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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS DIVISIÓN DE ESTUDIOS BÁSICOS SECTORIALES DEPARTAMENTO DE QUÍMICA CUADERNO DEL LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA II Br.: C.I.:

Cuaderno Lab FQ II

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CUADERNO PARA LABORATORIO DE FISICOQUIMICA II DE LA FEC

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Page 1: Cuaderno Lab FQ II

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIASDIVISIÓN DE ESTUDIOS BÁSICOS SECTORIALES

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

CUADERNO DEL LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA II

Br.:

C.I.:

Maracaibo, octubre 2014

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2

Page 3: Cuaderno Lab FQ II

3

CONTENIDO

Pág.

Como llevar el cuaderno de laboratorio 4

Tensión superficial de líquidos. Método del capilar 8

Adsorción de líquidos en sólidos. Isoterma de Langmuir 17

Conductividad electrolítica 26

Diagrama temperatura-composición de un sistema binario de líquidos volátiles 35

Sistema ternario de líquidos 43

Cinética química. Reacción de segundo orden 51

Viscosidad de líquidos 61

Page 4: Cuaderno Lab FQ II

COMO LLEVAR UN CUADERNO DE LABORATORIO

El cuaderno de anotaciones de laboratorio es una de las herramientas más valiosas del

trabajo académico o industrial. El contiene el registro escrito permanente de las

actividades mentales y físicas del estudiante, técnico o investigador en la realización de

un experimento y de sus observaciones, fundamentales para el entendimiento del

fenómeno fisicoquímico. El acto de escribir en el cuaderno de laboratorio obliga al autor

del trabajo a hacer una pausa y pensar acerca de lo que está haciendo en el

laboratorio, convirtiéndose de esta manera en una parte esencial de hacer buena

ciencia.1-3

La información escrita en el cuaderno de laboratorio es útil para varios propósitos. Sus

páginas son usadas para preservar los datos experimentales y las observaciones, que

son parte de la investigación científica. Las notas deben ser escritas con suficiente

detalle y claridad, de tal forma que otra persona al revisarlas en el futuro, pudiera repetir

el trabajo basado en las descripciones escritas y hacer las mismas observaciones

originalmente registradas. El cuaderno llevado apropiadamente contiene sin

ambigüedades la verdad de los hechos, tanto de los experimentos fallidos como los

exitosos. La clave para la escritura de un cuaderno de laboratorio útil se puede resumir

en: un plan claro, descripciones concisas y buena caligrafía. Un cuaderno lleno de

borrones y garabatos hará perder el tiempo cuando se desee localizar la información.

Después de que los datos son registrados, el investigador empieza a estudiarlos. El

cuaderno de laboratorio se convierte en un instrumento en el cual los datos y

observaciones son analizados, discutidos, evaluados e interpretados. Aun cuando

muchos datos experimentales son directamente impresos por los equipos científicos o

almacenados en la computadora, los cuadernos de laboratorio siguen siendo el lugar

lógico donde tales datos son recopilados y revisados. Este proceso permite escribir

informes técnicos, artículos científicos, revelación de patentes. Si el cuaderno de

laboratorio es llevado apropiadamente, es la prueba del investigador acerca de un

descubrimiento o invención y a veces es la única fuente de información segura que se

necesitará para la prosecución de una patente.3

4

Page 5: Cuaderno Lab FQ II

5

Cada estudiante de un curso de laboratorio debe llevar un cuaderno de laboratorio. El

estudiante debe darse cuenta que aprender a llevar un cuaderno de laboratorio

correctamente le da una habilidad que puede ser de gran beneficio en su carrera

profesional o científica. Si esta habilidad es bien desarrollada, ella se convertirá en un

hábito, más que una tarea. Escribir buenos apuntes requiere disciplina y práctica. Para

el estudiante que realiza una investigación original, el cuaderno de laboratorio será la

primera fuente de información requerida para escribir un informe, el Trabajo Especial de

Grado o un manuscrito para publicación.

Las notas de laboratorio deben llevarse en un cuaderno donde sus páginas sean

permanentes y numeradas. Los cuadernos de espiral son más prácticos de usar ya que

pueden permanecer abiertos en la página deseada.1 Las notas deben ser registradas en

un estilo consistente, en orden cronológico, sin dejar espacios en blanco o páginas

extraviadas. En el cuaderno se deben evitar los borrones, tachaduras o eliminación de

hojas. Si se desea anular una línea, columna o página entera, que incluye datos,

cálculos u observaciones incorrectos, es suficiente con trazar una línea horizontal,

vertical o diagonal, de manera que la información anulada quede legible, haciendo al

final o al margen una nota explicativa.3

Los puntos esenciales para llevar correctamente el cuaderno de laboratorio se resumen

en los siguientes:1,3

Las anotaciones deben hacerse inmediatamente después que se haya producido el

evento (el experimento, la observación, la invención o conversación).

El autor debe fechar y firmar la página.

Cada sección debe tener un encabezamiento claro y descriptivo.

La escritura debe hacerse con bolígrafo, ser legible y gramáticamente correcta.

Generalmente, un cuaderno de laboratorio consta de la portada, el índice de contenido

y el cuerpo propiamente dicho.

Portada: debe contener los siguientes elementos: el logo de LUZ, identificación del

país, nombre de la institución, nombre de la facultad, nombre de la dependencia, de la

unidad curricular, el título del trabajo, nombre y apellido del autor, el nombre de la

ciudad y el mes y año de la presentación.

Page 6: Cuaderno Lab FQ II

El cuerpo: se emplea para registrar las actividades que involucran el desarrollo de un

proyecto de investigación, de pequeño, mediano o gran alcance; escribir el plan de

trabajo y los experimentos; hacer notas de seguridad; plasmar datos y observaciones;

realizar cálculos.

El registro de un experimento se empieza en una página nueva indicando la fecha, el

número, el título y el objetivo del experimento. Adicionalmente, debe llenarse

apropiadamente la tabla de propiedades de las sustancias a utilizar (fórmula química,

masa molar, punto de fusión y de ebullición, color, viscosidad, densidad, presión de

vapor, etc.), además de incluir las condiciones de seguridad requeridas y los

procedimientos de emergencia, si aplican.

Datos y Observaciones: esta sección puede considerarse el corazón del cuaderno de

notas, porque en ella se registran las observaciones que marcan el curso de un

experimento. Se deben incluir tablas de las propiedades fisicoquímicas bajo estudio

(ejemplo: viscosidad de líquidos a diferentes temperaturas, etc.), debidamente citadas,

y los cálculos previos requeridos para la ejecución del experimento. Se debe ser muy

objetivo y honesto en su registro. Es importante hacer el registro de los datos y

observaciones lo más completo posible e inmediatamente. Las notas tienen que ser

claras, precisas y completas. Hay dos razones fundamentales para esto: la primera es

que el registro inmediato de los datos crudos sirve para preservar el protocolo de la

investigación; si se le deja a la memoria cualquier observación con la expectativa de

escribirla más tarde en el cuaderno, seguramente se olvida algún detalle. La segunda

razón tiene que ver con el hecho de mantener la mente clara y alerta mientras el

experimento está en progreso. El cuaderno debe usarse como una herramienta para

registrar lo que se ha hecho o visto y luego moverse a la próxima parte del trabajo.

