Unidad 4 sobre densidad, viscosidad y tensión superficial

2. 1. INTRODUCCIÓN
En este tema vamos a estudiar qué son las constantes químico-físicas y cómo se
determinan;
Son de especial importancia en el control de calidad de materias primas; en general
vamos a determinar propiedades del material que son muy sensibles a la presencia de
impurezas, algunas de ellas como el punto de fusión es un parámetro rutinario en síntesis de
productos orgánicos. La viscosidad es también muy importante en empresas de lubricantes
de motor, pinturas, geles y cremas, industria alimentaria…
La dinámica será la misma a lo largo de toda la unidad definiremos la magnitud a
estudiar, sus unidades de medida y los factores que la modifican, después veremos como se
determina mediante las prácticas diseñadas para ello y aplicaremos lo aprendido a casos
teórico prácticos.
Las propiedades físicas: densidad, viscosidad y tensión superficial, son básicas para
poder identificar y caracterizar una sustancia. No se trata de determinar valores aislados,
sino de conocer y agrupar suficientes datos como para poder precisar su composición,
existencia ó no de impurezas, etc.
2. DENSIDAD
LECTURA
Más o menos 250 A.C., el matemático griego Arquímedes recibió la tarea de
determinar si un artesano había defraudado al Rey de Siracusa cuando cambió una medida
de oro en la corona del Rey por una de plata. Arquímedes reflexionó sobre el problema
mientras se relajaba en una piscina. Ahí se dio cuenta que el agua se desparramaba a los
lados de la piscina. Arquímedes tuvo una epifanía (una relevación). Se dio cuenta que la
cantidad de agua que se desparramaba era igual en volumen que el espacio que ocupaba su
cuerpo.
De repente este hecho le dio el método para diferenciar una corona de oro y plata de
una corona de oro puro. Ya que la medida de la plata ocupa más espacio que el equivalente
de la medida de oro, Arquímedes puso la corona del artesano y una corona equivalente de
puro oro en dos tubos de agua. Encontró que se desparramaba más agua del tubo cuando la
corona del artesano estaba adentro. Resulta que el artesano había estado defraudando al
Rey. La leyenda dice que Arquímedes estaba tan entusiasmado con su descubrimiento que
corrió desnudo por las calles de Grecia gritando Eureka! Eureka! (La palabra griega que
significa 'Lo encontré').
Arquímedes había usado el concepto de densidad para exponer este fraude.
La densidad es una propiedad física de la materia que describe el grado de compacidad
de una sustancia. La densidad describe cuán unidos están los átomos de un elemento

3. o las moléculas de un compuesto. Mientras más unidas están las partículas individuales
de una sustancia, más densa es.
Puesto que las diferentes sustancias tienen densidades diferentes, la medidas de la
densidad son una vía útil para identificarlas
Por ejemplo,
Una tonelada métrica de plumas o ladrillos tiene una masa idéntica de 1,000
kilogramos, una tonelada métrica. Sin embargo, una tonelada métrica de plumas ocupa un
volumen de casi 400 millones cm3
más o menos el tamaño de 4 tractores, mientras que una
tonelada métrica de ladrillos ocupa solo medio millón de cm3
, más o menos el tamaño de una
televisión grande. Los ladrillos son más densos que las plumas porque su masa está
contenida en un volumen más pequeño. Esta relación entre masa y volumen de una
sustancia es lo que define la propiedad física de la densidad:
Densidad = Masa/ Volumen
La densidad es una propiedad intensiva de la materia, definida como la relación de la
masa de un objeto dividida por su volumen. La masa es la cantidad de materia contenida en
un objeto y comúnmente se la mide en gramos (g). El volumen es la cantidad de espacio
ocupado por la cantidad de la materia y es comúnmente expresado en centímetros cúbicos
(cm3
) o en mililitros (ml); un cm3
es el volumen que corresponde a la capacidad de 1 ml. Por
consiguiente, las unidades comunes usadas para expresar la densidad son gramos por
mililitros (g/ml) y gramos por centímetros cúbicos (g/cm3
).
Veamos un ejemplo. Un ladrillo típico tiene una masa de 2,268 g y ocupa un volumen
de 1,230 cm3
. La densidad del ladrillo es por tanto:
2,268 g/1,230 cm3
= 1.84 g/cm3
La densidad es un concepto fácil de confundir. Por ejemplo, muchas cosas que
comúnmente creemos que son 'livianas' o 'pesadas' no tienen masas diferentes, pero sí
tienen densidades diferentes. Mira la tabla, para ver ejemplos de las densidades de
sustancias comunes
Densidad de Algunas Sustancias Comunes
Sustancia Densidad(g/cm3
)
Aire 0.0013
Plumas 0.0025
Madera (Roble) 0.6 - 0.9

