INTRODUCCIONTensin superficial en los lquidos Cada molcula en un fluido interacciona con las que le rodean. El radio de accin de las fuerzas moleculares es relativamente pequeo, y abarca a las molculas vecinas ms cercanas.Consideremos la resultante de las fuerzas de interaccin sobre una molcula que se encuentra en: A, el interior del lquido B, en las proximidades de la superficie C, en la superficie

Consideremos una molcula (en color rojo) en el seno de un lquido en equilibrio, alejada de la superficie libre tal como la A. Por simetra, ser nula la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las molculas (en color azul) que la rodean. En cambio, si la molcula se encuentra en B, por existir en valor medio menos molculas arriba que abajo, la molcula en cuestin estar sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del lquido. Si la molcula se encuentra en C, la resultante de las fuerzas de interaccin es mayor que en el caso B. Las fuerzas de interaccin, hacen que las molculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del lquido. Como todo sistema mecnico tiende a adoptar espontneamente el estado de ms baja energa potencial, se comprende que los lquidos tengan tendencia a presentar al exterior la superficie ms pequea posible.

TENSION SUPERFICIALSe puede determinar la energa superficial o Tensin Superficial debida a la cohesin mediante el dispositivo de la siguiente figura: Una lmina de jabn queda adherida a un alambre doblada en doble ngulo recto y a un alambre deslizante AB. Para evitar que la lmina se contraiga por efecto de las fuerzas de cohesin, es necesario aplicar al alambre deslizante una fuerza F.

La fuerza F es independiente de la longitud x de la lmina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitud Dx, las fuerzas exteriores han realizado un trabajo FDx, que se habr invertido en incrementar la energa interna del sistema.Como la superficie de la lmina cambia en D S= 2 d Dx (el factor 2 se debe a que la lmina tiene dos caras), lo que supone que parte de las molculas que se encontraban en el interior del lquido se han trasladado a la superficie recin creada, con el consiguiente aumento de energa. Si llamamos a g la energa por unidad de rea, se verificar que:la energa superficial por unidad de rea o tensin superficial se mide en J/m2 o en N/m.La tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensin superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica.

1. METODOS ESTATICOS1.1 METODO DEL ASCENSO CAPILAR

1.2 METODOS BASADOS EN LA FORMA DE GOTAS O BURBUJAS ESTATICASPequeas gotas o burbujas tienden a ser esfricas, porque las fuerza de superficie dependen del area, mientras que las distorsiones debidas a efectos gravitacionales dependen del volumen.Cuando los efectos gravitacionales y de tensin superficial son comparables, se puede determinar la Tensin superficial a partir de mediciones de la forma de gotas o burbujas.Se cuenta con dos tipos de mtodos.1.2.1 METODOS DE LA GOTA O BURBUJA YACENTE = ( 2 - 1) g h2/ 2

Aplicable en la determinacin de la tensin superficial de metales fundidos1.2.2 METODOS DE LA GOTA O BURBUJA COLGANTESe miden las dimensiones y la Tensin Superficial usando las Tablas de BASHFORTH y ADAMS

2. METODOS DINAMICOS2.1 MTODO DEL PESO Y DEL VOLUMEN DE LA GOTAEs un mtodo muy conveniente para la medicin de la tensin superficial en una interfase lquido-aire o la tensin interfacial lquido-lquido. Consiste en conocer el peso o medir el volmen de las gotas de un lquido que se desprenden lentamente de la punta de un tubo estrecho o capilar montado verticalmente. El peso de la gota (y el volumen) se relaciona con la fuerza debida a la tensin superficial. El momento de desprendimiento de las gotas ocurre cuando su peso ya no est equilibrado por la tensin superficial que se ejerce a lo largo de la periferia exterior del extremo de la pipeta.Procedimiento : Un capilar sostenido por un soporte de forma que se encuentre completamente vertical, se carga con el lquido en cuestin, el cual deber caer en un recipiente o contenedor.- Se dejan caer lentamente las gotas en la punta del capilar de tal forma que tengan una velocidad de flujo que nos permita ver la formacin de cada gota y su conteo.- Antes de contar el nmero de gotas , se deber pesar el recipiente contenedor , luego pesar todas las gotas y posteriormente calcular el peso promedio de una gota.