Al llevar el cuaderno de experimentos en química se deben tener en cuenta los

siguientes detalles:3

Registrar toda la información necesaria para la identificación de los reactivos y

materiales, su fuente (proveedor), grado de pureza, etc.

Cuando se usa agua indicar si es destilada o desionizada

6

Page 7: Cuaderno Lab FQ II

7

Usar nombres correctos para indicar el material de laboratorio usado: vaso, crisol,

frasco, ¿qué tipo de frasco?. Indicar de que materiales están hechos: vidrio, cerámica,

oro, platino, grafito, etc. ¿Qué procedimientos se usaron para limpiar el material de

vidrio?

¿En qué secuencia se mezclaron los reactivos? ¿Cómo se midieron los reactivos?

¿Se usaron pipetas, buretas, cilindros graduados? ¿Cuál fue la precisión de la

balanza miligramos, microgramos?

¿Cómo se calentaron los materiales? ¿Velocidad de calentamiento? ¿Cómo fueron

agitados: manual, magnética o mecánicamente?

Un buen dibujo puede ahorrar varias páginas de escritura y a veces producen un mejor

efecto en la presentación de un dispositivo que se desea describir (esquemas, líneas de

presión y vacio), del que las palabras solas podrían hacer. Los aparatos y equipos de

laboratorio comunes no necesitan ser ilustrados.

Algunos elementos, tales como hojas impresas de resultados de análisis instrumentales

o fotografías, deberían ser archivados separadamente en carpetas, para evitar la

acumulación de material que pueda deteriorar las hojas del cuaderno, haciendo

referencia correctamente de la fecha y la anotación de la página del cuaderno, donde

se escribe la información de interés.

REFERENCIAS

1. Garland Carl W.; Nibler Joseph W.; Shoemaker David P., 2003, Experiments in Physical Chemistry, seventh edition, New York, USA, McGraw-Hill.

2. Hawkins Clifford; Sorgi Marco, 1985, RESEARCH How To Plan, Speak and Write About It, Chichester, UK. Springer-Verlag.

3. Kanare Howard M., 1985, Writing the Laboratory Notebook, Washington, USA, American Chemical Society.

Page 8: Cuaderno Lab FQ II

TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS. METODO DEL CAPILAR

INTRODUCCIÓN

Las fuerzas que se ejercen en la superficie de un líquido sobre las moléculas

superficiales, no están balanceadas. Las moléculas de la superficie son atraídas hacia

el líquido, debido a que es mayor la atracción por las moléculas del líquido, que por las

del vapor. Por tanto, la superficie del líquido tiende a contraerse y la fuerza mensurable

de atracción se conoce como tensión superficial. Puesto que los líquidos tienen una

tendencia natural a reducir su área superficial, para aumentar ésta se debe aplicar un

trabajo. Supongamos que se extiende una película de líquido en un bastidor rectangular

que tiene un lado móvil. Para aumentar el área de la película en , debe realizarse una

cantidad proporcional de trabajo. La energía de Gibbs de la película aumenta en ,

donde es la energía de Gibbs superficial por unidad de área. El aumento en la energía

de Gibbs implica que al movimiento del alambre se opone una fuerza ; si el alambre se

mueve una distancia , el trabajo realizado es Estos dos aumentos de energía

son iguales, por lo que

(1)

Si es la longitud de la parte móvil, el aumento en área es . Por tanto,

La fuerza que actúa sobre unidad de longitud de la superficie es la tensión superficial

del líquido . La tensión superficial actúa como una fuerza que se opone al

aumento en área del líquido.

Al aumentar la temperatura, disminuye la tensión superficial de un líquido, debido a que

se reduce la atracción intermolecular y, por tanto, se necesita un menor trabajo para

llevar una molécula del interior de un líquido a la superficie; a la temperatura crítica

La ecuación empírica de Ramsey-Shields-Eötvos relaciona la tensión superficial con la

temperatura para valores de γ a temperaturas lejanas a

8

Page 9: Cuaderno Lab FQ II

9

donde k es una constante específica de cada material y es igual a 2,12 para líquidos no

asociados, pero menor que 2,12 para líquidos asociados, es la masa molar, es el

volumen específico y es la temperatura crítica del líquido.

La tendencia de los líquidos a ascender en tubos capilares es la base de uno de los

métodos más empleados para medir tensión superficial. Los líquidos que “mojan” el

tubo tienen valores de ángulo de contacto (que es el ángulo en el líquido entre la

pared del capilar y la tangente a la superficie del líquido en la pared) menores que 900,

el menisco cóncavo y presentan elevación capilar, mientras que los que no “mojan” al

tubo, tienen valores mayores que 900, el menisco convexo y presentan depresión

capilar. La condición para usar este método es que el ángulo de contacto entre el

líquido y el vidrio sea muy pequeño. Al sumergir un tubo capilar en un líquido con

tendencia a adherirse a las paredes, éste humedece las paredes del capilar y hace que

en esa forma aumente su área superficial; debido a la tensión de la superficie el líquido

disminuye su área superficial y asciende en el tubo (Figura 17). Por consiguiente, hay

una fuerza debida a la tensión superficial, a lo largo de toda la superficie circular del

líquido. El líquido se elevará hasta que la fuerza ascendente se vea contrarrestada por

la fuerza descendente, ↓, debida a la carga hidrostática

donde es la circunferencia del capilar, es el área de la sección transversal del

capilar, es la tensión superficial, g la constante gravitacional, ρ la densidad del líquido,

r el radio del capilar y el ángulo de contacto. Como es casi cero, , por lo

tanto

Para calcular sólo es necesario determinar y conocer y

Page 10: Cuaderno Lab FQ II

La adición de un soluto puede tener varios efectos en la tensión superficial de un

disolvente, debido a la distribución desigual del soluto entre la superficie y el cuerpo de

la disolución. Para disoluciones diluidas se cumple la isoterma de adsorción de Gibbs

(9)

donde es la concentración superficial (de exceso) del soluto en mol/unidad de área y c

es la concentración de la disolución.

La pendiente da la gráfica de la tensión superficial de la disolución frente a a una

temperatura dada permite el cálculo de . La ecuación (9) establece que es positiva

cuando la tensión superficial disminuye al aumentar la concentración del soluto

(actividad superficial positiva) y es negativa si aumenta al aumentar (actividad

superficial negativa). Por lo tanto, la actividad superficial positiva está asociada con una

adsorción del soluto desde la disolución hacia la superficie de ésta, mientras que la

actividad negativa se debe a una migración de soluto de la superficie hacia el interior

del líquido.

