UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES
CUAUTITLÁN
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS
SECCIÓN DE FISICOQUÍMICA
MANUAL ACTIVIDADES
EXPERIMENTALES DE FENÓMENOS
DE SUPERFICIE Y SISTEMAS
DISPERSOS
CARRERA: QUÍMICA
ASIGNATURA: FISICOQUÍMICA III
CLAVE CARRERA: 32 CLAVE ASIGNATURA: 1418
María del Rosario Rodríguez Hidalgo
Juan José Mendoza Flores
Juana Cabrera Hernández
2013
CONTENIDO
Página
Introducción.
I
Objetivo general de la asignatura.
III
Objetivos del curso experimental.
III
Lista de actividades experimentales y unidades temáticas.
IV
Normas del laboratorio.
V
Actividad Experimental No. 1 Determinación de la tensión
1
superficial de líquidos puros por el método de elevación capilar.
Actividad Experimental No. 2 Efecto de la temperatura sobre la
8
tensión superficial.
Actividad Experimental No. 3 Determinación del exceso de soluto
14
superficial mediante la ecuación de adsorción de Gibbs.
Actividad Experimental No. 4 Agentes tensoactivos.
21
Actividad Experimental No. 5 Determinación de la energía libre
28
estándar de micelización.
Actividad Experimental No. 6 Isotermas de adsorción de ácido
36
acético sobre carbón activado.
Actividad Experimental No. 7 Preparación, difusión y purificación
41
de los sistemas dispersos.
Actividad Experimental No. 8 Propiedades eléctricas de los
47
sistemas dispersos.
Actividad Experimental No. 9 Determinación de la viscosidad
53
dependencia con la temperatura.
Bibliografía.
60
INTRODUCCIÓN
La carrera de Química forma profesionistas capaces de transformar los recursos naturales en
productos útiles para la humanidad como: alimentos, medicamentos, ropa, habitación,
energéticos, mobiliario, transporte y comunicaciones, entre otros. La actividad del químico
favorece tanto al sector industrial como a los de salud, educativo y alimentario, pues con ellos
influye en la solución de problemas como: el aprovechamiento de los recursos naturales; la
generación, asimilación y adaptación de tecnología química propia; las especificaciones de
normas oficiales de control de calidad en las áreas de salud y alimentación, y la regulación de
normas para controlar la contaminación y el mantener el equilibrio ecológico.
La asignatura de Fisicoquímica III forma parte de las asignaturas del campo profesional. Las
asignaturas del campo de formación profesional son garantía de que al concluir la licenciatura el
egresado de la FES Cuautitlán contará con los conocimientos, aptitudes, habilidades y
destrezas que le permitan:
“Colaborar con grupos de investigación para generar nuevos conocimientos y desarrollar
nuevos procesos. Evaluar, modificar, reproducir y diseñar métodos y técnicas experimentales
con base en los recursos disponibles, y optimarlos. Participar en el desarrollo de tecnologías
para el aprovechamiento integral y la preservación de los recursos naturales del país. Diseñar y
desarrollar métodos y técnicas para la formulación, separación, identificación y cuantificación de
productos químicos. Realizar procesos de síntesis química y caracterización de nuevos
productos. Diseñar y aplicar sistemas de control de calidad. Resolver problemas específicos en
el ámbito de la química, utilizando los medios modernos de información. Capacitar y orientar al
personal bajo su responsabilidad. Comunicar los conocimientos de su área de trabajo.
Desempeñar actividades docentes a nivel básico, medio superior y superior en las asignaturas
de química y las relacionadas con ella. Colaborar para que la industria química sea una
industria limpia, que no contamine el ambiente. Realizar estudios de posgrado, diplomados,
maestría y doctorado en áreas afines”.
Las asignaturas del campo profesional son de carácter obligatorio. Las actividades
experimentales fueron diseñadas tomando en cuenta las características de que deberá poseer
un egresado de Química.
En el Plan de estudios se cita que “el Campo y mercado de trabajo del Químico en la actualidad
es muy amplio. El Químico puede desarrollarse en: La industria de la transformación;
~I~
energéticos, metalmecánicos, papel, textil, plásticos, detergentes y pinturas, entre otros.
La industria extractiva; recursos naturales orgánicos (grasas, aceites, petróleo), recursos
inorgánicos (azufre, carbón, minerales). Productos de uso humano; agrícola (fertilizantes,
pesticidas); consumos alimenticios (lácteos, cereales) y farmacéuticos”.
Son estas características las que se consideraron para elaborar los diferentes programas de
cada asignatura de las diferentes áreas de estudio. En el caso de la asignatura de
Fisicoquímica III, tiene asignadas 3 horas teóricas y 3 horas de laboratorio.
El Manual de Actividades Experimentales de Fenómenos de Superficie y Sistemas Dispersos
para la asignatura de Fisicoquímica III de la carrera de Química está diseñado para la
modalidad “prácticas-proyectos de laboratorio”.
El laboratorio se conforma por 9 sesiones en las cuales se desarrollarán las actividades
experimentales, cada una con el siguiente formato: 1. INTRODUCCIÓN; 2. OBJETIVOS; 3.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO; 4. MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS; 5.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL; 6. ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y
DISPOSICIÓN DE RESIDUOS; 7. TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES; 8.
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE; 9. HOJA DE RESULTADOS
PARA EL PROFESOR; 10. BIBLIOGRAFÍA.
Al finalizar las actividades experimentales se realiza un proyecto de aplicación de los
conocimientos
adquiridos
el
cual
se
conforma
por
un
PROTOCOLO,
TRABAJO
EXPERIMENTAL, REPORTE DE LOS RESULTADOS y se concluye con LA PRESENTACIÓN
ORAL.
Parte importante del Manual de Actividades Experimentales es desarrollar la conciencia por el
cuidado y responsabilidad que cómo profesional de la Química debe tener con el medio
ambiente, por ello los reactivos utilizados se encuentran dentro de los estándares permitidos,
por lo que no hay riesgo para el ser humano ni para el medio ambiente. Esto de acuerdo con en
el Plan de estudios de Química en el que se cita “el Químico es el profesional con formación
científica
y
tecnológica,
capaz de
realizar
análisis,
síntesis,
extracción,
formación,
transformación y desarrollo de productos químicos; contribuir a la investigación básica,
asimilación, transferencia y desarrollo de metodologías y tecnologías; llevar a cabo el
control de calidad de materias primas, productos intermedios y productos terminados; ser
consistente de su compromiso con la sociedad al orientar sus actividades profesionales
en beneficio de la comunidad, haciendo un uso eficiente de los recursos naturales y la
preservación del medio ambiente”.
~ II ~
OBJETIVO GENERAL DE LA ASIGNATURA
Estudiar los cambios que experimentan los sistemas químicos sujetos a fenómenos
superficiales
Relacionar los fenómenos superficiales e interfaciales con el estudio de las características,
estabilidad y propiedades de los sistemas coloidales
OBJETIVOS DEL CURSO EXPERIMENTAL:
Que el estudiante al finalizar el curso experimental:
•
•
•
Interprete y evalúe los datos derivados de observaciones y mediciones relacionándolos
con la teoría
Conozca y comprenda en profundidad lo relacionado con los fenómenos superficiales y
los sistemas dispersos
Que adquiera las siguientes capacidades y habilidades:
o
Capacidad de abstracción, análisis y síntesis de los fenómenos medidos
o
Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica
o
Capacidad de trabajo en equipo
o
Capacidad para formular y gestionar proyectos
o
Capacidad creativa
o
Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes
diversas
•
o
Habilidades en el uso de tecnologías, de la información y de la comunicación
Desarrolle de manera crítica y autocrítica su compromiso con la preservación del medio
ambiente
~ III ~
LISTA DE ACTIVIDADES EXPERIMENTALES Y UNIDADES TEMÁTICAS:
No. Actividad
Título Actividad Experimental
Unidad Temática en el Programa
Experimental.
del Laboratorio.
de la Asignatura.
Determinación de la tensión
1
superficial de líquidos puros por
el método de elevación capilar
Efecto de la temperatura sobre
2
la tensión superficial
Unidad 1. Interfases líquido-vapor
y líquido-líquido
Unidad 1. Interfases líquido-vapor
y líquido-líquido
Determinación del exceso de
3
soluto superficial mediante la
ecuación de adsorción de Gibbs
4
Agentes tensoactivos
Unidad 2. Adsorción y orientación
en interfases
Unidad 4. Interfase sólido-líquido
Determinación de la energía
5
libre estándar de micelización
Unidad 2. Adsorción y orientación
en interfases
Isotermas de adsorción de
6
ácido acético sobre carbón
activado
Preparación, difusión y
7
purificación de sistemas
dispersos
Propiedades eléctricas de
8
sistemas dispersos
Determinación de la viscosidad
9
dependencia con la temperatura
~ IV ~
Unidad 5. Adsorción, Interfase
sólido-gas
Unidad 6. Propiedades de
transporte
Unidad 7. Sistemas coloidales
Unidad 9. Propiedades eléctricas y
electrocinéticas de los sistemas
coloidales
Unidad 8. Propiedades cinéticas
de los sistemas coloidales
NORMAS DE LABORATORIO
(REGLAMENTO INTERNO DE LOS LABORATORIOS DE FISICOQUIMICA)
El laboratorio es un lugar potencialmente peligroso si no se siguen ciertas normas generales de
seguridad que se recomiendan a continuación:
1. Es obligación del alumno revisar LAS HOJAS DE SEGURIDAD, para conocer las
propiedades físicas, químicas y toxicológicas de las sustancias que se utilizan en cada
actividad experimental, así como tener conocimiento de su uso, manejo y
almacenamiento.
2. Se recomienda que el alumno trabaje en el laboratorio solo cuando su profesor o
persona responsable de dicho laboratorio este presente, con el propósito de tener una
persona que supervise posibles riesgos y ayude en caso necesario. En caso de
emergencia consultar acciones de emergencia o primeros auxilios en LAS HOJAS DE
SEGURIDAD.