4. Hielo 0.92
Agua 1.00
Ladrillos 1.84
Aluminio 2.70
Acero 7.80
Plata 10.50
Oro 19.30
Flotabilidad
La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia
flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo
se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la
densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de
densidad más baja.
Cuando Arquímedes se sumergió en la piscina, no sólo notó que el agua se
desparramaba, sino que notó algo que hacemos cuando nadamos, se sintió más ligero. La
habilidad de un objeto de 'flotar' cuando está en un fluido, está relacionada con la densidad.
Si un objeto es menos denso que el fluido donde está sumergido, él 'flotará' en el fluido. Pero
si es más denso que el fluido se 'hundirá'.
Este concepto explica por qué algunos objetos flotan en el agua y otros se
hunden. Por ejemplo, la madera flota en el agua porque es menos densa, en cambio el acero
se hunde porque es más denso que el agua.

5. ¿Cómo se mantiene a flote un gran barco? Los barcos grandes tienen una tremenda
cantidad de espacio en ellos que están llenos de aire, cabinas, cines, casinos en barcos, etc..
Mientras que el acero es más denso que el agua, el aire es menos denso. Los barcos de
metal pueden flotar porque la densidad total es menor que la densidad del agua en la que
flotan. Cuando el casco de un barco se quiebra, como cuando el Titanic chocó con un
iceberg, el agua se precipita en el barco reemplazando al aire en el casco del barco. Así, la
densidad total del barco cambia y el barco se hunde.
Este concepto de densidad también explica otro fenómeno común. ¿Has notado lo
que le pasa a una botella de aliño hecho de aceite y vinagre cuando se queda en reposo
después de que ha sido movida? El aceite sube y el vinagre se queda en el fondo de la
botella. Esto pasa porque el aceite es menos denso que el vinagre. Cuando materias de
densidades diferentes entran en contacto, sus densidades determinan cómo se ordenan. Este
fenómeno, donde las materias se acomodan de acuerdo a sus densidades se llama
superposición.
Otro factor que puede afectar la densidad de la materia es la temperatura. Muchos
materiales se expanden cuando son calentados. Ya que los materiales que se expanden
ocupan un volumen mayor, su densidad disminuye. Este hecho ocurre más comúnmente con
gases y algunos líquidos y explica cómo funcionan los globos de aire caliente.

6. Cuando el aire dentro del globo se calienta, este se expande y su densidad
disminuye. El globo adquiere ligereza positiva con respecto al aire frío que lo rodea y flota
en el aire.
Sustancia Densidad kg/m3
Densidad g/c.c.
Agua 1000 1
Aceite 920 0,92
Gasolina 680 0,68
Plomo 11300 11,3
Acero 7800 7,8
Mercurio 13600 13,6
Madera 900 0,9
Aire 1,3 0,0013
Butano 2,6 0,026
Dióxido de carbono 1,8 0,018
2.1 DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO, DEFINICIÓN Y UNIDADES
Peso específico de un cuerpo es el cociente entre el peso del mismo y su
volumen.
v = P / V = m g / V
Llamamos peso específico absoluto al peso de la unidad de volumen de un cuerpo.
Ecuación de dimensiones
[v] = M L T-2
L-3
= M L-2
T-2
Sus unidades son:
SI N / m3

