los monómeros y las micelas en solución acuosa La importancia práctica de los surfactantes reside en la habilidad de sus moléculas para ubicarse en estas interfases, disminuyendo así la tensión interfacial/superficial. Un ejemplo de esto se evidencia en la estabilidad de espumas y emulsiones. Una manera de estudiar la cinética de adsorción o desorción de un surfactante en interfases deformables es la medición de la tensión interfacial, la cual se define como la fuerza por unidad de longitud que se ejerce tangencialmente sobre la superficie de separación entre dos fases. Si las fases en contacto son líquido/gas o líquido/sólido se denomina tensión superficial, si son líquido/líquido se llama tensión interfacial. El comportamiento de la tensión en función de la concentración de surfactante en el agua, presenta una discontinuidad cuando se alcanza la CMC o concentración micelar crítica, donde se forman las mencionadas micelas. Por convención, la definición de tensión interfacial dinámica se refiere a la tensión registrada al variar la masa del sistema, produciendo cambios en el área interfacial, y la tensión interfacial transiente es aquella en la cual se observa un estado de cuasi equilibrio en el cual el área interfacial cambia debido a la acción del surfactante.

Método de la Micro Pipeta:

El método de la micro pipeta desarrollado por Lee et al en 2001 ha sido utilizado para medir la tensión interfacial dinámica y en equilibrio para el contacto entre gas-líquido y líquido-líquido.

Al introducir una pipeta llena de aire o de líquido dentro de una solución

acuosa como se muestra en la Figura 2, se crea una interfase en el interior de la pipeta debido a la diferencia de presión negativa.


Figura 2. Técnica de la Micro Pipeta.

Este método se basa en la resolución de la ecuación de Laplace-Young:

Donde: es la diferencia de presión entre ambos fluidos, es la tensión interfacial, y es el radio de curvatura.

Como se observa en la Figura 3 las dimensiones de la curvatura vienen dadas por las coordenadas X y Y, y el radio de curvatura está definido por:


Figura 3. Coordenadas del Radio de Curvatura.

La interfase se caracteriza por tener una curvatura esférica de radio equivalente al radio de la pipeta con un ángulo de contacto muy cercano a cero.

Como se observa en la Ec. 1 la diferencia de presión es inversamente

proporcional al radio de curvatura de la interfase, por ello al variar la presión y determinando el valor del Rc, se puede obtener el valor de la tensión a partir de la pendiente al realizar la gráfica de presión vs. la inversa del radio de curvatura.

Puesto que los resultados son dependientes de la precisión visual es necesario optimizar la imagen obtenida por el video y utilizar iluminación monocromática para minimizar el error.

Las pipetas utilizadas están construidas con vidrio estándar para capilares con 15,24 cm. de longitud, 0,75 mm. de diámetro externo y 0,4 mm. de diámetro interno, además se utiliza una pipeta denominada pipeta de flujo (flow pipet) con un diámetro menor al de la pipeta de medición, la cual es utilizada para ubicarse para inyectar la solución de surfactante directamente a la interfase limpia dentro de la pipeta de medición.

Método de la Presión Máxima de Burbuja:

El método de la presión máxima de la burbuja es otra forma de determinar la tensión superficial dinámica. Éste consiste en formar burbujas de aire en la punta de un capilar sumergido en una fase líquida.

Para calcular la tensión superficial dinámica la ecuación utilizada es:


Donde: es la presión máxima, la diferencia de densidades entre el

líquido y el gas, la aceleración de la gravedad (g = 981 cm/s ), la

profundidad de inmersión del capilar en el líquido y es el radio del capilar.

La presión es determinada por medio de transductores o manómetros digitales

Figura 4. Gota de gas sumergida dentro de la solución acuosa

Método del Volumen Dinámico de la Gota:

Este método consiste en formar una gota en la punta de un capilar pudiendo ser de aceite o gas, utilizando un flujo constante de fluido que entra al capilar, al pasar un tiempo la gota se desprende formándose otra nueva. Cuando la cinética de adsorción de la superficie esta dominada por la difusión se utiliza:

Donde: es la tensión interfacial de equilibrio, la adsorción, la concentración de la fase continua, la difusión, el tiempo de desprendimiento y es un parámetro de ajuste.

