MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA
TENSIÓN SUPERFICIAL
La tensión superficial se denomina como la cantidad de
energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de area ,
es una de las principales medidas de importancia para la fisicoquímica
de superficies y puede ser calculada mediante diferentes métodos .
ASCENCIÓN CAPILAR.
Cuando un líquido asciende por uncapilar y moja las paredes de dicho
capilar se forma un menisco cóncavo en la superficie líquido-aire
ello 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 el cual se detiene en el momento en
que las presiones son iguales, es decir la presión hidrostatica
de la columna de líquido en el capilar y la presión fuera del
mismo así , mientras mas suba el líquido por el capilar se
entiende que la diferencia de presiones es mayor y por lo tanto mayor es el
valor de la tensión superficial del líquido. Esto se encuentra
representado en la ecuación de Young-Laplace .
Así como el
radio 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 angulo de contacto que forma el
líquido con las paredes del tubo. Sí este angulo es pequeño se dice que
ellíquido moja la superficie y se forma entonces un menisco
cóncavo
En el método de ascensión capilar se utiliza la siguiente
ecuación
h = altura de la columna líquida dentro del
capilar
g = aceleración debida a la gravedad
r = el radio del capilar
p = densidad del
líquido en cuestión.
Para angulos de contacto que tienden a cero y el angulo = 0
entonces la ecuación se altera dando como resultado .
DOBLE CAPILAR
Buscando obtener mejores resultados, una variante del método de ascensión
capilar es el de introducir un segundo capilar de diferente diametro
, así las alturas seran diferentes ya que resultan ser
inversamente proporcionales a los radios de sus respectivos capilares . En
éste método lo importante es medir la diferencia de alturas entre
el radio 1 (el tubo capilar de menor diametro) y el radio 2 (tubo
capilar de mayor diametro).
La ecuación para dos capilares deriva de la de un capilar :
Es necesario conocer los radios de los capilares , sin embargo esta
medición resulta difícil de realizar , por lo que se recurre a un
líquido de referencia , cuya tensión superficial y densidad sea
conocida y se despeja en la ecuación
LEVANTAMIENTO DEL ANILLO (TENSIÓMETRO DE DUNOUY
Este método se encuentra basado 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 se encuentra relacionada con la tensión superficial o interfacial
y esta dada por laecuación .
f = el empuje aplicado al anillo (dinas)
r = el radio medio del
anillo
b= un factor de corrección.
Para tener un
angulo de contacto cero, se utilizan anillos de platino perfectamente
limpios. Es esencial que el anillo repose plano sobre la superficie
líquida. La tensión superficial actúa sobre toda la
circunferencia de dicho anillo, y la nueva superficie que se forma posee dos
lados.
Al momento de la ruptura, el peso del
líquido desprendido sera igual al producto de la tensión
superficial por dos veces (la superficie externa y la superficie interna) el
perímetro del
círculo.
Su procedimiento es muy específico y consiste en lo
siguiente
- Se limpia el anillo con acetona y se coloca a la flama (sin sobrecalentarlo).
- Se calibra el tensiómetro, si es que no se encuentra ya calibrado
(puede utilizarse un líquido puro de valores conocidos
)
- Colocar la sustancia problema en la caja petri.
- Colocar el anillo sobre la superficie del líquido
- Aplicar una fuerza ascendente, hasta que el anillo se desprenda de la
substancia.
- Leer el valor de la tensión superficial sobre el dial graduado (DINAS
MÉTODO DE LA GOTA
Dicho método muy conveniente para la medición de la
tensión superficial en una interfase líquido-aire o la
tensión interfacial líquido-líquido.
Consiste en conocer el peso o medir el volumen de las gotas de un líquido que se desprenden lentamente de la punta
de un tubo estrecho o capilar elcual se encuentra montado verticalmente. El
peso de la gota así como su volumen se relaciona con la
fuerza debida a la tensión superficial. El momento de desprendimiento de
las gotas ocurre cuando su peso ya no esta equilibrado por la
tensión superficial que se ejerce a lo largo de la periferia exterior del extremo del capilar.
Es conveniente realizar el procedimiento con unas veinte gotas para mayor
seguridad en el resultado obtenido , una vez hecho
esto se aplica la ley de Tate , para lo cual es necesario conocer previamente
el radio del capilar y la densidad del líquido en
cuestión.
m = la masa de la gota
g = la aceleración de la gravedad
r = el radio del capilar (
cm. )
f = es un factor de corrección que depende del
radio del
capilar.
ESTALAGMÓMETRO
En éste método se cuenta el número de gotas de un
líquido en caída libre y las gotas del
mismo líquido formadas en el seno del
segundo líquido . El fundamento es que al
formarse lentamente una gota de líquido dentro de un capilar, la gota
caera cuando su peso sea mayor que la fuerza debida a la tensión
superficial que sostiene a la gota adherida a la superficie
Al conocer la densidad de los líquidos se pueden relacionar las
tensiones superficiales
h1 = número de gotas del líquido de mayor densidad
h2= número de gotas del líquido dentro delcuerpo del segundo
líquido
g1 = tensión superficial del líquido de mayor densidad
g2= tensión interfacial
p1= densidad del líquido de mayor densidad
delta de p = diferencia de densidades
Su procedimiento al igual que en el método del anillo es muy
específico .
- Cargar el estalagmómetro (capilar) con el líquido de mayor
densidad.
-Fijar en un recipiente de tal forma que se pueda
controlar la velocidad de flujo del
líquido por medio de una llave que se encuentra en el extremo del capilar.
- Contar las gotas que caen y observar su forma.
- Agregar al recipiente el segundo líquido (menos denso).
- Cargar nuevamente el estalagmómetro (capilar) con el líquido de
mayor densidad.
- Fijar dentro del
recipiente por los que la punta del capilar
quedara sumergida en el seno del
segundo líquido.
- Contar el número de gotas que se forman observando su forma y
simetría.
- Aplicar la ecuación correspondiente.
MÉTODO DE LA BURBUJA
Una pequeña burbuja que se forma en la extremidad de un
pequeño tubo inmerso en el líquido, al que se le aplica una
presión, lo que hace que el radio de la burbuja aumente. Una vez que la
burbuja llega a ser un hemisferio de radio igual al radio del tubo, el aumento de la presión
provoca la desaparición de la burbuja ya que se dilata y luego se desprende . La presión aplicada, es igual a la
diferencia de presión entre los dos lados de la superficie curva, a la
cual se agrega la presión hidrostatica, función de la
profundidad h del orificio del tubo .