3. Son requisitos indispensables para el trabajo experimental:
• Bata (obligatorio).
• Lentes de protección y guantes (opcional).
Aquellos estudiantes que usan lentes de contacto, deberán usar espejuelos de
protección de forma obligatoria o traer anteojos el día de la práctica. Es obligación del
alumno revisar en LAS HOJAS DE SEGURIDAD de los reactivos y/o productos con los
que vaya a trabajar, el equipo de protección personal que debe usar en cada sesión
experimental.
4. No se debe fumar, ya que un descuido puede ocasionar una explosión; por lo general se
encuentran en el ambiente vapores de sustancias volátiles y de bajo punto de
flamabilidad.
5. No se deben encender cerillos o mecheros, a excepción de que así lo requiera la sesión
experimental.
6. El lugar de trabajo debe estar despejado de libros, mochilas, prendas, etc.; sólo estarán
el equipo y las sustancias que se van a usar en el experimento, el manual de actividades
experimentales, calculadora y un cuaderno de anotaciones (Bitácora de trabajo).
7. No se permite consumir alimentos y bebidas en el laboratorio.
8. Se debe tener cuidado al manejar sustancias peligrosas como ácidos, álcalis, sales
venenosas, solventes, etc. En caso de algún percance avisar inmediatamente al
profesor.
~V~
9. Al manejar equipos, materiales y reactivos, se debe ser cuidadoso en su traslado y
conexión. Se recomienda revisar el instructivo antes de la actividad experimental y
preguntar al profesor las dudas que se tengan sobre el particular.
10. La solicitud de los equipos, materiales y reactivos se realiza con el llenado del vale del
laboratorio y presentando la credencial otorgada por la UNAM.
11. Si se rompe o daña material y/o equipo, éste debe reintegrarse al laboratorio antes de
concluir el curso experimental.
12. El alumno tiene la obligación de estudiar las ORIENTACIONES ACERCA DEL
TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS, con el propósito de saber qué
hacer con los residuos o desechos producidos en cada sesión experimental. Los
residuos de los experimentos que deban almacenarse, deben ser depositados en los
recipientes etiquetados que le indique el profesor. Tenga cuidado de no confundirse y no
mezclar.
13. Una vez terminada la sesión experimental, el alumno deberá dejar limpio su lugar de
trabajo y asegurarse de no dejar basura en las tarjas de las mesas de trabajo ni en las
de lavado de material.
14. El alumno debe lavarse las manos con agua y jabón antes de salir del laboratorio.
~ VI ~
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1
DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS PUROS POR EL MÉTODO
DE ELEVACIÓN CAPILAR.
INTRODUCCIÓN:
Se denominan fenómenos superficiales a los fenómenos físicos en los que intervienen
fundamentalmente las moléculas que se encuentran en la superficie de separación entre dos
medios no miscibles. En particular, estos medios diferentes serán en esta práctica un líquido
puro y su vapor. La energía de las moléculas del interior del líquido es diferente de la energía de
las moléculas de la superficie, pues estas últimas sólo están ligadas a otras moléculas del
propio líquido en la interfase. De este modo, las partículas que están en la capa superficial de
un líquido poseen exceso de energía con relación a las que están en el interior: dentro del
líquido cada partícula está rodeada por vecinas próximas que ejercen sobre ella fuerzas
intermoleculares de cohesión; por simetría estas fuerzas se ejercen en todos sentidos y
direcciones por lo que la resultante es nula. Sin embargo las partículas de la superficie del
líquido se encuentran rodeadas por arriba por otro tipo de moléculas (aire en el caso de esta
práctica). Como en un gas la concentración de partículas es muy pequeña, la interacción entre
las moléculas del gas exterior y las del líquido es despreciable, por lo que existe una fuerza neta
en la superficie del líquido dirigida hacia su interior que se opone a que las moléculas de líquido
se escapen de su superficie. Esta fuerza superficial lleva asociada una energía (que sería el
trabajo necesario para arrancar una molécula de la superficie), definida como la diferencia entre
la energía de todas las moléculas junto a la interfase y la que tendrían si estuvieran en el interior
de sus respectivos fluidos. Esta energía superficial U es por tanto proporcional al área S de la
superficie libre del líquido:
U =σ S
[1]
donde la constante de proporcionalidad σ es el coeficiente de tensión superficial del líquido que,
a temperatura constante, depende sólo de la naturaleza de los medios en contacto.
Una forma de observar los efectos de la tensión superficial es introducir un objeto en un líquido.
Al intentar sacarlo de él, los bordes del objeto modifican el área de la superficie libre del líquido
en contacto con el aire (aumentándola) y aparece la denominada fuerza de tensión superficial,
Fσ, que se opone a que aumente el área de la superficie libre y que es proporcional al perímetro
de la interfase líquido-vapor, (L):
1
Fσ=σL
[2]
Si situamos un sólido sobre la superficie de un líquido, la tendencia del líquido a minimizar su
superficie libre lleva a que en el límite entre la película superficial y el sólido surja la fuerza de
tensión superficial dada por [2]. Esta fuerza es tangente a la superficie y está dirigida hacia el
interior del líquido.
OBJETIVOS:
•
•
Comprender el fenómeno de tensión superficial, así como el concepto de capilaridad.
•
observar que variables afectan la medición de esta propiedad.
Determinar experimentalmente los valores de tensión superficial de líquidos puros, y
Investigar otros métodos que existen para la determinación de la tensión superficial.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO:
1. Definición de tensión superficial y unidades.
2. Variables que afectan la tensión superficial.
3. Métodos para la determinación de la tensión superficial.
4. Método de elevación y depresión capilar.
5. Investigue la tensión superficial a 20°C de disolventes polares y no polares.
6. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento.
7. Diagrama de flujo del experimento.
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES:
MATERIAL
REACTIVOS
a) Metanol 50 mL
b) Etanol 50 mL
c) Propanol 50 mL
d) Benceno 50 mL
e) Cloroformo 50 mL
f) Agua destilada
Por equipo:
1 Tensiómetro capilar completo
1 Vaso de precipitado de 1 L
4 Vasos de precipitado de 50 mL
1 Propipeta de 20 mL,
1 Piseta
1 Picnómetro de 10 mL
1 Barra magnética
1 Parrilla con agitación magnética
2
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Figura 1. Tensiómetro capilar.
1.- Colocar aprox. 50 mL del disolvente en estudio en el tensiómetro capilar haciendo coincidir
el disolvente con el cero del tubo capilar, ver Figura 1.
2.- Determinar el radio del tubo capilar según sea el tensiómetro (polar o no polar) con un
disolvente cuyo valor de tensión superficial sea conocido.
3.- Determinar la altura (h) para cada disolvente que asciende por el tubo capilar.
4.- Determinar la densidad de los disolventes en estudio y anotar la temperatura de trabajo.
5.- Hacer los cálculos necesarios para obtener el valor de la tensión superficial y comparar con
datos reportados en la bibliografía.
Observaciones:
•
•
El tubo capilar debe estar perfectamente limpio para evitar fractura de la columna con el
líquido.
•
No mezclar disolventes polares con no polares.
•
estas sean confiables.
Realizar un mínimo de 4 lecturas en la determinación de la altura para asegurar que
Enjuagar el tubo capilar al cambiar el disolvente a medir.
3
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS:
Los disolventes puros utilizados en el experimento se pueden regresar al recipiente de donde
inicialmente se tomaron, es muy importante tener cuidado de no contaminarlos. En caso de
contaminarlos depositarlos en el frasco etiquetado como desecho del mismo disolvente.
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES:
1.- Llene la siguiente tabla con los resultados experimentales.
Temperatura de trabajo: ___________
Disolvente
Agua destilada
Densidad
(ρ)
�⁄���
Altura
(h)
Tensión superficial
experimental
(γ)
��
����⁄��
Metanol
Etanol
Propanol
Benceno
4
Tensión superficial
reportada
(γ)
����⁄��
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE:
1) Determine el radio del tubo capilar y ¿Cuál es su valor? ¿Qué tan aceptable es el
considerar el radio del tubo capilar igual al de los demás tubos capilares? (Observe que
los tubos capilares no fueron cortados del mismo tubo).
2) Calcule la tensión superficial para cada líquido. Es recomendable ir anotando en la tabla
todos los valores de las variables (ρ, h, γ) incluyendo los valores reportados en la
literatura.
3) Estime el error involucrado con la ecuación � = ��ℎ�⁄2 utilizando la ecuación de
Poisson – Rayleigh para todos los disolventes:
�=
� �. ������ �. ������
����
+
�� + −
�
�
�
��
�
5
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1
DETERMINACION DE LA TENSION SUPERFICIAL DE LIQUIDOS PUROS POR EL METODO
DE ELEVACION CAPILAR.
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR.
Integrantes de equipo:
Semestre:
Carrera:
Grupo:
Temperatura de trabajo: ___________.
Disolvente
Agua destilada
Densidad
(ρ)
�⁄���
Altura
(h)
Tensión superficial
experimental
(γ)
��
����⁄��
Metanol
Etanol
Propanol
6
Tensión superficial
reportada
(γ)
����⁄��
Benceno
7
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2
EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA TENSIÓN SUPERFICIAL
INTRODUCCIÓN:
La agitación cinética de las moléculas y la tendencia de éstas a escapar hacia fuera aumentan
al elevar la temperatura; por consiguiente es de esperar que la tendencia general sea que la
tensión superficial disminuya con el incremento de la temperatura, alcanzando el valor de cero a
la temperatura crítica. Existen sólo ecuaciones empíricas que relacionan la tensión superficial
con la temperatura: Eötvös, Ramsay y Shields y Guggenheim-Katayama, por mencionar
algunas.