Método de la Gota Creciente:

Otros de los métodos para medir la TID es la técnica de la gota creciente (growing drop technique) en la cual una pequeña gota de líquido se hace crecer en otra fase líquida inmiscible mediante la inyección de un segundo


fluido utilizando un capilar. La presión capilar se mide directamente de la gota unida a la punta del capilar con la ayuda de un transductor de presiones.

Figura 5. Gota de líquido 1 creciendo del capilar sumergido en el líquido 2.

La TID se ve afectada por los efectos de deformación debidos a la variación del volumen en la gota en el tiempo y por los efectos reológicos. Estos efectos han sido estudiados por varios autores, entre ellos MacLeod y Radke (1993) los cuales realizaron un balance de fuerzas a lo largo de la interfase en expansión, resultando:

En esta ecuación es la diferencia de presiones entre el líquido de la gota y el líquido que lo rodea, la viscosidad de dilatación interfacial, la

diferencia de viscosidades - , la variación del radio con respecto al

tiempo.

Estos autores (1994) determinaron que los efectos reológicos pueden

despreciarse si y son mucho menores a la unidad, obteniéndose así la Ec. 1, la cual es válida estrictamente si la relación entre las fuerzas gravitacionales y las fuerzas debidas a la tensión superficial (número de Bond, ) tienden a cero. Esto se logra en casos de gravedad cero o donde la diferencia entre las densidades de los fluidos internos y externos a la gota sea nula.

Debido al montaje experimental utilizado y al proceso de elongación de la gota, a esta ecuación es necesario agregarle los términos debidos a la presión hidrostática y a la esfericidad de la gota:


En la propuesta realizada por Nagarajan y Wasan (1993) se estudió la expansión lenta de la gota, y se midió la presión capilar. Debido a que esta presión esta relacionada con la tensión interfacial mediante la ecuación de Laplace-Young, la variación de esta magnitud con el tiempo puede ser calculada.

Figura 6. Montaje experimental para determinar la presión interfacial dinámica por MacLeod y Radke.

La relación utilizada por ellos para la determinación de la TID fue:

El segundo término se refiere a los esfuerzos reológicos, donde es la tasa de deformación, que para expansiones radiales se expresa como:


En esta ecuación no se incluyen los efectos de deformación longitudinal de la gota, es decir, la esfericidad de la misma se mantiene durante la expansión, ya que el efecto gravitacional es menor al efecto capilar, lo que se comprueba al obtener un número de Eötvos muy bajo (

es la longitud característica de la gota). Además la tasa de expansión se mantuvo baja por lo cual fue posible que el término reológico fuese despreciable (Ting et al, 1985), resultando de igual manera la ecuación de Laplace-Young.

Otros autores que han trabajado con el método de la gota creciente son Kim, Koczo y Wasan (1996), los cuales miden la tensión interfacial de una sola interfase (aceite/solución acuosa de surfactante) y de una película aceite/surfactante/aceite.

En el estudio de una sola interfase, en condiciones estáticas, se determina la tensión interfacial midiendo la presión capilar y el radio de la interfase para luego utilizar la Ec. 1.

En condiciones dinámicas, se inyecta aceite a la gota lo cual hace variar su área en función del tiempo. Para calcular la tensión interfacial dinámica el

término de los efectos reológicos puede ser despreciado ya que es muy pequeña (menor a 0,1-1g/s) entonces la TID se obtiene en función del tiempo gracias a la ecuación (1). Para la TID de la película aceite/surfactante/aceite se desprecia el efecto de la presión de separación y se toma la tensión de la película como el doble de la tensión de una sola interfase.

El procedimiento para preparar la emulsión acuosa o la película de espuma es como se describe en la Figura 7:


Figura 7. Procedimiento de formación de películas emulsionadas aceite/agua/aceite

Primero, la punta del capilar es sumergida en el recipiente que contiene la fase acuosa en el fondo y el aceite o aire en el tope. Luego, se forma la gota de aceite en la punta del capilar. En el estudio de una sola interfase esta gota de aceite es rodeada solamente de la fase acuosa. Para formar la película de emulsión acuosa, el nivel de la interfase aceite/agua se disminuye por la remoción de agua con la ayuda de una inyectadora. A medida que esta interfase pasa la punta del capilar se va formando una gruesa capa de agua sobre la superficie de la gota de aceite. Esta capa de agua es drenada debido a la acción de la fuerza de flotación y en menos de una hora se obtiene una delgada película acuosa. Después del drenado de la película de agua se disminuye de nuevo la interfase aceite/agua hasta que la película acuosa sobre gota queda aislada en la fase aceitosa.

