TENSION SUPERFICIAL

Método de Rayleigh

Experiencia N° 04 A

I.OBJETIVO
Determinar el coeficiente de tensión superficial de los líquidos, utilizando el método de
Rayleigh.

II.EQUIPOS/MATERIALES
1 Soporte universal
1 Bureta de 1mm de diámetro externo
1 Clamp
1 Termómetro
1 Vaso de precipitados
Líquidos: agua, alcohol, ron

III.FUNDAMENTO TEORICO
Un sistema tiende a estar en estado estable cuando alcanza su estado de mínima
energía potencial. En termodinámica, un sistema tiende a llegar al estado de mínima
energía libre cuando sus condiciones isotérmicas son de equilibrio. En esta condición,
la superficie del líquido tiende a reducirse al mini9nmo y al contraerse se comporta
como una membrana protectora.
Desde el punto de vista molecular, toda molécula que se encuentre al interior de un
líquido sufrirá la acción de fuerzas atractivas de sus vecinas, por lo que la fuerza neta
sobre cada una de ellas será nula. En cambio, las moléculas que estén en la periferia
serán atraídas hacia el interior, para evitar ello se tensaran; minimizando su área. A
esta acción se denomina tensión superficial.
Análisis de la dinámica presente en la formación de una gota que se desprende de un
tubo cilíndrico de radio R, para un liquido que tiene un coeficiente de tensión
superficial α. Mientras la gota no se desprenda, tomara una forma tal que la
componente vertical de la fuerza de tensión superficial se equilibra con su peso. La
componente vertical de la fuerza de tensión superficial alcanzara su valor máximo en el
instante justo antes de que la gota se desprenda. Se encuentra que en el momento de
desprenderse cumple a la siguiente relación:

(1)

(2)

Donde: m es la masa de la gota,

R es el radio de la punta de la bureta, y
es el coeficiente de tensión superficial del líquido.

Debido a la condición de mínimo, las gotas de agua adoptan la forma esférica.

A partir de la ecuación (1), se podría determinar , pero como no se ha tenido en
cuenta el trabajo de deformación cilindro-esfera, el valor que se obtendría no seria
exacto. Rayleigh retoco esta expresión y obtuvo un modo empírico para determinar .
Rectifico las constantes y encontró:

(3)

Considerando un líquido de volumen V, de densidad , y que en el hay un número de

N gotas, la masa de cada gota será:

(4)

Por lo tanto, se encuentra que:

(5)
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Monte el equipo tal como se muestra el diseño experimental de la figura.

La bureta debe estar bien limpia para asegurar su funcionamiento.

Diga: ¿Qué entiende por tensión superficial?

 Es la medida de la fuerza elástica por unidad de longitud que actúa en la sup

 erficie de un líquido.
 Es la medida de energía(o trabajo) necesaria para estirar o alargar la película
elástica por unidad de área.

2. Si desconociera el diámetro externo de la bureta, determínela con el pie de rey.

* Para neutros cálculos se considera un diámetro igual a 0.5mm.Entonces:

D = 0.5 mm = 0.5 x10-3 m

D 0.5 x10-3
r= = = 0.25 x10 -3 m
2 2

3. Vierta líquido, cuya tensión superficial desea determinar en la bureta. Sugerencia:

Utilice 1,2 ó 3mL
* Utilizaremos v = 3mL=3cm3

4. Mida la temperatura del líquido del interior de la bureta. Anote el valor

correspondiente en la Tabla I ¿Qué sentido tiene medir esta temperatura?
La temperatura se relaciona en forma inversa con la tensión superficial, así por
ejemplo al aumentar la temperatura se incrementa la energía cinética de las
moléculas disminuyendo las fuerzas de cohesión, por lo que la tensión superficial
disminuye.

Entonces medimos la temperatura (temperatura ambiente = 25ºC), obtenemos un

valor de tensión superficial, para luego compararla cuando calentamos el liquido; y
así comprobar la disminución de la tensión superficial al elevar la temperatura.

5. Use el vaso de precipitado como depósito de descarga del líquido de la bureta.

 6. Cuente el numero de gotas (N = 5) de la porción del liquido entre los niveles de
referencia. Repita este procedimiento no menos de 5 veces. Cada vez anote en la
tabla el número de gotas para el volumen escogido.

7. ¿Para qué hay que contar el número de gotas?