En la Figura 2 se representa la tensión superficial como función de la temperatura para el agua,
se observa que conforme aumenta la temperatura la tensión superficial disminuye, y en la
temperatura crítica del agua se espera que la tensión superficial sea igual a cero.
80
70
60
γ
50
40
30
20
10
0
0
50
100
150
200
250
300
t (°C)
Figura 2. Dependencia de la temperatura sobre la tensión superficial.
8
OBJETIVOS:
•
Determinar experimentalmente los valores de tensión superficial de líquidos puros, así
•
como los cambios que pueda sufrir ésta con la temperatura.
•
temperatura.
Calcular la energía de superficie total de los líquidos utilizados en función de la
Determinar experimentalmente las constantes de Eötvös, Katayama y Van der Waals–
Guggenheim, las cuales representan modelos matemáticos que plantean la dependencia
de la tensión superficial con la temperatura.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO:
1. ¿Cómo se modifica la tensión superficial con la temperatura?
2. Ecuaciones de Eötvös, Ramsay y Shields, Katayama y Van der Waals-Guggenheim
3. ¿Qué relación existe entre la temperatura crítica y tensión superficial?
4. ¿Qué significado físico tienen la energía de superficie total y la energía molar superficial?
¿Cómo se calculan?
5. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento.
6. Diagrama de flujo del experimento.
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES:
MATERIAL
REACTIVOS
Por equipo:
a) Metanol 50 mL
1 Tensiómetro capilar completo
b) Etanol 50 mL
1 Vaso de precipitados de 1L
c) Propanol 50 mL
4 Vasos de precipitados de 50 mL
d) Benceno 50 mL
1 Piseta
e) Cloroformo 50 mL
1 Propipeta de 20 mL
f) Agua destilada
1 Parrilla con agitación magnética
1 Barra magnética
1 Picnómetro de 10 mL
9
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
1.- Colocar aprox. 50 mL del disolvente en estudio en el tensiómetro capilar haciendo coincidir
el disolvente con el cero del tubo capilar, ver Figura 1 en la Actividad Experimental No. 1.
2.- Determinar de nueva cuenta el radio del tubo capilar según sea el tensiómetro (polar o no
polar) con un disolvente de tensión superficial conocida.
3.- Determinar la altura (h) para cada disolvente que asciende por el tubo capilar a las
siguientes temperaturas 20 ó temperatura ambiente, 30, 40 y 50 °C.
4.- Medir la densidad de los disolventes a las diferentes temperaturas.
5.- Hacer los cálculos necesarios para obtener el valor de la tensión superficial.
Observaciones:
•
•
El tubo capilar debe estar perfectamente limpio para evitar fractura de la columna con el
líquido.
•
No mezclar disolventes polares con no polares.
•
estas sean confiables.
Realizar un mínimo de 4 lecturas en la determinación de la altura para asegurar que
Enjuagar el tubo capilar al cambiar el disolvente a medir.
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS:
Los disolventes puros utilizados en el experimento se pueden regresar al recipiente de donde
inicialmente se tomaron, es muy importante tener cuidado de no contaminarlos. En caso de
contaminarlos depositarlos en el frasco etiquetado como desecho del mismo disolvente.
10
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES:
Densidad
3
(g/cm )
Disolvente
T1
T2
T3
T4
T1
T2
Agua
Metanol
Etanol
Propanol
Benceno
11
Altura
Tensión Superficial
(cm)
(dina/cm)
T3
T4
T1
T2
T3
T4
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE:
1) Calcule la tensión superficial a cada temperatura para cada líquido. Es recomendable
que llene la tabla anterior con todas las variables, incluyendo los valores reportados en
la literatura.
2) Calcule la energía de superficie total para cada líquido a 40°C .
3) Determine el valor de la temperatura crítica y la constante de Eötvös para cada líquido.
4) Compare sus valores y haga sus comentarios.
5) Calcule las constantes de la pregunta 3, utilizando el modelo de Katayama únicamente
para el benceno.
6) Compare las constantes del modelo de
Eötvös
con el de Katayama. Anote sus
observaciones.
7) Utilice la ecuación de Van der Waals – Guggenheim y calcule sus constantes. Utilice
para ello los datos obtenidos para el benceno. (Investigue el valor de su Temperatura
Crítica).
12
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2
EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA TENSIÓN SUPERFICIAL
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
Integrantes de equipo:
Semestre:
Carrera:
Grupo:
Densidad
3
(g/cm )
Disolvente
T1
T2
T3
T4
T1
T2
Agua
Metanol
Etanol
Propanol
Benceno
13
Altura
Tensión Superficial
(cm)
(dina/cm)
T3
T4
T1
T2
T3
T4
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3
DETERMINACIÓN DEL EXCESO DE SOLUTO SUPERFICIAL MEDIANTE LA ECUACIÓN DE
ADSORCIÓN DE GIBBS
INTRODUCCIÓN:
Las superficies en sistemas multi-componentes, las concentraciones de las sustancias disueltas
son, en las proximidades de la interfase, diferentes de las concentraciones en el seno de las
fases. Esto es, hay adsorción en la interfase. Si se supone que cada fase tiene un estado que la
caracteriza, se puede diferenciar entre las propiedades de las moléculas en el seno de la
disolución y las moléculas de la interfase.
Es por ello que Gibbs, propuso un modelo para definir la región interfacial y así poder
desarrollar la termodinámica que tenía en cuenta estas dos clases de propiedades. Gibbs
considera a la interfase como una superficie ubicada en algún lugar de la región interfacial.
1
1
Interfase
2
2
Sistema ideal
Fase I
Sistema real
Región Interfacial
14
Fase II
En un sistema sencillo de dos componentes, para calcular el número de moles 1 y 2 en la
interfase se proponen las siguientes ecuaciones:
n1s = n1 − c1I V I − c1II V II
n2s = n2 − c 2I V I − c 2II V II
Y si se definen las concentraciones interfaciales de exceso como:
Γ1 =
n1s
A
Γ2 =
n2s
A
Γ representa el exceso superficial del soluto en la región superficial con respecto a su presencia
en el seno del líquido (bulk), corresponde al número de moléculas por unidad de área interfacial.
La ubicación de la interfase está definida en base a dos suposiciones:
Γ1(1) = 0
y
Γ1( n ) + Γ2( n ) = 0
Γi(1) ≠ Γi( n )
La designación de los componentes 1 y 2 es por conveniencia. En el caso de soluciones es
común designar al disolvente con el número 1.
Γi > 0 El compuesto i se encuentra positivamente adsorbido.
Γi < 0 El compuesto i se encuentra negativamente adsorbido.
OBJETIVOS:
•
Aplicar la ecuación de adsorción de Gibbs para la determinación del exceso de soluto
superficial en el sistema fenol o n-propanol/agua.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO:
1. Definición de tensión superficial.
2. El efecto de un soluto en la tensión superficial.
3. Definición de exceso de soluto superficial.
4. La ecuación de adsorción de Gibbs.
5. Breve descripción de las monocapas y del concepto actividad superficial
15
6. Aplicación del exceso de soluto superficial en la industria.
7. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento.
8. Diagrama de flujo del experimento.
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES:
MATERIAL
REACTIVOS
Por equipo:
Fenol o n-propanol
1 Tensiómetro capilar completo
Agua destilada
1 Vaso de precipitado de 1L
1 Propipeta de 20 mL
1 Parrilla con agitación magnética
8 Vasos de precipitado de 50 mL
1 Piseta
1 Picnómetro de 10 mL
1 Barra magnética
Por grupo:
10 Matraces aforados de 50 mL
1 Matraz aforado de 250 mL
1 Espátula
1 Vidrio de reloj
1 Bureta de 50 mL
1 Soporte universal completo
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
1.- Lavar el material de vidrio. La limpieza de este material es importante, cualquier impureza
modificará los resultados experimentales.
2.- Determinar el radio del tubo capilar a partir de un líquido de tensión superficial conocida.
16
3.- Preparar 50 mL de las soluciones molares siguientes de fenol o n-propanol en agua, según
lo indique el profesor. (Por dilución comenzar de la más concentrada, 250 mL 1 M):
SOLUCIÓN
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
0.025
0.05
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1.0
Fenol o
n-propanol
[mol/L]
4.- Colocar aprox. 50 mL de la solución en estudio en el tensiómetro capilar haciendo coincidir
la solución con el cero del tubo capilar, ver Figura 1 en la Actividad Experimental No. 1.
5.- Obtener las alturas para cada una de las soluciones. (4 mediciones para cada
concentración).
6.- Determinar la densidad de cada solución de fenol o n-propanol, tomar el valor de la
temperatura de trabajo.
Observaciones:
•
•
Las lecturas para cada solución se toman de la solución más diluida a la más
concentrada.
Al cambiar de concentración, el tubo capilar se debe enjuagar con la solución a
medir, esto apretando la propipeta de tal forma que el líquido salga por la parte
•
•
superior del tubo capilar.
Tener cuidado de no contaminar las soluciones.
Recordar: “Se debe tener el valor del radio del tubo capilar antes de iniciar la
medición de las soluciones”.
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS:
Las soluciones utilizadas no generan desechos si no se contaminan, se pueden almacenar para
posteriores semestres. En caso de contaminación vaciar en el frasco de desechos etiquetado.
17
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES:
Temperatura: ___________
SOLUCIÓN
A
B
C
D
E
F
G
H
I
Fenol o
n-propanol
[mol/L]
h
�
γ
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE:
1) Calcule la tensión superficial para cada concentración:
2) Realice un gráfico de tensión superficial como función de la concentración.
18
J
K
3) Con esta información calcule el exceso de soluto superficial, Γ, mediante la ecuación de
adsorción de Gibbs.
4) Realice el gráfico del exceso de soluto superficial en función de la concentración y
discuta el comportamiento obtenido.
5) Calcule la presión superficial, π, para cada una de las soluciones.
6) Realice el gráfico de la presión superficial como función del inverso del exceso de soluto
superficial.