El comportamiento observado para los solutos en disolución acuosa se clasifica en tres

tipos. Los solutos de tipo I dan lugar a un ligero aumento de cuando aumenta su

concentración (la mayoría de las sales inorgánicas y la sacarosa). Los solutos de tipo II

dan lugar a un descenso continuo y pronunciado de cuando su concentración

aumenta (la mayoría de los compuestos orgánicos con cierta solubilidad en agua). En

los solutos de tipo III, inicia un descenso muy pronunciado y a continuación adquiere

un valor constante cuando aumenta la concentración (las sales de los ácidos orgánicos

con cadenas de longitud media, sales de sulfatos de alquilo, sales de aminas

cuaternarias, etc.). Se dice que un soluto es un agente tensoactivo o surfactante

cuando da lugar a un descenso de la tensión superficial.

Figura 7. Método del capilar para determinación de la tensión superficial.

10

Page 11: Cuaderno Lab FQ II

11

PARTE EXPERIMENTAL

Materiales y sustancias

Capilar de vidrio, tubo de ensayo con salida lateral, vaso de precipitado de 250 mL,

balones aforados de 100 mL (1), de 25 mL (5), mechero, trípode, rejilla metálica,

soporte universal, pinzas, termómetro 0-100 o C, escala con divisiones de mm, tapón

perforado, varilla de vidrio.

Agua destilada, líquido problema (benceno, tolueno, tetracloruro de carbono, alcohol n-

butílico, alcohol etílico).

Procedimiento

Limpie cuidadosamente el tubo capilar y el tubo de ensayo. Sujete el tubo capilar a la

escala (tenga cuidado de no tocar la parte del capilar que estará sumergida en el

líquido). Coloque agua destilada en el tubo de ensayo, introduzca el capilar con la

escala y ubique el tubo de ensayo en el baño de agua. Ajuste la temperatura del baño.

Sople por el tubo lateral, obligando al agua a entrar al capilar, deje que el líquido llegue

a su posición de equilibrio y mida la altura del líquido en el capilar. Repita las

mediciones con el líquido problema a tres temperaturas con intervalos de 20 oC.

Prepare 250 mL de una disolución 0,7 M de n-butanol. De está, prepare 50 mL de

varias disoluciones de n-butanol adicionando las siguientes alícuotas de la disolución

madre y aforando con agua: 1) 5 mL; 2) 10 mL; 3) 20 mL; 4) 30 mL y 5) 40 mL. Mida la

elevación capilar a 25 0C para la disolución madre y el resto de las disoluciones según

el procedimiento anterior.

Cálculos

1. Determine el radio del capilar utilizando los valores tabulados para la tensión

superficial y la densidad del agua.

2. Calcule la tensión superficial del líquido problema a cada una de las

temperaturas.

3. Calcule la tensión superficial de cada disolución de n-butanol.

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4. Grafique de las disoluciones frente a y determine .

5. Obtenga el área de la sección transversal de una molécula de n-butanol

(Ǻ2/molécula).

Nº de Experimento:

Nombre:                      

Objetivo:                      

                     

                     

Can

cerí

geno

, mut

ágen

o

Tóx

ico

Exp

losi

vo

Infla

mab

le

Oxi

dant

e

Cor

rosi

voSustancia Fórmula ρ (g/ml) M (g/mol) Te / Tf (ºC)              

                                                                                                                   

Condiciones de experimento (altas temperaturas, bajas temperaturas, vacío, etc.)

Condiciones de seguridad requeridas

12

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13

Lentes de seguridad: √ Bata de lab.: √ Guantes: Campana de Ext.: Otros:       

Procedimientos de emergencia:

Firma: Autorizado por: Fecha:

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Page 16: Cuaderno Lab FQ II

ADSORCIÓN DE LÍQUIDOS EN SÓLIDOS. ISOTERMA DE ADSORCIÓN DE LANGMUIR

INTRODUCCIÓN

Se llama adsorción al fenómeno de concentración de una sustancia sobre la superficie

de un sólido. El sólido en cuya superficie se produce la adsorción se denomina

adsorbente o sustrato y la sustancia adsorbida recibe el nombre de adsorbato.

La adsorción sobre los sólidos se clasifica en adsorción física (o fisisorción) y

adsorción química (o quimisorción). En la adsorción física las moléculas de adsorbato

se mantienen unidas a la superficie del sólido por medio de fuerzas intermoleculares de

Van der Waals relativamente débiles. En la quimisorción se produce una reacción

química en la superficie del sólido y el sustrato se mantiene unido a la misma a través

de enlaces químicos relativamente fuertes. Los incrementos de entalpía que aparecen

en la quimisorción suelen tener una magnitud considerablemente mayor que los de la

adsorción física. Normalmente, el ∆H para la quimisorción está en el intervalo de –40 a

–800 kJ/mol, mientras que el ∆H en la adsorción física va de – 4 a – 40 kJ/mol,

semejante a las entalpías de condensación de un gas.

La cantidad adsorbida por gramo de adsorbente depende del área específica del sólido,

de la concentración en equilibrio del soluto en la disolución (o de la presión, en el caso

de adsorción en fase gas), de la temperatura y de la naturaleza de las moléculas

implicadas. A partir de mediciones a temperatura constante, se obtiene una gráfica de

X, número de moles adsorbidos por gramo de sólido, en función de c, concentración de

soluto en equilibrio. Esta curva es conocida como isoterma de adsorción.

En 1918, Langmuir empleó un modelo simplificado de la superficie de un sólido para

deducir la ecuación de una isoterma. Postuló que los gases al ser adsorbidos por la

superficie del sólido forman únicamente una capa de espesor monomolecular, que el

sólido posee una superficie uniforme, que no hay interacción entre las distintas

moléculas adsorbidas y que las moléculas adsorbidas se encuentran localizadas en

posiciones específicas. Además visualizó que el proceso de consta de dos acciones

16

Page 17: Cuaderno Lab FQ II

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opuestas: condensación de las moléculas de la fase de gas sobre la superficie y

evaporación de las situadas en la superficie hacia el gas.

El equilibrio dinámico es A(g) + M(superficie) ↔ AM, con constantes de velocidad

para adsorción y para desorción. Sea la fracción de posiciones de adsorción

ocupadas por el adsorbato en equilibrio. La fracción de posiciones de adsorcion vacias

está dada por (1- ). La velocidad de adsorción es proporcional a la concentración y a la

fracción de posiciones de adsorcion vacias, mientras que la velocidad de desorción es

proporcional a la fracción de posiciones de adsorción ocupadas por el adsorbato. En el

equilibrio, las velocidades de adsorción y desorción son iguales

Resolviendo para se obtiene la isoterma de Langmuir

donde es coeficiente de adsorción ( depende de la temperatura). La

fracción de posiciones ocupadas es igual a , donde es el número de moles de

soluto adsorbido por gramo de adsorbente y es el número de moles por gramo para

cubrir totalmente la superficie. Haciendo esta sustitución y ordenando la ecuación (2),

tenemos

Si la isoterma de Langmuir es una descripción adecuada del proceso de adsorción,

entonces la representación de frente a será una línea recta con pendiente .

Si se conoce el área, σ, ocupada por una molécula adsorbida, el área específica del

adsorbente en m2/g es dada por

donde es el número de Avogadro y σ viene expresada en Ǻ2.

