Determinación de propiedades de sustancias puras

Practica V
Aplicación de las constantes criticas en la determinación de las propiedades de las sustancias puras.
OBJETIVO
Determinar a partir de datos experimentales la tensión superficial del agua ala temperatura ambiente por el
método del anillo y por la correlación de Hakin que es en función de la presión critica y la temperatura critica
para hacer un análisis comparativo de los métodos.
INTRODUCCION TEORICA
Se podría nombrar ala tensión superficial de forma reducida como una fuerza que actúa en la superficie de los
líquidos por unidad de longitud, pero es necesario detallar algunos aspectos que forman parte de este
fenómeno.
A diferencia de los gases, que presentan moléculas muy separadas por distancias relativamente grandes, los
líquidos tiene fuerzas eléctricas de atracción entre las moléculas son atraídas en todas direcciones por las
moléculas vecinas sin embargo, se tiene que cuando una molécula se encuentra cercana ala superficie o en una
superficie libre, presenta menor fuerza de atracción en esa dirección, es decir que existe una fuerza que actúa
sobre una molécula impulsora al interior del liquido.
A sí se tiene que cualquier sistema que tienda a alcanzar una condición de equilibrio donde la energía
potencial desarrollada por dicho sistema sea mínima. Causa de la fuerza neta que actúa sobre las moléculas de
la superficie libre o cerca de ella, él liquido se ajustara a su forma hasta que sea mínima su área superficial.
Al cambiar de forma él liquido, la superficie realiza un trabajo y este se estira, o bien se encuentra en un
estado de tensión y por esto recibe el nombre de tensión superficial.
Además de la tensión superficial a pesar de todo lo dicho puede variar en función de la temperatura esta se a
determinado causa de un liquido expuesto por así decirlo al aire.
Presenta una tensión superficial diferente ala obtenida cuando es expuesto a su propio vapor. Así también
puede cambiar al estar en contacto con algún liquido, como por ejemplo: la tensión superficial del mercurio,
en contacto con el aire es de 0.482 kg./m³ pero al estar en contacto con el agua desciende a 0.402 kg./m³.
Otro de los aspectos importantes que se observan en la tensión superficial, se deja ver cuando entra en
contacto un liquido con un sólido. Formando un ángulo de cero grados con la superficie, esto se puede notar
en varios casos.
EFECTOS DE LA TENSION SUPERFICIAL
El tamaño de una gota y una burbuja, el tamaño de una gota de un liquido en el aire tendrá una forma esférica
si es que no sufre los efectos de la resistencia producidos por el movimiento. El mecanismo que mantiene
unida ala gota y le da forma esférica es la tensión superficial. Esta tensión tiende a hacer que la presión del
liquido dentro de la gota sea mayor que la del aire que la rodea.
Las líneas de grandes pendientes ala izquierda del diagrama son por ende isotermas del liquido. A una
temperatura algo mayor el comportamiento es cualitativamente el mismo.
1
En el estado critico lo podemos aplicar en la ecuación de Vander Walls se toma en la forma dad por la
ecuación desarrollando el paréntesis y dividiendo el resultado por la presión y se expresa como mas adelante
lo veremos.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
• Calibración del equipo
• Se abren las pinzas para liberar el sistema de muelles.
• Se alcanza el equilibrio haciendo que el dial coincida con la raya horizontal marcada en el espejo.
• Se gira la carátula del vernier a manera que el cero del vernier coincida con el cero de la carátula.
• Medición del testigo
• Se coloca el testigo en el anillo, teniendo cerradas las pinzas.
• Se abren las pinzas.
• Se lleva al equilibrio el sistema.
• Se toma la lectura indicada en el vernier.
• Se quita el testigo del anillo.
• Se regresa el vernier a cero.
• Se cierran las pinzas.
• Medición del agua
• Se coloca la muestra de agua sobre la plataforma.
• Se sube la plataforma.
• Se ajusta el sistema de manera que el anillo se confunda con el menisco del agua.
• Se abren las pinzas.
• Se lleva el sistema de muelles al equilibrio.
• De forma cuidadosa y simultanea, se comienza a bajar la muestra sin perder el equilibrio, es decir ajustando
cada vez que sea necesario hasta que el anillo salga disparado del agua.
• Se baja la plataforma y se regresa el vernier a cero.
• Se cierran las pinzas.
MATERIAL Y SUSTANCIAS
Balanza de torsión
Vaso de precipitado
Termómetro
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES
DATO
TEMPERATURA
MEDICION
66.6
94.6
24
UNIDADES
D/CM
D/CM
ºC
2
MASA
GRAVEDAD
R
r
DENSIDAD
PRESIÓN CRITICA
TEMPERATURA CRIT.
FACTOR PITZER
TENSION BIBLIO.