- Aplicar la ley de Tate ( previamente conocer la densidad del lquido y el dimetro del capilar)donde : m es la masa de la gota ; g es la aceleracin debida a la gravedad (980 cm/seg2 ) r = es el radio del capilar ( cm ) ;f = es un factor de correccin que introduce Harckin y Coll el cual depende del radio del capilar.m g = 2 r fCuando lo que se mide es el VOLUMEN de la gota : = v g / 2 r f Despus de obtener el resultado de f (el cociente de r/v 1/3 ) correlacionarlo con los valores en las tablas de correccin para el peso de la gota existentes en la literatura adecuada.donde v es el volumen ; es la densidad ; r es el radio del capilar y f factor de correccin, que se requiere ya que : a) la gota formada no se desprende completamente de la punta del tubo, b) las fuerzas de tensin superficial raramente son verticales, por lo que f depende del cociente r/ v

Recomendaciones : Aqu el conteo de las gotas a una velocidad de flujo constante y adecuada es la clave del buen resultado.Adems del requerimiento indispensable de la limpieza del capilar.

2.2 METODO DEL ESTALAGMOMETRO

Es til para determinar la tensin interfacial de dos lquidos ; en este caso, se cuenta el nmero de gotas de un lquido en cada libre (N1) y las gotas del mismo lquido formadas en el seno del segundo lquido(N2). El fundamento es el mismo : al formarse lentamente una gota de lquido dentro de un capilar, la gota caer cuando su peso sea mayor que la fuerza debida a la tensin superficial que sostiene a la gota adherida a la superficie.Conociendo la densidad de los dos lquidos, podemos relacionar las tensiones superficiales Donde: N1 = nmero de gotas del lquido de mayor densidad ; N2= nmero de gotas del lquido dentro del cuerpo del segundo lquido , g1 = tensin superficial del lquido de mayor densidad , g 2 tensin interfacial , r1 densidad del lquido de mayor densidad , r= diferencia de densidades

PROCEDIMIENTO : - cargar el estalagmmetro (capilar) con el lquido de mayor densidad.- fijarlo en un recipiente de tal forma que quede fijo y se pueda controlar la velocidad de flujo del lquido por medio de una llave situada en el extremo del capilar.- contar las gotas que caen y observar su forma.que hay en un tramo del capilar fijado arbitrariamente.- Agregar al recipiente el segundo lquido (menos denso).- cargar nuevamente el estalagmmetro (capilar) con el lquido de mayor densidad.- fijarlo dentro del recipiente por los que la punta del capilar quedar sumergida en el seno del segundo lquido.- contar el nmero de gotas que se forman observando su forma y simetra.- Aplicar la ecuacin correspondiente.

2.3 METODO DEL ANILLO DE DU NOUVMtodo del levantamiento del anillo .(tensimetro de DuNouy ). Este mtodo 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 torsin. La fuerza para despegarlo est relacionada con la tensin superficial o interfacial por la expresin:donde f es el empuje aplicado al anillo en dinas ; r es el radio medio del anillo y es un factor de correccin. Para tener un ngulo de contacto cero, se utilizan anillos de platino perfectamente limpios . Es esencial que el anillo repose plano sobre la superficie lquida.Para medidas en interfases, el lquido inferior debe mojar con preferencia el anillo.