PARTE EXPERIMENTAL

Page 18: Cuaderno Lab FQ II

Materiales y sustancias

Erlenmeyer de 125 mL (15), embudo de tallo largo (5), bureta de 50 mL, matraz

volumétrico de 50 mL, pipeta volumétrica de 10 mL (5), papel de filtro de poro fino,

soporte universal, pinzas para bureta, soporte para embudos, tapón (5), agitador de

vidrio (5), balanza analítica, agitador horizontal mecánico.

Carbón activado, ácido acético, hidróxido de sodio, biftalato de potasio, fenolftaleina.

Procedimiento

Prepare 500 mL de una disolución 0,4 M de ácido acético y 1 L de una disolución 0,1 M

de hidróxido de sodio. Valore las disoluciones preparadas.

Pese aproximadamente 1 g de carbón activado con una exactitud de ± 0,1mg en cada

uno de cinco matraces Erlenmeyers. Agregue a cada una de ellos 50 mL de una

disolución de ácido acético preparada en el matraz volumétrico como sigue: al primero

50 mL de la disolución 0,4 M, al segundo 30 mL de la disolución 0,4 M y agua, al

tercero 15 mL de la disolución 0,4 M y agua, al cuarto 10 mL de la disolución 0,4 M y

agua y al quinto 5 mL de la disolución 0,4 M y agua. Tape firmemente los Erlenmeyers y

agítelos durante una hora.

Filtre las disoluciones con papel de filtro fino, descartando primeros 5-10 ml del filtrado.

Titule los filtrados con hidróxido de sodio 0,1 M valorado empleando fenolftaleina como

indicador. Tome alícuotas de 10 ml de las cinco disoluciones y efectúe las titulaciones

por duplicado.

Anote la temperatura ambiente.

Tanto en la preparación de las muestras, como en la ejecución de las titulaciones úsese

una técnica analítica rigurosa.

Cálculos

1. Calcule la concentración del ácido acético en equilibrio con el carbón activado.

2. Calcule el número de moles de ácido acético adsorbido por gramo de carbón.

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Page 19: Cuaderno Lab FQ II

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3. Grafique contra c. Determine el número de moles de soluto por gramo de

adsorbente necesario para cubrir totalmente la superficie y el coeficiente de

adsorción .

4. Calcule el área específica del carbón activado, suponiendo que el área de una

molécula de ácido acético es de 21 Å2.

Nº de Experimento:

Nombre:                      

Objetivo:                      

                     

                     

Can

cerí

geno

, mut

ágen

o

Tóx

ico

Exp

losi

vo

Infla

mab

le

Oxi

dant

e

Cor

rosi

vo

Sustancia Fórmula ρ (g/ml) M (g/mol) Te / Tf (ºC)                                                                                                          

Page 20: Cuaderno Lab FQ II

                       

Condiciones de experimento (altas temperaturas, bajas temperaturas, vacío, etc.)

Condiciones de seguridad requeridas

Lentes de seguridad: √ Bata de lab.: √ Guantes: Campana de Ext.: Otros:       

Procedimientos de emergencia:

Firma: Autorizado por: Fecha:

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Page 22: Cuaderno Lab FQ II

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Page 23: Cuaderno Lab FQ II

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Page 24: Cuaderno Lab FQ II

CONDUCTIVIDAD ELECTROLÍTICA

INTRODUCCIÓN

Cuando se aplica una diferencia de potencial a través de dos electrodos sumergidos en

una disolución iónica, se produce un movimiento neto de los iones hacia uno u otro de

los electrodos y hay una conducción de corriente eléctrica a través de la disolución; el

paso de la corriente va acompañado de transporte de materia.

Las disoluciones electrolíticas cumplen la ley de Ohm lo mismo que los conductores

metálicos. Así, la intensidad I de la corriente que atraviesa una disolución es

proporcional a la diferencia de potencial eléctrico, Δø

Δø/I = R (1)

donde R es la resistencia de la disolución en ohmios (Ω). La conductancia, L, se define

como el recíproco de la resistencia: L = 1/R y se expresa en siemens (S). La resistencia

de una disolución entre los dos electrodos es directamente proporcional a la longitud de

la disolución entre los electrodos e inversamente proporcional a la sección transversal

de la disolución entre los mismos, es decir, al área de los electrodos

R = ρ (l/A) (2)

donde ρ es una constante de proporcionalidad denominada resistividad. El recíproco

de la resistividad se define como conductancia específica o conductividad, k, por lo

que

k = 1/ρ = 1/R (l/A) = L (l/A) (3)

De manera que k es la conductancia de una disolución entre electrodos de 1 cm2 de

área y con una separación de 1 cm.

La conductividad depende de las concentraciones equivalentes y las movilidades de los

iones presentes en la disolución. Puesto que el número de portadores de carga por

unidad de volumen aumenta normalmente al aumentar la concentración del electrólito,

la conductividad de la disolución aumenta, por lo general, cuando aumenta la

concentración del electrólito.

24

Page 25: Cuaderno Lab FQ II

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Para obtener una medida de la capacidad de transporte de corriente de una cantidad

dada de electrólito, se define la conductividad molar del electrólito

Λ ≡ k/c (4)

donde c es la concentración molar del electrólito.

Para electrólitos fuertes, la influencia de la atracción iónica sobre la movilidad causa

una pequeña dependencia de la conductividad molar de la concentración. Kolhrausch

fue primero en señalar que la conductividad molar depende de la concentración de

electrólito y que en disoluciones diluidas de electrólitos fuertes esta dependencia puede

expresarse por la ecuación

Λ = Λ – b√c (5)

donde Λ se denomina conductividad molar límite y b es una constante de

proporcionalidad característica de un electrólito. Usando esta relación, el valor Λ para

electrólitos fuertes se obtiene experimentalmente midiendo la conductancia como

función de la concentración. La conductividad molar de electrólitos débiles desciende

mucho más rápido de lo que prevé la ecuación (3). La Figura 1 ilustra

esquemáticamente el comportamiento comparativo del KCl y el ácido acético.

Kolhrausch encontró también que Λ para cualquier electrólito se puede expresar como

la suma de las contribuciones procedentes de sus iones

Λ = ν+λ+ + ν-λ

- (6)

donde ν+ y ν- son los números de cationes u aniones por formula unidad del electrolito;

λ+ y λ

- son las conductividades molares del catión y el anión a dilución infinita. Esta

ecuación se conoce como ley de Kolhrausch de la migración independiente de iones y

permite el cálculo de valores de Λ para los electrólitos débiles.

Page 26: Cuaderno Lab FQ II

Figura 1. Conductividad molar frente a c 1/2 para los electrólitos fuertes y débiles.

A una concentración dada, el grado de disociación α, de un electrólito suficientemente

débil se puede relacionar con la conductividad molar de la disolución y el valor Λ para

este electrólito débil

α = Λ/Λ (7)

Si se conoce el grado de ionización α de una concentración c de un electrólito débil, se

puede calcular la constante de equilibrio Kc

Kc = [H][Ac]/[HAc] = c α2/1- α (8)

Sustituyendo α por Λ/Λ y reorganizando se obtiene

1/ Λ = 1/ Λ + c Λ/K Λ2 (9)

Una representación de 1/ Λ en función de cΛ dará una línea recta de pendiente 1/KΛ2 e

intercepto 1/ Λ.

