Fenomenos De Superficie

CAPÍTULO 7

FENÓMENOS DE SUPERFICIE

Todas las propiedades estudiadas están es relación con la estructura del material y se dan en toda la mas del mismo. Pero existen una serie de fenómenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo, sólido o líquido, y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad. Estos fenómenos se denominan fenómenos de superficie y entre ellos se encuentran la humectancia, la capilaridad, la hidrofilia, la adsorción, la absorción, la sinterización y la adhesión. Todos estos fenómenos están relacionados entre sí y se basan en el desequilibrio energético que existe en la superficie del material, lo que conocemos como energía superficial.

ENERGÍA SUPERFICIAL:

Si observamos la distribución de los átomos de un material sólido (Fig. 1), vemos que los átomos del interior del material se mantienen en sus posiciones espaciales perfectamente equilibrados por la acción de las fuerzas de atracción y repulsión que rodean a los átomos en todas las direcciones del espacio. Sin embargo, la última capa situada en la superficie del material, al no tener ninguna otra capa de átomos encima de ella, presenta un claro desequilibrio en estas fuerzas de atracción y repulsión. La resultante de este desequilibrio de fuerzas es lo conocemos como Energía Superficial, que es una energía que tiende a atraer a otras sustancias hacia la superficie del material.

En el caso de los líquidos sucede lo mismo y podemos decir que existe una tensión que forma, en la capa más externa de los moléculas del líquido, una membrana tensa que ejerce una fuerza que va hacia él interior y que actúa como una piel, resistiendo la extensión o la penetración. A esta tensión de la superficie se le denomina Tensión Superficial. Un líquido, como cualquier otro material en reposo, tiende a estar en el estado de equilibrio energético donde exista menor energía posible. Dado que los líquidos pueden cambiar su forma, todo líquido, espontáneamente, tiende a disminuir su superficie, es decir, a distribuir su volumen exponiendo la menor cantidad de superficie para tener la mayor estabilidad energética. Es por este mecanismo por el que los líquidos forman gotas. También por esto, cuando se ponen en contacto dos gotas de un mismo líquido se unen para formar una mayor y reducir así la relación superficie/volumen.

Esta energía y tensión superficial va a depender, de las fuerzas internas (cohesivas) que presentan entre sí los átomos y las moléculas del material. Son por tanto mayores en los materiales cerámicos, cuyas uniones internas son fundamentalmente covalentes, algo menores para los materiales metálicos y menores para los materiales orgánicos, cuyos enlaces interatómicos fundamentales son iónicos y uniones secundarias de Van der Waals.

HUMECTANCIA

La humectancia es la capacidad que tiene un sólido de ser mojado por un líquido y viceversa. También se denomina humectabilidad o mojabilidad. Estamos hablando por lo tanto, de lo que sucederá al poner en contacto un sólido con un líquido. En esta situación enfrentamos una energía superficial del sólido que tira hacia su superficie y una tensión superficial del líquido que tiende a mantener la gota redonda (Fig. 2).

Nos podemos encontrar un líquido con una gran tensión superficial, es decir un líquido que tiene una gran tendencia a formar gotas, frente a una superficie de un sólido con baja energía superficial. En este caso el líquido tenderá a permanecer formando gotas sobre el sólido ya que la energía superficial del sólido no va ser capaz de “extender” el líquido sobre su superficie. Hablamos entonces de poca humectancia.

También nos podemos encontrar con el supuesto contrario; un líquido con baja tensión superficial frente a un sólido de alta energía superficial. Esa alta energía superficial, tenderá a contrarrestar la tensión superficial del líquido y lo extenderá sobre la superficie del sólido, mojándolo más. Hablamos entonces de un líquido que humecta bien al sólido.

La humectancia, se mide por el ángulo de contacto, que es el ángulo que forma la tangente a la superficie del líquido con la superficie del sólido en el punto de contacto de ambos (Fig. 3). Cuando este ángulo es 90° o mayor decimos que el líquido no humecta al sólido, si el ángulo es menor de 90° hablamos de que el líquido humecta al sólido. Cuanto menor sea este ángulo mayor es la humectancia. La humectancia va a ser una propiedad fundamental cuando hablemos de adhesión.

CAPILARIDAD

La capilaridad es otro fenómeno superficial de vital importancia para la adhesión. Se fundamenta en los mismos fenómenos de tensión superficial del líquido y energía superficial del sólido, con ciertas particularidades. En este caso no hablamos de una superficie lisa y una gota de líquido sino de un capilar, es decir, un cilindro hueco de pequeño calibre, en contacto con un líquido. Cuando introducimos un capilar en un líquido, la energía superficial de las paredes internas del capilar tiende a hacer ascender el líquido por el interior del mismo.

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