La tensin superficial acta sobre toda la circunferencia de este anillo, y la nueva superficie que se forma posee dos lados. Al momento de la ruptura, el peso del lquido desprendido ser igual al producto de la tensin superficial por dos veces (la superficie externa y la superficie interna) es el permetro del crculo. S m es la masa medida , se puede escribir:W = m*g = 2 p* d*gg =m*g/2pd =m*g/4prEn realidad es necesario tomar en cuenta un factor de correcin el cual vara de 0.75 a 1.07 que depende de una pequesima porcin de lquido que qued adherido.PROCEDIMIENTO :- limpiar el anillo con acetona y ponerlo a la flama sin sobrecalentarlo.- calibrar el tensimetro (puede utilizarse un lquido puro de valores conocidos ; para ver instructivo de manejo haga clic)- colocar la substancia problema en la caja petri.- colocar "convenientemente" el anillo sobre la superficie del lquido

- aplicar una fuerza ascendente, hasta que el anillo se desprenda de la substancia.- leer el valor de la tensin superficial en dinas sobre el dial graduado.Generalmente los constructores de aparatos fabrican estos equipos ya calibrados, de tal forma que no se requiere hacer clculos de medicin y los valores de tensin superficial los d directamente. Asimismo hay otros equipos ms sofisticados digitlicos y con control de temperatura.

2.3 METODO DE LA MAXIMA PRESION EN LA BURBUJAUna pequea burbuja que se forma en la extremidad de un pequeo tubo inmerso en el lquido, al que se le aplica una presin, lo que hace que el radio de la burbuja aumente. Cuando la burbuja llega a ser un hemisferio de radio igual al radio del tubo, todo aumento ulterior de la presin provoca la desaparicin de la burbuja ya que se dilata y luego se desprende (1)Presin mxima = (2 g / r) + (g * h * ( 2 - 1 ))

RELACION ENTRE TENSION SUPERFICIAL Y ESTRUCTURALa magnitud de la Tensin superficial esta directamente relacionado con las magnitudes de las fuerzas intermoleculares existentes entre las molculas del lquido.Las interacciones moleculares y enlaces qumicos ms frecuentes en orden creciente de su fuerza de unin son:a) Fuerzas de Van der Waals de dispersin de Londonb) Interacciones dipolo - dipolo inducidoc) Interacciones dipolo - dipolod) Enlace de Hidrgenoe) Enlace inicof) Enlace Covalenteg) Enlace MetlicoOBSERVACIONES Las fuerzas de dispersin son fuerzas dbiles, existentes en toda la Materia independiente de su naturaleza qumica. Tienen su origen en los llamados dipolos instantneos y pueden existir en molculas de gases nobles.Crece

Los lquidos que interactuan solo con fuerzas de London poseen bajos valores de Tensin superficial. Los metales fundidos poseen altos valores de Tensin Superficial. Los hidrocarburos saturados y molculas orgnicas no polar poseen valores de tensin Superficial entre 20-30 dinas/cm. el agua en comparacin con los alcoholes tiene valores altos de tensin superficial. (dinas/cm)TemperaturaHe0.3651 KH22.01020 Kn-octano21.8020 CEtanol22.2720 CCloroformo26.8020 CH2O72.8020 CK2Cr2O7129.00397 CHg484.0020 CTi1588.001680 C

ENERGIA LIBRE INTERFACIALpara un sistema compuesto por dos fases ( y ). (fases son homogneas).G = G + G + GS................(1)S = fase superficialG = G + G + GS................(2)Para las fases: n =Nmero de moles de la fase, = potencial qumico de la fase(6) en (5)

(7),(3),(4) en (2)La Entropa total S:9) en (8)Para un sistema a T y P =ctes y composicin constante ( dn=0) se tiene en (10)GI= Energa Libre de Superficie Energa Libre Interfacial por unidad de rea

Tratndose de un proceso reversible, el calor involucrado durante la variacin del rea de la interfase es un calor reversible (qrev)SI = Entropa Interfacial por unidad de reaPor Termodinmica:De (11)Similarmente la Entalpa Interfacial total por unidad de rea (HI)EI = Energa interna Interfacial

(16) en (15)(14),(11) en (17)(18) permite el clculo de EI a partir de valores experimentales de tensin superficial medidas a varias temperaturasEl calor latente de formacin de la Interfase (LI), es definido como la variacin de la energa trmica del sistema, cuando la superficie sufre una expansin igual a una unidad de rea.Si la expansin es reversible a V y P constantes tenemos:(13) en (19)(20) en (18)LI es la diferencia entre la energa interna total Interfacial y la energa libre Interfacial