7) Utilizando el gráfico anterior, determine el área ocupada por mol de soluto adsorbido en
el punto de cobertura completa de la superficie (formación de la monocapa).
8) Obtenga el área por molécula de fenol adsorbida en la superficie.
19
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3
DETERMINACIÓN DEL EXCESO DE SOLUTO SUPERFICIAL MEDIANTE LA ECUACIÓN DE
ADSORCIÓN DE GIBBS
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR.
Integrantes de equipo:
Semestre:
Carrera:
Grupo:
Temperatura: ___________
SOLUCIÓN
A
B
C
D
E
Fenol o
n-propanol
[mol/L]
h
�
γ
20
F
G
H
I
J
K
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 4
AGENTES TENSOACTIVOS
INTRODUCCIÓN:
Se define a un tensoactivo o surfactante como una sustancia que es capaz de romper o
modificar la tensión superficial de un líquido. Es decir tiene la propiedad de alterar la energía de
superficie con la cual entra en contacto. Estas sustancias poseen en su estructura dos grupos
bien definidos:
a) Un polar: grupo hidrofílico (que se asocia con el agua).
b) Un no polar: grupo hidrofóbico (que no se asocia con el agua).
Los tensoactivos o surfactantes presentan así un carácter dual con respecto a las
propiedades de superficie. El grupo hidrofílico ejerce un efecto solubilizante y tiende a llevar a la
molécula a disolución completa, por otro lado el grupo hidrofóbico debido a que no es soluble
tiende a contrarrestar el efecto del grupo hidrofílico. Debido a esto los grupos hidrofílicos
tienden a dirigirse hacia la fase acuosa y los hidrofóbicos fuera de ésta. Esta capacidad de
orientación que permite que la molécula de surfactante alcance su estado de energía mínima se
le conoce como actividad superficial.
Estas sustancias pueden clasificarse en base a los usos a los que se destinan, propiedades
físicas o estructura química, ninguna es completamente satisfactoria, tal vez una forma lógica
de clasificarlos es en base a su comportamiento en solución acuosa. En esta clasificación se
tienen cuatro tipos de tensoactivos: aniónicos, catiónicos, no iónicos y anfóteros.
La necesidad del estudio de estos compuestos surge debido a su infinidad de aplicaciones a
nivel industrial, por ejemplo las industrias de alimentos, farmacéutica, cosmética y textil en las
que se utilizan en mayor proporción. En función del valor BHL o HLB (Hydrophylic - Lipophylic
Balance) que presente el tensoactivo, será su aplicación.
OBJETIVOS:
•
Comprender que es un agente tensoactivo o surfactante y que conozca sus
•
propiedades en forma general.
•
clasifique en función del tipo de carga que presenten.
Identificar agentes tensoactivos en diferentes productos comerciales y que los
Comprender sus usos y aplicabilidad en diferentes áreas industriales.
21
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO:
1. Características generales y clasificación de los agentes tensoactivos o surfactantes, de
ejemplos.
2. Efecto de los agentes tensoactivos en el hombre y medio ambiente.
3. Importancia de la carga de un agente tensoactivo aniónico,
catiónico o no iónico?
Explique.
4. Descripción de la escala del BHL o HBL, utilidad.
5. Explicación de métodos de cálculo del BHL para una formulación con agentes
tensoactivos.
6. Investigue otra(s) técnica(s) experimental(s) para la Identificación y/o determinación de
agentes tensoactivos.
7. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento.
8. Diagrama de flujo del experimento,
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES:
MATERIAL
REACTIVOS
5 muestras de shampoo comercial
Agua Destilada
Azul de Timol al 0.1%
Azul de Bromofenol al 0.1%
Ácido clorhídrico 0.005N, 0.1N
Hidróxido de sodio 0.1N
Arkopal N-100 al 1.0%.
Por equipo:
3 Pipetas graduadas de 2 mL
15 Tubos de ensayo de 10 mL
1 Gradilla
1 Piseta
1 Propipeta de 20 mL
Por grupo:
6 Pipetas graduadas de 2 mL
5 Vasos de precipitado de 25 mL
3 Matraz aforado de 100 mL
3 Frascos con tapa capacidad de 100 mL
Cloruro de benzalconio al 1.0%
Lauril sulfato de sodio al 1.0%
Solución buffer de acetatos pH = 4.6
Etanol
2 Frascos con gotero
1 Pipeta graduada de 10 mL
22
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
1.- Lavar perfectamente su material de vidrio con jabón y agua. Posteriormente enjuague su
material con agua destilada y seque.
2.- Preparar las siguientes soluciones:
INDICADORES:
a) Azul de Timol (0.1%): Pulverizar 0.1 g del indicador en un mortero y mezclar con 2 mL
de solución de hidróxido de sodio 0.1 N. Agitar fuertemente y después aforar a 100 mL
con agua destilada.
b)
Azul de Bromofenol (0.1%). Pulverizar 0.1 g del indicador en un mortero y mezclar con
2 mL de solución de hidróxido de sodio 0.1 N. Agitar fuertemente y después aforar a
100 mL con agua destilada.
TENSOACTIVOS:
Puros:
c) Preparar una disolución al 1% en peso, disolviendo primero en etanol y realizando el
aforo con agua destilada.
Productos comerciales:
d) Preparar una disolución al 1% en peso, disolviendo primero en etanol y realizando el
aforo con agua destilada.
En los productos comerciales hay una mezcla de tensoactivos por lo que se desconoce la
cantidad de cada uno, por ello es recomendable probar a diferentes diluciones.
3.- Realizar las pruebas siguientes para identificar el tipo de tensoactivo, respetando el orden de
adición de los reactivos participantes en la prueba; anotar sus observaciones:
TENSOACTIVOS ANIÓNICOS.
A 2 mL de solución de HCl 0.005 N, añadir 2 gotas de azul de timol y 2 mL de lauril sulfato de
sodio al 1%. Agitar fuertemente. Un cambio de color amarillo rojizo a un rosa intenso indica
tensoactivo o surfactante aniónico.
23
TENSOACTIVOS CATIÓNICOS.
A 2 mL de solución buffer de acetatos (pH=4.6), agregar 2 gotas de azul de bromofenol y 2 mL
de cloruro de benzalconio al 1%. Agite bruscamente, un cambio de azul violeta a azul puro
indica tensoactivo o surfactante catiónico.
Otra prueba alterna es añadir 2 gotas de azul de timol a 2 mL de HCl 0.005N y se le adiciona
2 mL de cloruro de benzalconio al 1%. Agítese fuertemente un cambio de color rojo a amarillo
indica tensoactivo o surfactante catiónico.
TENSOACTIVOS NO IÓNICOS.
Es importante señalar que la presencia de agentes tensoactivos no iónicos no interfiere en la
prueba para agentes tensoactivos iónicos.
A 2 mL de solución buffer de acetatos (pH= 4.6), se adicionan 2 gotas de azul de bromofenol y
después 2 mL de arkopal N-100 al 1%. Agitar bruscamente. Un cambio de color azul violeta a
verde indica tensoactivo no iónico. Pero la literatura señala que este ensayo es también prueba
positiva para agentes tensoactivos aniónicos.
El color desarrollado en las pruebas anteriores servirá como patrón o referencia para decidir, en
función del color,
que tipo de agente tensoactivo o surfactante contiene las muestras o
productos comerciales.
4.- Señala en la tabla de resultados experimentales, cuál de las pruebas dio positiva o negativa
en cada muestra
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS:
Los reactivos utilizados no generan desechos, las soluciones preparadas son jabonosas por lo
que pueden desecharse a la tarja.
24
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES:
Aniónico
Catiónico
No Iónico
Tensoactivos
Arkopal N-100
Cloruro de benzalconio
Lauril sulfato de sodio
Muestra comercial 1
Muestra comercial 2
Muestra comercial 3
Muestra comercial 4
Muestra comercial 5
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACION DEL REPORTE:
1. Considere el concepto de equilibrio acido-base y explique el cambio de color en cada
una de las pruebas de los agentes tensoactivos puros y de los productos comerciales.
2. Mencione al menos tres aplicaciones útiles e importantes de los agentes tensoactivos.
3. Explique ¿Por qué algunas de las soluciones jabonosas se les conoce también como
soluciones electrolíticas coloidales?
4. Explique ¿Cómo pueden influir en sus resultados experimentales, otros compuestos
(colorantes, emulsificantes, estabilizadores, excipientes, etc) mezclados con el
tensoactivo en el producto comercial?
25
5. Explique económicamente ¿Cuáles son los más importantes?, ¿Cuáles son los más
utilizados?, ¿Cuáles son los más tóxicos?
6. Ecológicamente ¿Son considerados como agentes contaminantes ó
contaminantes
ambientales? Justifique su respuesta.
7. ¿Qué sugerencias serian importantes para evitar lo anterior?
8. ¿Qué métodos conoce para la determinación del BHL? Considerando uno de ellos,
determine con un ejemplo, su cálculo respectivo
26
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 4
AGENTES TENSOACTIVOS Ó SURFACTANTES.
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR.
Integrantes de equipo:
Semestre:
Carrera:
Grupo:
Aniónico
Tensoactivos
Arkopal N-100
Cloruro de benzalconio
Lauril sulfato de sodio
Muestra comercial 1
Muestra comercial 2
Muestra comercial 3
Muestra comercial 4
Muestra comercial 5
27
Catiónico
No Iónico
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 5
DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA LIBRE ESTANDAR DE MICELIZACIÓN
INTRODUCCIÓN:
Los agentes tensoactivos son especies en las que existe una cadena hidrocarbonada y una
parte polar; en soluciones diluidas se quedan en la superficie con la parte hidrocarbonada de las
moléculas (hidrofóbica) orientada hacia la interfase aceite/aire, mientras que la parte polar
(hidrofílica) orientada hacia la fase acuosa. A medida que se incrementa la concentración se
forma una monocapa en la superficie, sin embargo se llega a una concentración tal que las
moléculas de la superficie pasan al seno de la solución formando conglomerados llamados
micelas. A la concentración en la que se forman las micelas se le conoce como concentración
micelar crítica (cmc). La formación de micelas es otro mecanismo por el cual tiende a
disminuir la energía interfacial. Las formas adquiridas por las micelas son de tres tipos:
a) Esféricas: cuyos coloides se llaman globulares.
b) Cilíndricas ó en forma de fibras: son coloides formados por largas cadenas
macromoleculares.
c) Laminares: son coloides en forma de láminas.