Consideramos un líquido de volumen n , densidad r , en el hay un número de
gotas N, la masa de cada gota será:

rn
m=
N

Luego reemplazamos en la formula para hallar la tensión superficial, y obtenemos:

5 rn g
a= (*)
19 Nr
a = tensión sup erficial (dina / cm)
r = densidad del líquido ( g / cm3 )
n = volumen del líquido (cm3 )
g = gravedad (m / s 2 )
r = radio dela gota (m)
N = número de gotas

8. Repita los pasos anteriores para otros líquidos (alcohol, mezcla de ron con agua).

9. Nuevamente repita los paso anteriores para T = 21ºC

Agua Alcohol Mezcla

r n r n r n
Líquido N N N

(g/cm3) (cm3) (#gotas) (g/cm3) (cm3) (#gotas) (g/cm3) (cm3) (#gotas)

1 21 52 52

2 20 51 50
1 1 1 1 0.87 1
3 19 49 50

4 20 53 48

Promedio 1 1 20 1 1 51.25 0.87 1 50

Aplicando la fórmula (*):

a Agua a Alcohol a Mezcla

Líquido
(dina/cm) (dina/cm) (dina/cm)

1 285.5 115.5 100.3

2 299.8 117.5 104.3

3 315.6 122.3 104.3

4 299.8 113.2 108.7

Promedio 300.2 117.1 104.4

10. Cuando elevamos la temperatura a 50ºC

Alcohol α alcohol
(dina/cm)
Líquido r n N

(g/cm3) (cm3) (#gotas)

1 40 149.9

2 40 149.9
1 1
3 42 142.7

4 39 153.7

Promedio 1 1 40.2 149.0

Para calcular a para cada muestra aplicamos:

 5  rn  g 
a =    
 19  N  R 

VI.TAREA

¿Influye la tensión superficial en los fenómenos capilares?

Cuando un tubo capilar (tubo muy delgado) se coloca sobre agua, esta asciende dentro
del tubo hasta un nivel por encima del nivel del resto del líquido; pero si lo colocamos
sobre el mercurio, esta no asciende, al contrario, desciende hasta un nivel por debajo
del nivel del resto del líquido.

Análisis del fenómeno capilar

En el caso del agua:

1. Hay una elevación capilar con una altura h, debido que la fuerza de adherencia
(vidrio-agua) es mayor que la fuerza de cohesión (agua-agua)
2. La interface liquido-aire interna (menisco) y externa es de forma cóncava.
3. El líquido moja al vidrio.
4. El angulo de contacto(θ) es menor de 90º

En el caso del mercurio (Hg)

1. Hay una depresión capilar de profundidad h, debido a que la fuerza de adherencia

(Hg-vidrio) es menor que la fuerza de cohesión (Hg-Hg).
2. La interfase liquido-aire interna (menisco) y externa es de forma convexa.
3. El líquido no moja al vidrio.
El ángulo de contacto (θ) es mayor de 90º
2.- ¿La tensión superficial de pende de la temperatura?

• A temperatura ambiente la interacción de las partículas en la superficie del

agua, hace que esta se presente como una verdadera cama elástica. Incluso
soporta el peso de un insecto.

En cambio cuando se calienta el líquido el efecto de las moléculas de aire es

pequeño y como consecuencia las moléculas s e separan y el líquido ya no se
contrae.

3.- ¿Cuándo el coeficiente de tensión para el agua será α=0?

¿Esto se podía generalizar para otros líquidos?

Esto ocurre cuando la temperatura llega a su punto de ebullición(100ºc), esto se toma

solo para el agua..

4.- ¿Determine la tensión superficial de pende de la densidad?

La tensión superficial si depende de la densidad ya que al ser el líquido más denso, las
moléculas estarían más juntas y esto es una propiedad de la tensión superficial.

Po la ecuación de rayleigh:

α= (5/19) (mg/R)

REEMPLAZANDO:

Ρ= (m/vN)
Α= (5/19) (ρv/N) (g/R)

5.-Determine si el coeficiente de tensión superficial y la viscosidad se relacionan.

No, porque la tensión superficial es inversa a la viscosidad ya que en el caso de la

aceite y el agua al resbalarse en un plano inclinado el volumen del aceite comparado
con el agua va a ser menor por lo q que sus moléculas va a estar mas unidas y este va a
ser mas viscoso q que el gua ,pero mientras q que la superficie donde se encuentran
los dos ,el agua va a tener mayor velocidad a l desplazarse ocupando mayor espacio
esto indicaría que tiene una mayor tensión superficial que el aceite.

6.- De seis ejemplos de aplicación práctica del fenómeno de tensión superficial: en el

campo de la ciencia, la tecnología y el hogar.

 Muchas veces hemos visto que una navaja de rasurar, colocadas

cuidadosamente sobre la superficie del agua flotaran aun cuando el acero sea
mas denso que el agua.

