Tension Superficial Terminado

5/20/2018 Tension Superficial Terminado

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TENSION SUPERFICIAL

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I

1

INDICE

Resumen2

Introduccin..3

Objetivos..4

Principios tericos..5

Datos, clculos y resultados10

Discusin de resultados.21

Conclusiones..22

Recomendaciones.23

Bibliografa.24

Apndice.....25


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RESUMEN

La practica en el laboratorio nos ha permitido calcular la tensin superficial de lquidos ysoluciones siguiendo las instrucciones de la gua, as como tambin la direccin del

ingeniero a cargo.

Todos los valores hallados se pudo obtener gracias a la intervencin de todos los

integrantes del grupo, se puedo obtener gracias a que los integrantes desarrollaron la

prctica con sumo cuidado lo cual nos llev a recolectar datos muy cercanos a los tericos,

los cuales nos dieron porcentajes de error menores al 5%.

Los materiales a utilizar fueron una bureta de 50 ml, luna de reloj para colectar las gotas,una balanza, un cronometro y agua a una temperatura dada. Se instalara la bureta con unsoporte universal con el objetivo de colectar 25 gotas en la luna reloj y pesarla en la balanza,esta recoleccin de gotas en gota de estar dada en un tiempo regulado.

Resultados mas importantes: Para el agua a 21C Para el agua a 40C

Para el NaOH a 34C A medida que la temperatura aumenta la tensin superficial disminuye entonces la

formacin de la gota demora.

Se cumpli con el objetivo que era entender la relacin de la temperatura y la tensinsuperficial.


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Introduccion

El presente informe trata acerca de la tensin superficial tanto del agua como el de la

solucin de hidrxido de sodio, se comenzara hallando las tensiones superficiales del agua

a diferentes temperaturas donde se sigue diversos procedimientos con el fin de obtenerresultados confiables.

La Tensin superficial es una condicin

existente en la superficie libre de un lquido,

semejante a las propiedades de una

membrana elstica bajo tensin, esta tensin

es el resultado de las fuerzas moleculares,

que ejercen una atraccin no compensada

hacia el interior del lquido sobre las

molculas individuales de la superficie, esto

se refleja cuando los insectos se posansobre el agua y no se hunden.

Concretamente podemos decir que la tensin

superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier lnea recta de la superficie lquida

que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la lnea ejercen una sobre

otra.

Una molcula en el interior de un lquido est sometida a la accin de fuerzas atractivas decohesin (fuerzas dbiles de Van Der Vaals) en todas las direcciones, siendo la resultantede todas ellas una fuerza nula.

Pero si la molcula est situada en la superficie del lquido, est sometida a la accin defuerzas de cohesin que no estn balanceadas cuya resultante es una fuerza perpendiculara la superficie dirigida hacia el interior del lquido.

Por lo que las molculas de la superficie tienen ms energa que las molculas interiores ytienden a irse al seno del lquido. De aqu que sea necesario consumir cierto trabajo paramover las molculas hacia la superficie venciendo la resistencia de stas fuerzas.

Si se trata de una gota libre tiende a formar la forma esfrica.

Un ejemplo de ello es el caso de un alfiler puede por la tensin superficial lquida, flotar

sobre la superficie del agua, a pesar de ser la densidad del acero mucho mayor que la delagua, y cuando el alfiler cae al fondo se observa que lo hace con la punta hacia abajoporque perfora esta especie de pelcula donde se ejerce la tensin superficial.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aguja_tens_sup.jpg


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Objetivos

Determinar la tensin superficial de lquidos y su relacin con la temperatura.

Determinar la tensin superficial de un lquido, midiendo el peso de 25 gotas en un

determinado tiempo entre gota y gota.

Aprender la relacin que hay entre tensin superficial y latemperatura.

PRINCIPIOS TEORICOS

1) Definicion de Tension Superficial.-

Este clip est debajo del nivel del agua, que ha

aumentado ligeramente. La tensin superficial

evita que el clip se sumerja y que el vaso rebose.
http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Paper_Clip_Surface_Tension_1_edit.jpghttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Paper_Clip_Surface_Tension_1_edit.jpg


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Tensin superficial, condicin existente en la superficie libre de un lquido, semejante a laspropiedades de una membrana elstica bajo tensin. La tensin es el resultado de lasfuerzas moleculares, que ejercen una atraccin no compensada hacia el interior del lquidosobre las molculas individuales de la superficie; esto se refleja en la considerable curvaturaen los bordes donde el lquido est en contacto con la pared del recipiente. Concretamente,

la tensin superficial es la fuerza por unidad delongitud de cualquier lnea recta de la superficielquida que las capas superficiales situadas en loslados opuestos de la lnea ejercen una sobre otra.