28
OBJETIVOS:
•
Comprender que es un agente tensoactivo y conocer sus propiedades fisicoquímicas en
forma general.
•
Comprender el significado de micela y conocer las diferentes formas y estructuras
micelares.
•
•
•
Calcular la concentración micelar crítica (CMC).
Determinar la Energía Libre Estándar de Micelización.
Calcular la Constante de Equilibrio de Micelización.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO:
1. Definición de un agente tensoactivo. Mencione sus propiedades y características
fisicoquímicas y/o superficiales.
2. Definición de micela, mencione su utilidad e importancia.
3. Descripción de los modelos micelares que existen. Anote sus características
estructurales.
4. Definición de concentración micelar crítica (CMC), ¿Cómo se puede determinar
experimentalmente? Mencione al menos 2 formas.
5. Explique porqué se utiliza la conductimetría para determinar la CMC.
6. Explique porque las soluciones jabonosas se llaman también electrólitos coloidales.
7. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento.
8. Diagrama de flujo del experimento.
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES:
MATERIAL
REACTIVOS
Por equipo:
10 Vasos de precipitado de 50 mL
1 Vaso de precipitado de 250 mL
50 mL de cada una de las siguientes
soluciones de Lauril sulfato de sodio:
0.1 M, 0.06 M, 0.04 M, 0.02 M, 0.01 M,
1 Tensiómetro capilar
0.006 M, 0.004 M y 0.002M
1 Conductímetro
Agua destilada
1 Piseta
29
1 Termómetro
1 Parrilla con agitación magnética
1 Tubo de ensayo de 2.2 cm de diámetro y
20 cm de largo
Pipetas volumétricas de 1 mL, 2 mL, 3 mL,
5 mL, 10 mL y 20 mL.
1 Barra magnética
1 Picnómetro 10 mL
3 Matraces aforados de 50 mL
Por grupo:
1 Matraz aforado de 250 mL
1 Espátula
1 Vidrio de reloj
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
1.- Lavar perfectamente el material de vidrio y secar el agua remanente agregando una
pequeña cantidad de acetona.
2.- Preparar 50 mL de cada una de las soluciones de lauril sulfato de sodio a partir de la
solución 0.1 M.
3.- Colocar en el tubo de ensayo la cantidad necesaria de la solución de lauril sulfato de sodio
para medir la conductividad, comenzar con la solución más diluida a la más concentrada.
4.- Enjuagar el electrodo del conductímetro con agua destilada antes y después de cada
medición. Secar el electrodo con papel absorbente. Repetir dicho procedimiento cada vez que
cambie de concentración.
5.- Determinar el radio del tubo capilar del tensiómetro con agua destilada.
6.- Vaciar los 50 mL de la solución de tensoactivo al tensiómetro capilar haciendo coincidir la
solución con el cero del tubo capilar, ver Figura 1 en la Actividad Experimental No. 1.
30
7.- Determinar la altura (h) para cada solución de tensoactivo de lauril sulfato de sodio que
asciende por el tubo capilar, comenzar de la más diluida a la más concentrada, (4 mediciones
para cada concentración).
8.- Determinar la densidad de las soluciones de tensoactivo, anotar la temperatura de trabajo.
9.- Hacer los cálculos necesarios para obtener el valor de la tensión superficial de las
soluciones de tensoactivo.
Observaciones:
•
Al preparar las soluciones de lauril sulfato de sodio agitar suavemente para evitar la
•
formación de espuma.
•
concentrada.
•
•
Las lecturas para cada solución se toman de la solución más diluida a la más
Tener cuidado de no contaminar las soluciones.
Recordar: “Se debe tener el valor del radio del tubo capilar antes de iniciar la
medición de las soluciones”.
Determinar la temperatura y tome la lectura de conductividad asociada a cada valor
de concentración empezando por la conductividad del agua destilada.
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS:
Las soluciones utilizadas no generan desechos si no se contaminan, se pueden almacenar para
posteriores semestres. En caso de contaminación se pueden vaciar a la tarja ya que son
soluciones jabonosas.
31
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES:
Temperatura: ___________
Concentración
Conductividad
Altura
(cm)
Tensoactivo
Ω-1
[M]
0.002
0.004
0.006
0.01
0.02
0.04
0.06
0.1
Agua destilada
32
Densidad
(g/cm3)
Tensión
superficial
(dina/cm)
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE:
1) Determine el valor de la concentración micelar crítica (C. M.C.) a partir de los datos de
conductividad eléctrica específica, tensión superficial, densidad vs concentración.
2) Compare el valor de C. M .C obtenido experimentalmente con el valor reportado en la
literatura. Anote sus observaciones.
3) Determine el valor de la concentración micelar crítica (C. M .C) a partir de los datos de
resistividad eléctrica específica y concentración.
4) Compare el valor de C. M. C. obtenido experimentalmente con el valor reportado en la
literatura. Anote sus observaciones.
5) Calcule la energía libre de micelización.
6) ¿Qué tan confiable es este valor? Justifique su respuesta.
7) ¿Cuál será el valor de la constante de equilibrio de micelización?
8) ¿Qué importancia tienen estos parámetros termodinámicos? Justifique su respuesta.
9) ¿Con qué aplicaciones industriales y/o de investigación (farmacéutica, bioquímica y/o
biológica) se puede asociar?
10) ¿Qué significado tiene la temperatura de Kraft ¿Mencione su importancia y utilidad.
11) ¿Se puede calcular su valor ¿Sí es así, indique el valor de dicha Temperatura.
12) ¿Cómo calcularía la entalpía y entropía de micelización? Justifique su respuesta.
33
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 5
DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA LIBRE ESTANDAR DE MICELIZACIÓN
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR.
Integrantes de equipo:
Semestre:
Carrera:
Grupo:
Temperatura de trabajo: ___________.
Concentración
Tensoactivo
[M]
Conductividad
Ω-1
Altura
(cm)
0.002
0.004
0.006
0.01
0.02
0.04
34
Densidad
(g/cm3)
Tensión
superficial
(dina/cm)
0.06
0.1
Agua destilada
35
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 6
ISOTERMAS DE ADSORCIÓN DE ÁCIDO ACÉTICO SOBRE CARBÓN ACTIVADO.
INTRODUCCIÓN:
La cantidad de gas adsorbido a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
se conoce como isoterma de adsorción.
La extensión de superficie cubierta en la adsorción se expresa como la fracción de
recubrimiento θ, definida por
�=
�ú���� �� ������� �� �������ó� ��������
�ú���� �� ������� �� �������ó� �����������
Esta fracción se expresa también en términos del volumen de adsorbato mediante
�=
�
��
Donde Vm es el volumen del adsorbato correspondiente al recubrimiento completo de una
monocapa.
A partir de esta definición se establece la velocidad de adsorción como el cambio de la fracción
de superficie cubierta con respecto al tiempo como
OBJETIVOS:
��
��
• Comprender el fenómeno de adsorción con respecto a la naturaleza de la interfase.
• Conocer los diferentes tipos de adsorción así como las diferencias que hay entre ellos.
• Relacionar el exceso de soluto superficial con el fenómeno de la adsorción para un
sistema sólido-líquido.
• Conocer los diferentes modelos de adsorción que se llevan a cabo.
• Interpretar las isotermas de adsorción de Henry, Langmuir, Freundlich y BET.
• Determinar la cantidad máxima de ácido acético adsorbido por gramo de carbón
activado.
• Calcular el área de superficie total del sólido adsorbente.
36
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO:
1. Investigar sobre la adsorción y tipos de adsorción (física, química).
2. Investigar los factores que influyen en la adsorción.
3. Esbozar de forma gráfica los diferentes isotermas de adsorción conocidos.
4. Revisar las aplicaciones de la adsorción en la industria.
5. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento.
6. Diagrama de flujo del experimento.
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES:
MATERIAL
REACTIVOS
Por equipo:
8 Frascos de vidrio con tapa de 100 mL
Ácido acético 1 M
8 Matraces Erlenmeyer de 125 mL
Hidróxido de sodio 0.1 N
8 Vasos de precipitados de 150 mL
Carbón activado
8 Embudos de cola chica
Solución de fenolftaleína.
4 Varillas de vidrio
Agua destilada
1 Bureta de 50 mL
1 Pipeta volumétrica de 5 mL
1 Pipeta volumétrica de 25 mL
1 Soporte universal completo
8 Piezas de papel filtro
1 Piseta
1 Propipeta de 20 mL
1 Cronómetro que deberá traer el alumno
Por grupo:
2 Matraces aforados de 250 mL
6 Matraces aforados de 100 mL
1 Pipeta volumétrica de 5 mL
1 Pipeta volumétrica de 25 mL
1 Pipeta volumétrica de 50 mL
1 Termómetro
37
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
1. Preparar en
un matraz aforado de 250 mL una solución de ácido acético de
concentración 1.0 M. (solución A)
2. Tomar de la solución “A” 5 mL y aforar a 250 mL (solución B).
Tomar de la solución “A” 5 mL y aforar a 100 mL (solución C)
Tomar de la solución “A” 10 mL y aforar a 100 mL (solución D)
Tomar de la solución “A” 20 mL y aforar a 100 mL (solución E)
Tomar de la solución “A” 25 mL y aforar a 100 mL (solución F)
Tomar de la solución “A” 50 mL y aforar a 100 mL (solución G)
Tomar de la solución “A” 75 mL y aforar a 100 mL (solución H)
Y por último considerar la solución de ácido acético de concentración 1 M.
