Unidades 2 y 3 PROBLEMAS DE SUPERFICIES. 1. Un capilar de

Unidades 2 y 3
PROBLEMAS DE SUPERFICIES.
Un capilar de 0.1 cm de diámetro, se introduce en agua (θ = 10o) y después en
mercurio ((θ = 170o). Calcule el nivel al que asciende ambos.
2.
En un tensiómetro Du Nouy se midió la fuerza necesaria para separar el anillo de
la superficie de un líquido, si el diámetro del anillo es 1 cm y la fuerza es de 677
dinas, calcule la tensión superficial del líquido.
3.
La tensión superficial del líquido A es 35.7 din/cm, este líquido ascendió en un
tubo capilar hasta una altura de 2.3 cm, si su densidad es 0.8074 g/cm3 ¿cuál es el
radio del capilar? Se prepararon dos soluciones del soluto X en dicho líquido, si
las soluciones se hacen ascender en el mismo capilar, diga cuál sería la altura
alcanzada por cada una si sus densidades son 0.8530 y 0.9003 g/cm3 y sus
tensiones superficiales relativas son: 1.0832 y 1.126 din/cm respectivamente.
4.
En un tensiómetro capilar se midió el ascenso del agua, siendo de 1 cm a 20oC (γ
= 72.75 din/cm y θ = 0o). En el mismo capilar y a la misma temperatura, se midió
la altura alcanzada por un líquido de tensión superficial desconocida cuyo θ = 20o,
dando una altura de 0.38 cm, calcule γ si su densidad es 0.790 g/cm3.
5.
Del brazo de una balanza cuelga una mica de longitud = 5 cm y anchura = 2 cm,
que se desprende de la superficie del agua (γ = 72.75 din/cm), anotándose un peso
de despegue de 1019.2 g. La misma mica presenta un peso de despegue de 305.9 g
cuando se desprende de la superficie de n-octano ¿cuál será la tensión sueprficial
de éste?
6.
Un anillo de platino de 1.5 cm de diámetro se coloca sobre una superficie acuosa
de NaCl, cuya tensión superficial se desea determinar. Se necesita una fuerza de
690 din para retirar el anillo de la superficie fin de que se rompa la película que
se adhiere a él. a) Calcule la tensión superficial, b9 calcule la fuerza que se
necesita para desprender el anillo de una superficie de agua pura (γ = 72.75
din/cm) y c) compare ambas fuerzas y haga los comentarios pertinentes.
7.
Calcule el trabajo que se realiza al crear una superficie a 20oC para una película de
a) agua y b) etanol en un bastidor si la barrera móvil tiene 5 cm de longitud y se
retira una distancia de 2 cm. γagua = 72.8 din/cm y γetanol = 22.3 din/cm.
8.
Un aceite mineral se disperso en glóbulos en una emulsión o/w, dando lugar a una
superficie total de 108 cm2. Si mediante la adición de un tensoactivo resulta que la
tensión interfacial es 5 erg/cm2 ¿cuál es la energía libre superficial total del
sistema en joules?
9.
La tensión sueprficial para mezlcas de metanol/agua está dada por:
γ = γo + aC + bC2 + dC3
donde: γo = tensión superficial del disolvente puro, a = -0.4, b = 0.3 d = 0.2 y C =
concentración en M. a) establezca la expresión matemática para el exceso de
concentración en la superficie (Γ) y b) calcule Γ para una solución acuosa de
metanol 0.4 M a 25oC.
10. Se han medido las siguientes γ a 25oC para disoluciones acuosas de dodecilsulfato
sódico:
1
2
3
4
5
6
7
8
C x 103 (mol/dm3) 0
72.7 67.9 62.3 56.7 52.5 48.8 45.6 42.8 40.5
γ (mN/m)
Calcule el exceso de superficie (Γ).
1.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
Las tensiones superficiales de la paratoluidina, determinadas a diferentes
concentraciones y a 25oC, se representaron gráficamente obteniéndose una
pendiente de - 32800 cm3 /s para una concentración de 5 x 10-3 g/cm3. Calcule el
exceso de concentración superficial (Γ) en mol/cm2 y en g/cm2 sabiendo que el
peso molecular de la paratoluidina es 107.15 g/mol.
A 19oC la variación de la tensión superficial respecto a la concentración, de
soluciones de ácido butírico en agua, se puede representar por la ecuación:
(dγ/dC) = - [(ab)/(1 + bC)]
donde a y b son constantes cuyos valores son: 13.1 y 19.62 respectivamente.
Calcule el exceso de concentración en la superficie para una concentración de
0.2M. Diga cuál será el valor límite para este exceso cuando la concentración C
tiende a ∞.
