Evaluación de las propiedades superficiales de las superficies líquidas y sólidas

SEGUNDO CICLO

FISICOQUíMICA DE SUPERFICIES

Evaluación de las propiedades superficiales de las superficies líquidas y sólidas

Objetivo académico del ciclo:

Introducción al manejo de métodos de tensiometría y adsorción para caracterizar agentes con actividad superficial.

El alumnado identificará las propiedades de superficie de los líquidos y comprenderá la importancia de su evaluación, así como de la caracterización de los distintos tipos de solutos. Se introducirá en el fenómeno de adsorción y su aplicación en general.

Tensión Superficial

Determinación de tipo de soluto en solución acuosa

Objetivos Principales.

• Conocer los fundamentos fisicoquímicos de los métodos que permiten determinar la tensión superficial de los líquidos.
• Determinar el efecto de la concentración de un soluto sobre la tensión superficial del agua, definir el tipo de soluto.
• Valorar la importancia de esta propiedad.

Objetivos consecuentes

• Comprender el concepto de Tensión Superficial y los procesos que le afectan.
• Aprender el procedimiento operativo y fundamento de varios métodos tensiométricos.
• Medir la tensión superficial del agua destilada y otros líquidos puros.

Cuestionario previo.

1. Definir conceptos: fase, interfase, superficie, trabajo de cohesión y de adhesión, tensión superficial e interfacial, energía libre de superficie, concentración de saturación, concentración micelar crítica y presión superficial.

Nergia libre 4.3.4. Free Energy of Micellization

Fase aquella porción de un sistema que es microscópicamente homogénea en cuanto a sus propiedades fisicoquímicas y se encuentra separada de otras porciones similares por regiones límites bien definidas, llamadas interfases.

Superficie: Denota una interfaz en la que una fase es un gas, generalmente aire

El trabajo de autoadhesión de un líquido se conoce como el trabajo de cohesión Wc

Es el trabajo requerido para producir dos áreas unitarias de interfaz desde una columna intacta original del líquido o el -delta Gw  cuando se unen las dos columna.

WA

Al extenderse el humedecimiento, un líquido en contacto con un sustrato y otro fluidoaumenta Su área de contacto con el substrato a expensas del segundo fluido.En Humedad adhesiva, un líquido que no está en contacto con un sustratohace contactoCon ese sustrato y se adhiere a él. Podemos diagramar este proceso como se muestra en
Figura 6-3. En este caso, el cambio en la energía libre superficial es Gw ¼ aðgSAþgLA? GSL), donde a es el área superficial del sustrato en contacto con

Área del líquido después de la adhesión y la "fuerza motriz" de este tipo de humectación gSA + gLA - gSL.

Esta cantidad se conoce como el trabajo de adhesión, Wa, el trabajo reversible requerido para separar el área unitaria del líquido del substrato:

 250, 358,244

El cambio de energía libre estándar DELTAG ad tras la adsorción?
Ad nos dice si la adsorción es espontánea DELTAG -o no y la magnitud de la fuerza motriz

Concentración crítica de micelas (cmc): una concentración característica de un tensioactivo dado al que ciertas propiedades de la solución cambian drásticamente, indicando la formación de agregados de tensioactivos o micelas.

Tensión interfacial: la propiedad de una interfase líquido-líquido que presenta las características de una delgada membrana elástica que actúa a lo largo de la interfase de tal manera que reduce al área interfacial total por una contracción aparente pro- ceda-termodinámicamente el exceso interfacial de energía libre resultante A partir de un desequilibrio de las fuerzas que actúan sobre las moléculas de cada fase en o cerca de la interfaz.

Interfaz: El límite entre dos fases inmiscibles. Las fases pueden ser sólidos, líquidos o vapores, aunque en principio no puede ser una interfase, entre dos fases de vapor. Matemáticamente, la interfaz puede ser descrita como una línea o plano infinitamente delgado que separa las fases masivas en las cuales habrá una transición aguda en propiedades de aquellas de una fase a las de la otra, aunque en realidad consistirá en una región de Al menos un espesor molecular, pero a menudo se extiende a distancias más largas.

