Ecuacion De Gibbs

Adsorción y Ecuación de Gibbs

Los tensoactivos son moléculas con actividad superficial que están constituidas por un grupo hidrofilico (polar o iónico) y una cadena hidrofóbica o hidrocarbonada. En disolución acuosa, cada molécula o monómero del tensoactivo migra a la superficie debido al efecto hidrofóbico de la cadena hidrocarbonada (adsorción en interfases gas/ liquido), orientado los grupos polares o hidrofílicos hacia el interior la superficie de la solución y la cadena hidrocarbonada sobre ella. Dependiendo de las características estructurales de las cadenas, éstas adoptaran un tipo específico de conformación sobre el área superficial.

Cuando a superficie de la disolución se encuentra totalmente ocupada por el agente superficial tensoactivo , las moléculas en el seno de la solución recurren a una segunda alternativa energética, que consiste en la agregación espontanea o en la formación de micelas en solución, donde los grupos polares se reúnen adoptándola forma esférica sobre las cadenas hidrocarbonadas ; estado que refleja un mínimo de energía. Estos agregados, distribuidos en el liquido, mantienen un equilibrio con las moléculas libres del tensoactivo en disolución y en al superficie.

Esta descripción cualitativa surge de la ecuación fundamental de la termodinámica de superficies; la ecuación de adsorción de Gibbs en fases fluidas, referidas al proceso de adsorción liquido – vapor y a la observación del comportamiento de la tensión superficial de tensoactivos en disolución, relativa a la variación de la concentración. Esta ecuación expresada en términos del potencial químico ideal de la solución.

La ecuación de adsorción de Gibbs indica que Γ depende de la concentración de la disolución y de la variación local de la presión superficial π o tensión superficial con respecto a la composición de la disolución, bajo condiciones isotérmicas.

En la interfase, las moléculas de los tensioactivos experimentan menos interacciones con otras moléculas y por lo tanto llevar una molécula de la disolución a la interfase requiere energía.

La energía libre, ΔG, necesaria para crear una unidad de superficie se denomina la energía libre superficial y se define en términos de energía libre de Gibbs:

ΔG = γΔA

Donde γ es la tensión superficial. La energía libre superficial es igual a la tensión superficial de un líquido, y por lo tanto se puede expresar tanto como energía por unidad de área (J/m2) o por la fuerza por unidad de distancia (N/m). Los líquidos con fuerzas intermoleculares fuertemente atractivas muestran altas tensiones superficiales.

La tensión superficial de los líquidos puede ser afectada por la adición de tensioactivos debido a que éstos disminuyen la tensión superficial del líquido al concentrarse en la interfase agua-aire. De esta manera, la concentración de los tensioactivos es mayor en la interfase que en la disolución y este exceso de concentración de tensioactivos se denomina el exceso superficial de Gibbs, Γ.

El modelo de Gibbs relaciona el exceso superficial de tensioactivos (Γ), la concentración de tensioactivos en disolución (c), y la tensión superficial del líquido (γ). Para los tensioactivos no-iónicos por ejemplo, se define Γ:

Γ= - 1/(RT ) dγ/(d 1nc)

Siendo una ecuación válida para concentraciones bajas de tensioactivos donde la actividad es equivalente a la concentración. Mediante esta expresión se puede determinar el exceso de concentración superficial a partir de medidas de tensión superficial.

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