En la formulación de una emulsión, se requiere usar 5% en peso de una mezcla de
Span 80 BHL 4.3 a partes iguales con Tween 80 BHL 15. Determine el BHL de la
mezcla. Si el BHL óptimo para la emulsión es de 12, ¿cómo cambiaría la
formulación de la mezcla de tensoactivos? Exprese las cantidades de ambos
tensoactivos en % y en g.
En una formulación alimenticia se usa un 10% en peso de una mezcla de
tensoactivos cuyos BHL son 4.7 y 14.9. Diga los porcentajes de ambos en la
mezcla si el BHL óptimo es de 10. Exprese las cantidades de ambos tensoactivos
en % y en gr.
Se dispone de Span 60 con un BHL de 4.7 y de Tween 60 con un BHL de 14.9. Se
requiere preparar una mezcla con un BHL de 9.5 ¿Qué % se necesita de cada uno
de estos tensoactivos?
Se preparó un agente tensoactivo mezclando Tween 80 BHL 15 y Arlacel 80 BHL
4.3. La mezcla contiene 75% del primero, calcule el BHL de la mezcla obtenida.
Por el método inglés se preparó una emulsión usando al siguiente formulación:
ingrediente
cantidad
petrolato líquido
25 g
agente tensoactivo
5%
a) Span 80 BHL 4.3
?
b) Tween 80 BHL 15
?
H2O destilada cbp
100 mL
Sabiendo que el petrolato requiere de un BHL de 12, calcule la cantidad de ambos
tensoactivos en la mezcla en % y en gramos.
Se requiere un BHL de 6 para preparar una emulsión w/o, se tiene una mezcla de
tensoactivos en una proporción del 25.6 % al 74.8 %, el BHL de la mezcla es el
requerido para la emulsión. Si el BHL del primer tensoactivo (al 25.6%) es 4.3,
¿cuál será el del segundo tensoactivo).
La tensión superficial de un líquido orgánico es de 25 erg/cm2, la del agua 72.8
erg/cm2 y la interfacial es de 130 erg/cm2 a 20oC. Calcule los trabajos de cohesión
y de adhesión y los coeficientes de extensión de ambos líquidos y diga si hay
extensión o no.
A 20oC las tensiones superficiales del agua y del mercurio son 72.8 y 483 din/cm
respectivamente y la de la interfase 375 din/cm. Calcule los trabajos de cohesión,
el de adhesión y los coeficientes de extensión del agua sobre mercurio y
viceversa.
El coeficiente de extensión de un líquido A sobre un líquido B es de -44.8 din/cm,
mientras que el coeficiente de extensión de B sobre C es de -27.2 din/cm. Calcule
las tensiones superficiales de A y B, sabiendo que las tensiones interfaciales γA/B
γB/C son 12.7 36 din/cm respectivamente, γC es 50 din/cm.
22. ¿Cuál será el Wc de un líquido orgánico, si su γ = 25 erg7cm2, la γagua = 72.8
erg/cm2 y la γo/w = 30 erg/cm2? Calcule S para el líquido orgánico sobre agua y
diga si hay extensión.
23. En la adsorción de un gas sobre 15 gr de carbón a 20oC, se determinó con la
isoterma de Langmuir el volumen de gas absorbido en la monocapa, siendo igual
a 0.3067703, el área superficial del carbón es 760 m2 / g y la presión de trabajo 1
atm. ¿Cuál es el área molecular del gas adsorbido? Diga qué volumen del gas se
necesitaría para formar una monocapa completa sobre 1 g. de un adsorbente cuya
área superficial específica fuera 1200 m2 / g en las mismas condiciones de P y T y
usando el mismo gas.
24. Se obtuvieron los siguientes datos de cantidad adsorbida de un soluto sobre cierto
material adsorbente a 25oC, se sabe que el área molecular (σ) es igual a 21 A /
molécula:
C (M)
1
3
5
7
10
Y (mol/g) 1.9895 3.3370 3.8600 4.1380 4.3740
a) Calcule Σ en m2 / g.
b) Calcule Θ a cada concentración.
c) Calcule el valor de Y si la concentración es 10.5 M y diga qué valor de Θ tendrá
el adsorbente a esa concentración.
25. El número de centímetros cúbicos de un gas adsorbidos por 2 g de carbón, a 0oC y
diferentes presiones se tabula a continuación:
30
60
90
120
P (cm Hg)
X (cm3)
29.25 43.50 54.60 64.20
Calcule las constantes de la isoterma de Freundlich.
