DETERMINACION DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DE
LÍQUIDOSMEDIANTE EL MÉTODO DE DU NOUY O
MÉTODO DEL ANILLO
Franmerys Asuaje, Karyn García, Omar Maldonado, Edson Orozco, Eduardo Mejías
Profesora: María Cristina Colmenarez
Fisicoquímica, sección 63
Escuela de Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo
Valencia, 19 de marzo de 2015
OBEJETIVOS
Objetivo general
Determinar de la tensión superficial de líquidos mediante el método de Du Nouy o
método del anillo
Objetivos específicos
1. Realizar el montaje y la calibrar el tensiómetro de Du Noy.
2. Determinar de la tensión superficial del líquido de referencia (agua destilada).
3. Determinar la tensión superficial de distintas soluciones acuosas a temperatura,
presión y composición constante.
4. Comparar cuantitativamente la diferencia de las medidas de tensión superficial
de las soluciones acuosas respecto al agua pura.
1.
2.
3.
4.
5.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Definición de tensión superficial
Explicación del fenómeno
Factores que afectan la tensión superficial
Métodos para determinar la tensión superficial
Método de Du Nouy
La tensión superficial es el efecto responsable de la resistencia que un liquido presenta a
la penetración superficial, observable en la forma casi esférica de las gotas de lluvia, la
forma esférica de las partículas de mercurio situadas en un superficie lisa, el ascenso de
los líquidos en los tubos capilares, y la flotación de las hojas de metal en las superficies
líquidas. Desde el punto de vista puramente termodinámico, la tensión superficial puede
considerarse como la tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta un puntoen
que su energía de superficie potencial es mínima, condición necesaria para que el
equilibrio sea estable [1].
Dentro del cuerpo de un líquido alrededor de una molécula actúan atracciones casi
simétricas. En la superficie, sin embargo, dicha molécula se encuentra solo parcialmente
rodeada por otras y, en consecuencia, experimenta una atracción hacia el cuerpo del
líquido. Esta atracción tiende a arrastrar las moléculas superficiales hacia el interior, y al
hacerlo el líquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible.
Este fenómeno es el que se conoce como tensión superficial [1].
Factores que afectan la tensión superficial:
La tensión superficial de todos los líquidos disminuye al aumentar la temperatura. El
efecto de las sustancias disueltas en la tensión superficial del solvente queda de
manifiesto en los tres tipos de curva de la figura 1, en las soluciones del tipo I la adición
de soluto conduce a un incremento de la tensión superficial, pero este aumento no es,
generalmente, grande. Tal conducta la presentan los electrolitos fuertes, sacarosa y el
acido aminobenzodico en agua, o la anilina en el ciclo hexano. Por otra parte, los no
electrolitos o los electrolitos débiles en el agua se comportan según nos muestra la curva
II. Esta conducta es muy común, y las soluciones presentan tensiones superficiales que
disminuyen con cierta regularidad cuando aumenta la concentración de soluto.
Finalmente el tipo III lo presentan ciertas soluciones acuosas de jabón, ácidos sulfúricos
y sulfonatos, así como otros tipos de compuestos organicos. Estas sustancias
denominadas agentes activos superficiales tienen la capacidad de disminuir la tensión
del agua a un valor bajo incluso en concentraciones muy pequeñas [1].
γ
I
II
0
III
0
Concentración - C
Figura 1. Dependencia de la tensión superficial de las soluciones de la concentración de
soluto.
Los solutos que conducen a un decrecimiento de la tensión superficial con el aumento
de la concentración se dice que presentan una actividad superficial positiva, mientras
que los que aumentan dicha tensión, tienen una actividad negativa [1].
La tensión superficial es una propiedad característica de cada líquido y difiere
considerablemente de unos líquidos a otros. De entre los diversos procedimientos
disponibles para medir la tensión superficial, como el tensiométrico, peso de la gota, y
el de ascenso capilar, es este último el más importante y se considera estándar [1].