7. CGS dyn / cm3
Técnico Kp / m3
Para el agua a 4 ºC su valor es de 9800 N / m3
Densidad de un cuerpo es el cociente entre la masa de cuerpo y el volumen
que ocupa.
La densidad absoluta es el cociente de la masa entre la unidad de volumen.
r = m / V
Ecuación de dimensiones
Unidades:
SI Kg / m3
CGS g / cm3
Técnico UTM / m3
Comunes g / l...
La densidad del agua a 4 ºC es de 1 g / cm3
Antes de seguir adelante, es importante releer ambos conceptos para
caer en la cuenta de que estamos refiriéndonos a propiedades que, aunque a
primera vista pudieran parecer idénticas no lo son, ya que peso y masa son
magnitudes diferentes pese a que en ocasiones y en la vida de todos los días
las utilicemos indistintamente. Recordamos que peso es la fuerza con que es
atraída una masa, y que por lo tanto, peso es igual al producto de masa por g,
aceleración con que la tierra atrae a los cuerpos, por lo que también
comprobamos que sus ecuaciones de dimensiones son distintas.
2.2 DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO RELATIVOS.
Es frecuente medir el peso específico y la densidad de los cuerpos con relación al
agua, a estos valores se llaman relativos y se calculan:
Peso específico de un cuerpo es el cociente entre el peso específico de dicho cuerpo y
el peso específico del agua destilada a 4 ºC.
ωr = v / vagua
ρr = ρ / ρ agua

8. Ambos valores son adimensionales, puesto que son el cociente de dos valores de la
misma magnitud.
Para los gases la densidad relativa se mide respecto a la del aire a 0 ºC y 1 atm de
presión. Siendo este valor de 1,293 g / l.
Si la medida no se realiza en las condiciones de Tª y presión dadas, será
necesario efectuar la corrección correspondiente multiplicando el valor obtenido por el de la
densidad del agua a la Tª de trabajo, dato que se encuentra tabulado.
2.3 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
Numerosas experiencias demuestran que los sólidos sumergidos en fluidos
experimentan ciertas fuerzas de empuje que tienden a elevarlos.
Así:
Para sumergir una botella vacía tapada es necesario vencer una cierta resistencia, y
cuando la soltamos flota.

9. Los cuerpos sumergidos en agua parece que pesan menos.
Si suspendemos un cuerpo más denso que el agua de un dinamómetro y anotamos
su peso, P, luego lo sumergimos en agua y volvemos a notar el peso, P’, ahora observamos
que el peso es menor. La diferencia entre ambos valores corresponde al empuje que ejerce
el agua sobre el cuerpo, se trata de una fuerza con igual dirección que el peso pero que
actúa en sentido contrario. Así en el agua podemos jugar a elevar a los amigos con más
facilidad que en el aire.
El principio de Arquímedes afirma que:
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje o fuerza vertical
ascendente que es igual al peso del volumen de fluido desalojado.
El principio de Arquímedes se aplica por igual a líquidos que a gases, se habla de
cuerpos sumergidos en fluidos; los gases ejercen también esta fuerza sobre los cuerpos
aunque no es apreciable debido a ser mucho menor el peso de gas desalojado que el peso de
los cuerpos, salvo en casos de globos llenos de gases ligeros...
Llamamos peso aparente de un cuerpo al peso que observamos del mismo cuando
se encuentra sumergido en un fluido, se calcula como su peso real menos el empuje de
Arquímedes.
Aplicaciones: comparando los valores de peso y empuje de un cuerpo sumergido en
un fluido podemos saber si flota en él o no.
P > E --> Se hunde
P = E --> Flota
P < E --> Asciende
Fascensional = E – P

10. La explicación del principio de Arquímedes podemos considerarla dividiendo la
situación en dos partes
1. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del
fluido.
2. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y
dimensiones.
1. Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio
con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de
separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un
elemento de superficie.
Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas
debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante
la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de
fluido, denominado centro de empuje.
De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple
Empuje = peso = rf· g V
El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido rf por la
aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V.
2. Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y
dimensiones.
Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido, de la misma forma y
dimensiones, las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que
hemos denominado empuje es la misma y actúa en el mismo punto, denominado centro de
empuje; lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el centro
de masa, que puede o no coincidir con el centro de empuje.
Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos
fuerzas: el empuje y el peso del
cuerpo, que no tienen en principio el
mismo valor ni están aplicadas en el
mismo punto.
En los casos más simples,
supondremos que el sólido y el fluido
son homogéneos y por tanto coinciden
el centro de masa del cuerpo con el
centro de empuje.
Para ampliar puedes ver como varía la presión con la profundidad.
Cuestiones

