Universidad Tecnológica de Panamá Sede Regional de Coclé
Facultad de Ingeniería Civil Lic. Ing. Civil
Laboratorio N° 8 (9)
Propiedades de los Líquidos
Integrantes Jonathan Chirú 8-927-677 Lewis Novoa 20-14-2878 Profesora Vilma Sáenz Grupo 6IC111 Fecha 5 de octubre de 2015
Introducción
En este trabajo de laboratorio vamos a ver las
diferentes propiedades de los líquidos y para ello
debemos entender que:
Un líquido está formado por moléculas que están
en
movimiento
constante y desordenado, y cada una
de ellas choca miles de millones de veces en un lapso
muy pequeño. Pero, las intensas fuerzas de atracción
entre cada molécula, o enlaces de
hidrogeno
llamados
dipolo-dipolo, eluden el movimiento libre, además de
producir una cercanía menor que en la que existe en
un
gas
entre sus moléculas.
Los líquidos presentan características que los colocan
entre
el estado
gaseoso completamente caótico y
desordenado, y por otra parte al
estado
sólido de un
líquido (congelado) se le llama ordenado.
Por lo tanto podemos mencionar los tres estados
del
agua
(liquido universal), sólido, gaseoso y líquido.
Fundamentos teóricos
El líquido es un estado de agregación de la materia en forma
de fluido altamente incompresible lo que significa que
su volumen es, bastante aproximado, en un rango grande
de presión. Es el único estado con un volumen definido, pero
no con forma fija. Un líquido está formado por pequeñas partículas vibrantes de la materia, como los átomos y las moléculas, unidas por enlaces intermoleculares. El agua es, con mucho, el líquido más común en la Tierra y el más abundante. Como un gas, un líquido es capaz de fluir y tomar la forma de un recipiente. A diferencia de un gas, un líquido no se dispersa para llenar cada espacio de un contenedor, y mantiene una densidad bastante constante. Una característica distintiva del estado líquido es la tensión
superficial, dando lugar a fenómenos humectantes.
Descripción de los líquidos
El estado líquido es un estado de agregación de la materia intermedio entre el estado sólido y el estado de gas.
Las moléculas de los líquidos no están tan próximas como las
de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases. Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían con el tiempo. Las distancias íntermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen. En algunos líquidos, las moléculas tienen una orientación preferente, lo
que hace que el líquido presente
propiedades anisótropas (propiedades, como el índice de
refracción, que varían según la dirección dentro del material).
Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se dilatan cuando se incrementa su temperatura y pierden volumen cuando se enfrían, aunque sometidos a compresión su volumen es muy poco variable a diferencia de lo que sucede con otros fluidos como los gases. Los objetos inmersos en algún líquido están sujetos a un fenómeno conocido como flotabilidad.
Su forma es esférica si sobre él no actúa ninguna fuerza externa. Por ejemplo, una gota de agua en caída libre toma la forma esférica.
Como fluido sujeto a la fuerza de la gravedad, la forma de un líquido queda definida por su contenedor. En un líquido en reposo sujeto a la gravedad en cualquier punto de su seno existe una presión de igual magnitud hacia todos los lados, tal como establece el principio de Pascal. Si un líquido se encuentra en reposo, la presión hidrostática en cualquier punto del mismo viene dada por:
Donde es la densidad del líquido, es la gravedad (9,8 m/s) y es la distancia del punto considerado a la superficie libre del líquido en reposo. En un fluido en movimiento la presión no necesariamente es isótropa, porque a la presión hidrostática se suma la presión hidrodinámica que depende de la velocidad del fluido en cada punto.
Cambios de estado
Un diagrama de cambio de fase típico: la línea punteada muestra el comportamiento anómalo del agua. Las líneas verdes muestran como el punto de congelación puede variar con la presión, y la línea azul muestra el punto de
ebullición puede variar con la presión. La línea roja muestra la
frontera de condiciones de presión y temperatura en la que puede ocurrir la sublimación o deposición sólida.
En condiciones apropiadas de temperatura y presión, la mayoría de las sustancias pueden existir en estado líquido. Cuando un líquido sobrepasa su punto de ebullición cambia su estado a gaseoso, y cuando alcanza su punto de
congelación cambia a sólido. Aunque a presión atmosférica,
sin embargo, algunos sólidos se subliman al calentarse; es decir, pasan directamente del estado sólido al estado gaseoso (véase evaporación). La densidad de los líquidos suele ser algo menor que la densidad de la misma sustancia en estado sólido. Algunas sustancias, como el agua, son más densas en estado líquido.