En fsica se denomina tensin superficialalfenmeno por el cual la superficie de un lquido tiendea comportarse como si fuera una delgada pelculaelstica. Este efecto permite a algunos insectos

puedan desplazarse por la superficie del agua sinhundirse. La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en loslquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas queentran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad, por ejemplo.La tendencia de cualquier superficie lquida es hacerse lo ms reducida posible comoresultado de esta tensin, como ocurre con el mercurio, que forma una bola casi redondacuando se deposita una cantidad pequea sobre una superficie horizontal. La forma casiperfectamente esfrica de una burbuja de jabn, que se debe a la distribucin de la tensinsobre la delgada pelcula de jabn, es otro ejemplo de esta fuerza. La tensin superficial essuficiente para sostener una aguja colocada horizontalmente sobre el agua.

La tensin superficial es importante en condiciones de ingravidez; en los vuelos espaciales,los lquidos no pueden guardarse en recipientes abiertos porque ascienden por las paredesde los recipientes.

La tensin superficial suele representarse mediante la letra . Sus unidades son de

Nm-1=Jm-2.

Algunas propiedades de :

> 0, ya que para aumentar el rea del lquido en contacto hace falta llevar msmolculas a la superficie, con lo cual aumenta la energa del sistema y es,

Donde:

W:trabajo en joule

A:rea en O la cantidad de trabajo necesario para llevar una molcula a la superficie.
http://www.google.com.pe/imgres?um=1&hl=es-419&sa=N&tbo=d&biw=1366&bih=673&tbm=isch&tbnid=pgMftS1tLhC7yM:&imgrefurl=http://www.librosmaravillosos.com/lifemateria/capitulo04.html&docid=EVNgGMdQFimhMM&imgurl=http://www.librosmaravillosos.com/lifemateria/imagenes/088a.jpg&w=550&h=313&ei=uN6vUIfyMZTo9gSztYDgDg&zoom=1&iact=hc&vpx=2&vpy=390&dur=1306&hovh=169&hovw=298&tx=229&ty=83&sig=105096295121051128979&page=2&tbnh=139&tbnw=234&start=20&ndsp=34&ved=1t:429,r:26,s:0,i:231


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= 0en el punto crtico, ya que las densidades del lquido y del vapor se igualan, por loque segn la Teora del Gradiente de Densidades (DGT, en ingls) propuesta por Van DerWaals (1894), la tensin superficial en el punto crtico debe ser cero.

depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, ser unlquido y un slido. As, la tensin superficial ser diferente por ejemplo para agua en contacto

con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un slido, al cualpodr mojar o no debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del lquido) y lasadhesivas (lquido-superficie).

se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en Nm-1). Estopuede ilustrarse considerando un sistema bifsico confinado por un pistn mvil, en particulardos lquidos con distinta tensin superficial, como podra ser el agua y el hexano. En este casoel lquido con mayor tensin superficial (agua) tender a disminuir su superficie a costa deaumentar la del hexano, de menor tensin superficial, lo cual se traduce en una fuerza netaque mueve el pistn desde el hexano hacia el agua.

El valor de depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno dellquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesin del lquido, mayor ser sutensin superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres lquidos: hexano, agua y

mercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas de Van derWaals. El agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente de hidrgeno, demayor intensidad, y el mercurio est sometido al enlace metlico, la ms intensa de las tres.

As, la de cada lquido crece del hexano al mercurio.

Para un lquido dado, el valor de disminuye con la temperatura, debido al aumento de laagitacin trmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzasintermoleculares. El valor de tiende a cero conforme la temperatura se aproxima a latemperatura crtica Tc del compuesto. En este punto, el lquido es indistinguible del vapor,formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos.

LA TENSIN SUPERFICIAL DEL AGUA

Dado que las fuerzas intermoleculares de atraccin entre molculas de agua se deben a los

enlaces de hidrgeno y stos representan una alta energa, la tensin superficial del agua es

mayor que la de muchos otros lquidos.

MEDICIN DE LA TENSIN SUPERFICIAL DEL AGUA

Existen varios mtodos para medir la tensin superficial de un lquido. Uno de ellos consiste

en utilizar un anillo de platino que se coloca sobre la superficie del agua. Se mide la fuerza

que se requiere para separar el anillo de la superficie del agua con una balanza de alta

precisin.

2) ENERGIA LIBRE

Es la energa superficial contenida en la unidad de superficie y mide la tensin superficial.