11. 1.- Para hallar el empuje experimentado por un cuerpo sumergido en un fluido, no
basta conocer su volumen, se precisa otro dato.¿cuál es?
2.- Un cuerpo sumergido,¿dónde experimenta mayor empuje, a grandes o a
pequeñas profundidades?
3.- ¿Qué cuerpos son los que se hunden en los líquidos, los de mucho volumen ó los
de mucho peso?
4.- Si un madero flota en el agua, ¿es mayor el peso del madero o el del agua que
desaloja? Y el volumen, ¿es mayor el del madero o lo es el del agua desalojada?
Ejercicios de autoevaluación
5.- ¿Qué volumen de agua desaloja, al arrojarla al río, una viga prismática cuyas
dimensiones son 6 metros, 25 cm, 30cm?.Densidad de la madera 850 Kg /
m3
.
Sol 382,5 dm3
.
6.- ¿Qué cantidad de agua desaloja un barco de 9800 toneladas? Densidad del agua
de mar 1020 Kg / m3
.
Sol 9,6·103
m3
7.-¿Cuál es la disminución aparente del peso de una bola de acero de 12 cm de
diámetro al sumergirla en agua?.
Sol 8,865 N.
8.-Sabiendo que la densidad de la plata es 10500 Kg / m3
, se desea averiguar la
cantidad de plata que tiene un anillo, que al sumergirlo en agua, experimenta una pérdida
aparente de peso de 1,5 gramos.
Sol 15,750 g
2.4 ACTIVIDADES DE AUTOEVALUACIÓN.
2.5 PRÁCTICAS: DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD EN EL LABORATORIO
3. VISCOSIDAD
3.1 INTRODUCCIÓN
Desde el punto de vista molecular, los fluidos, que están formados por moléculas en
continuo movimiento, con una distancia media muy pequeña, y que están sometidas a unas
fuerzas de cohesión considerables. La existencia de estas fuerzas, determina el volumen
definido y constante aunque puede darse un cambio de forma debido a que las propias
moléculas pueden deslizarse unas sobre otras. En este deslizamiento existirá un pequeño
rozamiento.

12. La viscosidad y la consistencia son términos que se
aplican a los fluidos y que representan la resistencia que
ofrecen al flujo o a la deformación cuando están sometidos
a un esfuerzo cortante; cuanto mayor es la viscosidad, más
lenta es su velocidad de flujo.
La viscosidad de un líquido está relacionada con la
forma de las moléculas que lo componen y las fuerzas entre esas moléculas. Los líquidos que
tienen baja viscosidad, los que fluyen con facilidad, están constituidos, por lo general, por
moléculas pequeñas y les unen fuerzas intermoleculares débiles.
La viscosidad es una propiedad que varia con la temperatura y que depende de la
composición química.
3.2 DEFINICIÓN
Viscosidad es la resistencia que oponen los fluidos a deslizarse, a fluir; es la
oposición al movimiento de unas moléculas sobre otras adyacentes y se considera como un
rozamiento interno.
Dicho de otro modo, la viscosidad es una medida de la resistencia que ofrece una
capa al desplazarse sobre la capa adyacente. A mayor viscosidad mayor resistencia a fluir,
así por ejemplo la miel es más viscosa que el agua, pues posee más resistencia al
desplazamiento.
También podemos decir que la viscosidad es el rozamiento interno entre las capas de
fluido. A causa de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obligar a una capa de
fluido a deslizar sobre otra.
En la figura, se representa un fluido comprendido entre una lámina inferior fija y una
lámina superior móvil.
La capa de fluido en contacto con la lámina móvil tiene la misma velocidad que ella,
mientras que la adyacente a la pared fija está en reposo. La velocidad de las distintas capas
intermedias aumenta uniformemente entre ambas láminas tal como sugieren las flechas. Un
flujo de este tipo se denomina laminar.
Como consecuencia de este movimiento, una porción de líquido que en un
determinado instante tiene la forma ABCD, al cabo de un cierto tiempo se deformará y se
transformará en la porción ABC’D’.
Sean dos capas de fluido de área S que distan dx y entre las cuales existe una
diferencia de velocidad dv.

