Metodos De Medicion De La Tension Superficial

INDICE

1. METODOS BASADOS SOBRE LA MEDICION DE UNA FUERZA

1.1. Metodo de la Placa (Whihelmy)

1.2. Método del Anillo (Nouy)

1.3. Otros Métodos

2. METODOS BASADOS SOBRE LA MEDIDA DE UNA PRESION

2.1. Ascenso Capilar

2.2. Presión de Burbuja

3. METODOS BASADOS SOBRE UNA DEFORMACION

3.1. Elementos de Teoría general

3.2. Gota pendiente

3.3. Gota colocada

3.4. Gota giratoria

3.5. Extensiones del método de la gota giratoria

3.6 Método del volumen de gota

1. METODOS BASADOS SOBRE LA MEDICION DE UNA FUERZA

Se sabe que la tensión es una fuerza por unidad de longitud de línea de contacto trifásico.

Tales métodos se aplican por tanto al caso en que hay 3 fases: un fluido (gas o líquido), un líquido, y un sólido. La tensión superficial o interfacial entre los dos fluidos se mide como una fuerza aplicada sobre una cierta longitud de la línea de contacto trifásico.

La figura 1 indica la situación típica; si las demás fuerzas se anulan por ejemplo por la reacción del soporte sólido como en el caso de la figura, entonces la única fuerza neta será la proyección de la fuerza de tensión en la dirección de medición.

Existen varios dispositivos basados sobre este mismo principio, de los cuales los más usados son la placa de Whilhelmy y el anillo de Nouy.

1.1. METODO DE LA PLACA (Whilhelmy 1863)

Se utiliza una placa de geometría rectangular perfectamente conocida suspendida verticalmente a una balanza de precisión (Ver Fig. 2). El lado inferior de la placa se pone en contacto (horizontalmente) con la superficie del líquido para que se moje (2). Luego se ejerce una fuerza vertical sobre la placa para levantarla. La placa se levanta poco a poco, y de cada lado se forma una interfase curva (3); se levanta la placa hasta que se produzca el arranque (4).

En la posición justo antes del arranque (Fig. 2 caso 3) se puede calcular el equilibrio de fuerzas entre las fuerzas de tensión que se aplican de parte y otra de la placa (por eso el factor 2) y la fuerza de levantamiento F (Fig. 3).

Usualmente la placa es de platino levemente rugoso, de tal forma que el ángulo de contacto sea lo más pequeño posible, y se pueda suponer igual a cero. La placa mide típicamente 29,9 mm de largo (L) y 0,1 mm de espesor (e), en cuyo caso el perímetro completo es de 60 mm. La balanza es en general una balanza de torsión que el usuario manipula con una palanca. En ciertos modelos (automáticos) es un motor que asegura el levantamiento, y un sistema registrador monitorea la fuerza.

En el momento del arranque, ninguna parte del volumen de la placa está dentro del líquido, y por tanto no se necesita realizar corrección alguna por empuje de Arquímedes (lo que requiere en otros de los métodos).

Por otra parte este método no produce una superficie nueva al momento de producirse la medición. En la práctica se puede colocar el líquido dentro del recipiente varias horas antes y dejar equilibrarse la superficie. Por lo tanto este método es particularmente bien adaptado a los sistemas que contienen sustancias surfactantes cuyo tiempo de adsorción puede ser largo. Nótese que permite sin embargo medir la tensión dinámica; basta con verter el líquido en el recipiente justo antes de tomar la medida.

Este aparato permite también evaluar el ángulo de contacto entre un líquido y un material sólido. Basta medir primero la tensión superficial con una placa de platino (θ = 0), y luego medirla con una placa hecha del material a evaluar. La relación entre las dos fuerzas medidas es cos θ.

En teoría la precisión de la medida está solo limitada por el conocimiento de la geometría de la placa (L y e) y la precisión de la balanza. En la práctica, no se puede tener una precisión mejor que ± 0,2 dina/cm, al menos de trabajar en atmósfera inerte con precauciones extremas. Por lo tanto las balanzas utilizadas son en general balanzas económicas que dan el centígramo, ya que no se justifica una mejor precisión.

Este aparato es muy versátil, en particular para medir tensiones superficiales de soluciones acuosas, en el rango 70 dina/cm (agua pura) - 30 dina/cm (soluciones de detergentes); permite obtener fácilmente una reproductibilidad del orden de 2%, lo que es suficiente para determinar la concentración micelar crítica de una solución de surfactante.

El método de la placa de Wilhelmy se puede usar también para las interfaces líquido-líquido, en cuyo caso hay que proceder de la forma siguiente. Primero se vierte en el recipiente el líquido menos denso y se hunde integralmente la placa en este líquido. Se mide entonces la fuerza necesaria para equilibrar el sistema F1 (esta fuerza toma en cuenta el empuje de Arquímedes sobre la placa hundida en la fase menos densa). Luego se limpia y se seca la placa. Se vierte entonces el líquido más denso en un segundo recipiente y se baja la placa hasta establecer el contacto. Luego se saca la placa hasta una posición levemente más baja que el arranque. Luego se vierte cuidadosamente el líquido menos denso hasta recubrir la totalidad de la placa. Finalmente se procede a levantar la placa hasta producirse el arranque, lo cual ocurre con una fuerza F2. La fuerza neta requerida F2-F1 permite calcular la tensión como en el caso anterior

Obviamente que el método implica que la placa de platino esté más mojada por el líquido más denso que por el líquido menos denso. Si la fase más densa es de tipo acuoso, y la fase menos densa es de tipo aceite, el ángulo de contacto es por lo general 0 y se puede asumir cos θ=1.

Como en el caso de una superficie gas-líquido se puede usar el método para determinar el ángulo de contacto mediante dos mediciones.

1.2. METODO DEL ANILLO (Nouy 1919)

En el método de Nouy, se reemplaza la placa rectangular suspendida verticalmente por un anillo teórico suspendido horizontalmente, en forma perfectamente paralela con la superficie o interfase. El anillo tiene un radio R, y está hecho con un alambre de radio r, resultando en un perímetro total de L = 4πR. Nótese que este perímetro es una aproximación, ya que no toma en cuenta la posición exacta de la línea de contacto trifásico respecto al anillo. En todo caso es válido si r << R.

Para medir la tensión superficial, se procede como en el caso del método de la placa. Primero se moja (completamente) el anillo y luego se procede a levantarlo hasta el arranque

Sin embargo en este caso, la situación es levemente diferente, por dos razones:

(1) cualquier sea el ángulo de contacto, la dirección de aplicación de

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