La determinación de la conductividad molar se reduce a la determinación de la

conductividad de electrólito y ésta, a su vez, a una medición de la conductancia de la

disolución. El método consiste en la incorporación de una celda de conductividad en

una rama de un puente de Wheatstone para corriente alterna. Para calcular

conductividad, k = L(l/A), con base en la conductancia medida, se requiere conocer la

relación l/A para la celda de conductividad particular empleada, que es una cantidad fija

llamada constante de celda, Kc. En mediciones rutinarias, la constante de la celda se

determina indirectamente midiendo su conductancia cuando contiene una disolución

estándar de conductividad conocida, por lo general se emplean disoluciones acuosas

de KCl

Kc = (l/A) = kKCl/LKCl (5)

26

Page 27: Cuaderno Lab FQ II

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PARTE EXPERIMENTAL

Materiales y sustancias

Matraz volumétrico de 100 mL (16), de 250 mL (1), pipeta volumétrica de 10 mL (4),

celda de conductividad, conductímetro, balanza analítica, baño termostatizado.

Acido acético glacial, cloruro de sodio, acetato de sodio, ácido clorhídrico, cloruro de

potasio.

Procedimiento

Prepare 100 mL de disoluciones 0,1 M de ácido acético, cloruro de sodio, acetato de

sodio y ácido clorhídrico. Valore las disoluciones de ácido acético y ácido clorhídrico.

De éstas y por diluciones sucesivas prepare 100 mL de disoluciones 0,01, 0,005, 0,001

y 0,0005 M de cada una de las sustancias. Tenga cuidado en eliminar en lo más posible

errores debidos a las diluciones, ya que éstos son acumulativos. Prepare 250 mL de

una disolución exactamente 0,02 M de cloruro de potasio. Coloque las disoluciones en

un baño termostatizado a 25 0C. Mida la conductancia de todas las disoluciones. Mida la

conductancia del agua destilada. Todas las disoluciones se deben preparar con

agua destilada exenta de CO2.

Cálculos

1. Verifique la constante de la celda utilizando los datos de conductividad de la

literatura para la disolución 0,02 M de KCl a la temperatura de trabajo.

2. Calcule la conductividad para cada disolución.

3. Si la conductividad, kH2O, del agua, usada en la preparación de las disoluciones,

es significante en comparación con la conductividad medida, kobs, efectúe la

corrección: k = kobs – kH2O.

4. Calcule la conductividad molar para cada disolución.

Page 28: Cuaderno Lab FQ II

5. Grafique Λ contra √c para cada electrólito. Obtenga Λ para los electrólitos

fuertes.

6. Calcule Λ para ácido acético utilizando la ley de migración independiente de

Kolhrausch.

7. Calcule el grado de disociación, α, y el valor correspondiente de Kc para cada

disolución de ácido acético.

8. Grafique 1/ Λ contra cΛ para ácido acético y obtenga los valores de Kc y Λ.

Nº de Experimento:

Nombre:                      

Objetivo:                      

                     

                     

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Sustancia Fórmula ρ (g/ml) M (g/mol) Te / Tf (ºC)                                                                                                          

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Page 29: Cuaderno Lab FQ II

29

                       

Condiciones de experimento (altas temperaturas, bajas temperaturas, vacío, etc.)

Condiciones de seguridad requeridas

Lentes de seguridad: √ Bata de lab.: √ Guantes: Campana de Ext.: Otros:       

Procedimientos de emergencia:

Firma: Autorizado por: Fecha:

Page 30: Cuaderno Lab FQ II

30

Page 31: Cuaderno Lab FQ II

31

Page 32: Cuaderno Lab FQ II

DIAGRAMA DE FASES LÍQUIDO-VAPOR PARA UN SISTEMA BINARIO DE

LÍQUIDOS

INTRODUCCIÓN

En una disolución binaria ideal de líquidos volátiles, las presiones de vapor de los

componentes se relacionan con la composición por la ley de Raoult:

(1)

(2)

donde y son las presiones de vapor de los componentes 1 y 2; y son las

fracciones mol de 1 y 2 en la mezcla líquida.

La presión total del vapor de la mezcla es igual a la suma de presiones parciales de los

componentes (ley de Dalton):

(3)

que relaciona la presión total sobre la mezcla con la fracción mol de componente 1 en el

líquido.

La presión total también puede expresarse en función de la fracción mol del

componente 1 en el vapor. Según la definición de la presión parcial,

Empleando los valores de y de las ecuaciones (1) y (3), obtenemos

32

Page 33: Cuaderno Lab FQ II

33

Resolviendo para y empleando esta expresión en la ecuación (3), después de

agrupar términos, obtenemos

Si en las ecuaciones (3) y (5) consideramos constante la presión total, entonces las

ecuaciones son relaciones entre la temperatura de equilibrio, la de ebullición, y o .

Las relaciones y no son tan sencillas como las relaciones entre

presión y composición, pero pueden determinarse teóricamente por medio de la

ecuación de Clapeyron o de forma experimental mediante la determinación de las

temperaturas de ebullición y las composiciones del vapor correspondientes a mezclas

líquidas de varias composiciones. En la Figura 1 se presenta un diagrama de fases

líquido–vapor de temperatura frente a la composición para un sistema binario de

líquidos volátiles ideal a presión constante.

Figura 1. Diagrama temperatura-composición para un sistema binario de líquidos

volátiles ideal.

PARTE EXPERIMENTAL

Materiales y sustancias

Page 34: Cuaderno Lab FQ II

Balón de dos bocas de fondo redondo de 250 mL con brazo lateral (2), refrigerante

recto (2), tapón esmerilado (2), vial de 5 mL con tapa de rosca (14), vial de 10 mL con

tapa de rosca (5), termómetro de 0-100 oC, embudo de tallo largo (2), pipeta graduada

de 2 mL (14), refractómetro Abbe, manta de calentamiento (2), soporte universal,

pinzas.

Benceno y alcohol etílico o isopropílico

Procedimiento

Monte el aparato indicado en la Figura 2. Introduzca 25 mL de alcohol al balón con la

ayuda de un embudo. Tape la salida y caliente el alcohol hasta ebullición. Anote la

temperatura de ebullición cuando ésta permanezca constante. Suspenda el

calentamiento, deje enfriar el líquido y tome muestras del destilado y del residuo (unos

2 mL, aproximadamente). Guarde las muestras en viales tapados. Agregue al balón una

porción de 2 mL de benceno. Repita el proceso anterior. Posteriormente, agregue otra

porción de 2 mL de benceno y repita el proceso nuevamente. Luego, agregue 5 mL de

benceno cada vez en cuatro ocasiones, para obtener un total de siete puntos. Tome el

índice de refracción a las muestras de residuos y destilados.

Repita el mismo procedimiento empezando con 25 mL de benceno y agregando las

porciones de alcohol de 0,2, 0,5, 1,0, 2,0, 3,0 y 4,0 mL para un total de siete puntos.