26. Se trabajó la adsorción de una sustancia sobre carbón a 0oC, a continuación se
reportan los datos obtenidos:
C (M)
0.5
3
4
6
8
Y (mol/g) 1.23899 2.83380 3.65577 4.01738 4.23310
Calcule σ sabiendo que Σ es 3037.73 m2 /g y θ a cada concentración. Diga qué
cantidad de adsorbato se necesitaría para una monocapa completa sobre la
superficie mencionada si el adsorbato tuviera una área molecular de 10-19 m2
/molécula.
27. Se adsorbió un gas sobre muestras de 2 g de un adsorbente cuya área específica se
desea determinar. Trabajando a -183oC y P = 76 cm Hg, se obtuvieron los
siguientes datos:
4.10
7.64
11.70
17.50
23.70
30.60
P (cm Hg)
3
X (cm )
1308.58 1409.92 1483.34 1791.76 1968.00 2232.40
Considerando que σ = 16.2 m2 /molécula, calcular Σ y la diferencia entre el calor
de adsorción y el calor de licuefacción del gas adsorbido.
28. Se obtuvieron los siguientes datos para la adsorción de acetona en solución acuosa
sobre carbón a 18oC. Determine cuál de las isotermas se cumple y calcule las
constantes la misma:
Y (mmol/g) 0.208 0.618 1.075 1.500 2.080
2.880
C (mmol/L) 2.34 14.65 41.03 88.62 177.69 268.97
29. Se adsorbió un gas cuya área molecular se quiere determinar, sobre un adsorbente
a 20oC y 1 atm. Utilizando el mismo adsorbente y en las mismas condiciones, se
adsorbió otro gas para el cual la cantidad adsorbida en la monocapa fue 0.5 L/g y
30.
31.
32.
33.
34.
35.
cuya área molecular es 8.87 x 10-20 m2 /molécula. Si para el primer gas la cantidad
adsorbida en la monocapa fue 0.3 L/g ¿cuál es su área molecular?
Mc Bain y Britton investigaron la adsorción de nitrógeno sobre carbón -77oC y
encontraron que muestras de 0.0946 g de carbón adsorbieron los siguientes pesos
de nitrógeno a las presiones indicadas a continuación:
P (atm)
3.5
10
16.7
25.7
33.5
39.2
48.6
N2 (g) 0.0119 0.0161 0.0181 0.0192 0.0195 0.0196 0.0199
Diga cuál de las isotermas se cumple.
La adsorción de nitrógeno sobre una muestra de rutilio a 77K, ha dado los
siguientes resultados:
P/Po
0.02 0.05 0.10 0.20 0.30 0.60 0.80 0.90 0.95
v (cm3/g) 2.1
1.7
3.4
4.2
4.8
6.7
8.0 11.8 20.5
2
Considerando que σ = 16.2 m /molécula, calcular Σ y la diferencia entre el calor
de adsorción y el calor de licuefacción del gas adsorbido, si Po = 1 atm.
Los siguientes datos corresponden a la adsorción de n-butano a 273K y Po = 1
atm, por una muestra de polvo de wolframio que tiene un área específica de 65 m2
/g:
0.04 0.10 0.16 0.25 0.30
P/Po
3
Y (cm /g) 0.33 0.46 0.45 0.64 0.70
Use la isoterma BET para calcular el área molecular del butano adsorbido para el
recubrimiento de la monocapa.
Se obtuvieron los siguientes datos en la adsorción de dodecanol disuelto en
tolueno sobre una muestra de negro de carbón:
C (mol/dm3) 0.012 0.035 0.062 0.105 0.148
X/m (mol/g) 24.1
50.4
69.8
81.6
90.7
Demuestre que los datos se ajustan a la ecuación de Langmuir y calcule θ y Ym.
Se midió la adsorción de vapores de butano sobre 1.876 g de un catalizador a
350oC y se obtuvieron lossiguientes valores:
P (mm Hg) 56.39 89.47 125.22 156.61 179.30 187.46
v (mL)
17.09 20.62 23.74
26.09
27.77
28.30
2
Calcule el área superficial específica del catalizador en m /g. Po = 774.4 mm Hg,
To = 0oC, área molecular del adsorbato 44.6 A2/molécula.
En la adsorción de soluciones de acético sobre carbón resultó:
Ci (M) 0.503 0.252 0.126 0.0627 0.0314 0.0157
Ceq (M) 0.434 0.202 0.0899 0.0347 0.0113 0.0033
m (g)
3.96
3.94
4.00
4.12
4.04
4.00
En todos los casos el volumen de solución fue de 200 mL. Pruebe las isotermas de
Freundlich y Langmuir y calcule las constantes de la que se cumpla. En caso de
ser posible calcule θ para cada solución.