Por medio de la destilación fraccionada, los líquidos pueden separarse de entre sí al evaporarse cada uno al alcanzar sus respectivos puntos de ebullición. La cohesión entre
las moléculas de un líquido no es lo suficientemente fuerte por lo que las moléculas superficiales se pueden evaporar. Propiedades de los líquidos
Viscosidad
Los líquidos se caracterizan porque las fuerzas internas del mismo no dependen de la deformación total, aunque usualmente sí dependen de la velocidad de deformación, esto es lo que diferencia a los sólidos deformables de los líquidos. Los fluidos reales se caracterizan por poseer una resistencia a fluir llamada viscosidad (que también está presente en
los sólidos viscoelásticos). Eso significa que en la práctica
para mantener la velocidad en un líquido es necesario aplicar una fuerza o presión, y si dicha fuerza cesa el movimiento del fluido cesa eventualmente tras un tiempo finito.
La viscosidad de un líquido crece al aumentar su masa
molar y disminuye al crecer la temperatura. La viscosidad
también está relacionada con la complejidad de las moléculas que constituyen el líquido: es baja en los gases inertes licuados y alta en los aceites pesados. Es una propiedad característica de todo fluido (líquidos o gases).
La viscosidad es una medida de la resistencia al desplazamiento de un fluido cuando existe una diferencia de presión. Cuando un líquido o un gas fluyen se supone la existencia de una capa estacionaria, de líquido o gas, adherida sobre la superficie del material a través del cual se presenta el flujo. La segunda capa roza con la adherida superficialmente y ésta segunda con una tercera y así sucesivamente. Este roce entre las capas sucesivas es el responsable de la oposición al flujo, o sea, el responsable de la viscosidad.
La viscosidad se mide en poises, siendo un poise la viscosidad de un líquido en el que para deslizar una capa de
un centímetro cuadrado de área a la velocidad de
1 cm/s respecto a otra estacionaria situado a 1 cm de distancia fuese necesaria la fuerza de una dina.
La viscosidad suele decrecer en los líquidos al aumentar
la temperatura, aunque algunos pocos líquidos presentan un
aumento de viscosidad cuando se calientan. Para los gases la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura.
La viscosidad de un líquido se determina por medio de
un viscosímetro entre los cuales el más utilizado es el de
Ostwald. Este se utiliza para determinar viscosidad relativa, es decir, que conociendo la viscosidad de un líquido patrón, generalmente agua, se obtiene la viscosidad del líquido problema a partir de la ecuación:
Fluidez
La fluidez es una característica de los líquidos o gases que les confiere la habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por más pequeño que sea, siempre que esté a un mismo o inferior nivel del recipiente en el que se encuentren (el líquido), a diferencia del restante estado de agregación conocido como sólido.
La fluidez se debe a que un fluido puede adquirir una deformación arbitrariamente grande sin necesidad de ejercer
una tensión mecánica, dado que en los líquidos la tensión
mecánica o presión en el seno del fluido depende esencialmente de la velocidad de la deformación no de la deformación en sí misma (a diferencia de los sólidos que tienen "memoria de forma" y experimentan tensiones tanto más grandes cuanto más se alejan de la forma original, es decir, en un sólido la tensión está relacionada primordialmente con el grado de deformación)
Presión de vapor
Presión de un vapor en equilibrio con su forma líquida, la llamada presión de vapor, solo depende de la temperatura; su valor a una temperatura dada es una propiedad característica de todos los líquidos.
También lo son el punto de ebullición, el punto de
solidificación y el calor de vaporización (esencialmente, el
calor necesario para transformar en vapor una determinada cantidad de líquido).
En ciertas condiciones, un líquido puede calentarse por encima de su punto de ebullición; los líquidos en ese estado se denominan supercalentados. También es posible enfriar un líquido por debajo de su punto de congelación y entonces se denomina líquido superenfriado.
Otras propiedades
Los líquidos no tienen forma fija pero sí volumen. Tienen variabilidad de forma y características muy particulares que son:
1. Cohesión: fuerza de atracción entre moléculas iguales
2. Adhesión: fuerza de atracción entre moléculas diferentes.
3. Tensión superficial: fuerza que se manifiesta en
la superficie de un líquido, por medio de la cual la capa
exterior del líquido tiende a contener el volumen de este dentro de una mínima superficie.