Prepare cinco mezclas de benceno-alcohol como sigue: primera, 1 mL de benceno y 5

mL de alcohol; segunda, 2 mL de benceno y 4 mL de alcohol; tercera, 3 mL de benceno

y 3 mL de alcohol; cuarta, 4 mL de benceno y 2 mL de alcohol y quinta, 5 mL de

benceno y 1 mL de alcohol. Mida el índice de refracción del alcohol y del benceno, así

como de las cinco mezclas.

Cálculos

1. Trace la curva de los índices de refracción contra fracciones molares para las

mezclas benceno-alcohol.

2. Determine las composiciones de los destilados y de los residuos a partir de la

curva anterior.

34

Page 35: Cuaderno Lab FQ II

35

3. Grafique la temperatura de ebullición contra la composición para la curva del

líquido y la del vapor.

Figura 2. Aparato para determinar la curva de temperatura-composición de un sistema

binario de líquidos.

Nº de Experimento:

Nombre:                      

Objetivo:                      

                     

                     

Page 36: Cuaderno Lab FQ II

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Sustancia Fórmula ρ (g/ml) M (g/mol) Te / Tf (ºC)                                                                                                                                 

Condiciones de experimento (altas temperaturas, bajas temperaturas, vacío, etc.)

Condiciones de seguridad requeridas

Lentes de seguridad: √ Bata de lab.: √ Guantes: Campana de Ext.: Otros:       

Procedimientos de emergencia:

Firma: Autorizado por: Fecha:

36

Page 37: Cuaderno Lab FQ II

37

Page 38: Cuaderno Lab FQ II

38

Page 39: Cuaderno Lab FQ II

39

SISTEMA TERNARIO DE LÍQUIDOS

INTRODUCCIÓN

En un sistema de tres componentes (o ternario), los grados de libertad, de acuerdo con

la regla de las fases de Gibbs, son: L = 3 – F + 2 = 5 – F. Si el sistema consta solo de

una fase, se necesitan cuatro variables para describirlo, que pueden tomarse

convenientemente como Para poder realizar un diagrama bidimensional es

necesario mantener constantes dos variables. En consecuencia, es costumbre

representar el sistema a presión y temperatura constantes. Los grados de libertad son,

por consiguiente, F = 3 – P, de modo que el sistema tiene como máximo dos variables y

puede representarse en el plano. Después de fijar la temperatura y la presión, las

restantes son variables de composición , relacionadas mediante

1. Un diagrama de fases triangular, basado en las propiedades de los

triángulos equiláteros, asegura el cumplimiento de esta propiedad.

Page 40: Cuaderno Lab FQ II

Son posibles varios tipos diferentes de sistemas ternarios de líquidos, dependiendo de

si uno, dos o tres pares de los líquidos son parcialmente miscibles entre sí. En el

diagrama de fases mostrado en la Figura 1, que representa el equilibrio líquido-líquido,

los pares A/C y B/C son totalmente miscibles entre sí, mientras que el par A/B solo es

miscible a altas concentraciones de A o B y a concentraciones intermedias forma dos

fases líquidas inmiscibles. Los puntos a y b representan las fases líquidas conjugadas

en ausencia de C. Todas las mezclas binarias, con composiciones comprendidas entre

a y b, se separarán en dos fases líquidas con las composiciones de a y de b. Las

cantidades relativas de estas fases están dadas por la regla de la palanca. La adición

de una cantidad suficiente de C a una mezcla bifásica de A y B dará lugar a una

disolución monofásica. Cualquier punto situado debajo de la curva aa′kc′′b′b representa

una mezcla ternaria que se separará en dos fases líquidas; cualquier punto por encima

de la curva representa una sola fase líquida homogénea. Por ejemplo, la mezcla

ternaria de composición c′ está constituida por una fase rica en A y pobre en B, de

composición a′, y la otra fase de composición b′, rica en B y pobre en A, conectadas por

la línea de unión o de conjunción. La pendiente de la línea de unión a′c′b′ muestra

que el componente C es más soluble en la fase b′ (rica en B), que en la a′ (rica en A). El

punto k, el límite al que tienden las líneas de unión conforme las dos fases en equilibrio

van siendo más y más parecidas, se denomina punto de pliegue o punto crítico

isotérmico.

Son ejemplos del tipo discutido los sistemas integrados por agua, ácido acético y un

líquido orgánico, que puede ser: cloroformo, benceno, tolueno o 1-butanol. Los pares

agua-ácido acético y líquido orgánico-ácido acético son totalmente miscibles entre sí,

en cambio, el par agua-líquido orgánico es sólo parcialmente miscible.

40

Page 41: Cuaderno Lab FQ II

41

Figura 1. Diagrama de fases líquido-líquido para un sistema ternario con dos líquidos

parcialmente miscibles.

PARTE EXPERIMENTAL

Materiales y sustancias

Bureta de 50 ml (6), embudo de separación de 125 ml (3), matraz Erlenmeyer de 250

mL (2) y de 125 mL (12), pipeta volumétrica de 5 mL (3), soporte universal (3), pinza

para bureta (3), balanza analítica.

Ácido acético glacial, agua destilada, líquido orgánico (cloroformo, benceno, tolueno o

1-butanol), hidróxido de sodio, biftalato de potasio

Procedimiento

Prepare 1L de una disolución de hidróxido de sodio 2M y valórela.

En un matraz Erlenmeyer de 250 mL prepare una mezcla de 10 mL de líquido orgánico

y 1 mL de agua. Titule la mezcla con el ácido acético hasta la desaparición de turbidez

y obtención de una disolución clara. Anote el volumen de ácido acético. Agite

vigorosamente el matraz Erlenmeyer durante la adición del ácido, ya que se depositan

gotas de líquido orgánico en el fondo del frasco antes de alcanzar completa

miscibilidad. Repita el procedimiento agregando cada vez a la mezcla ternaria

resultante 1, 1, 2, 5, 10, 20 y 30 mL de agua.

En otro matraz Erlenmeyer de 250 mL prepare una mezcla de 2 mL de líquido orgánico

y 5 mL de agua. Después de obtener una solución clara con ácido acético, agregue

cuatro porciones de 5 mL de agua y en cada caso agregue ácido acético hasta que la

turbiedad de la mezcla desaparezca.

Para determinar las líneas de unión, prepare en embudos de separación tres mezclas

con un volumen total de 50 mL y de composición en porcentaje de volumen de: 1) 35%

líquido orgánico y 25% ácido acético, 2) 30% líquido orgánico y 35% ácido acético, 3)

30% líquido orgánico y 45% ácido acético, el resto es agua. Agite vigorosamente.

Separe las dos fases formadas. Analice el ácido acético en cada fase con una

Page 42: Cuaderno Lab FQ II

disolución de hidróxido de sodio 2 M valorada y fenolftaleina como indicador. Tome

alícuotas de 10 mL de la fase orgánica y de 5 mL de la fase acuosa. Pese cada una de

las alícuotas antes de titulación. Efectúe las titulaciones por duplicado.

Anote la temperatura ambiente.