Esto es debido a una propiedad de los líquidos: la superficie libre del agua actúa
como una membrana delgada que soporta una tensión ligera

 La acción capilar es importante en la mecánica de fluidos, porque da lugar a la

formación de meniscos (sección curva) dentro de los recipientes que contienen
al líquido.
  Presenta una importancia para el intercambio gaseoso a nivel pulmonar pues la
superficie de los alvéolos constituyen una interfase gaseosa.
 Algunas plantas son acuáticas y se mantienen sobre el nivel del mar gracias a la
tensión superficial del agua para que le puedan llegar la energía solar y realizar
el proceso de la fotosíntesis,
 Fabricación de fibras impermeables.
 Industria de detergentes y jabones.

Experiencia N° 04 B

I. OBJETIVO
Determinar la tensión superficial del agua y otros líquidos.

II.MATERIALES / EQUIPOS

1 Aro de medida de tensión superficial de diámetro promedio = 19.5 mm.

1 cobra 3 basic-unit.
1 fuente de poder de 12V/2A.
1 software cobra3 force/telsa.
1 modulo de medición de newton.
1 sensor newton.
1 trípode base.
1 varilla de 25 cm.
III. FUNDAMENTO TEORICO

Las fuerzas moleculares que rodean una molécula en el interior de un liquido

actúan sobre ella desde todos lados; ejerciéndose una presión isotrópica. La fuerza
resultante que actúa sobre una molécula localizada en la capa superficial no es
cero, debido a que la resultante está dirigida hacia el interior del líquido.

Para aumentar el area de la superficie en un A, se debe realizar un trabajo E.

E = E/ A

Done; E es la energía superficial específica y es idéntica con la tensión superficial:

Ecuación 2 :

La fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin de mantener

la película liquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, la longitud del borde
es l = 2r
IV. EXPERIMENTO

MONTAJE

Familiarícese con el equipo sensor.

PROCEDIMIENTO

4.1. Vierta líquido en la cubeta petric hasta la mitad.

4.2. Suspenda el aro del gancho del sensor Newton. No sumerja aun el anillo en el
líquido.

4.3. Utilizando la plataforma de elevación vertical, girando la manija negra sumerja

lentamente e aro hasta que esté completamente cubierto por el líquido de estudio.

4.4. Con asistencia del profesor calibre el sensor según lo indicado.

4.5. Use los parámetros de fuerza según lo establecido.

4.6. Para la medida de la tensión F(N) se procederá de la siguiente manera:

a. Tenga cuidado de no producir el menor movimiento de la mesa de trabajo, ya que el

sistema es altamente sensible.

b. Inicie la medición en software menú.

c. Con la ayuda de la plataforma de elevación vertical, descienda cuidadosamente la

cubeta petric hasta que observe que la película de interface del liquido este tensionada
hasta el límite.

d. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10 segundos.

e. Al término de los 10s suba cuidadosamente cubeta petric con la ayuda de la

plataforma de elevación vertical.

f. Repita los pasos (c) al (e) al menos 4 veces.

g. Detenga la medición.

4.7. Haga una grafica fuerza vs tiempo y seleccione los datos correspondientes a la
zona de máxima tensión (meseta de la curva, seleccione los tres mejores resultados
que se observe en la grafica y obtenga la fuerza promedio.)

4.8. Con la ayuda de una hoja de cálculo obtenga el valor promedio de la fuerza
correspondiente a cada zona de máxima tensión.
4.9. Determine la tensión superficial utilizando la ecuación 2 recuerde que la longitud l
del aro debe estar en metros.

Calculando la tensión superficial

F1 = 0.0102

F2 = 0.0102

F3 = 0.0097

F4 = 0.0099

F5 = 0.0100

DIAMETRO DEL ARO = 19.05 mm

r = 0.00095 mm l=2πr

F = 0.01 N

= F/2l

= 0.01N/ 2 (2(3.14) (0.0095))

= 0.8636
CONCLUSIONES

 La tensión superficial de un fluido es el trabajo que éste realiza para

ampliar su superficie, una unidad de área; o bien el trabajo por unidad
de área.
 la tensión superficial aumenta conforme se aumenta la temperatura,
son directamente proporcionales.

RECOMENDACIONES
 Al momento de realizar el conteo de las gotas tratar de que el intervalo
de tiempo de caída de cada gota sea lo suficientemente largo como para
realizar un buen conteo de ellas.
 Cuando calentamos el liquido y procedemos a contar las gotas tomar la
temperatura constantemente para saber si estamos trabajando con la
temperatura indicada, ya q sino puede haber un margen de error grande
al momento de realizar los cálculos.
 Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Facultad de Química e Ing. Química

EAP de Química

Laboratorio de Física II

Tema: TENSION SUPERFICIAL

Grupo: Viernes de 18:00 a 20:00 horas.

Integrantes: Código:

 Coasaca Camacho, Fatima 08070136

 Nieto Padilla, Angelita 08070070
 Merino Peralta, Karla 08070067