El equipo a emplear en esta práctica es una balanza de torsión (Ver figura 1), que está
conformado por los siguientes componentes: un alambre de torsión que está unido por
uno de sus extremos a los tornillos Ay B con los cuales se modifica la tensión del
alambre y se fija la posición. En el otro extremo del alambre se encuentra unido un
tornillo C, que está a su vez conectado a un dial graduado de 0° a 180° en el cual se
mide directamente la fuerza que se requiere para romper la tensión superficial del
analito, dicho dial también es controlado por él tornillo C. La parte media del alambre
se encuentra enlazada una palanca P en cuyo extremo libre se coloca el anillo que se
debe sumergir en la sustancia problema, también posee un recipiente para colocar la
muestra y un tornillo para nivelar el de la muestra a fin de de que se logre introducir
todo el anillo en el líquido.
AyB
P
C
Figura 2. Tensiómetro de Du Nouy.
Método de Du Nouy
Este método también llamado método del anillo, utiliza el dispositivo llamado
tensímetro de Du Nouy descrito en la figura1. En este se puede calibrar la torsión del
alambre añadiendo pequeñas masas al final del brazo y determinando la posición de la
escala de torsión requerida para mantener la nivelación del brazo. Para realizar la
medición, se coloca el anillo en el brazo y se levanta el líquido a estudiar sobre la
plataforma hasta que el anillo se sumerge y el brazo se nivela (para el ajuste a cero del
alambre de torsión). Se tira del anillo lentamente girando el alambre de torsión y al
mismo tiempo se baja la altura de la plataforma de manera que el brazo se mantenga
nivelado. Cuando el anillo se ha liberado, se toma la lectura en la escala de torsión;
utilizando la calibración, se convierte la lectura en la fuerza equivalente, F. esta fuerza
es igual a la longitud del alambre en contacto con el anillo, 2(2πR) multiplicando por γ,
la fuerza por unidad de longitud. Por tanto,
F = 2(2πR m )γ (1)
La longitud es igual al doble de la circunferencia, ya que el líquido está en contacto
tanto con el interior como con el exterior del anillo. Este método requiere de un factor
de corrección empírico, f, que toma en cuenta la forma del líquido elevado y el hecho de
que el diámetro del alambre mismo, 2r, no es cero (Ver tabla 4, de los anexos). Entonces
la ecuación (1) puede escribirse como
F = 4πR m γ𝑓 (2)
Despejando se obtiene la tensión superficial de manera directa como:
γ=
F
4πR m 𝑓
(3)
En la literatura existen extensas tablas de f como función de R y r. el método es muy
exacto si se utiliza la ecuación (2) [2].
MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS
Tabla 1. Materiales, reactivos y equipos a utilizar en la experiencia práctica.
Materiales
Reactivos
Equipos
1 Cápsula de Pietri
Agua destilada
Tensiómetro de Du Nouy
1 vaso de precipitados de Alcohol
100 mL
1 termómetro
Acido clorhídrico
1 anillo de platino
Acido acético
1 frasco de lavado
Acetona
1 mechero de Bussen
1 pinza metálica
METODOLOGIA EXPERIMENTAL
1. Revisar que todos los materiales y equipos a utilizar estén completos y se
encuentren en buenas condiciones.
2. Lavar con agua y jabón todos los materiales a utilizar y enjuagarlos con agua
destilada al menos dos veces.
3. Retirar el anillo de Platino del recipiente en donde se guarda, lavar con acido
clorhídrico y calcinar en la llama (tener precaución en la manipulación del
anillo, evitando doblarlo o forzarlo).
4. Preparar las soluciones patrón a una misma concentración de soluto.
5. Verificar que el tensiómetro este nivelado.
6. Chequear que la palanca P (ver figura2) del equipo este fija, moviendo el
tornillo B (ver figura1), una vez verificado esto colocar el anillo en el brazo.
7. Colocar sobre la plataforma del tensiómetro, una placa de Petri limpia llena de
agua destilada.
8. Llevar hasta cero la escala y elevar la plataforma hasta que el anillo se ponga en
contacto con la superficie libre del líquido, pero sin dejar que se sumerja tanto.
9. Ejercer torsión sobre el alambre girando el tornillo C con movimiento uniforme,
simultáneamente girar el tornillo de nivelación para mantener horizontal la
palanca P del tensiómetro. Realizar este procedimiento hasta el momento en que
se produce el desprendimiento del anillo de la superficie del líquido.