Propuesta del Montaje:

El modelo propuesto para determinar la tensión interfacial dinámica es el de la gota creciente que se basa en la resolución de la Ec. (7).

A diferencia de los métodos expuestos anteriormente, en este modelo la expansión de la gota se realiza a una velocidad tal, que no es posible despreciar los efectos reológicos, los cuales dependen fuertemente de la variación del área superficial de la gota con respecto al tiempo.

En este proceso de dilatación, la composición en la interfase de la gota cambia a medida que ésta se expande, produciéndose un proceso de difusión de moléculas de surfactante, debido a esto la presión capilar y la tensión superficial varían con el tiempo.

Como se definió en la Ec. (8) anteriormente la tasa de deformación depende de la variación del área interfacial con el tiempo. Ésta puede obtenerse si se utiliza la digitalización de imágenes para hallar las dimensiones


de la gota, la altura Hd y diámetro ecuatorial De para cada instante de tiempo. Para efectos prácticos, el área de la gota se aproxima a un cilindro, ya que la rápida expansión elonga longitudinalmente la forma de la gota.

Figura 8. Dimensiones de la gota.

Para obtener el valor de la tasa de deformación es posible realizar una integración numérica o determinar la pendiente de la gráfica del Ln(A) en función del tiempo.

Figura 9. Variación del Ln (Área) con respecto al tiempo


El esfuerzo reológico representa la variación de con el tiempo y se expresa como:

Expresando en función de la presión y el radio por medio de la Ec. (1) se obtiene que:

Los valores de presión capilar y el radio en el tiempo cero se determinan a partir de la medición de la tensión interfacial de una gota de masa constante la cual, luego de un período transiente alcanza el equilibrio, es decir, la presión es constante para un radio constante.

Para determinar la tensión interfacial dinámica mediante el método de

la gota creciente, se propone el montaje mostrado en la figura (9) Este consta de una celda de visualización, una cámara de video de

alta velocidad conectada directamente a la computadora, un transductor diferencial de presiones y un actuador lineal.

Para la formación de la gota se dispone de una inyectadora de vidrio conectada a un actuador lineal, el cual empuja el émbolo de la jeringa y hace fluir al alcano a través de la punta del capilar ubicado dentro de la celda de visualización, a una rata constante, fijada por una tarjeta controladora conectada a la computadora. La inyectadora se conecta a la celda a través de un tubo de cobre.

La celda esta formada por un marco de acero inoxidable con dos cristales de zafiro frente a los cuales se ubica la iluminación proporcionada por una lámpara de fibra óptica, entre ésta y la celda se coloca una pantalla difusora para propagar la luz uniformemente. Además, la celda posee dos orificios ubicados en la parte inferior y superior, y dos más en los laterales (referencia Aura). La gota de alcano se inyecta por el orificio inferior y la solución acuosa de surfactante por uno de los orificios laterales debido a la menor densidad del alcano respecto a la solución de surfactante.

La temperatura dentro de la celda puede mantenerse constante haciendo circular un flujo de líquido (agua o refrigerante) a través de las paredes de la celda. La temperatura del líquido se mantiene constante a través de un baño termostático.

Para medir las presiones de los líquidos contenidos en la celda y poder resolver así la ecuación (7), las tuberías de flujo de alcano y solución de


surfactante se conectan a las entradas del transductor diferencial de presiones. Es importante destacar que la diferencia de presión que se desea medir con el transductor el aquella existente entre el alcano y el surfactante a medida que la gota se encuentra en crecimiento.

Las entradas de surfactante a la celda y al transductor se ubican al mismo nivel por medio de una tubería horizontal de cobre, esto con la finalidad de eliminar la corrección de la presión medida por el transductor con el término de presión hidrostática. Además, si se conecta la celda al transductor con una sola tubería horizontal la caída de presión a lo largo de la misma se hace despreciable minimizando así el error experimental. Igualmente, se desprecia la caída de presión a lo largo de a la tubería que conecta el capilar con el transductor.