4. Capilaridad: facilidad que tienen los líquidos para subir
por tubos de diámetros pequeñísimos (capilares) donde
la fuerza de cohesión es superada por la fuerza de adhesión.
Objetivos
1. Identificar algunas características y propiedades
del estado líquido y su dependencia con las
Síntesis del informe
El laboratorio realizado Propiedades de los Líquidos trata de conocer la diferencia entre sólidos, gases y especialmente líquidos; que es el estado de la materia en el cual estaremos trabajando aquí.
Los materiales que utilizamos en este laboratorio los presentamos más adelante.
Este trabajo de laboratorio consto de siete partes en cuales eran: fuerzas intermoleculares, fusión de líquidos, efecto de la presión sobre el punto de ebullición, tensión superficial,
capacidad humectante (fuerzas de adhesión y cohesión), viscosidad y compresibilidad, cada uno de estas partes del
trabajo tenían una serie de pasos que seguimos como lo decía la guía y también siguiendo las instrucciones de la profesora. Como todos los laboratorios, antes de iniciar los pasos ya mencionados tenemos que lavar los instrumentos que utilizaremos para así no contaminar las muestras y tener mejores resultados y de la misma forma terminamos el
laboratorio lavando los instrumentos para dejarlos limpios y secos para los demás compañeros.
Materiales
Vidrio reloj Aguja de coser
Tubos de ensayo 16 x 150 mm cronómetros Cilindro graduado de 100 y 250 mL Gotero
Vaso químico de 250 mL Capsulas de porcelana
Jeringuilla plástica de 25 mL Tapón de caucho Pipetas serológicas de 5 mL
Reactivos
Mercurio metálico Agua
Etanol Gas butano
Acetona Aceite de motor
Aceite de cocina Glicerina
Propiedades de los
Líquidos
I PARTE.
Fuerzas
Intermoleculare
s
utilizando el
concepto de
fuerzas de
atracion,
pronosicamos cual
compuesto se
evapora primero
II PARTE
Difusíon de
Líquidos
Rotulamos 5 tubos
de ensayos
Agregamos: agua,
etanol, aceite de
cocina. Tal como
nos indica la guia
III PARTE
Efecto de la
Presión sobre
el punto de
ebullición
50 mL en un vaso
quimico y calenta a
hasta tener 80°C
Con una jeringa
sussionar 20 mL
del agua calentada
Eliminar cualquier
burbuja de la
jeringa y enterrar
la aguja en u tapon
de caucho
Halar el embolo
con fuerza.
Esquema del procedimiento
(Para poder observar mejor los esquemas
realizar el zoom)
Propiedades de los Líquidos
IV PARTE
Tensión superficial
Llenar con agua una capsula de
porcelana
Introducir una aguja
Llenar con etanol una capsula de porcelana Introducir una aguja V PARTE Capaciad humectante (fuerza de adhesión y cohesión)
colocar una gota de mercurio en un
vidrio reloj
colocar una gota de agua en un vodrio reloj VII PARTE Viscocidad Con un cronometro medimos el tiempo de salida de una pipeta Agua, glicerina, alcohol, etilico y aceite de motor VII PARTE Compresibilidad
Tome una jeringa de 25 mL Llenela de agua y presione el embolo tratando de comprimir Llenela de gas y presione el embolo tratando de comprimir
Procedimiento
I PARTE. FUERZAS INTERMOLECULARES
1. Utilizando el concepto de fuerzas de atracción intermoleculares, pronostique por cada uno de los siguientes casos cual sustancia se evapora primero. Luego verifique sus predicciones colocando cinco gotas de cada uno en un vidrio reloj y observe cual se evapora primero.
II PARTE. DIFUSIÓN DE LÍQUIDOS
1. Rotule cinco tubos de ensayos de 16 x 150 mm 2. Al tubo N° 1añadale 5 mL de agua
3. Al N° 2 agréguele 5 mL etanol
4. Al N° 3 agréguele 5 mL de aceite de cocina
5. Al N° 4 agréguele 5 mL de agua, 5mL de aceite de cocina y 5 mL de etanol.
6. Al N° 5 agréguele 5 mL de agua, 5 mL de etanol y 5mL de aceite de cocina.
7. Añádale a cada tubo dos gotas de colorante azul. Observe el proceso de difusión en cada tubo y anote sus observaciones.