3.
De cada una de estas soluciones, tomar una alícuota de 25 mL y adicionar a cada
frasco de 100 mL en cuyo fondo se tiene 1 g de carbón activado. (Comenzar de la
menos concentrada a la más concentrada).
4. Agitar vigorosa y homogéneamente durante 5 min todas las soluciones de ácido acético
en carbón activado y posteriormente dejar reposar 120 min sin agitación. (Tomar un
intervalo de 2 min para cada concentración).
5. Posteriormente filtrar el carbón activado y titular una alícuota de 5 mL del excedente de
ácido acético con NaOH 0.1 N usando fenolftaleína como indicador.
NOTA: El carbón se debe activar con anticipación, por lo tanto calentar a 125 °C durante 1
hora.
Es importante señalar que se debe mantener siempre el mismo tiempo de adsorción y el mismo
tiempo de agitación para cada una de las soluciones de ácido acético.
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS:
El carbón activado puede reutilizarse mediante un tratamiento de purificación y posterior
reactivación, por lo cual no se debe desechar. Las soluciones de ácido acético neutralizadas
pueden desecharse a la tarja.
38
TABLA DE RECOPILACIÓN DE DATOS:
Soluciones
V gastado de NaOH 0.1 M (mL)
B
C
D
E
F
G
H
A
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE:
1) Haga una gráfica de la cantidad adsorbida en función de la concentración de las soluciones
de ácido acético y compruebe si cumple con la ecuación de Henry. Calcule su constante k.
Establezca su validez.
2) En que suposiciones se basa Langmuir para presentar su isoterma. Compruebe su ecuación
y calcule sus constantes Vm y k. Establezca su validez.
3) Pruebe la ecuación de Freundlich. Calcule sus constantes k y n.
4) Compare las constantes de la isoterma de Langmuir con las constantes de la Isoterma de
Freundlich. Anote tus observaciones. ¿Tiene algún significado físico éstas constantes?
Explique ampliamente su respuesta.
5) Explique ¿Qué tipo de adsorción es la del ácido acético sobre el carbón activado?
6) ¿En base a que técnicas experimentales puede demostrar su respuesta a la pregunta
anterior?
39
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 6
ISOTERMAS DE ADSORCIÓN DE ÁCIDO ACÉTICO SOBRE CARBÓN ACTIVADO.
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR.
Integrantes de equipo:
Semestre:
Carrera:
Grupo:
TABLA DE RECOPILACIÓN DE DATOS:
Soluciones
V gastado de NaOH 0.1 M (mL)
B
C
D
E
F
G
H
A
40
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 7
PREPARACIÓN, DIFUSIÓN Y PURIFICACIÓN DE SISTEMAS DISPERSOS.
INTRODUCCIÓN:
La ciencia de los coloides trata de los sistemas en los que uno o varios de los
componentes tienen al menos una dimensión dentro del intervalo de 1 nm y 1 µm. Se dice que
ciertas partículas están en estado coloidal si están finamente divididas y se dispersan en un
medio en el cual conservan su identidad como partícula. Estas partículas constituyen la fase
dispersa y el medio recibe el nombre de medio de dispersión.
Estas partículas presentan
difusión, el coeficiente de difusión se define como el número de moléculas que atraviesan, o se
difunden por unidad de área en la unidad de tiempo bajo un gradiente de concentración unitaria
En función de las combinaciones posibles de los diferentes estados de agregación en
que se pueden encontrar ambas fases se tienen diversos tipos de dispersiones coloidales como
son: aerosoles, espumas, emulsiones, geles.
La ciencia de los coloides es importante en la aplicación de técnicas fisicoquímicas en el
estudio de sistemas naturales, por ejemplo en proteínas, así también se utiliza en polímeros
sintéticos, en las industrias de plásticos, gomas, pinturas, detergentes, papel, suelos, productos
alimenticios, tejidos, en técnicas como la precipitación, cromatografía, intercambio iónico,
flotación y catálisis heterogénea .
OBJETIVOS:
•
•
Conocer los métodos de preparación de sistemas coloidales.
•
dispersión, así como establecer sus diferencias.
•
electrolitos y una solución coloidal.
Preparar sistemas coloidales por el método de condensación y por el método de
Analizar de forma cualitativa las diferencias existentes entre una solución de
Conocer los diferentes métodos de purificación de sistemas coloidales y aplicar el
método de diálisis.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO:
1. ¿Qué es un sistema coloidal y qué factores contribuyen en la naturaleza de estos
sistemas?
2. ¿Cuáles son las diferencias principales diferencias entre un sistema coloidal y una
solución verdadera.
41
3. ¿Cuántos y cuáles son los métodos de preparación de los sistemas coloidales?
4. Menciona los diferentes métodos de purificación de los sistemas coloidales.
5. ¿Qué función tiene una membrana dializadora? ¿Cuál es el pre-tratamiento que debe
realizarse para usarla de forma apropiada?
6. Describir el Movimiento Browniano.
7. Explica el fenómeno de la Difusión y variables que lo afectan.
8. Menciona algunas aplicaciones del fenómeno de Difusión.
9. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento.
10. Diagrama de flujo del experimento.
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES:
MATERIAL
REACTIVOS
Por equipo:
5 Matraces erlenmeyer de 25 mL
Yoduro de potasio 0.1 N
1 Matraz erlenmeyer de 50 mL
Nitrato de plata 0.1N
3 Pipetas graduadas de 10 mL
Cloruro férrico al 32%
2 Pipetas volumétricas de 1 mL
Solución jabonosa 1%
1 Pipeta volumétrica de 5 mL
Azul de bromofenol 1%
2 Vasos de precipitados de 150 mL
Gelatina en polvo
1 Vaso de precipitados de 500 mL
Benceno
1 Embudo de vidrio de cola chica
Azufre
2 Tubos de ensayo corto
Etanol
2 Tubos de ensayo de 15 mL con tapón de hule
Agua Destilada
1 Vaso de precipitados de 50 mL
1 Termómetro 0 - 120 °C
1 Varilla de vidrio
1 Piseta
1 Parrilla
1 Vidrio de reloj
42
1 Espátula
Papel filtro Whatman No. 32
Por grupo:
3 Matraces aforados de 50 mL
1 Matraz aforado de 25 mL
1 Mortero de porcelana con mango
1 Liga que deberá traer el equipo
1 Pliego de papel celofán transparente que
deberá traer el equipo
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
PREPARACIÓN DE LOS SISTEMAS COLOIDALES
1.- SOL DE YODURO DE PLATA.
En un matraz erlenmeyer de 50 mL, colocar 1 mL de KI 0.1N y diluir hasta 12.5 mL. En otro
matraz de 25 mL colocar 0.5 mL de AgNO3 0.1 N y diluir también a 12.5 mL. Agitando, se vierte
poco a poco la solución de AgNO3 sobre la de KI. Observar el momento de reunir las
soluciones. Dejar reposar 10 minutos. Anotar las observaciones.
2.- SOL DE FIERRO (III).
Verter en 100 mL de agua en ebullición, 1.6 mL de solución de FeCl3 al 32 %. Observar el
momento de unión entre los líquidos y anotar las observaciones.
3.- COLOIDE DE BENCENO.
En dos tubos de ensayo conteniendo 8 mL de agua destilada, agregar en el primero 0.5 mL de
benceno y en el segundo 0.5 mL de benceno y 1 mL de solución jabonosa. Agitar
vigorosamente cada tubo de ensayo y anotar las observaciones.
43
4.- COLOIDE DE AZUFRE.
Preparar una solución saturada con azufre en 10 mL de etanol y se filtra. Se toman 2 mL de
solución filtrada y se vierten poco apoco y agitando sobre 20 mL de agua destilada. Observar y
anotar.
5.- COLOIDES DE GELATINA.
Preparar 25 mL del sol de gelatina al 4% en agua en ebullición. Vaciar 5 mL del sol de gelatina
en cada uno de los tubos de ensaye cortos teniendo cuidado de resbalar el líquido por las
paredes para que no forme espuma.
Para el primer tubo de ensayo enfriar lentamente la gelatina y anotar observaciones. Para el
segundo tubo de ensayo enfriar rápidamente y cuando la gelatina haya solidificado agregar
2 mL de una solución de azul de bromofenol al 1%, realizar observaciones durante una semana.
PURIFICACIÓN DEL SOL DE FIERRO (III) MEDIANTE DIÁLISIS
1. Hacer una bolsa con el papel celofán. (Ver nota)
2. Introducir el sol de Fierro (III) en la bolsa.
3. Sellar perfectamente la parte superior de la bolsa con la liga.
4. Colocar la bolsa dentro de un vaso de precipitado de 500 mL el cual debe contener 250
mL de agua destilada.
5. Comprobar la diálisis mediante mediciones de pH o de conductividad.
NOTA: La membrana de celofán debe someterse a un proceso de pre-tratamiento para
utilizarla.
ORIENTACION PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS:
A reserva del coloide de gelatina que no se considera desecho peligroso, los desechos de los
otros coloides deberán depositarse en los frascos etiquetados como desechos.
44
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES:
SISTEMA COLOIDAL
OBSERVACIONES
YODURO DE PLATA
SOL DE FIERRO III
BENCENO
AZUFRE
Tubo 1
GELATINA
Tiempo
Tubo 2
Avance
DIALISIS
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE:
1) Presente en una tabla las observaciones realizadas de los sistemas coloidales.
2) Clasifique a los sistemas coloidales según el método de preparación.
3) Explique a qué se debe que todos los soles preparados son coloridos.
4) Justifique la relación entre la dispersión de la luz con el tamaño de partícula.
5) Realice los siguientes gráficos: en el primero la penetración media en función del tiempo
(
y en el otro
, para el coloide de gelatina con azul de bromofenol.