Se mide en ergios/cm2

La intensidad de esta energa es la tensin superficial que se mide en dinas/cm.


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Entre las sustancias lquidas a temperatura ambiente, el agua presente mayor tensinsuperficial: 72.75 dinas/cm.

La tensin superficial y la energa libre de superficie son numricamente iguales siempre quela viscosidad del lquido no sea muy grande.

En el caso de los lquidos, el trabajo realizado se reparte de una forma homognea; lasmolculas se desplazan ms fcilmente, la energa es proporcional al aumento de lasuperficie, entonces ser posible definir una energa libre de superficie por unidad de rearelacionarla con la nocin de tensin superficial.

Al describir el fenmeno de tensin superficialmediante la energa libre superficial, consideremos alas molculas que componen a un volumen de aguay observemos primero a aquellas que se encuentrandentro del mismo.

Cada molcula que se encuentra en contacto conun vecino, est en un estado de energa ms bajoque si no se encontrara en contacto con l.

Las molculas que se encuentran en el interior delvolumen del lquido tienen n vecinos. Por locontrario, aquellas que se encuentran en lasuperficie, tienen menos vecinos (n/2), y por lo tanto,se encuentran en un estado de energa ms alto.

Para que el lquido pueda minimizar su estadoenergtico, ste debe disminuir el nmero de molculas en la superficie y por lo tanto tiende adisminuir su rea de superficie. La tensin superficial opera bajo este principio, en trminosenergticos.

Si se quisiera incrementar el rea de la superficie, se requerira de una energa adicional parapasar algunas de las molculas del interior del fluido (que tenan menos energa potencial quelas de la superficie) y romper la interaccin intermolecular con sus vecinos, que le permitamigrar a la superficie.

Esta energa necesaria para crear un rea de superficie unitaria se denomina energa libre desuperficie o energa libre superficial.

3) TENSIN SUPERFICIAL COMO FUNCIN DE LA TEMPERATURA

Disminuye a medida que aumenta la temperatura y se hace cero a la temperatura crtica.Se puede calcular segn la ecuacin:


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Donde:

Y:Tensin Superficial (dinas/cm)

M:Peso Molecular (g/mol)

:Densidad del lquido a la temperatura (T) (g/cm3)

Tc:Temperatura crtica de la sustancia (C)

T: Temperatura del experimento (C)

Y (M/)2/3:Energa superficial molar.

K:Constante igual a 2.12 para sustancias no polares (orgnicas)

menor a 2.12 para sustancias polares (agua)

mayor a 2.12 para sustancias de alto peso molecular.

La tensin superficialvara con la temperatura, lo ms comn es que disminuya al aumentarla temperatura. A primera vista, en intervalos de temperaturas pequeas, la relacin entre latensin superficial y la temperatura parece lineal, pero en intervalos mayores, el diagrama dela tensin superficial frente a la temperatura muestra una curvatura.

+ Donde *es el volumen molar, investigaciones ulteriores han permitido confirmar quela constante Kevara desde 0.56 hasta 19.3 segn el lquido y el intervalo de temperatura.

4) TENSION SUPERFICIAL (TS) DE SOLUCIONES.-

Se pueden presentar los siguientes casos:

Incremento de la tensin superficial debido a solutos como cidos fuertes.

Disminucin de la tensin superficial debido al agregado de electrolitos dbiles o no-

electrolitos.

Abatimiento de la tensin superficial por agregado de agentes tenso activos (jabones,

espumantes).


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5) FENOMENO CAPILAR.-

Es la elevacin del nivel que presentan los lquidos en el

interior de tubos muy estrechos (de diametros de

fraccin de milmetro).Esta fuerza est tambin en

relacin con los puentes de hidrgeno que seestablecen entre las molculas de agua y otras

molculas polares y es responsable, junto con la

cohesin del llamado fenmeno de la capilaridad.

Cuando se introduce un capilar en un recipiente con

agua, sta asciende por el capilar como si trepase

agarrndose por las paredes, hasta alcanzar un nivel

superior al del recipiente, donde la presin que ejerce la

columna de agua, se equilibra con la presin capilar. A

este fenmeno se debe en parte la ascensin de la savia

bruta desde las races hasta las hojas, a travs de los vasos leosos.


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DATOS CALCULOS Y RESULTADOS

1. Procedimiento experimental

Se determinara la tensin superficial de lquidos puros y soluciones por el mtodo del peso dela gota. El peso de la gota que cae de un tubo depende del radio del tubo y de la tensin

superficial del lquido.

Cuando la gota se separa, la fuerza hacia abajo: mg es igual a la fuerza hacia arriba:Luego:

Donde:m:masa de la gota del lquido (g).

g:aceleracin de la gravedad (cm/s2).