13. La fuerza por unidad de área que hay que aplicar es proporcional al gradiente de
velocidad. La constante de proporcionalidad se denomina viscosidad h.
En el caso particular, de que la velocidad aumente uniformemente, como se indicó en
la primera figura, la expresión (1) se escribe
Perfil de velocidades para un fluido que se desplaza por una conducción
es la representación de una parábola.
El flujo tiene por tanto un perfil de velocidades parabólico, siendo la velocidad
máxima la del centro del tubo.
Presentamos a continuación la Ley de Stokes e introducimos la magnitud
coeficiente de viscosidad dinámico, determinándose su valor experimental para un
líquido dado. En dicha determinación, se emplea una corrección para tener en cuenta la
proximidad de las paredes del conducto por donde se desplaza el cuerpo.
En todos los fluidos reales, en los líquidos más evidentemente que en los gases,
cuando una capa de fluido se desliza sobre otra, según se supone en el modelo de flujo
laminar, surge entre ambas capas una fuerza que tiende a retardar en su movimiento a la
capa que se mueve con velocidad mayor y a acelerar a la que se mueve con menor
velocidad. Esta fuerza se llama fuerza de rozamiento interno y es una de las causas de que
los fluidos presenten una cierta resistencia al movimiento de los cuerpos que se encuentran
inmersos en los mismos, propiedad que se caracteriza mediante el concepto de viscosidad y
que se pone de manifiesto en la necesidad de aplicar un cierto efecto, fuerza.
Sea un cuerpo de poco espesor que puede flotar sobre la superficie de un líquido y
que tiene un área de contacto S con éste; estando la superficie del líquido a una distancia h
del fondo del recipiente que lo contiene y que es paralelo a dicha superficie, tal como se
presenta en la figura.

14. Para que el cuerpo se mueva sobre la superficie del líquido con una velocidad
constante v hay que ejercer una fuerza en la dirección del movimiento que compense la
fuerza de fricción viscosa fv que está dada por la ecuación:
siendo h un coeficiente que solo depende del líquido y que varía fuertemente con la
temperatura de éste.
Este coeficiente se llama coeficiente de viscosidad dinámico. En el sistema CGS tiene
unidades de g/(cm s), unidad que se denomina Poise en honor de J. L. Poiseuille, que fue el
iniciador de los estudios sobre la viscosidad; en el SI las unidades son kg/(m s) y no tiene
nombre específico.
Para un cuerpo de forma cualquiera que se mueve en el seno de un fluido, la fuerza
está dada por la expresión:
Siendo K una constante que depende de la forma geométrica del cuerpo;
Para una esfera de radio r la constante K tiene el valor:
y por tanto la fuerza viscosa que se opone al movimiento es:
que es la expresión matemática de la llamada Ley de Stokes , ecuación que
emplearemos en la práctica para determinar el coeficiente de viscosidad dinámico de un
líquido.
Supongamos que dentro de un tubo colocado verticalmente y que contiene un líquido
de densidad r´
y coeficiente de viscosidad dinámico h , dejamos caer libremente una esfera
pequeña y lisa de radio r masa m y volumen V , como muestra la figura.

15. Si realizamos un diagrama de las fuerzas que actúan sobre la esfera tendremos:
Es decir, sobre ella actúa la atracción gravitatoria mg y la fuerza de empuje del
líquido
tomando hacia abajo el sentido positivo la aceleración inicial que experimenta la
esfera es:
como resultado de esta aceleración la esfera va a ir aumentando su velocidad de
caída, sin embargo según (1), al aumentar la velocidad aumentará la fuerza de fricción
viscosa que tiende a disminuir esta velocidad.
Esto conduce finalmente a una situación en la cual la resultante de todas las fuerzas
es nula y la esfera cae con velocidad constante, esta es la llamada velocidad límite o
velocidad terminal y en estas condiciones
Sustituyendo los valores de fe en la ecuación, ésta toma la forma:
y de aquí