Las imágenes de la gota en crecimiento son obtenidas mediante una cámara digital sostenida por un soporte ubicado sobre un riel que permite su movilización en las tres direcciones. Estas imágenes son llevadas a la computadora para determinar las dimensiones de la gota en cada instante de tiempo, y poder calcular así el área superficial que permitirá más adelante hallar la tensión interfacial.

Figura 11. Montaje Propuesto

La utilización de la cámara de alta velocidad permite un mejor estudio de la expansión de la gota a intervalos de tiempo menores a los que sería posible si se usase una videocámara estándar. La digitalización de la imagen


con esta cámara permite obtener un mejor ajuste de la variación de la presión en función del radio de la gota. Para hallar las dimensiones de la gota puede diseñarse un programa que calcule, con mayor exactitud, el diámetro ecuatorial y longitud de la misma.

Las ventajas de la utilización de este modelo radican en que se caracteriza por ser no intrusivo, no depender del ángulo de contacto entre la gota y el capilar y poseer una buena precisión.

En adición, las condiciones de trabajo como temperatura y presión dentro de la celda pueden ser modificadas para observar su efecto sobre la tensión interfacial dinámica. Por último permite obtener los parámetros necesarios para resolver la ecuación de Laplace-Young para cualquier concentración de surfactante y velocidad de inyección de alcano.

OTROS MÉTODOS PARA DETERMINAR LA TENSION SUPERFICIAL:

Método de doble capilar:

Con el propósito de tener mejores resultados, una variante del método (el realizado en laboratorio), es introducir un segundo capilar de diferente diámetro que el primero, así las alturas serán diferentes ya que resultan ser inversamente proporcionales a los radios de sus respectivos capilares. Aquí, lo importante es medir la diferencia de alturas entre el radio 1 (el tubo capilar de menor diámetro) y el radio 2 (tubo capilar de mayor diámetro).

La ecuación para dos capilares deriva de la de un capilar, quedando de la siguiente forma:

Donde: y son las alturas del líquido en el tubo capilar de radio más pequeño y del menos pequeño respectivamente es la densidad del líquido problema; y son los radios más pequeño y menos pequeño respectivamente.

Como se aprecia en la formula, es necesario conocer los radios de los capilares, sin embargo esta medición resulta difícil de hacer e inexacta, por lo que recurrimos a un líquido de referencia cuya tensión superficial y densidad sea conocida y despejamos en la ecuación:


PROCEDIMIENTO:

Introducir el líquido de referencia en el tubo receptor (aproximadamente a la mitad).

Esperar que los niveles del líquido suban por los capilares y se estabilicen, medir la diferencia de alturas.

Succionar ligeramente por el tubo acodado del tapón para que se muevan los niveles del líquido y esperar a que se estabilicen nuevamente. Medir otra vez las alturas. Realizar esta operación, el número de veces necesarias para tener el valor por triplicado.

Limpiar perfectamente el equipo, secando con presión los capilares. Cargar el equipo con el líquido problema y hacer el mismo procedimiento

para el líquido de referencia. Realizar tres mediciones de diferencia de alturas.

Aplicar ecuaciones, hacer análisis de resultados, hacer gráficas.

RECOMENDACIONES A CONSIDERAR:

Antes de comenzar a trabajar, revisar el equipo y en especial los capilares, de tal forma que deberán estar muy limpios, secos y ambos capilares paralelos entre sí.

Líquido de referencia muy puro y con conocimiento de sus valores fisicoquímicos de densidad y tensión superficial a la temperatura de trabajo.

Las soluciones de tensoactivo perfectamente bien preparadas con agua destilada.

Trabajar varias veces el procedimiento a fin de tener el mismo resultado por triplicado.

Las soluciones de tensoactivo producen mucha espuma, es muy importante de evitar cualquier burbuja en el interior de los capilares ya que alteraría el valor de la altura de la columna líquida.

Método del levantamiento del anillo. (Tensiómetro de DuNouy):

Este método se basa en medir la fuerza necesaria para separar un anillo de la superficie, bien suspendido el anillo del brazo de una balanza, o utilizando un sistema de hilo de torsión.


La fuerza para despegarlo está relacionada con la tensión superficial o interfacial por la expresión:

Donde es el empuje aplicado al anillo en dinas; es el radio medio del anillo y es un factor de corrección. Para tener un ángulo de contacto cero, se utilizan anillos de platino perfectamente limpios. Es esencial que el anillo repose plano sobre la superficie líquida.