2r:permetro externo de la bureta (cm).

Y:tensin superficial (dinas/cm).

:Factor que depende del radio (r) y el volumen (v) de la gota (r/v1/3).

Relacionando para dos liquidos 1 y 2:

Donde:

m1, m2:pesos de las gotas que caen del mismo tubo.

1, 2:Se asumen identicas si los volumenes de las gotas no son muy diferentes.

Entonces conociendo el valor de la tensin superficial Y1 del lquido de referencia sedetermina la tensin superficialY2del lquido segn la ecuacin:

Donde:

V1, V2:Volumenes de las gotas que caen del mismo tubo.

1, 2:densidades de cada lquido.


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2. Trabajo Experimental

a) El equipo necesario se compone de una bureta de precisin razonable (punta fina), lunasde reloj para colectar las gotas y una balanza.

b) Disponer en la bureta el lquido de referencia (agua desionizada) 15ml. aprox.

c) Regular el tiempo de formacin de 1 gota cada 30 segundos aproximadamente.

d) Colectar 25 gotas de agua y pesar. Tambien anotar lectura de volumen en la bureta.

e) Proceder igualmente a c) y d) con agua a 30 y 50 C en promedio.

f) En la misma bureta disponer ahora el lquido problema y proceder igualmente a c)y d).
http://www.google.com.pe/imgres?um=1&hl=es-419&tbo=d&biw=1366&bih=673&tbm=isch&tbnid=EhtPzvNv_cBSeM:&imgrefurl=http://rodaquimicos.com/productos.html&docid=QDrMFppDITA2XM&imgurl=http://rodaquimicos.com/imagenes/bureta_vidrio_topacio.jpg&w=250&h=423&ei=OOmvUNm3HpDo8QS6xoDoDA&zoom=1&iact=hc&vpx=1056&vpy=111&dur=5346&hovh=292&hovw=172&tx=145&ty=167&sig=105096295121051128979&page=1&tbnh=160&tbnw=107&start=0&ndsp=30&ved=1t:429,r:6,s:0,i:97


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3. Datos Teoricos

0 20 60 100

Tensionsuperficial del

agua(dinas/cm)

75.6 72.8 66.2 58.9

Tensionsuperficial desoluciones a

20

5% 10% 20%50%

Concent. Enpeso

H2SO4 74.1 75.2 77.3

NaOH 74.6 77.3 85.8

Extrapolando la tensin superficial del agua (dinas/cm):

X Y XY X2

0 75.6 0 0

20 72.8 1456 400

60 66.2 3972 3600

100 58.9 5890 10000

180 273.5 11318 14000

a = -0.16771186b = 75.9220339Y = a + bx

Y = 75.9220.168 X4) CALCULOS

a) Determinar la tensin superficial experimental de la muestra de agua 30 y 50 C.

Radio de la punta de la bureta R = 1mm = 0,1cm

Para agua a temperatura de 21 C:

#gota 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tiempo(s) 489 513 524 543 451 570 452 496 512 452 478 485

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

485 529 565 479 477 491 492 510 498 506 562 520 519


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Hallando el radiode la gota (1ml=cm

3

): * Usando la formula: Calculando tensin superficialY:

Vo =14.2ml

Vf =15.3ml


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#gota 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tiempo(s) 233 235 286 296 291 290 266 312 318 293 302 303

Hallando el radiode la gota (1ml=cm3):

*

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

304 306 292 317 313 302 294 348 312 317 315 316 294

Vo = 11ml

Vf = 12.2ml


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Usando la formula: Calculando tensin superficialY:

b) Comparar los resultados con los valores calculados segn la ecuacin . Para hallar la tensin superficial se tiene que hallar el Kpromediode los anteriores experimentospara el agua a T = 21C y 40C.

Hallando Kpara el agua a 20 C

( )

Hallando K para el agua a 40 C

( )


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,

Hallando las tensiones superficiales tericas:



c) Graficar Y (M/p)2/3 contra (Tc 6 T) para cada temperatura segn resultados

experimentales y teoricos. Deducir conclusiones respectivas.

TEMPERATURA (C) (C)21 829.86 347.4

40 675.48 328.4


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y = 0.7285x + 75.334

R = 1

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 200 400 600 800 1000

(Tc

6

T)

C

Y(M/)2/3dinasxcm

Y(M/)2/3 vs. (Tc6T)

d) Determinar la tensin superficial experimental para el lquido problema experimentado.