16. pero para la esfera
y entonces tenemos
de modo que conociendo r, r y midiendo la velocidad límite v podemos determinar
la viscosidad
En rigor la ecuación (1) es válida para un líquido que se extiende indefinidamente a
ambos lados de la trayectoria de la esfera, sin embargo cuando la esfera se deja caer en un
tubo de radio R la presencia de las paredes del tubo que lo contiene hace disminuir la
velocidad de caída de la esfera en un factor
así que para compensar la disminución de la velocidad debido a las paredes del tubo
hay que multiplicar el valor experimental de la misma por este factor, quedando la ecuación
anterior en la forma
donde, sí tenemos en cuenta el diámetro de la esfera.
3.3 TIPOS DE VISCOSIDAD Y UNIDADES
Conocido lo anterior estamos en condiciones de definir y clasificar los tipos de
viscosidad
1.-Viscosidad absoluta o dinámica:
Dadas dos láminas de fluido viscoso separadas una distancia d, con superficie S y
que se desplazan una sobre otra con velocidad v por efecto de una fuerza F, se define:
Coeficiente de viscosidad dinámica o absoluta como la viscosidad de un fluido
tal que para comunicar a una capa de 1 cm2
de sección una velocidad de 1 cm /s respecto a

17. otra capa separada de la primera una distancia de 1 cm es necesario aplicar una fuerza de
una dina.
a = F d / S v
Ecuación de dimensiones:
[ a ] = = M·L-1
·T-1
Unidades:
SI:
CGS:
Se utiliza también un submúltiplo del poise que es el centipoise cps, no es una unidad
del sistema CGS, no confundir el poise, que sí lo es, con su submúltiplo.
1 Cp = 10-2
poise
Ejercicio pasad de poise a pas.
Sol: 1 poise equivale a 10-1
Pas
2.-Viscosidad cinemática o mal llamada en ocasiones relativa:
Es la relación entre la viscosidad absoluta de un fluido y la densidad del mismo.
c = a / r
Ecuación de dimensiones:
Realiza las transformaciones necesarias para obtener la relación
[hc ] = L2
·T-1
Unidades:
SI:
CGS:

18. Otras unidades de viscosidad
3.4 DEPENDENCIA DE LA VISCOSIDAD CON LA Tª
La viscosidad de los gases aumenta con la Tª sucediendo al contrario con los
líquidos; en estos la viscosidad se genera a partir de las fuerzas de cohesión entre las
moléculas que actúa para oponerse a cualquier fuerza exterior, estas fuerzas disminuyen con
la Tª aumentando la distancia entre las moléculas que se moverán con mayor facilidad unas
sobre otras.
Para los gases un aumento de Tª supone un aumento en la energía cinética de sus
moléculas y un incremento en la velocidad de las mismas, producirá un mayor número de
choques intermoleculares y dificultará el fluir.
Viscosidad de algunos líquidos
Líquido η ·10-2
kg/(ms)
Aceite de ricino 120
Agua 0.105
Alcohol etílico 0.122
Glicerina 139.3
Mercurio 0.159
3.5 PRÁCTICAS; DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA VISCOSIDAD
Existe una gran variedad de viscosímetros, que pueden agruparse según diferentes
criterios. Si lo hacemos en función del principio que rige su funcionamiento, podríamos decir
que:
-Si mide la cantidad de flujo de un líquido a través de un tubo u orificio estrecho
incluiríamos los viscosímetros ENGLER, OSTWALD, COPA FORD.
-Si medimos la velocidad de caída libre de un objeto en el seno de un líquido nos
referimos al viscosímetro HÖPPLER