6) Calcule el coeficiente de difusión en función de la penetración media para el coloide de
gelatina con azul de bromofenol.
7) Además de la medición del pH o la conductividad, que otras pruebas pueden hacerse
para que demuestre que se logró la diálisis.
45
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 7
PREPARACIÓN, DIFUSIÓN Y PURIFICACIÓN DE SISTEMAS DISPERSOS
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
Integrantes del equipo:
Semestre:
Carrera:
Grupo:
SISTEMA COLOIDAL
OBSERVACIONES
YODURO DE PLATA
SOL DE FIERRO III
BENCENO
AZUFRE
Tubo 1
GELATINA
Tiempo
Tubo 2
Avance
DIALISIS
46
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 8
PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE SISTEMAS DISPERSOS.
INTRODUCCIÓN.
La mayoría de las sustancias adquieren carga eléctrica superficial cuando se ponen en
contacto con un medio polar, como por ejemplo, el agua. Es posible también adquirir una carga
neta (superficial) por una adsorción desigual de iones opuestos. La adsorción iónica puede ser
positiva o negativa. Las superficies en contacto con medio acuosos se cargan con mayor
frecuencia de modo negativo que del positivo. Otro camino por el cual se puede adquirir carga
superficial es por la disolución de iones. Las sustancias iónicas pueden adquirir una carga
superficial en virtud de una disolución desigual de los iones de signo contrario que las
constituyen. Generalmente la doble capa eléctrica se considera constituida por dos regiones:
una interior que puede incluir iones adsorbidos y una región difusa en la que los iones se
distribuyen según influencia de las fuerzas eléctricas y de movimientos térmicos al azar.
Modelo de doble capa compacta.
Considera la existencia de una doble capa de cargas, unas localizadas en el lado de la
superficie cargada y otras del lado de la solución, comportándose el conjunto como un
condensador de placas paralelas. La capacidad de la doble capa debe ser constante y
dependerá únicamente de la superficie y de la separación entre las dos capas, de modo que el
potencial variará linealmente con la distancia a la superficie cargada y el gradiente estará dado
por la densidad de carga superficial. El modelo de Helmholtz supone un modelo rígido y no
considera efectos de agitación térmica y consecuentemente no considera la distribución de
iones que esta agitación puede traer.
Modelo de doble capa difusa.
Este modelo fue propuesto por Gouy-Chapman y fue el primer tratamiento cuantitativo
de doble capa difusa. El modelo está basado sobre las siguientes consideraciones:
1) La superficie es plana, de extensión infinita y cargada uniformemente.
2) Los iones de la parte difusa de la doble capa son cargas puntuales distribuidas de
acuerdo con la distribución de Boltzman.
3) El disolvente influye en la doble capa a través de su constante dieléctrica, la cual se
considera constante (igual) en toda la parte difusa.
4) La existencia de un único electrolito simétrico y con carga Z.
47
OBJETIVOS:
•
Estudiar el fenómeno de Adsorción asociado a los sistemas coloidales a través de
•
los diferentes modelos de Doble Capa Eléctrica.
•
disperso, por medio de la adición de un electrolito y la manera en que lo afecta.
Comprobar experimentalmente la modificación del potencial zeta de un sistema
•
Conocer las maneras de estabilizar y desestabilizar un sistema coloidal.
•
solución.
•
Demostrar experimentalmente que los sistemas coloidales presentan carga en
Comprender la importancia del Potencial Zeta o Potencial Electrocinético.
Analizar las reglas de Shulze-Hardy y la relación que tienen con la estabilidad de los
Sistemas Coloidales, así como el concepto de Coloide Protector.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO:
1. Describa un Sistemas Dispersos o Sistemas Coloidales.
2. Describa los Modelos de Doble Capa Compacta y Doble Capa Difusa.
3. Mencione la importancia del Potencial Z o Potencial Electrocinético.
4. Enuncie las Reglas de Shulze-Hardy.
5. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento.
6. Diagrama de flujo del experimento.
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES:
MATERIAL
REACTIVOS
Por equipo:
Por grupo:
10 Tubos de ensayo largos
2 huevos para la solución acuosa de
Albumina, que los alumnos deberán traer
50 mL de Sol. acuosas Cu (NO3)2
1 Gradilla
1M, 0.1 M, 0.01 M, 0.001 M, 0.0001 M.
2 Pipetas graduadas de 1 mL
50 mL de Solución de Grenetina 3%
1 Propipeta 20 mL
Agua destilada
1 Piseta
48
Por grupo:
1 Embudo grande de cola corta
2 Vasos de precipitado de 1L
5 Pipetas graduadas de 10 mL
1 Espátula
1 Vidrio de reloj
Algodón y gasa que deberán traer
los alumnos
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
1.- Romper 2 huevos, extraer la clara y verter en un vaso de precipitado de 1L perfectamente
lavado y enjuagado con agua destilada. Tenga cuidado de no reventar la yema.
2.- Agregar la cantidad suficiente de agua hasta completar aproximadamente 850 mL de
solución de Albúmina.
3.- Filtrar a través de un embudo (perfectamente lavado y enjuagado con agua destilada) con
ayuda de un algodón y gasa colocándolos en el fondo del embudo.
4.- Recibir la solución filtrada en un vaso de precipitado de 1 L.
5.- Rotular los 10 tubos de ensayo y a los primeros 5 agregar 10 mL de la solución de albúmina
a cada uno.
6.- Posteriormente agregar 1 mL de nitrato cúprico:
Tubo de
ensayo
Concentración de
Cu(NO3)2
1
1.0 M
2
0.1 M
3
0.01 M
4
0.001 M
5
0.0001 M
7.- A otros 5 tubos de ensayo agregar primero 1mL de la solución de grenetina al 3%,
posteriormente 10 mL de albúmina y luego 1mL de cada concentración del electrolito.
8.- Homogenizar cada tubo de ensayo y anotar observaciones
49
NOTA:
Si por alguna razón se utiliza mayor o menor número de huevos y/o se varía la dilución de la
Albúmina de acuerdo con lo planteado, deberá hacerse una dilución mayor o menor de
grenetina.
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE DISPOSICIÓN DE RESIDUOS:
Depositar el frasco de residuos asignado para su posterior confinamiento.
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES:
TUBO
[ Cu (NO3)2 ]
1
1M
2
10-1M
3
10-2M
4
10-3M
5
10-4M
OBSERVACIONES ANTES DE
HOMOGENIZAR (interfase)
OBSERVACIONES DESPUÉS
DE HOMOGENIZAR
Sistemas que agregó previamente grenetina.
TUBO
[ Cu (NO3)2 ]
6
1M
7
10-1M
8
10-2M
9
10-3M
10
10-4M
OBSERVACIONES ANTES DE
HOMOGENIZAR
50
OBSERVACIONES DESPUÉS
DE HOMOGENIZAR
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE:
Para la elaboración del reporte, se seguirá la estructura siguiente:
1) Anote todas las observaciones que considere necesarias para cada sistema después de
haber adicionado el electrolito a diferentes concentraciones a la solución de albúmina. Y
después para cada sistema cuando se ha adicionado la grenetina.
2) Investigue que carga presenta la albúmina y explique ¿Por qué flocula la Albúmina a la
adición del electrolito a diferentes concentraciones?
3) Investigue ¿Porque la solución de Albúmina no flocula en presencia de la solución de
gelatina?
4) Investigue lo que es Coloide Protector y escribe algunos ejemplos de ellos.
5) Tome en cuenta las diferencias entre Coloides Hidrofìlicos e Hidrofóbicos y considérelo en su
reporte.
6) Investigue los parámetros que determinan la Estabilidad de los sistemas dispersos y
anótelos.
7) Investigue y relacione la importancia del Potencial Electrocinético o Potencial Z y explique
cómo varía el potencial Z con la temperatura y con el aumento de la concentración de
electrolito, el cual es de signo opuesto al del coloide.
8) Investigue dos métodos o técnicas experimentales diferentes a las que se utilizó en
laboratorio, para determinar las propiedades electrocinéticas de los sistemas dispersos.
9) Escriba las reglas de Shulze-Hardy.
10) Escriba algunas aplicaciones de las propiedades eléctricas de los sistemas coloidales.
11) Concluya.
51
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 8
PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE SISTEMAS DISPERSOS.
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR.
Integrantes del equipo:
Semestre:
TUBO
1
Carrera:
[ Cu (NO3)2 ]
1M
2
10-1M
3
10-2M
4
10-3M
5
10-4M
Grupo:
OBSERVACIONES ANTES DE
HOMOGENIZAR (interfase)
OBSERVACIONES DESPUÉS
DE HOMOGENIZAR
Sistemas que agregó previamente grenetina.
TUBO
[ Cu (NO3)2 ]
6
1M
7
10-1M
8
10-2M
9
10-3M
10
10-4M
OBSERVACIONES ANTES DE
HOMOGENIZAR
52
OBSERVACIONES DESPUÉS
DE HOMOGENIZAR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 9
DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DEPENDENCIA CON LA TEMPERATURA.
INTRODUCCIÓN:
La viscosidad es una propiedad de los fluidos y es la oposición de un fluido a las deformaciones
tangenciales. Cuando un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. Un fluido es de
alta viscosidad cuando la resistencia a fluir es grande.
La viscosidad se advierte con el rozamiento que se registra entre las sucesivas capas de un
fluido. Al arrastrar la superficie de un fluido, las capas inferiores se movilizan de manera más
lenta que la superficie ya que son afectadas por la resistencia tangencial. La viscosidad, por lo
tanto, se manifiesta en los fluidos en movimiento (donde las fuerzas tangenciales entran en
acción). La viscosidad de los fluidos se mide a través del coeficiente de viscosidad, un
parámetro que depende de la temperatura. La mayoría de los materiales disminuyen su
viscosidad con la temperatura; la dependencia es exponencial y puede haber variaciones de
hasta un 10% por cada grado ºC modificado.