La tensin superficial disminuye con el aumento de la temperatura , cerca de latemperatura critica.

la tensin superficial varia menos rpida con la elevacin de la temperatura.

Para Hidroxido de sodio NaOH a una temperatura de 34 C:

#gota 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tiempo(s) 370 334 375 384 389 389 395 353 459 400 392 407

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

400 400 405 406 408 404 419 401 412 415 420 423 470

Vo = 37.6ml

Vf = 38.7ml


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Hallando el radiode la gota (1ml=cm3):

*

Usando la formula:

Calculando tensin superficialY:


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Para NaOH al 10% en peso.

Y1=Tensin superficial de NaOH = ?Y2=Tensin superficial de H2O a 34C = 120.68 dinas /cm.

m1=masa del NaOH = 2.2 g.

m2=masa del H2O a 20C = 1.1 g.

HALLANDO EL PORCENTAJE DE ERROR

Temperatura 21Terico = 7.36

(De acuerdo a la tabla del anexo)Experimental = 7.68

= 4.34%

Temperatura 40Terico = 7.01 Experimental = 7.23

= 3.13%


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Temperatura 34 (NaOH)Terico = 120.68

Experimental = 124.36

= 3.04%


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DISCUSION DE RESULTADOS

TENSIN SUPERFICIAL EXPERIMENTAL:

Frmula:

La tensin superficial a 21C:

El resultado a esta temperatura es de 120.68 dina/cm por lo que se deduce queeste valor es muy proximo al valor real o teorico.

La tensin superficial a 40C:

El resultado a esta temperatura es de 98.23 dina/cm por lo que se observa que elvalor es muy lejano de la recta por lo tanto no es un dato confiable.


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CONCLUSIONES

La tensin superficial vara con la temperatura, como pudimos notar a mayor

temperatura la tensin superficial disminuye.

Cuando medimos la tensin superficial de la solucin de NaOH pudimos notar que

a pesar de estar a una temperatura de 34 su tensin superficial fue casi igualcon la del agua a 22, con esto podemos notar que la concentracin influyemucho a la hora de halla la tensin superficial.

Al calentarse el agua destilada, su energa cinetica aumenta, su densidad

desciente.

Dado que las fuerzas intermoleculares de atraccin entre las molculas de aguase deben a los enlaces puente de hidrgeno y estos representan una alta energa,

la tensin superficial del agua es mayor que la de muchos otros lquidos.


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RECOMENDACIONES

Debemos tratar de calcular el volumen y la masa de la gota lo mas exacto posible

para que no difiera mucho la tensin superficial terica con la experimental y los

datos sean mas confiables.

Tambin debemos verificar que todos los equipos estn calibrados antes de su

uso, tal es el caso de la balanza analtica.

Se tiene que tratar de llevar a la temperatura de los datos teoricos que se tiene enla tabla de la tensin superficial de H2O, para poder obtener los verdaderos erroresporcentuales.

El recipiente donde se posarn las gotas debe estar muy limpio libre de suciedad o

impurezas ya que si no fuera as podramos obtener un aumento en el peso de las

gotas.


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BIBLIOGRAFIA

Gaston Ponz Muzzo. Fisicoqumica, sexta edicin.

Maron y Prutton. Fundamentos de fisicoqumica.

Manual de fisicoqumica, Ing. Sosimo Fernandez.

http://www.monografias.com/trabajos15/tension-superficial/tension-superficial.shtml

http://depa.fquim.unam.mx/~tunda/gralitensoactivos.html

http://fismat.uia.mx/fismat/PAGINA/HTML/Materia%20%C3%8Dndice/Energia%20libre%20superficial/Energia%20libre%20superficial-Frameset.html

http://www.citt.ufl.edu/team/sepulveda/html/tension.htm

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/surten.html

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/tensionsuperficial/tablas.html
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ANEXO

Valor real delvalorK: Siendo:

X: factor de asociacin
http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml


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y = 0.7285x + 75.334

R = 1

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

(Tc

6

T)C

Y(M/)2/3dinasxcm

Y(M/)2/3 vs. (Tc6T)

TEMPERATURA (C) (C)21 829.86 347.4

40 675.48 328.4


27/27

TENSION SUPERFICIAL


27

Tensin superficial del agua a diferentes temperaturas

Temp. C Tensin superficial *10-2N/m

0 7.62

5 7.54

10 7.48

15 7.41

20 7.36

25 7.26

30 7.18

35 7.10

40 7.01

45 6.92

50 6.82

55 6.74

60 6.68

65 6.58

70 6.50

75 6.40

80 6.30

85 6.20

90 6.12

95 6.02

100 5.94

Documents

Tension Superficial Terminado