ECUACION DE YOUNG - LAPLACESupongamos una gota que se forma en el extremo de una jeringa al desplazar el mbolo, tal como se indica en la figura. Sea p0 la presin exterior. Para formar la gota de radio r es necesario aplicar mediante el mbolo una presin p algo mayor que p0.El trabajo realizado por el mbolo sobre el lquido al desplazarse es pdV . Pero la gota realiza un trabajo p0dV sobre su entorno ya que desplaza el aire al incrementar su volumen dV. Ambos volmenes son iguales debido a que el lquido es incomprensible.El trabajo total sobre el lquido ser: dW=(p-p0)dVEste trabajo se emplea en incrementar la superficie de la gota, mientras se mantiene la temperatura y el volumen del lquido constantes. dW= dA

Igualando ambos trabajos y teniendo en cuenta las frmulas del rea y del volumen de una superficie esfrica.dV=4p r2dr, y dA=8p rdr(Ecuacin de la Place)ECUACION DE KELVINPara un lquido en equilibrio con su vaporUn lquido presenta una presin de vapor mayor cuando se presenta en pequeas gotas, que cuando se presenta en una superficie plana

MANIFESTACIONES DE LA TENSION SUPERFICIALSabemos: La espontaneidad de los procesos donde la superficie desempea un papel importante, estar dada por una disminucin de la energa libre superficial (dG). El sistema puede disminuir su energa libre superficial, ya sea reduciendo A de contacto interfacial o bien reduciendo su g.Las manifestaciones son:a) Formacin de gotas en lquidosLos lquidos presentan tendencia a formar gotas, porque la forma esfrica les garantiza la menor rea de contacto con el aire, para un volumen dado, es la causa porque dos gotas se unen para dar una gota ms grande.

b) Adsorcin de componentesLas adsorcin de molculas de un gas de un soluto disuelto, sobre la superficie de un slido ocurre espontneamente, porque conlleva a una disminucin de g . c) Ascenso Capilard) Coalescencia de emulsionese) Orientacin molecular

TENSION SUPERFICIAL DE SOLUCIONES ACUOSASEl comportamiento de la Tensin superficial en las soluciones es de 2 tipos:A) Soluciones acuosos que aumentan su Tensin Superficial En soluciones acuosas preparadas a partir de sales inicas se produce un incremento de la Tensin Superficial. Este fenmeno se debe a fuerzas de interaccin in - dipolo, las cuales tiende a llevar las molculas al interior de la solucin. El trabajo de llevar las moleculas a la superficie es mayor, ya que tiene que vencer fuerzas de in - dipolo, fuerzas de van der Waals. En estas soluciones, la regin Interfacial es ms pobre en soluto que en el interior de la solucin.B) Soluciones acuosos que disminuyen su Tensin Superficial Las soluciones acuosas tales como alcoholes, cidos grasos, las que contienen grupos hidroflicos polar -OH -COOH, grupo hidrofbico no polar constituidos por una cadena hidrocarbnica.

Estas soluciones repelen al agua, por eso tienden a abandonar la solucin. Se produce pequeo trabajo para llevar las molculas a la superficie, disminuyendo la fuerza de cohesin, la que disminuye la Tensin Superficial.CICSInterfaseCI = Concentracin del soluto en la interfaseCS = Concentracin del soluto en la SolucinAl fenmeno que provoca variacin de la concentracin Interfacial de un componente de una fase dada, en el interior se denomina: ADSORCIONSi CI > CS la Adsorcin ser positivaSi CI < CS la Adsorcin ser negativa

AGENTES TENSIOACTIVOSSon las sustancias que se adsorben en la superficie con la finalidad de disminuir la Tensin SuperficialSon constituidos por molculas que contienen partes polar y no polares.Pueden ser clasificados de acuerdo a la carga de la parte tensioactiva en: Cationes , Aniones y no inicosCationicosHidroclorato de laurilamina CH3(CH2)11NH3+Cl-AnionicosEstereato de Sodio CH3(CH2)16COO- Na+No ionicosAmidas RCON[(OCH2CH2)XOH]2