Fenómenos de superficie Prof.: Carlos M. Castro Acuña

Alumno: Sordo Godinez Miguel Angel Grupo:02 Carrera: Ingeniería Química

Tarea 01:

Métodos para determinar la tensión superficial. Anfiflios y tensoactivos. Paracoro.

La tensión superficial es la energía de la interfase, así mismo, la tensión superficial se puede definir como la fuerza por unidad de área de la superficie. En algunos casos, la tensión se define como la fuerza por unidad de longitud de línea de contacto trifásico.

Esta tensión puede determinarse, es decir, medirse. Para ello existen diferentes métodos que se clasifican de acuerdo al principio que usan, de la siguiente manera:

Métodos basados sobre la medición de una fuerza: Método de la placa. Método del anillo.

Métodos basados sobre la medida de una presión: Ascenso capilar. Presión de burbuja.

Métodos basados sobre una deformación: Gota pendiente. Gota colocada. Gota giratoria.

Métodos basados sobre la medición de una fuerza:

La tensión superficial se mide como una fuerza aplicada sobre una cierta longitud de la línea de contacto trifásico, la única fuerza neta es la proyección de la fuerza de tensión en la dirección de medición.

Método de la placa: En este método se utiliza una placa rectangular perfectamente conocida. De manera vertical, se pone en contacto con la superficie para que se moje, después se ejerce una fuerza vertical para levantar la placa poco a poco de manera que a cada lado se forma una interfase curva, hasta que se produce el arranque.

En la posición antes del arranque se calcula el equilibrio de fuerzas:

Método del anillo: Este método utiliza un anillo tórico suspendido horizontalmente de manera que sea perfectamente paralelo a la superficie, siguiendo la misma metodología que el método de la placa. El anillo tiene un radio R y está hecho con un alambre de radio r. Dado que trata de medirse la fuerza máxima, se procura que r<<R puesto que en el caso contrario el menisco interno y el menisco externo no tienen la misma forma y existen dos posiciones en que la fuerza pasa por un máximo.

Métodos basados sobre la medida de una presión:

Estos métodos se basan sobre la aplicación de la ecuación de la Capilaridad de Laplace. Si la interfase es esférica (caso de un radio de curvatura pequeño en el que la gravedad no deforma la interfase), entonces:

Ascenso Capilar: Si se coloca un tubo capilar dentro de un líquido y el material del líquido es mojable por el líquido, se puede observar que el líquido asciende por el tubo. Si tomamos en cuenta lo siguiente:

En donde:

- Entre el punto A y el punto B, ambos en el líquido y a mismo nivel ΔP=0.- Entre el punto B y el punto C de parte y otra de una interfase plana (curvatura cero o radiode curvatura R infinito), ΔP=0.- Entre el punto C y el punto E situados ambos dentro de un gas de densidad despreciable,ΔP = ρ g h = 0 (porque ρ = 0)- Entre el punto D y el punto E situado de parte y otra de una interfase curva, la ecuación deLaplace indica:

Donde r es el radio de curvatura de la interfase, ya que se supone de un lado que por serpequeño el radio, el menisco es esférico, y que de otro lado el ángulo de contacto es cero.Por la ley de la hidrostática:

Combinando estas ecuaciones se obtiene:

De manera que la tensión superficial está relacionada con el ascenso capilar.

Presión de burbuja: Cuando se coloca un líquido dentro de un tubo y se inyecta gas dentro del tubo, se observa que se forma una burbuja. La presión pasa por un máximo cuando el diámetro de la burbuja iguala el diámetro del capilar, si el diámetro excede este valor entonces la burbuja crece y se despega. La expresión de la presión máxima es:

Métodos basados sobre una deformación:

Estos métodos se basan en el hecho de que la tensión superficial tiende a reducir el área interfacial mientras que otras fuerzas tienden a aumentarla.

Método de la gota pendiente: Cuando se deja colgar una gota de un gotero, se produce una geometría de equilibrio entre la fuerza de gravedad que tiende a estirar la gota y la fuerza de tensión que tiende a encogerla. La medida de los diámetros definidos permite hallar la tensión interfacial mediante los nomogramas de Andreas, Hauser y otros.

Método de la gota colocada: Cuando la tensión es particularmente baja, la deformación gravitacional es fuerte y por lo tanto la gota debe colocarse contra una superficie sólida.

Anfiflios y tensoactivos

Anfiflio: Una sustancia anfífila tiene una doble afinidad, la cual se define desde el punto de vista físico-químico como una doble característica a la vez polar y apolar. Típicamente un anfífilo tiene una molécula que se puede dividir en dos partes. De un lado una parte polar que contiene heteroátomos tales como O, S, N, P, los cuales aparecen en grupos funcionales como alcohol, tiol, éter, éster, ácido, sulfato, sulfonato, fosfato, amina, amida, etc., y de otra parte, un grupo apolar compuesto en general por un hidrocarburo parafínico, cicloparafínico o aromático, el cual puede eventualmente contener halógenos. En ciertos casos particulares la parte apolar puede ser una cadena de silicona o de polióxido de propileno. La parte polar tiene afinidad para los solventes polares, particularmente el agua, mientras que la parte apolar tiene afinidad para los solventes orgánicos, en particular los hidrocarburos, aceites o grasas, o simplemente está repelida por el agua. Por esta razón la parte polar se denomina también hidrofílica, mientras que a la parte apolar le corresponde el calificativo de lipofílico o hidrófobo.

Tensoactivo: La energía libre de Gibbs por unidad de área, que se llama la tensión superficial o interfacial, juega un papel determinante en cuanto a las propiedades, como por ejemplo la existencia y persistencia de emulsiones o de espumas, y tales sustancias se califican de tensioactivas, lo que significa que cambian (reducen) la tensión.

Bibiografía:

-http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S205_MedicionTension.pdf

Revisado por última vez el día martes 11 de agosto a las 21:46

-http://www.ccindustrial.cl/ayuda/surfactantes.pdf

Revisado por última vez el día martes 11 de agosto a las 22:34