Para medidas en interfases, el líquido inferior debe mojar con preferencia el anillo.

La tensión superficial actúa sobre toda la circunferencia de este anillo, y la nueva superficie que se forma posee dos lados. Al momento de la ruptura, el peso del líquido desprendido será igual al producto de la tensión superficial por dos veces (la superficie externa y la superficie interna) es el perímetro del círculo. Sí m es la masa medida, se puede escribir:

P = m*g = 2 p* d*g

g =m*g/2pd =m*g/4pr


En realidad es necesario tomar en cuenta un factor de corrección el cual varía de 0.75 a 1.07 que depende de una pequeñísima porción de líquido que quedó adherido.

PROCEDIMIENTO:

Limpiar el anillo con acetona y ponerlo a la flama sin sobrecalentarlo. Calibrar el tensiómetro (puede utilizarse un líquido puro de valores

conocido). Colocar la sustancia problema en la caja petri. Colocar “convenientemente” el anillo sobre la superficie del liquido - aplicar

una fuerza ascendente, hasta que el anillo se desprenda de la sustancia. Leer el valor de la tensión superficial en dinas sobre el dial graduado.

Generalmente los constructores de aparatos fabrican estos equipos ya calibrados, de tal forma que no se requiere hacer cálculos de medición y los valores de tensión superficial los da directamente. Asimismo hay otros equipos más sofisticados digitalizados y con control de temperatura.

MÉTODO DEl PESO Y DEL VOLUMEN DE LA GOTA:

Es un método muy conveniente para la medición de la tensión superficial en una interfase líquido-aire o la tensión interfacial líquido-líquido.

Consiste en conocer el peso o medir el volumen de las gotas de un líquido que se desprenden lentamente de la punta de un tubo estrecho o capilar montado verticalmente. El peso de la gota (y el volumen) se relaciona con la fuerza debida a la tensión superficial. El momento de desprendimiento de las gotas ocurre cuando su peso ya no está equilibrado por la tensión superficial que se ejerce a lo largo de la periferia exterior del extremo de la pipeta.

PROCEDIMIENTO:

Un capilar sostenido por un soporte de forma que se encuentre completamente vertical, se carga con el líquido en cuestión, el cual deberá caer en un recipiente o contenedor.

Se dejan caer lentamente las gotas en la punta del capilar de tal forma que tengan una velocidad de flujo que nos permita ver la formación de cada gota y su conteo.

Es conveniente contar una veintena o más de gotas para tener mejores resultados.

Antes de contar el número de gota, se deberá pesar el recipiente contenedor, luego pesar todas las gotas y posteriormente calcular el peso promedio de una gota.

Aplicar la ley de Tate (previamente conocer la densidad del líquido y el diámetro del capilar).


Donde: m es la masa de la gota; g es la aceleración debida a la gravedad (980 cm/seg ); r = es el radio del capilar (cm.); f = es un factor de corrección que introduce Harckin y Coll el cual depende del radio del capilar.

Después de obtener el resultado de f (el cociente de r/v 1/3) correlacionarlo con los valores en las tablas de corrección para el peso de la gota existente en la literatura adecuada.

Cuando lo que se mide es el VOLUMEN de la gota.

Fórmula:

g = v* r * g * f / 2 * p *r

Donde v es el volumen; p es la densidad; r es el radio del capilar y f factor de corrección, que se requiere ya que: a) la gota formada no se desprende completamente de la punta del tubo, b) las fuerzas de tensión superficial raramente son verticales, por lo que f depende del cociente r/ v

RECOMENDACIONES:

Aquí el conteo de las gotas a una velocidad de flujo constante y adecuado es la clave del buen resultado. Además del requerimiento indispensable de la limpieza del capilar.

VII. Bibliografía:

Ira N. Levine Fisicoquímica1 996Cuarta edición.Ed. Mc Graw-HillPág. 379 – 382

Oscar AlmenaraFisicoquímica1 987Segunda edición.Ed. HumboldtPág. 180 – 182

G. Pons Muzzo


FisicoquímicaEd. Universo

Pág. 236-328

M.T. ToralFisicoquímica de superficies y sistemas dispersosEd. UrmoPág. 17 – 23

S. Glasstone Tratado de química física Pág. 435 – 446

International critical tables of numeric data, physics, chemistry and technology – national research council.Ed. Mc Graw-Hill.


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