0.5
978
0.974
0.0195
0.99726
220.9
647.29
0.344
72.13
GRAMOS
CM/S²
CM
CM
G/CM³
BAR
KELVIN
D/CM
TABLA DE ECUACIONES
CALCULO
CONSTANTE TENSIOMETRO
FUERZA MAXIMA
FACTOR DE CORRECCION
TENSION SUPERFIAL
PRESIÓN TOTAL
TEMPERATURA
SUSTANCIAS POLARES
Q
M
TENSION SUPERFICIAL
PORCIENTO DE ERROR Ra
PORCIENTO DE ERROR Rb
ECUACIÓN
K=mg/
Wo = K( )
[0.04535−1.679/R/r+0.0009075/³R³]1/2+.725
WoF/4r
P/PC
TR−TC
LogPt+1.7W+1.552
0.156+0.365W−1.754X−13.57X²−0.506W²+1.287WX
1.21+0.5385W−14.61X−32.07X²−1.656W²+22.03WX
Pc2/3(Tc)1/3q(1−TAMBIENTE/Tc/0.4)M
[RA−RBIBLIO]100/RBIBLIO
[Rb−RBIBLIO]100/RBIBLIO
CALCULOS
Calcular la constante del tensiometro:
K= 0.5g(978cm/s²)
66.6d/cm
K=7.3423
Calcular la fuerza máxima aplicada al liquido:
Wo =(7.3423)(94.6d/cm)
Wo = 694.5855
Calcular el factor de corrección de la medición con el liquido:
F=[0.04535−((1.679)/(0.974/0.195))+((0.0009075)(694.58)/ (3.1416³)(.974)³(.997296)]½+0.725
F=[0.04535−0.03361+0.02206]½+0.725
3
F=0.85159
Calcular la tensión superficial:
Ts = (694.5855)(0.8515)
4(3.1416)(0.974)
Ts =48.47 d/cm
Calcular el factor de steal para sustancias polares (X):
T =(0.6)(647.29) =388.374 =115.224ºC
Pi =1.433+(1.985−1.433)/(120−110)(115.224−110)
Pi=1.72136 bar
Pt =1.72136 bar
220.9 bar
PT= 7.7925 X10−³
X= log 7.7925 X10−³+(1.7)(0.344)+1.552
X=0.02847
Calcular los valores de q y m de la correlación de hakin:
Q= 0.156+0.365(0.344)−1.754(0.02847)−13.57(0.02847)²−0.506(0.344)²+1.287(0.344)(.02847)
Q= 0.1733
M=1.21+(0.5385)(0.344)−14.61(0.02847)−32.07(0.02847)²−1.656(0.344)²+22.03(0.344)(0.02847)
M= 0.9730
Calcular la tensión superficial con la correlación de hakin:
T =(220.9)²'³(647.29)1/3(.1733)((1−)(297.15/647.29)/0.4).9730
T= 73.45 d/cm
Calcular el porciento de error de RA y rb con respecto al valor bibliografico:
%E RA= [72.13−48.47](100)
72.13
%E =32.80%
4
%E rb= [72.13−73.45](100)
72.13
%E= 1.8%
Tabla de resultados
CALCULO
CONSTANTE
FUERZA MAXIMA
FACTOR DE CORRECION
TENSIÓN SUPERFICIAL
PRESIÓN INTERPOLADA
TEMPERATURA
PRESIÓN TOTAL
FACTOR DE STEAL
Q
M
TENSIÓN DE HAKIN
%e RA
%e RB
RESULTADO
7.3423
694.5855
0.85159
48.47 D/CM
1.72136 BARES
115.224 ºC
7.7925 X10 −3
0.02847
0.1733
0.9730
73.45 D/CM
32.80%
1.8%
ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS DOS METODOS EMPLEADOS EN LA EXPERIMENTACIÓN
Como se pudo ver anteriormente el segundo método el de HAKIN es él más preciso por que tan solo sé tubo
un error de 1.8% ya que con el método del anillo si tiene un error en la medición té falla él calculo o el error
es demasiado grande como lo fue en esta ocasión por lo tanto es mas preciso el de la correlación de HAKIN.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En los resultados mostrados anteriormente se pudo mostrar que hubo un error en la medición y esto nos vario
notablemente los resultados de la experimentación con el método del anillo y el otro método esta un poco más
laboriosos pero es notablemente más exacto además de que en todas las sustituciones aritméticas era pura
sustitución por lo que los cálculos no representaron mayor problema.
Conclusión
Mi conclusión es que hay que ser mas cuidadosos en la utilización y medición de los diferentes equipos
existentes en el laboratorio por en esta ocasión nos dio un porciento de error demasiado grande y esto causa de
un error de medición y para ser mas exacto fue un error de medición personal por no tener mas cuidado.
BIBLIOGRAFIA
Química
Raymond Chang
Mc Graw Hill
5
1998
Manual del Ingeniero Quimico
PERRY
I
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