Cálculos

1. Determine la composición porcentual de cada mezcla, utilizando las densidades

del cloroformo, agua y ácido acético a la temperatura de experimento.

2. Grafique los porcentajes utilizando un triángulo equilátero y una los puntos

mediante una línea continua. Obtenga de la literatura la composición de las fases

líquidas conjugadas en ausencia de ácido acético.

3. Calcule el porcentaje en peso del ácido acético en las fases orgánica y acuosa

para las tres mezclas.

4. Trace las líneas de unión.

Nº de Experimento:

Nombre:                      

Objetivo:                      

                     

                     

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Page 43: Cuaderno Lab FQ II

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Sustancia Fórmula ρ (g/ml) M (g/mol) Te / Tf (ºC)                                                                                                                                 

Condiciones de experimento (altas temperaturas, bajas temperaturas, vacío, etc.)

Condiciones de seguridad requeridas

Lentes de seguridad: √ Bata de lab.: √ Guantes: Campana de Ext.: Otros:       

Procedimientos de emergencia:

Firma: Autorizado por: Fecha:

Page 44: Cuaderno Lab FQ II

44

Page 45: Cuaderno Lab FQ II

45

Page 46: Cuaderno Lab FQ II

CINÉTICA QUÍMICA. REACCIÓN DE SEGUNDO ORDEN

INTRODUCCIÓN

La reacción

A + B → Productos

es de segundo orden si la velocidad es proporcional al producto de las concentraciones

de cada reactivo elevadas a la primera potencia

La constante de proporcionalidad , denominada constante cinética o coeficiente de

velocidad, depende de la temperatura y de presión.

La ecuación cinética es

La integración de esta ecuación da

46

Page 47: Cuaderno Lab FQ II

47

donde y son las concentraciones en el tiempo y y son las

concentraciones en el tiempo 0.

Si las concentraciones iniciales de A y B son las mismas, la ecuación cinética se

transforma en

e integrando se obtiene

Una forma alternativa para expresar la ecuación cinética es en términos de x, la

concentración de reactivo que ha reaccionado en el tiempo . Si es la concentración

inicial de reactivo A, entonces es la concentración de A en el tiempo .

Substituyendo por y por en la ecuación (2), se obtiene

en donde es la rapidez de la reacción con respecto de la desaparición, ya sea de

A o de B, y son las concentraciones iniciales de A y B, respectivamente, y es la

concentración, ya sea de A o de B, que ha reaccionado durante el tiempo .

La integración de esta ecuación entre los límites a y en cualquier

tiempo , da

Para las concentraciones iniciales de A y B iguales, las ecuaciones correspondientes

son

Page 48: Cuaderno Lab FQ II

Para la reacción de segundo orden en donde , la ecuación (9) muestra que una

gráfica de en función de dará como resultado una línea recta con pendiente

igual a y la intercepción con en el eje de concentración es igual a . En el caso de

una reacción de segundo orden con concentraciones iniciales distintas, la ecuación (7)

muestra que una gráfica de en función de dará como resultado

una línea recta con una pendiente igual a

Un ejemplo típico de reacción de segundo orden es la hidrólisis alcalina de un éster con

una base fuerte:

CH3COOC2H5 + Na+ + OH- CH3COO- + Na+ + C2H5OH

El acetato de etilo y el ión hidroxilo son las especies reactantes.

Se mezclan cantidades conocidas de éster y base; como resulta evidente por la

reacción química, la disminución en la concentración de OH- es una medida del avance

de la reacción, es decir, la concentración de OH- al tiempo es igual a en las

ecuaciones (7) y (9). La reacción se puede seguir por valoración de iones OH- que

permanecen en la mezcla de reacción o por medidas de la conductividad eléctrica dado

que implica especies iónicas y tiene lugar en un disolvente polar. La conductividad

inicial se debe a la concentración inicial de NaOH, mientras que la conductividad final

se debe a la concentración final de acetato de sódio. Con el avance de la reacción,

los iones hidroxilo se reemplazan progresivamente por los iones acetato, cuya

movilidad iónica es más baja que la de los iones OH-; en consecuencia, la conductividad

al tiempo t disminuye. La variación en la conductividad es proporcional a la cantidad

de reactivos que ya se han transformado. La ecuación (9) se puede escribir en la forma

(10)

48

Page 49: Cuaderno Lab FQ II

49

La cantidad total de reactivos que se consumen es proporcional a la variación total de

conductividad en la mezcla de reacción, esto es, y x, la cantidad de

reactivos consumidos después de un tiempo t, es proporcional a . Sustituyendo

en la expresión (9), se obtiene

(10)

La representación gráfica de frente a t debe ser una línea recta de

pendiente ka.

Con muy pocas excepciones, la velocidad de las reacciones aumenta con la

temperatura. Arrhenius propuso la relación entre la constante cinética y la temperatura

(11)

donde la constante A se denomina factor de frecuencia o factor pre-exponencial y Ea es

la energía de activación.

PARTE EXPERIMENTAL

Materiales y sustancias

Baño termostatizado, conductímetro, cronómetro, matraz Erlenmeyer de 125 mL (8),,

bureta de 50 mL (1), balón aforado de 50 mL (1), de 100 mL (2), de 500 mL (2).

Acetato de etilo, hidróxido de sodio, acetato de sodio, biftalato de potasio.

Procedimiento

Page 50: Cuaderno Lab FQ II

Prepare y estandarice 50 mL de la disolución de hidróxido de sodio 0,5 M. Prepare 250

mL de la disolución de acetato de etilo 0,02 M y 100 mL de la disolución de acetato de

sodio 0,01 M. Prepare 250 mL de la disolución de NaOH 0,02 M y 100 mL de 0,01 M a

partir de la disolución 0,5 M. Todas las disoluciones se deben preparar con agua

destilada exenta de CO2.

Transfiera 50 mL de la disolución de acetato de etilo y 50 mL de la disolución de

hidróxido de sodio 0,02 M en matraces Erlenmeyers de 125 mL y colóquelos en baño

termostatizado a 20 oC. Coloque en el mismo baño las disoluciones de acetato de sodio

0,01 M y de NaOH 0,01 M. Permita que las disoluciones se estabilicen térmicamente.

Mida la conductividad de las disoluciones de acetato de sodio e hidróxido de sodio 0,01

M. Vierta rápidamente la disolución de acetato de etilo en la disolución de hidróxido de

sodio 0,02 M. Agite vigorosamente y accione el cronómetro ( , es el tiempo desde

el momento que se realiza la mezcla). Mida la conductividad de la mezcla de reacción

con frecuencia (1-5 min), haciendo los intervalos cada vez más largos a medida que la

reacción progrese.

Repita el procedimiento anterior a 25 y 30 oC.

Cálculos

1. Tabule /s, /S cm-1 y para cada temperatura.

2. Grafique contra para cada temperatura y determine los valores

de k a partir de las respectivas pendientes.

3. Grafique ln k contra 1/T y determine la energía de activación para la hidrólisis

alcalina de acetato de etilo.

