Adsorción de Gibbs

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

1.-INTRODUCCIÓN: En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan. Esto permite que la molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas, existirá una mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el líquido y el gas. Otra manera de verlo es que una molécula en contacto con su vecina está en un estado menor de energía que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las moléculas interiores tienen todas las moléculas vecinas que podrían tener, pero las partículas del contorno tienen menos partículas vecinas que las interiores y por eso tienen un estado más alto de energía. Para el líquido, el disminuir su estado energético, es minimizar el número de partículas en su superficie. Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie tiene una mayor energía promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema será disminuir la energía total, y ello se logra disminuyendo el número de moléculas situadas en la superficie, de ahí la reducción de área hasta el mínimo posible. Isoterma de Gibbs es una ecuación que se podría considerar adsorción isoterma que conecta tensión de superficie de una solución con la concentración del soluto. Las sustancias pueden tener diversos efectos en la tensión de superficie: 

Ningún efecto, por ejemplo azúcar



Aumento de la tensión de superficie, sales inorgánicas

PRACTICA: ADSORCION DE GIBBS

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

Disminuya la tensión de superficie progresivamente, alcoholes



No disminuya la tensión de superficie y, una vez que se alcance un mínimo, no más de efecto: surfactantes

A partir de la consideración de equilibrio termodinámico, Josiah Willard Gibbs probado que la tensión de superficie y la concentración están ligadas a través concentración superficial, Γ, representa el exceso del soluto por el área de unidad de la superficie sobre cuál sería presente si la concentración a granel prevaleció hasta el final a la superficie, él puede ser positivo, negativa o cero. Tiene unidades de mol/m 2. En la derivación de la ecuación se asume que la solución es ideal, (tan μ = μo + RTlnC) y la concentración de la superficie del solvente es cero, así que es solamente inferior válido estas asunciones. También se considera que el interfaz es bidimensional, que no es modelos verdaderos, posteriores como Guggenheim corrige este defecto. OBJETIVO: Estudio de la adsorción del fenol en los sistemas agua-aire.

DESARROLLO EXPERIMENTAL MATERIALES:   

6 vasos de precipitados 50 ml 1 Pinza Mohr 1 Aparato Otto Steinbach

REACTIVOS: 

Soluciones de Fenol al 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, y 0.5 M

PROCEDIMIENTO  En un vaso de precipitados colocamos 35 ml de agua destilada  Sumergir el capilar de aparato a 2 cm.  Llenar el embudo de separación con agua de la llave y cerrar el sistema con la pinza Mohr. PRACTICA: ADSORCION DE GIBBS

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 Se abre la llave del embudo hasta que empiece el burbujeo en el capilar.  Se toma la lectura de diferencia de altura en el manómetro, si no se estabiliza es señal de fuga así que se debe eliminar.  Repetir el experimento desde el paso 1 con las soluciones de fenol, comenzando con la de menor concentración. RESULTADOS EXPERIMENTALES DIAMETRO DEL CAPILAR Para calcular el diámetro del capilar utilizamos una sustancia de tensión superficial conocida como el agua (γ= 72.8 dn/cm), mediante la siguiente ecuación: r=

2γ g( ΔH ρman −ρ prob h)

15−2( 1) ¿ 978¿ 2(78.2) r= ¿ CALCULO DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL

γ=

r g (ΔH ρman− ρ prob h) 2

Concentración (M)

Densidad g/ml

ΔH (cm)

γ

0,05

1

14,1

65,01

0,1

1,021

14

64,24

0,2

1,03

13,9

63,61

0,3

1,035

13,4

60,87


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0,4

1,042

12,1

53,81

0,5

1,049

9,5

39,76

γ

Concentracion Molar

CALCULAR

dγ dC

Y Γ

Para calcular

dγ dC

se interpolan en la curva valores de concentración antes y

después de cada valor de concentración conocido en la curva y así obtener dγ . Se calcula Γ con la siguiente fórmula

Γ=

−C dγ ( ) RT dC

Dónde Γ de R esta dada cómo PRACTICA: ADSORCION DE GIBBS

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C

dγ

dC

Γ 1.44 * 10-

0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

-1,2 -1 -1,1 -1,2 -1 -1

0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

10

2.40*10-9 5.29*10-9 8.15*10-9 9.62*10-9 1.2*10-8

Γ Vs C f(x) = 0x - 0 R² = 0.98

Γ

Linear ()

Concentración

DISCUSIÓN En la grafica de concentración molar no salió muy bien debido a problemas con el aparato, lo que se observo fue que con los datos obtenidos se observa como la tensión superficial disminuye al aumentar la concentración de soluto, mientras que la concentración superficial en exceso es positiva, lo que nos indica que el soluto es un Tenso activo, es decir prefiere acumularse en la interfase. PRACTICA: ADSORCION DE GIBBS

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Al graficar r/c nos salió una línea recta definida no fue tanto problema con la ecuación que ahora mostramos Γ=

−C dγ ( ) RT dC

La ecuación de Langmuir es usada en este caso y si se cumple, es el caso de nuestro experimento hubo algunos errores debidos a los equipos utilizados por ello no es muy acorde a la tendencia esperada,

En la derivada nos damos cuenta que el fenol es una sustancia tenso activa ya que es menor a 0, y la tensión superficial es positiva, lo cual nos indica que hay mayor cantidad de la sustancia en la superficie que en el total del volumen de la solución. CONCLUSION: En conclusión la tensión superficial en el líquido es una manifestación de las fuerzas intermoleculares, junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. El fenol es una sustancia tensoctiva adsorbida por el agua en este caso. La ecuación de Languor se cumple en esta práctica. BIBLIOGRAFIA: Guerasimov, Y. A. (1970), “Curso de Química Física”. Edit. Mir Moscú.


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