Tension superficial

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TENSION SUPERFICIAL
OBJETIVOS
Determinación experimental de la tensión superficial de líquidos y sus variaciones con la temperatura.
Determinación experimental de las densidades y su variación con la temperatura.
Determinación de la constante de Eotvos.
Determinación del coeficiente de expansión térmica
Determinación de HS, ES, SS, y GS.

TEORIA
En la discusión del equilibrio defases, los resultados son establecidos dejando de lado cualquier efecto debido a la variación de las áreas entre las fases en equilibrio. Además, fase fue definida como parte de un sistema, la cual es homogénea en todas sus partes; esta definición implica que la materia mantenida en el interior de la fase, esta sujeta exactamente a las mismas condiciones que la materia e la superficie; pero talhomogeneidad es claramente imposible, porque, las moléculas en el interior están sujetas a un campo homogéneo de fuerzas (fuerzas del tipo Van der Waals o mas fuertes) debido a las moléculas circundantes; mientras que las moléculas en la superficie están confinadas por un lado por moléculas de la misma sustancia y por el otro por un ambiente enteramente diferente, por lo que estas moléculas existenen un ambiente nosimétrico.
Si consideramos la superficie de un líquido en contacto con su valor (generalmente a la presión atmosférica), una molécula en el liquido esta en el campo uniforme. Una molécula en la superficie esta sujeta a una atracción neta hacia el interior del liquido, lo que significa que las porciones superficiales del liquido tienen una alta energía libre en comparación con lasdel cuerpo del liquido. Esta energía libre extra de superficie, es comúnmente denominada TENSION SUPERFICIAL y actúa paralelamente a la superficie oponiéndose a cualquier intento de extender la interfase. La tensión superficial es responsable para la formación de gotas esféricas, la elevación de agua en un capilar y el movimiento de líquido a través de un solidó poroso. Los sólidos también tienentensión superficial pero es difícil medir ellos. Los cristales tienden a formarse con las caras con las más bajas tensiones superficiales.
La tensión superficial de un líquido γ, es la fuerza por unidad longitud sobre la superficie que se opone a la expansión del área superficial. Esta definición puede ser ilustrada por medio de un experimento idealizado, Figura Nº 1, en donde una barra móviles jalada con una fuerza F para expandir una película de burbuja de jabón dentro de un marco de alambre. Si la barra se mueve una distancia dx, la energía utilizada es F dx, siendo el área incrementada dA y la energía de la película se incremente en γ dA, en donde γ es la tensión superficial. Estas dos energías son iguales, tal que:

…(1)

Peor el incremento en área es 2(ldx), el factor 2aparece porque la película tiene dos lados. Asi, F dx= γ2 l dx, en donde l es la longitud de la película en contactos con la barra móvil.
Finalmente.
…(2)

Figura Nº 1. Película expandida
La unidad de la tensión superficial en el sistema c.g.s es: dina/cm.

La superficie o interfase, en donde la tensión existe es entre el líquido y su vapor saturado en aire, generalmente a lapresión atmosférica. La tensión también puede existir en la interfase entre líquidos no-miscibles y ésta es denominada tensión interfacial.

Termodinámica de superficies:
La energía de superficie, E, es relacionada a la tensión superficial, γ, por la relación termodinámica:

…(3)

En donde, dγ/dT : coeficiente de temperatura de la tensión superficial.
-T(d γ/dT) : calo absorbidodurante el proceso.

El negativo del coeficiente de temperatura de la tensión superficial, -(d γ/dT) es la entropía de superficie por unidad de área, SS.
La Ec. (3) es analoga a la ecuación bi-dimensional de Gibas Helmholtz.
Otras relaciones importantes son:

…(4)
…(5)
…(6)

Las tensiones superficiales para la mayor parte de los líquidos orgánicos,...
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