TENSION SUPERFICIAL; La propiedad de un líquido evidenciado por la aparente presencia de una delgada membrana elástica a lo largo de la interfase entre el líquido y una fase de vapor, dando como resultado una contracción de la interfase y reducción del área interfacial total. Termodinámicamente, el exceso superficial de energía libre por unidad de área de interfaz resultante de un desequilibrio en las fuerzas cohesivas que actúan sobre las moléculas líquidas en la superficie

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1. Fórmula química y peso molecular de cada sustancia a utilizar.

AGUA H2O; 18 G/ MOL

ETANOL C2H6O; 46,06844 g/mol

ACETONA C3H6O; 58,08 g/mol

1. Fundamento teórico de cuatro métodos: Tensiómetro de Anillo, Presión máxima (formación de burbuja) y Pesada de gota.

http://www.aaiq.org.ar/SCongresos/docs/04_025/papers/08a/08a_1469_611.pdf

https://www.cenam.mx/simposio2008/sm_2008/memorias/M1/SM2008-M108-1050.pdf

1. Valores reportados de tensión superficial para: agua, etanol y acetona 20 ° y 25 °C.

102,106

TENSION SUPERCIAL

AGUA    72.8 m  N  /  m      25 71.97

ETANOL  22.3

ACETONA 23.7

1. Valores de densidad teóricas de dichos líquidos a las dos temperaturas.

Agua                                               25   0.997044 g/mol

Etanol 0.791g/cm^3

1. Tipos de soluto que afectan la tensión superficial. 93

los
Eficacia relativa de los cationes al aumentar la tensión superficial del agua en general
Sigue la serie de Hofmeister:

Sales de Li

þ

> Na

þ

> K

þ

, and F

_

> Cl

_

> Br

_

> I

_

A diferencia de los electrolitos inorgánicos, la presencia de un material orgánico en
Solución dará como resultado una disminución de la tensión superficial del sistema. El grado
De tal descenso dependerá de una serie de factores, incluyendo la miscibilidad relativa
Del sistema (o la solubilidad del soluto orgánico) y la tendencia del material orgánico a adsorberse preferentemente en la interfase agua-aire. Completamente
Los líquidos miscibles como el etanol o el ácido acético dan lugar a ligeras y graduales disminuciones
En la tensión superficial de sus soluciones acuosas, mientras que los compuestos orgánicos de cadena larga

Tales como 1-butanol pueden producir efectos más dramáticos (Figura 3.7). Cuando el orgánico
Soluto tiene una solubilidad limitada en agua, el efecto sobre la tensión superficial se convierte en característica
De soluciones tensioactivas, donde se obtendrá un valor mínimo de s como
La concentración de soluto aumenta antes de que la saturación superficial o algún tipo de cambio en el comportamiento del soluto (precipitación, formación de micelas, etc.) impida
La tensión superficial 93

.

1. Clasificación de los tensoactivos y su uso.

La clasificación química más útil de los agentes tensioactivos se basa en la naturaleza del hidrófilo, con subgrupos basados ​​en la naturaleza del hidrofobo o cola. Las cuatro clases básicas de tensioactivos se definen como sigue:

1. Aniónico: el hidrófilo es un grupo cargado negativamente, tal como carboxilo (RCOO M $) $), sulfonato (RSO $ ₃ $ M $) $), sulfato (ROSO $ ₃ $ M $) $) o fosfato (ROPO $ ₃ $ M $ þ $).
2. Catiónico - el hidrófilo tiene una carga positiva, como por ejemplo, los haluros de amonio cuaternario (R4NþX), y los cuatro grupos R pueden o no ser todos iguales (rara vez lo son), pero normalmente serán del tipo Misma familia general.

3. No iónico: el hidrófilo no tiene carga, pero deriva su solubilidad en agua de grupos altamente polares tales como polioxietileno (POE o R-OCH2CH2O-) o grupos poliol R incluyendo azúcares.

4. Amphoteric (y zwitterionic) - la molécula contiene, o puede potencialmente

Contienen, tanto una carga negativa como una carga positiva, tales como las sulfo-betaınas RN (CH3) 2CH2CH2SO3.

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