Tensión Superficial

Métodos para determinar la tensión superficial . Anfifilos y Tensoactivos. Paracoro.

Cuando hemos llegado a observar un insecto en la superficie del agua sin que se hunda, o hemos observado que es lo que pasa cuando en la cera se coloca agua y ésta lo que hace inmediatamente es formar burbujas ¿a qué se debe esto? A la tensión superficial.

¿Qué es la tensión superficial?

Imaginemos un vaso con agua entonces tendremos dos fases la del agua (a) y la de la atmósfera (b), las moléculas que se encuentran en el interior de la capa (a) tienen una energía diferente a las que se encuentran en la superficie, porqué estas moléculas de la superficie solo están ligadas a otras moléculas de la fase a por una por un lado de la superficie divisoria.

Entonces las partículas que están en la capa superficial de un líquido poseen exceso de energía con relación a las que están en el interior: dentro del líquido cada partícula está rodeada por vecinas próximas que ejercen sobre ella fuerzas intermoleculares de cohesión; por simetría estas fuerzas se ejercen en todos sentidos y direcciones por lo que la resultante es nula.

Sin embargo las partículas de la superficie del líquido se encuentran rodeadas por arriba por otro tipo de moléculas. Como en un gas la concentración de partículas es muy pequeña, la interacción entre las moléculas del gas exterior y las del líquido es despreciable, por lo que existe una fuerza neta en la superficie del líquido dirigida hacia su interior que se opone a que las moléculas de líquido se escapen de su superficie.

Esta fuerza superficial lleva asociada una energía (que sería el trabajo necesario para arrancar una molécula de la superficie), definida como la diferencia entre la energía de todas las moléculas junto a la superficie divisoria (de los dos medios) y la que tendrían si estuvieran en el interior de sus respectivos fluidos.

Podemos definir la tensión superficial como el trabajo necesario para aumentar, a temperatura constante y de modo reversible, el área de una superficie en una unidad

Tensión superficial se denomina mediante la letra γ, cuyas unidades son Nm-1 ó bien Jm-2.

Fisicoquímica de Interfases Carrillo López Mónica Mariela

Tarea # 1

Causas de la tensión superficial

Es causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interfase.

Depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura.

Los líquidos cuyas moléculas tengan fuerzas de atracción intermoleculares fuertes, tendrán una tensión superficial elevada.

Métodos para medir la tensión superficial.

Método del ascenso capilar

Para medir la tensión superficial de las interfaces de líquido-vapor y líquido –líquido.

Para llevar a cabo este método se inserta un tubo capilar en el líquido, y la medida de la altura que alcanza el líquido en el tubo permite calcular γ. Se observará que la interfase agua-aire de una disolución acuosa contenida en un tubo de vidrio es curva y no plana.

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 interfase curva.

Cuando un líquido asciende por un tubo capilar y moja las paredes del tubo, forma un menisco cóncavo en la superficie líquido-aire en virtud de una diferencia de presión entre el líquido contenido en el recipiente y la presión del líquido en el interior del capilar. Esta diferencia de presión provoca un ascenso del líquido en el interior del capilar que se detiene en el momento en que las presiones son iguales, es decir la presión hidrostática de la columna de líquido en el capilar y la presión fuera del mismo.

Fisicoquímica de Interfases Carrillo López Mónica Mariela

Tarea # 1

Este es el quipo para determinar la tensión superficial por el método de capilares. Se observa la diferencia que existe entre los dos capilares.

Por tanto, mientras más suba el líquido por el capilar, la diferencia de presiones es mayor y por lo tanto mayor es el valor de la tensión superficial del líquido. Esto están representado en la ecuación de Young-Laplace

donde se observa que la tensión superficial depende directamente de la diferencia de presiones mientras que el radio del capilar la afecta inversamente.

Otros fenómenos que influyen en el ascenso o descenso del líquido por un capilar es el valor relativo de las fuerzas de cohesión entre las moléculas de un mismo líquido y las fuerzas de adhesión entre el líquido y las paredes del tubo. Estas fuerzas determinan el ángulo de contacto que forma el líquido con las paredes del tubo. Sí este ángulo es pequeño se dice que el líquido moja la superficie y se forma entonces un menisco cóncavo.

Fisicoquímica de Interfases Carrillo López Mónica Mariela

Tarea # 1

El método de un capilar utiliza la siguiente ecuación

donde h = altura de la columna líquida dentro del capilar, g = aceleración debida a la gravedad ; r es el radio del capilar ; p densidad del líquido en cuestión.

Para angulos de contacto que tienden a cero y líquidos que mojan totalmente las paredes de los capilares, el ángulo = 0 entonces la fórmula a seguir es :

Fisicoquímica de Interfases Carrillo López Mónica Mariela

Tarea # 1

Método de doble capilar .- Con el propósito de tener mejores resultados, una variante del método es introducir un segundo capilar de diferente diámetro que el primero, así las alturas serán diferentes ya

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