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Ramírez Naranjo José Pablo Fisicoquímica de Interfases Tarea 03

Balanza de Langmuir, Isoterma de Gibbs.

Balanza de Langmuir. Antes de comenzar a hablar acerca de la balanza de Langmuir, hemos de comenzar a hablar acerca de monocapas insolubles, estas pueden ser formadas cuando una sustancia anfifílica insoluble en agua o algún otro líquido se distribuye mediante un solvente volátil para formar una monocapa insoluble en la interfase aire-‐agua, dichas monocapas reciben el nombre de película de Lagmuir, en este caso se considera que todas las moléculas están concentradas en una capa de espesor de una molécula en la interfase. Cuando por medio de un sistema de barreras se reduce el área superficial, las moléculas de la sustancia anfifílica comienzan a ejercer cierta fuerza de repulsión entre ellas, entonces ocurre que un efecto similar a la presión llamada presión superficial, cuya definición es.

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Π = γ 0 −γ

Donde γ es la tensión superficial con presencia de monocapa y γ0 la tensión superficial de la substancia pura.

La balanza de Langmuir consiste en una especie de tina que contiene una subfase (que puede ser agua), el material del que generalmente se fabrica es de teflón con el fin de evitar derrames o fugas por los bordes, dicha tina se controla térmicamente por agua que circula en canales colocados debajo de la tina de teflón. Se puede hacer variar el área superficial haciendo un barrido de las barreas sobre la superficie de la tina. La tensión superficial se mide después por el método de Wilhelmy.

Dicho método consiste de una plato, parcialmente sumergido, en un líquido conectado a una electro-‐balanza. Dicho puede estar fabricado de platino o incluso papel filtro. El plato detecta la fuerza hacia abajo ejercida por el menisco del líquido que humedece a dicho plato. Entonces la tensión superficial se calcula como sigue.

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F = mpg( ) + 2 tp + wp( )γLV cosθ − ρlVpg

donde mp es la masa del plato, g es la aceleración gravitacional, mp es el largo del plato, wp es el ancho del plato, γLV es la tensión superficial de líquido, θ es el ángulo de contacto, ρl es la densidad del líquido y Vp es el volumen de la porción del plato que esta sumergida. Entonces en realidad lo que hace para medir la presión superficial es repetir este método en una superficie limpia, y alguna con monocapa presente. Representado en la siguiente ecuación.

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Π = −Δγ = −ΔF2

tp + wp( )⎡

⎣ ⎢ ⎤

⎦ ⎥ =−ΔF2wp


Figura 1.- Esquema de la balanza de Langmuir

Isoterma de Gibbs. Anteriormente hemos estudiado como la temperatura influye en la tensión superficial, mas aún no hemos comentado como es que influye sobre ella la concentración de algún soluto presente en el líquido que se desea estudiar. Los solutos puede tener variados efectos en tensión superficial sin embargo dicho efecto esta en función de la estructura del soluto en cuestión, los efectos, pueden variar desde casi mínimos o nulos o llegar a incrementar la tensión superficial como en el caso de las sales inorgánicas, reducir la tensión superficial progresivamente de la forma que sucede al agregar algún alcohol hasta incluso reducir la tensión superficial, hasta un mínimo, después del cual el agregar mas soluto no afecta mas la tensión superficial como se da con los tensoactivos.

Sin embargo hay algo que complica la observación de este efecto, y es que un soluto puede existir en diferentes concentraciones en la superficie del solvente y en el seno de la disolución, mas esta diferencia (de concentraciones) varia de acuerdo a cada combinación de soluto-‐disolvente. Es por ello que una útil herramienta es el isoterma de Gibbs que se expresa mediante la siguiente ecuación.

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Γ = −1RT

∂γd lnC⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟ T ,P

donde Γ se conoce con la concentración de la superficie y representa el exceso de soluto por unidad de área en la superficie sobre la cual podría estar presente si la concentración en el seno de la disolución prevaleciera hasta la superficie, como esta referida a un área las unidades en las finales de Γ son mol m-‐2. C es la concentración del soluto en el seno de la disolución, R la constante universal de los gases y T le temperatura. De la ecuación anterior es lógico que una condición sea que la T debe de permanecer constante puesto como vimos anteriormente, la tensión superficial varia en función de T.

El nombre propiamente por el conoce a la ecuación anterior es Isoterma de Adsorción de Gibbs para sistema multicomponentes, y funciona para relacionar

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Barrera BarreraBalanza conPlaca Wilhelmy

Superficie monocapa

Tina con subfase

Barrera BarreraBalanza conPlaca Wilhelmy

Superficie monocapa

Tina con subfase


los cambios en la concentración de un componente en contacto con una superficie con cambios en la tensión superficial, también puede expresar de la siguiente forma, si se toma en termino del exceso interfacial como.

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−dγ = Γ1dµ1 +Γ2dµ2

donde γ es la tensión superficial, Γ1 es el exceso interfacial del componente 1, y µ1 es el potencial química del componente 1. ¿Pero porqué el nombre de isoterma de adsorción?, Bueno son muchas las influencias que pueden cambiar cambios en la composición cercanía de las capa superficial, sustancias pueden acumularse cerca o en el interior del seno de la disolución, este movimiento es lo que caracteriza el fenómeno de adsorción, lo cual influye en la tensión superficial y la estabilidad de los coloides. Las capaz de adsorción en la superficie en un medio de dispersión líquido afectaran las interacciones entre partículas dispersas en el medio y es por ello en consecuencia de que dichas capaz, afectan la estabilidad coloidal. La adsorción de las moléculas de la fase líquida en la interfase ocurre cuando esta fase esta en contacto con otra fase inmiscible que puede ser un líquido un gas o, un sólido. Por la naturaleza de la deducción de ecuación del isoterma de Gibbs solo puede ser aplicado a soluciones ideales, es decir, soluciones que están realmente diluidas y que poseen dos componentes.

Figura 2.- Esquema del exceso interfacial, con una monocapa de anfífilo presente.

Bibliografía http://en.wikipedia.org/wiki/Gibbs_isotherm Consultado el Martes 16 de Agosto de 2011 a las 11:45 AM

Exceso Interfacial ( !!!!i ) (Gibbs - 1895)

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en exceso

A área de interfase

Composición especial!

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http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension Consultado el Martes 16 de Agosto de 2011 a las 10:35 AM

http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S201A.pdf Consultado el Martes 16 de Agosto de 2011 a las 12:23

http://campus.usal.es/~licesio/Sistemas_Coloidales/SC_03.pdf Consultado el Martes 16 de Agosto de 2011 a las 12:52 PM

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/19884/Capitulo7.pdf Consultado el Martes 16 de Agosto de 2011 a las 12:58 PM

http://en.wikipedia.org/wiki/Langmuir-‐Blodgett_trough#Balance Consultado el Miércoles 17 de Agosto a las 11:20 AM

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