10. Leer sobre la escala del tensiómetro las divisiones alcanzadas y obtener el valor
de la fuerza aplicada (leer también la temperatura).
11. Regresar la escala a cero (el brazo debe estar libre) moviendo el tornillo que gira
el alambre de torsión (no forzar este tornillo después que llegue a la posición
cero, podría romperse el alambre de torsión).
12. Repetir las mediciones para una misma sustancia 3 veces y luego realizar las
medidas al resto de las sustancias.
13. volver a dejar en el tope de su desplazamiento el plato porta muestra.
14. Para las siguientes mediciones retirar cuidadosamente el anillo de acuerdo a las
instrucciones anteriormente indicadas. No tocar el anillo con las manos u otra
superficie abrasiva, (lavar con acetona, y dejar sobre papel toalla).
15. Lavar con agua y jabón los materiales utilizados
16. Dejar limpio y seco el lugar de trabajo
DATOS EXPERIMENTALES
Tabla 2. Radio interno, externo y espesor del anillo de platino
Radio interno (R i ± ∆R) cm
Radio externo (R e ± ∆R) cm
Radio medio (R m ± ∆R) cm
Espesor (E ± ∆E) cm
Tabla 3. Mediciones de la tensión superficial de las diferentes sustancias
Sustancia
Temperatura
Fuerza
(T ± ΔT) ºC
( F ± ΔF) Dinas
Agua destilada
Agua y etanol
Solución de acuosa de
ácido clorhídrico.
Solución acuosa de ácido
acético
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Tabla 3. Resultados de la tensión superficial de diferente sustancias
Sustancia
Temperatura
Tensión superficial
(T ± ΔT) ºC
(𝛾± Δγ) Dinas/cm
Agua destilada
Valor referencial
(72,7 ±0,1) dinas/cm
@ 20ºC
Agua y etanol
Tabla 3. Resultados de la tensión superficial de diferente sustancias (Continuación)
Sustancia
Tensión superficial
(𝛾± Δγ) Dinas/cm
Temperatura
(T ± ΔT) ºC
Solución de acuosa de
ácido clorhídrico.
Solución acuosa de ácido
acético
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Para la medición del agua pura se espera que la tensión superficial disminuya por efecto
de la temperatura, ya que en las condiciones del laboratorio la temperatura ambiente de
este es mayor que la temperatura de referencia.
Para el caso de la solución de agua y etanol de espera una disminución considerable en
la tensión superficial respecto al agua pura, por ser este una sustancia orgánica, y según
la figura 1, estaríamos en el caso III.
En la mezcla de agua y acido clorhídrico se espera un ligero aumento en la tensión
superficial, o sino que esta se mantenga constante respecto al agua pura, estaríamos en
el caso II de la figura 1.
Por último en la mezcla de agua y acido acético se espera un decremento de la tensión
superficial, respecto al agua, sin embargo este cambio debe ser menor al del agua y
etanol, caso II de la figura 1.
RUTAS DE CÁLCULO
1. Calculo de la tensión superficial del agua destilada.
𝐹𝑖
Rm
f
(1)
𝛾𝑖
∑𝑛𝑖=0 𝛾𝑖
𝑛
𝛾
ANEXOS
Tabla 4. Corrección de los valores medidos de la tensión superficial
Esta tabla se ha elaborado a partir de la corrección de Harkins Jordan, y es similar a la de la norma
DIN (DIN 53914) para agua y soluciones acuosas (densidad ρ
= 1 g⁄cm3 ) se utiliza con un anillo
existente en el mercado cuyas dimensiones son R = 9,55 mm (radio medio del anillo) y r = 0,185 mm
(radio del hilo que constituye el anillo). La tabla da los valores corregidos de las medidas de tensión
superficial efectuadas tras un calibrado con contrapesos o con agua.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] MARON, S., PRUTTON, C. (2011). Fundamentos de fisicoquímica. Limusa.
México. Páginas: 813 – 820.
[2] CASTELLAN, G. (1987). Fisicoquímica. 2º edición. Pearson. México. Páginas: 432
- 435
[3] Grupo Prevenir Consulting. Documento en línea. Disponible en:
http://www.grupoprevenir.es/normativas/d/etiVa1.htm . Consultado el 16/03/2015
