Métodos para medir la tensión superficial

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.

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.

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 :

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 que resultan ser inversamente proporcionales a los radios de sus respectivos capilares . Aquí, lo importante es medir la diferencia de alturas entre el radio 1 (el tubo capilar de menor diámetro) y el radio 2 (tubo capilar de mayor diámetro).

La ecuación para dos capilares deriva de la de un capilar, quedando de la siguiente forma dónde:

h1 y h2 son las alturas del líquido en el tubocapilar de radio más pequeño y del menos pequeño respectivamente r es la densidad del líquido problema ; r1 y r2 son los radios más pequeño y menos pequeño respectivamente. Como se aprecia en la formula, es necesario conocer los radios de los capilares , sin embargo esta medición resulta difícil de hacer e inexacta , por lo que recurrimos a un líquido de referencia cuya tensión superficial y densidad sea conocida y despejamos en la ecuación :

Método del levantamiento del anillo .(tensiómetro de DuNouy ). Este método se basa en medir la fuerza necesaria para separar un anillo de la superficie, bien suspendido el anillo del brazo de una balanza, o utilizando un sistema de hilo de torsión.

La fuerza para despegarlo está relacionada con la tensión superficial o interfacial por la expresión:

donde f es el empuje aplicado al anillo en dinas ; r es el radio medio del anillo y b es un factor de correción. Para tener un ángulo de contacto cero, se

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