OBJETIVOS:
•
•
Comprender el concepto de viscosidad y las variables de las que depende.
•
Determinar experimentalmente la dependencia de la viscosidad con la temperatura.
•
Utilizar y comprender el manejo del viscosímetro de Brookfield.
•
Determinar las constantes de la ecuación de Andrade.
Predecir valores de viscosidad a diferentes temperaturas.
53
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO:
1. ¿Qué es la viscosidad y en que unidades se expresa? Explique.
2. De qué variables depende la viscosidad y explique cada una de ellas anotando la
ecuación que describe su comportamiento.
3. ¿Cuántos tipos de viscosidad hay? Describa brevemente cada uno de ellos. Escriba su
ecuación correspondiente.
4. Escriba los tipos de viscosímetros que existen y describa ampliamente el que utilizará
en el laboratorio.
5. ¿Por qué es necesario utilizar un factor de corrección (Factor Finder) para calcular la
viscosidad?
6. ¿Qué es un líquido Newtoniano y no Newtoniano? ¿Cómo distinguiría uno de otro?
7. ¿Qué es la reología?
8. Propiedades toxicológicas de los reactivos del experimento.
9. Diagrama de flujo del experimento.
EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES:
MATERIAL
REACTIVOS
Por equipo:
1 Viscosímetro Brookfield Modelo RVT
250 mL de Néctar de durazno
1 Vaso de precipitado de 1 L
250 mL de Shampoo
3 Vasos de precipitado de 250 mL
250 mL de Aceite mineral
1 Parrilla con agitación magnética
250 mL de Melox (suspensión)
1 Piseta
Alcohol etílico
1 Agitador magnético
Agua destilada
1 Manguera de hule látex mediana
54
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
1.- Lavar perfectamente el material de vidrio y secar el agua remanente.
2.- Enjuagar los husos del viscosímetro con la solución de etanol/agua al 15 %.
3.- Introducir dentro del vaso de precipitado de medio litro, la solución a la que se determinará la
viscosidad (shampoo, néctar o Melox), asegurarse que el volumen de la solución rebase, al
menos, un tercio de la longitud del huso.
Para el viscosímetro Brookfield manual se tiene que:
4.- Ajustar el tripie del viscosímetro. Para ello mover o ajustar los tornillos de cada una de las
patas del tripie, hasta que la burbuja de aire del nivelador quede dentro del círculo negro.
5.- Atornillar el huso #1 a la flecha central del cabezal del viscosímetro, ubicada en la parte
inferior de éste. (Observar que la cuerda de la flecha es izquierda).
6.- Antes de realizar la primera determinación de viscosidad, (de acuerdo a las indicaciones de
su asesor), asegurar que el fluido dentro del vaso de precipitado se encuentre en equilibrio
térmico con el baño exterior de temperatura constante.
7.- Seleccionar la menor velocidad del viscosímetro, utilizando la perilla en forma de dado.
Encender el aparato y simultáneamente subir y soltar el interruptor de lectura, ubicado en la
parte posterior-superior del cabezal.
8.- Esperar a que la aguja del dial (en color rojo) de 3 vueltas mínimo para homogenizar su
resistencia al fluir. Sí la aguja del dial del viscosímetro queda fuera del intervalo de lectura,
pruebe con el huso # 2 y así sucesivamente.
9.- Sí el viscosímetro no registra lectura nuevamente, aumentar la velocidad probando con el
huso # 1, luego con el huso # 2, # 3 y así sucesivamente hasta que se registre lectura.
10.- Determinar las lecturas del fluido a las Temperaturas 20, 30, 40, 50 y 60°C , y calcular,
mediante el Factor Fínder (F), su valor de viscosidad de acuerdo al modelo del viscosímetro,
velocidad y # de huso. (Consulte con su asesor).
55
Tabla para calculo Factor Fínder (F) por el que hay que multiplicar las medidas de r.p.m.
obtenidas de acuerdo al huso y velocidad empleadas.
RV
RV
RV
RV
RV
RV
RV
Huso 1
Huso 2
Huso 3
Huso 4
Huso 5
Huso 6
Huso 7
V
F
V
F
V
F
V
F
V
F
V
F
V
F
0.5
200
0.5
800
0.5
2M
0.5
4M
0.5
8M
0.5
20M
0.5
80M
1
100
1
400
1
1M
1
2M
1
4M
1
10M
1
40M
2
50
2
200
2
500
2
1M
2
2M
2
5M
2
20M
2.5
40
2.5
160
2.5
400
2.5
800
2.5
1.6M
2.5
4M
2.5
16M
4
25
4
100
4
250
4
500
4
1M
4
2.5M
4
10M
5
20
5
80
5
200
5
400
5
800
5
2M
5
8M
10
10
10
40
10
100
10
200
10
400
10
1M
10
4M
20
5
20
20
20
50
20
100
20
200
20
500
20
2M
50
2
50
8
50
20
50
40
50
800
50
200
50
800
100
1
100
4
100
10
100
20
100
400
100
100
100
400
Observaciones:
•
La selección de huso se hace de acuerdo a dos criterios fundamentales: el primero es
que la medición de la viscosidad de disoluciones poco viscosas se hará con husos de
gran área de contacto y las disoluciones muy viscosas con husos de menor área de
contacto. El segundo criterio establece que la velocidad a que gire el huso será mayor
en disoluciones con alta viscosidad y menor en los casos de baja viscosidad.
56
ORIENTACIONES PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS:
Los reactivos utilizados en el experimento se pueden colocar en los frascos originales si no se
contaminaron, ya que pueden reutilizarse en semestres posteriores.
TABLAS DE RESULTADOS EXPERIMENTALES:
1.- Llene la siguiente tabla con los resultados experimentales.
Muestra
T = 20 ºC
T = 30 ºC
Néctar
Shampoo
Aceite Mineral
Melox
57
T = 40 ºC
T=50 ºC
T = 60 ºC
INSTRUCCIONES PARA LA REALIZACION DEL REPORTE:
1) Anote los valores de viscosidad asociados a cada valor de temperatura y elabore su
grafica correspondiente. Explique dicho comportamiento.
2) A partir de la ecuación en su forma lineal, proponga la ecuación empírica.
3) Determine la energía de activación y el factor pre-exponencial. ¿Cuál es su significado
físico? Explique.
4) ¿Por qué los líquidos puros presentan diferente valor de energía de activación?
5) ¿Existe alguna relación entre el calor latente de vaporización y la energía de activación?
6) Determine el valor de la viscosidad a 30°C.
7) Calcule el por ciento de error. ¿Qué tan válida es su ecuación empírica?
8) Explique las causas del error anterior.
9) Investigue otras ecuaciones sobre la dependencia de la viscosidad con la temperatura.
¿En qué aspectos corrigen a la ecuación que usted utilizó?
10) Investigue al menos 3 aplicaciones en la industria del efecto de la temperatura sobre la
viscosidad, indicando en cada caso, el método experimental utilizado para su
determinación e indicando su bibliografía.
58
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 9
DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DEPENDENCIA CON LA TEMPERATURA
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR.
Integrantes de equipo:
Semestre:
Muestra
Carrera:
T = 20 ºC
Grupo:
T = 30 ºC
Néctar
Shampoo
Aceite Mineral
Melox
59
T = 40 ºC
T=50 ºC
T = 60 ºC
BIBLIOGRAFIA:
1
Adamson, Arthur. Physical Chemistry of Surfaces. 5th ed. Ed. John Wiley & Sons.
New York. 1990
2
Berg, J.C. An Introduction to Surfaces and Colloids. A Bridge to Nanoscience. Ed.
World Scientific. USA. 2009
3
Binks, B. ; Horozov, T. S. Colloidal Particles at Liquid Interfaces. Ed. Cambridge
University Press. USA. 2006
4
Birdi, K. S. Handbook of Surface and Colloid Chemistry. 3rd ed. Ed. CRC Press. New
York. 2009
5
Butt, Hans J. Physics and Chemistry of Interfaces. 2nd ed. Ed. Wiley-VCH. USA. 2006
6
Friedli, Floyd R. Detergency of Specialty Surfactants. Ed. Marcel Dekker Inc. New
York. 2001
7
Goodwin, J.W. Colloids and Interfaces with Surfactants and Polymers: An
Introduction. Ed. Jonh Wiley & Sons. USA. 2004
8
Hiemenz, P. C. ; Rajagolapan, R. Principles of Colloid and Surface Chemistry. ·3rd
ed. Ed. Marcel Dekker. New York. 1997
9
Holmberg, Krister. Novel Surfactants: Preparation, applications and biodegradability.
Ed. Marcel Dekker. New York. 2003
10 Hunter, R. J. Introduction to Modern Colloid Science. Ed. Oxford university Press.
1993
11 Israelachvili, J. Intermolecular and Surface Forces. 3th ed. Ed. Academic Press.USA.
2003
12 Jirgensons, B.; Straumanis, M. E. Compendio de Química Coloidal. Ed. CECSA.
México. 1965
13 Pashley, R.; Karaman, M.E.; Applied Colloid and Surface Chemistry. Ed. Wiley. USA,
2010.
14 Rosen, M.J. Surfactants and Interfacial Phenomena. 2nd ed. Ed. Wiley-Interscience,
USA. 1989
15 Shaw, J. Duncan. Introducción a la Química de Superficies y Coloides. Ed.
Alhambra. Madrid. 1977
16 Shaw, J. Duncan. Introduction to Colloid and Surface Chemistry. 4th ed. Ed.
Butterworth-Heinemann. Oxford. 2000
60
17 Tadros, T. F. Colloids and Interface Science Series. Vol. 1: Colloid Stability. Ed.
Wiley-VCH. Germany. 2007
18 Toral, Ma. Teresa. Fisicoquímica de Superficies y Coloides. Ed. Urmo. España. 1973
61