19. -Y si miden la resistencia al giro de un objeto en su interior, estamos hablando del
VISCOSÍMETRO ROTATORIO.
3.6 EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN
4 TENSIÓN SUPERFICIAL
4.1 INTRODUCCIÓN
Muchos fenómenos ponen de manifiesto que la superficie libre de los líquidos goza de
una propiedad característica que en muchos aspectos puede hacerlos comparables a una
membrana elástica tensa. Por ejemplo:
Cuando colocamos un alfiler sobre la
superficie del• agua puede observarse que éste
no se hunde, a pesar de que P > E, el
fenómeno es más claro si previamente
engrasamos el alfiler.
Si introducimos un aro de alambre en
una disolución• jabonosa observamos que se
forma una película líquida que ofrece una
resistencia a la deformación.
Ciertos insectos son capaces de andar
sobre el agua,• y otros, como las larvas de
mosquito, se cuelgan de su superficie.
Una gota de agua suspendida en aceite
da la misma• densidad, para neutralizar los
efectos de las fuerzas que actúan sobre ella
toma forma esférica. A igualdad de volumen la
esfera es la forma geométrica que presenta
menor superficie exterior.
La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a la
penetración de su superficie, de la tendencia a la forma esférica de las gotas de un líquido,
del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y de la flotación de objetos u organismos
en la superficie de los líquidos.

20. Termodinámicamente la tensión superficial es un fenómeno de superficie y es la
tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta que su energía de superficie potencial
es mínima, condición necesaria para que el equilibrio sea estable. Como la esfera presenta
un área mínima para un volumen dado, entonces por la acción de la tensión superficial, la
tendencia de una porción de un líquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una
superficie curva o menisco cuando está en contacto un líquido con un recipiente.
A la fuerza que actúa por centímetro de longitud de una película que se extiende se
le llama tensión superficial del líquido, la cual actúa como una fuerza que se opone al
aumento de área del líquido. La tensión superficial es numéricamente igual a la proporción
de aumento de la energía superficial con el área y se mide en erg/cm2
o en dinas/cm. La
energía superficial por centímetro cuadrado se representa con la letra griega gamma
TENSIÓN SUPERFICIAL DE ALGUNOS LÍQUIDOS (a 20ºC)
nombre del
líquido
σ en
dinas/cm
nombre
del
líquido
σ en
dinas/cm
Acetona
23.7
Éter
etílico
17.01
Benceno 28.85 n-Hexano 18.43
Tetracloruro
de carbono
26.95 Metanol 22.61
Acetato de
etilo
23.9 Tolueno 28.5
Alcohol
etílico
22.75 Agua 72.75
4.2 DEFINICIÓN
Se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la superficie de
un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película
elástica. También podemos decir que con el nombre de tensión superficial se
designa la fuerza necesaria para romper esta membrana, entendiendo que
esta fuerza se aplica en dirección paralela a la superficie y en una banda de 1
cm de ancho. Definida formalmente es la fuerza que se ejerce en la

21. superficie de los líquidos por unidad de longitud. Matemáticamente:σ = F /
l4.4 UNIDADES
S.I. N / m
C.G.S. dina /cm
4.3 ECUACIÓN DE DIMENSIONES:
σ= F / l = m a / l = M L / L T2
σ = M T –2
4.4 CAUSAS DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL
Dentro de un líquido, alrededor de una molécula actúan atracciones simétricas pero
en la superficie, una molécula se encuentra sólo parcialmente rodeada por moléculas y en
consecuencia es atraída hacia adentro del líquido por las moléculas que la rodean. Esta
fuerza de atracción tiende a arrastrar a las moléculas de la superficie hacia el interior del
líquido (tensión superficial), y al hacerlo el líquido se comporta como si estuviera rodeado
por una membrana invisible.
La causa se ha de buscar en
las fuerzas de cohesión entre las
moléculas del líquido.
Consideramos una molécula en el
seno de un líquido. Sobre ella se ejercen de
forma simultánea y regular la fuerza de
cohesión de las moléculas que la rodean, por
lo que dicha molécula se encuentra en
equilibrio.

22. En cambio si consideramos una
molécula próxima a la superficie del líquido
estas fuerzas no se encuentran compensadas,
dando una resultante no nula dirigida hacia el
interior del líquido, que es máxima cuando la
molécula se encuentra en la superficie.
Cuando pretendemos mover una molécula
desde el interior del líquido hasta la superficie
del mismo debemos vencer esta fuerza, que
tiene la misma dirección y sentido contrario a
la que estamos ejerciendo nosotros,
realizamos por tanto un trabajo sobre esta
molécula.
T = F d cos aEste trabajo queda
almacenado sobre la molécula que hemos
movido en forma de energía potencial.
El efecto de las fuerzas intermoleculares es de tirar las moléculas hacia el interior de
la superficie de un liquido, manteniéndolas unidas.
La tensión superficial se opone a que se realice un incremento en la
superficie libre del líquido, se opone a un aumento de la energía potencial del
sistema; los líquidos tienden a adoptar el estado más estable posible, el de
mínima energía, debido a esto adoptan la forma esférica que por ser la que
menor superficie ofrece al exterior es la que menor Ep posee.
En el caso de los gases su tendencia a la expansión demuestra que la tensión
superficial es nula.

