Guia de Determinació de la Tensió Superficial i Refractometria

Pràctica 5: Determinació de la tensió superficial

1. Objectiu

Determinar la tensió superficial d’un líquid problema utilitzant l'estalagmòmetre o una pipeta.

2. Tensió superficial amb estalagmòmetre

Què és? Un tub capil·lar amb un bulb, pel qual el líquid flueix gota a gota. El mètode es basa en la llei de Tate.

2.1 Elecció de l’estalagmòmetre

Depèn de la viscositat del líquid:

• A més viscositat → estalagmòmetre més gran → menys gotes.
• La viscositat es consulta en taules.

2.2 Calibratge de l’aparell (amb aigua)

Es calcula el radi del capil·lar (r) utilitzant l’aigua com a líquid de referència. Dades de l’aigua a 20 °C:

• Viscositat: 1,003 cP
• Densitat (ρ₁): 0,9983 g/cm³
• Tensió superficial (σ₁): 72,8 dyn/cm
• Gravetat (g): 981 cm/s²

Fórmules de calibratge:

• m1 = massa d’aigua
• V = volum d’aigua
• p1 = densitat de l’aigua (g/cm³)
• g = gravetat (981 cm/s²)
• n1 = nombre de gotes
• η = tensió superficial de l’aigua

Es fan 3 determinacions i se’n calcula la mitjana.

2.3 Determinació de la tensió superficial del líquid

1. S’aspira el líquid fins a l’enrasament 1.
2. Es deixa fluir lliurement.
3. Es compten les gotes entre l’enrasament 1 i l’enrasament 2.

Llei de Tate:

3. Tensió superficial amb pipeta

3.1 Procediment

• S’utilitza una pipeta de doble enrasament (2 mL).
• Es col·loca en posició vertical.
• Es deixa sortir el líquid gota a gota.
• Es compten les gotes entre els dos enrasaments.

Avantatge: No cal mesurar la massa de les gotes.

Repeticions

• 2 determinacions obligatòries.
• 3 si hi ha molta diferència.
• Es calcula la mitjana aritmètica.

4. Tensions superficials a 20 °C (dyn/cm)

• Etanol: 22,3
• Acetona: 23,70
• Àcid acètic: 27,63
• Oli d’oliva: 32,00
• Glicerina: 58,90
• Mercuri: 485

Pràctica 6: Variació de la tensió amb tensioactius

1. Objectiu

Estudiar com varia la tensió superficial de l’aigua quan s’hi afegeixen tensioactius i com influeixen la concentració i el tipus de substància.

2. Fonament teòric

1. Els tensioactius són substàncies orgàniques solubles que disminueixen la tensió superficial de l’aigua.
2. Actuen sobre les propietats superficials i faciliten que l’aigua mulli els sòlids (disminueixen l’angle de contacte). Exemples: sabons i detergents.
3. Els impermeabilitzants fan l’efecte contrari: augmenten l’angle de contacte.

3. Mesura de la tensió superficial

La tensió superficial es determina mitjançant la capil·laritat.

Llei de Jurin:

• h: alçada que puja o baixa el líquid (cm)
• ρ: densitat del líquid (g/cm³)
• g: gravetat (981 cm/s²)
• r: radi del capil·lar
• σ: tensió superficial (dyn/cm)

Mètode experimental

1. Agafar un capil·lar.
2. Calibrar l’aparell amb aigua.
3. Mesurar l’alçada del líquid.
4. Fer dues o tres determinacions i calcular la mitjana.

Per evitar calcular el radi del capil·lar, es compara el líquid problema amb l’aigua.

Estudi 1: Variació amb la concentració

• Es preparen solucions: 0,1%, 0,5%, 1%, 5%, 10%, 15% i 30% (p/p).
• Es representa una gràfica: Eix X (concentració) vs. Eix Y (tensió superficial).
• Resultat: A més concentració, menor tensió superficial.

Estudi 2: Variació amb el tipus de tensioactiu

• Es comparen dues sèries de solucions amb tensioactius diferents.
• Es determina quin és més efectiu (el que redueix més la tensió).

Pràctica 7: Refractometria

1. Objectiu

Determinar la concentració de sacarosa d'una dissolució desconeguda mesurant el seu índex de refracció (n).

2. Fonaments i aparells

• Refractometria: Mesura de l'índex de refracció en líquids transparents.
• Instruments: Refractòmetre Abbe (líquids) i Refractòmetre Pulfrich (sòlids).
• Variable crítica: La temperatura (normalment 20 °C).

3. Procediment experimental

A. Calibratge de l'aparell

1. S'utilitza aigua destil·lada (n = 1,333 a 20 °C).
2. Es calcula l'error: Error = n.teòric - n.experimental.
3. Es corregeixen totes les mesures posteriors.

B. Funcionament del refractòmetre Abbe

1. Col·locar gotes de la mostra sobre el vidre.
2. Tancar el receptacle sense bombolles.
3. Ajustar fins a veure la línia de separació a l'ocular.
4. Llegir el valor de n i netejar amb aigua o acetona.

C. Determinació de la concentració

1. Recta de calibratge: Mesurar patrons de 0,02 a 0,5 g/ml.
2. Gràfica: Índex de refracció (y) vs. concentració (x).
3. Equació: S'obté la fórmula y = mx + b.

Pràctica 8: Polarimetria

1. Objectiu i fonaments

• Objectiu: Determinar la concentració de sacarosa mitjançant la rotació òptica (α).
• Fonament: Mesura de la rotació de la llum polaritzada en substàncies òpticament actives.
• Instruments: Polarímetre (analògic o digital).

2. Procediment experimental

A. Calibratge (Ajust a zero)

S'omple el tub amb aigua destil·lada (α = 0º). Si la lectura no és zero, s'aplica la correcció.

B. Mesura de la mostra

1. Neteja: Rentar el tub amb la mostra 2 o 3 vegades.
2. Preparació: Omplir el tub evitant bombolles (o deixar-les a l'eixamplament central).
3. Lectura: Girar l'analitzador fins a una il·luminació uniforme.
4. Repetició: Fer tres mesures i calcular la mitjana.

3. Càlculs i resultats

1. Recta de calibratge: Mesurar la rotació de patrons coneguts.
2. Gràfica: Rotació òptica vs. concentració.
3. Interpolació: Calcular la concentració de la mostra problema.

Rotació òptica específica

S'utilitza la fórmula: [α] = α / (L · c)

• [α]: Rotació específica.
• α: Angle de rotació mesurat.
• L: Longitud del tub (en decímetres, dm).
• c: Concentració de la substància (g/ml).