Fisicoquímica De Interfaces

Fisicoquímica de interfaces

Primero se tiene que definir lo que es la tensión superficial antes de dar ejemplos de uno o varios métodos que nos ayudan a calcularla, 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 densidades entre el líquido y gas, entonces podemos definirla como la cantidad de energía que se requiere para aumentar una superficie por unidad de área esto implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie dos ejemplos de este fenómeno serian que un insecto puede caminar en el agua y otro la diferencia de tamaños de las gotas de agua y de alcohol etílico.

Métodos para determinar la tensión superficial.

método de ascenso capilar

Hay que definir primera a la capilaridad y es un proceso de los fluidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar. Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.

Este método se basa sobre la aplicación de la ecuación de la Capilaridad de Laplace, la cual indica que existe una diferencia de presión de parte y otra de una interface curva.

∆P = γ H donde H es la curvatura promedia de la interfase en el punto y γ es la tensión superficial

La curvatura promedia se obtiene como el promedio entre las dos curvaturas principales R1 y R2 en el punto:

H = 1/R1+1/R2

Si la interfase es esférica, lo que puede considerarse el caso si la gravedad no deforma la interface (caso de un radio de curvatura pequeño), entonces:

∆P = 2γ/R

Por la ley de la hidrostática ρ g h Combinando estas ecuaciones se obtiene

ρ g h = 2γ/r

Por lo que el ascenso capilar h está relacionado con la tensión interfacial γ

En la práctica el ascenso capilar se torna medible para capilares extremadamente finos, por lo que no es un método de medición usual. Sin embargo el ascenso capilar es extremadamente importante en sistemas porosos, y es responsable de la subida del líquido en un papel filtro o en una tela cuya parte inferior está tocando el líquido.

presión por burbuja

Cuando se coloca un tubo dentro de un líquido y que se inyecta un gas dentro del tubo, se forma una burbuja. Se puede demostrar que la presión pasa por un máximo cuando el diámetro de la burbuja iguala al diámetro del tubo capilar.

En efecto si el diámetro excede este valor la burbuja crece y se despega. Un cálculo semejante al anterior llega a la expresión de la presión máxima:

P = 2γ/r+ ρ g h

En términos simples se puede decir que el gas tiene que vencer la presión capilar más la presión hidrostática

el método del peso de la gota

El proceso de formación de una gota en el extremo de una superficie sólida, es un fenómeno regido por la tensión superficial. Para que una gota de líquido se desprenda y caiga, es preciso que su peso supere en una cantidad infinitesimal al trabajo ejercido por la tensión superficial para la ampliación de su superficie.

En el caso de que consideremos la situación de un líquido que gotea en el extremo de un tubo capilar de radio r, la condición de equilibrio en el instante anterior al desprendimiento de la gota es,

γ=F/L=mg/2πr=(m´g )/2πr Φ=(V´g ρ)/2πr Φ

donde m es la masa de la “gota ideal”, m’ es la masa de la gota desprendida, medida experimentalmente,

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