23. 4.5 FACTORES QUE AFECTAN A LA TENSIÓN SUPERFICIAL
1. Temperatura
Al aumentar la Tª disminuye la s hasta alcanzar el valor de la Tª crítica del líquido en
que no existe diferencia entre el estado líquido y gaseoso, en este caso la s = 0 . Al
aumentar la agitación térmica disminuyen las fuerzas de cohesión.
2. Impurezas:
Modifican las fuerzas de Van der Walls, sobre todo si se alojan en la superficie del
líquido, en este caso disminuyen la s, si se alojan en el seno del líquido su s apenas se
modifica.
4.6 LEY DE TATE
Si en los líquidos solo interviniesen las fuerzas de Van der Walls las gotas serían
esféricas pero, debido a la acción de la gravedad, la masa líquida se aplasta y se adapta a la
forma del recipiente que la contiene.
En el caso de las gotitas pequeñas al salir de un capilar se observa que éstas
van creciendo poco a poco hasta que alcanzan un peso suficiente, sufren un
estrangulamiento y caen. La gota está sostenida por la tensión superficial a lo largo de la
estrangulación hasta que el peso iguala el valor de esta fuerza, momento en que la gota cae.
Se comprueba que:
P = m g = 2 p r s
La ley de Tate afirma que el peso de las gotas depende del radio del capilar r del
tubo utilizado y de la s del líquido.
Todas las gotas del mismo líquido que se vierten por un mismo capilar tienen
idéntico peso.
Nos basaremos en esta ley para calcular la tensión superficial de los líquidos,
= ya que la masa de una gota
Para determinar la tensión superficial de un líquido usaremos como referencia otro,
del cual conozcamos su tensión superficial ya que dividiendo miembro a miembro sus
ecuaciones de definición obtendríamos la ecuación adecuada. Así:
de donde
4.7 CAPILARIDAD, LEY DE JURIN
Cuando un capilar se introduce en un líquido la superficie libre del mismo puede
adquirir distintas formas:

24. ·
Si el
líquido no
moja el
menisco
es
convexo,
Hg.
·
Si el
líquido
moja el
menisco
es
cóncavo,
H2O.
·
Si la
adherenci
a es la
misma no
existe
menisco,
Ag / H2O.
La altura que asciende o desciende el líquido en el capilar responde a la
siguiente ecuación.
q ángulo de contacto
R radio del capilar
4.8 PRÁCTICA; DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL
4.9 ACTIVIDADES DE EVALUACION
Recopilación e interpretación de documentación para la realización de los ensayos.
Comprobación de los materiales y aparatos a utilizar.

25. Elección del equipo adecuado, en función del material y parámetro a determinar.
Realización del número de ensayos necesarios para determinar las constantes
fisicoquímicas en muestras de sólidos, líquidos y gases.
Comprobación de la identidad de una sustancia, determinando sus constantes
fisicoquímicas y comprobando los resultados obtenidos en tablas.
Determinación de densidades en disoluciones, relacionando el resultado con la
concentración.
Realización de ensayos de viscosidad a diferentes temperaturas, Y construcción del
gráfico correspondiente.
Presentación de cuestionarios.
Limpieza y preparación del material antes de realizar los ensayos.
Secuenciación del trabajo, utilizando documentación.
Realización de ensayos de calibración.
Realización de los ensayos, utilizando el material adecuado.
Anotación de los datos obtenidos en el cuaderno de laboratorio, y realización de
cálculos, expresando los resultados en las unidades adecuadas.
Utilización de tablas de constantes fisicoquímicas.
Identificación de una sustancia problema, determinando sus constantes
fisicoquímicas y consultando tablas.