III PARTE. EFECTO DE LA PRESIÓN SOBRE EL PUNTO DE EBULLICIÓN
1. Mida 50 mL de agua en un cilindro graduado. Colóquelo dentro del vaso químico de 100 mL. Caliente el agua hasta alcanzar 80°C.
2. Tome una jeringuilla plástica. Succione cerca de 20 mL de agua caliente.
3. Invierta la jeringuilla y elimine cualquier burbuja de aire, colóquele la aguja y entiérrela en un tapón de caucho. 4. Invierta nuevamente la jeringuilla y hale el embolo hacia
arriba con fuerza. ¿Qué observa? Anote sus observaciones.
IV PARTE. TENSIÓN SUPERFICIAL
1. Llene con agua una capsula de porcelana hasta ¾ de su capacidad.
2. Tome una aguja de coser limpia. Colóquela con cuidado sobre la superficie del agua. Observe si flota o se hunde. 3. Repita el procedimiento descrito con etanol en lugar de
agua. Vierta el etanol en el frasco de recuperación. 4. Anote sus observaciones y cometarios.
V PARTE. CAPACIDAD HUMECTANTE (FUERZAS DE ADHESIÓN Y COHESIÓN)
1. Coloque con la ayuda de un gotero una gota de mercurio metálico sobre un vidrio reloj. Observe que ocurre con el mercurio cuando se pone en contacto con la superficie del vidrio reloj. Anote sus observaciones.
2. Repita el procedimiento descrito con agua en lugar de mercurio. ¿Qué ocurre?
3. Anote sus observaciones y comentarios. VI PARTE. VISCOCIDAD
1. Con la ayuda de un cronometro mida el tiempo de salida a través de su respectiva pipeta los siguientes líquidos: agua, glicerina, alcohol etílico y aceite de motor.
2. Ordene los líquidos en forma creciente a su viscosidad. VII PARTE. COMPRESIBILIDAD
1. Tome una jeringa de 25 mL y llénela de agua. Presione el embolo tratando de comprimir el volumen acuoso. ¿Qué observa? Anote sus observaciones.
2. Repita el procedimiento descrito pero con gas butano en lugar de agua. ¿Qué observa? Anote sus observaciones. 3. Compare sus resultados.
Resultados
I Parte. Fuerzas Intermoleculares.
a) C2H5OH (Etanol) vs C3H6O (Acetona)
H H H O H H – C – C – OH H – C – C – C – H H H H H
En este paso la sustancia que se evaporo primero fue la acetona
b) C4H10O (1-Butanol) vs C4H10O (Éter etílico)
H H H H H H H H H – C – C – C – C – OH H – C – C – O – C – C – H H H H H H H H H
La sustancia que se evaporo primero fue el éter etílico
II Parte. Difusión de los Líquidos
Los líquidos utilizados aquí fueron el agua, etanol y
aceite cocina, el proceso del
colorante
azul no la pudimos hacer ya
que
nosotros no llevamos el
colorante
azul.
En el tubo de ensayo donde
mezclábamos el aceite de
cocina, el
agua y el etanol; el aceite siempre quedo en el centro
del agua que se colocaba arriba y el etanol abajo.
Bueno y también observamos que se formó en la
parte superior del tubo de ensayo donde se
encontraba el etanol un precipitado.
III Parte. Efecto de la presión sobre el
punto de ebullición
Nosotros utilizamos una jeringuilla de 10 mL pero los resultados fueron los mismos, en donde, al alar el embolo hacia arriba se produjeron una serie de burbujas y al dejar de halar el embolo se volvía al inicio o sea normal. Esto debido a que hacíamos espacios en donde se formaban moléculas de oxígeno y por eso las burbujas.
Esta parte constaba de dos partes la primera era con agua, en donde al colocar la guaja sobre el agua esta floto.
La segunda era con etanol pero en este paso el agua que colocamos sobre la sustancia no floto.
V Parte. Capacidad Humectante (fuerzas de
adhesión y cohesión)
Los resultados obtenidos fueron:
La gota de mercurio en el vidrio reloj se movió con gran facilidad sobre esta superficie esto debido a que se repelen entre ellos.
La gota de agua en el vidrio reloj fue todo lo contario al mercurio, el agua tuvo menos movilidad esto debido a que ellos si se atraen.
VI Parte. Viscosidad
Los líquidos según el tiempo que demoraron en salir en su totalidad de la pipeta están
ordenados de manera creciente.