50

Page 51: Cuaderno Lab FQ II

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Nº de Experimento:

Nombre:                      

Objetivo:                      

                     

                     

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Sustancia Fórmula ρ (g/ml) M (g/mol) Te / Tf (ºC)                                                                                                                                 

Condiciones de experimento (altas temperaturas, bajas temperaturas, vacío, etc.)

Condiciones de seguridad requeridas

Lentes de seguridad: √ Bata de lab.: √ Guantes: Campana de Ext.: Otros:       

Procedimientos de emergencia:

Firma: Autorizado por: Fecha:

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Page 53: Cuaderno Lab FQ II

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Page 54: Cuaderno Lab FQ II

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Page 55: Cuaderno Lab FQ II

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VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS. VISCOSÍMETRO DE OSTWALD

INTRODUCCIÓN

La viscosidad, η, de un líquido es una medida de su resistencia al flujo, debida a las

fuerzas internas de fricción. Esta resistencia interna da como resultado una

transferencia de la energía de translación de una capa de líquido a la siguiente, cuando

el fluido se pone en movimiento por una fuerza que se aplica. El resultado neto es una

transferencia del momento entre capas sucesivas del líquido. La fuerza por unidad de

área , necesaria para impulsar a una capa de líquido en relación a la capa siguiente

Page 56: Cuaderno Lab FQ II

es proporcional a la relación de cambio de velocidad al cambio en la distancia

perpendicular al flujo, , que se denomina gradiente de velocidad

en donde η es la constante de proporcionalidad llamada coeficiente de viscosidad,

que depende de la naturaleza del fluido y de temperatura. Los líquidos que obedecen a

la ecuación (1) se conocen como líquidos newtonianos.

Los factores moleculares que afectan a la viscosidad de un líquido son las interacciones

intermoleculares, el tamaño y la forma.

La viscosidad de los líquidos generalmente disminuye rápidamente al aumentar la

temperatura. La mayoría de los líquidos obedecen la ecuación empírica propuesta por

Eyring

donde A es una constante y es la energía de activación para el flujo.

Cuando se hace pasar un líquido por un tubo capilar, el flujo lo controla la viscosidad

del líquido. A este flujo se llama laminar. La ecuación de Poiseuille permite calcular el

coeficiente de viscosidad en el caso de flujo laminar

donde es el volumen del líquido que cruza una sección transversal del tubo del radio

y longitud , en el tiempo , bajo una diferencia de presión a lo largo del tubo

56

Page 57: Cuaderno Lab FQ II

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Figura 1. Viscosímetro de Ostwald.

Un método conveniente para determinar la viscosidad de un líquido es comparar su

tiempo de flujo en un tubo capilar (viscosímetro) con el tiempo de flujo de un segundo

líquido de viscosidad conocida, por el mismo tubo capilar. En esta forma no es

necesario conocer las constantes del aparato

Al dividir la ecuación (4) por la (5)

La presión que ejerce el líquido a través del tubo es (donde es la densidad del

líquido, la aceleración de la gravedad y la diferencia de niveles del líquido entre los

brazos del viscosímetro) y es proporcional a la densidad del líquido

PARTE EXPERIMENTAL

Materiales y sustancias

Viscosímetro de Ostwald, vaso de precipitado de 2 L, cronómetro, termómetro de 0-100 oC, soporte universal, mechero, pinzas, varilla de vidrio, rejilla metálica, pera de succión.

Agua destilada, líquido problema (benceno, tolueno, alcohol isopropílico, alcohol etílico,

alcohol n-propílico, tetracloruro de carbono, cloroformo, acetato de etilo, heptano).

Procedimiento

Limpie cuidadosamente el viscosímetro. Agregue un volumen de agua destilada tal que

los bulbos superior (A) e inferior (B) queden a la mitad de su volumen (Figura 1).

Coloque el viscosímetro dentro del baño de agua preparado en el vaso de precipitado

Page 58: Cuaderno Lab FQ II

de 2L, sujetándolo con pinzas para bureta. El viscosímetro debe alinearse

verticalmente. Permita que el líquido se equilibre térmicamente. Obligue al líquido a

subir sobre la marca b, haciendo la succión por el tubo delgado. Mida el tiempo que

tarda el líquido en pasar de la marca b a la marca c. Repita esta medida tres veces.

Efectúe mediciones con agua destilada y con el líquido problema a tres temperaturas

con intervalos de 20 oC.

Cálculos

1. Determine la viscosidad del líquido problema utilizando los valores de la literatura

de la viscosidad del agua y de las densidades del agua y del líquido problema a las

tres temperaturas.

2. Determine la energía necesaria para efectuar el proceso de viscosidad a

partir de la gráfica de contra .

Nº de Experimento:

Nombre:                      

Objetivo:                      

                     

                     

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Page 59: Cuaderno Lab FQ II

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Sustancia Fórmula ρ (g/ml) M (g/mol) Te / Tf (ºC)                                                                                                                                 

Condiciones de experimento (altas temperaturas, bajas temperaturas, vacío, etc.)

Condiciones de seguridad requeridas

Lentes de seguridad: √ Bata de lab.: √ Guantes: Campana de Ext.: Otros:       

Procedimientos de emergencia:

Firma: Autorizado por: Fecha:

Page 60: Cuaderno Lab FQ II

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Page 61: Cuaderno Lab FQ II

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Page 62: Cuaderno Lab FQ II

NORMAS DE LOS LABORATORIOS DE DOCENCIA DE LA UNIDAD ACADEMICA

DE FISICOQUIMICA

Clase Introductoria:

Al inicio de cada semestre se dictará la clase introductoria. En la misma se hará una evaluación

diagnóstica (sin nota) y se hará la discusión de:

Normas de seguridad en el laboratorio

Forma de evaluación

Normas para llevar el cuaderno y se hará la entrega del formato del mismo en digital

Normas para la elaboración de los informes y se hará la entrega del formato electrónico

Reglamento para la Presentación de Trabajos en la Universidad del Zulia.

62

Page 63: Cuaderno Lab FQ II

63

Evaluación:

Para cada sesión práctica de las asignaturas de laboratorios de Fisicoquímica I y II se

evaluarán:

1. Actividades pre-laboratorio: preparación del cuaderno del laboratorio y un examen corto

con la finalidad de evaluar la preparación teórico-práctica de los estudiantes(todas las

operaciones: despejes, cálculos, transformaciones deben aparecer en la hoja del

examen)

2. Laboratorio: a lo largo de la sesión práctica se evalúan responsabilidad, orden, técnicas

de laboratorio y cumplimiento de las normas de seguridad.

3. Post-laboratorio: como una actividad post-laboratorio, los estudiantes elaborarán de

manera individual un informe sobre los resultados de la práctica y su discusión.

La distribución porcentual de estas evaluaciones:

Pre-laboratorio Laboratorio Post-laboratorio

Examen Cuaderno de

laboratorio

Técnicas de

laboratorio y

responsabilidad

Informe

40% 10% 10% 40%

El resultado del examen se publicará al día siguiente de la realización del mismo. En caso de

ser aplazado, la nota de la práctica respectiva constará solamente de 40% de la nota del

examen.