Tomamos como referencia para todos los líquidos un volumen de 5 mL.
1. Agua = 0:7 s 2. Alcohol = 0:8 s 3. Glicerina = 0:36s
4. Aceite de motor = 3:47 s
VII Parte. Compresibilidad
Los resultados obtenidos para cuando la jeringuilla estaba llena de agua fue que solamente se podía expandir pero no comprimir esto debido a que las moléculas del agua se unieron y se formó más sólido y esto hacía difícil seguir comprimiendo.
En el caso del gas butano si fue más fácil comprimirlo porque un gas tiene moléculas más dispersas y también porque toma la forma y el volumen del recipiente que la contiene y así de
esa forma mientras más presión ejercíamos sobre el gas se comprimía.
Comentarios
Durante el laboratorio usamos nuestra lógica para
deducir los resultados de un experimento. Como fue la
de deducir los puntos de ebullición de los líquidos.
Aprendimos que las densidades, la presión, la
temperatura están directamente relacionadas. Y que
la gravedad se encarga de organizar las cosas según
su densidad como vimos al agregar, agua, acetona y
aceite en un vaso químico.
Vimos que al aumentar la temperatura del agua las
burbujas de aire en el agua se expanden fácilmente y
por ellos al tirar de la jeringa parecía que salía aire de
la nada.
Y aprendimos que no siempre el más denso es el que
queda abajo como en el caso donde la aguja floto
sobre el agua. Esto ocurrió porque tensión superficial
del agua es más fuerte que el peso que ejerce la aguja
sobre el agua.
Cuestionario
1.Explique los siguientes tipos de fuerzas de
atracción intermoleculares: fuerzas
dipolo-dipolo, fuerzas de dispersión y enlace de
hidrogeno.
R/= fuerzas dipolo – dipolo: consiste en la atracción electroestática entre el extremo positivo de una molécula polar y el negativo de otra.
Fuerzas de dispersión: surge entre moléculas no polares en las que pueden aparecer dipolos instantáneos.
Enlace de hidrogeno: se forman cuando un átomo “donador”, dona el átomo de hidrogeno unido covalentemente al de un átomo electronegativo “aceptor”
2.Explique en término de fuerza de atracción la
diferencia en las velocidades de evaporación de
las sustancias comparadas en la I PARTE.
3.¿en cuál de los líquidos se difunde el colorante
más rápido? Explique.
4.Explique cuál es la relación que existe entre la
temperatura, la presión y ebullición.
R/= El punto de ebullición de un líquido es la
temperatura a la cual la presión de vapor iguala a la
presión atmosférica. Esa es la relación que guardan estos conceptos en la química.
5.¿Por qué las burbujas aparecieron cerca del
punto de ebullición del agua? ¿Qué relación
tiene este hecho con la presión?
R/= Porque el aire presente en el agua se expande por dilatación térmica; en realidad siempre hay burbujas, pero son muy pequeñas, al incrementarse la temperatura estas burbujas se expanden. La relación que tiene este hecho es que al calentarse, la presión del gas aumenta (aire).
6.¿Cómo explica usted la diferencia de
compresibilidad entre un gas y un líquido en
términos cinético molecular?
R/= En los gases las distancias entre las moléculas que la forman es muy grande en comparación con el volumen del mismo; por ello se pude comprimir en mayor proporción que en un líquido donde las moléculas están más unidas.
7.¿Cuáles son los factores que entran en juego
para el estudio de la tensión superficial? Cree
usted que la aguja flota porque es menos densa
que el agua.
R/= las fuerzas de cohesión: es la tracción entre moléculas que mantienen unidas las moléculas.
Adhesión: atracción mutua entre superficies de dos cuerpos puestos en contacto.
*No, creemos que flota porque el peso de la aguja al ser tan pequeño y estar distribuido de esa forma no es suficiente para romper la tensión superficial del agua.
8.Explique cuando se forma un menisco cóncavo
y cuando un convexo.
R/= Cóncavo: las moléculas de un líquido y las del recipiente se atraen como el agua y el vidrio reloj.
Convexo: cuando las moléculas del líquido y las del recipiente se repelen como lo es el caso del mercurio y el vidrio reloj.
9.¿Cómo incide el material del cual está formada
la pipeta como variable sobre la viscosidad de
los líquidos?
R/= Los factores que influye en la viscosidad son la temperatura, el peso molecular y la estructura molecular; por lo tanto el material de la pipeta no influye en nada.
