Idealidad de superficies

PROFESORES AL DÍA [Fisicoquímica]
Es realmente difusa la barrera entre la revisión de la investigación reciente sobre un tema y una contribución para la actualización docente. Esta sección recoge artículos de revisión apropiados para la enseñanza de temas de frontera.

Idealidad en superficies fluidas
A. Miriam Novelo-Torres1 y Jesús Gracia-Fadrique1

Abstract Surface tension data in binarysystems at infinite dilution region shows a linear and universal behavior. In this work the correspondence with the ideal surface equation state is presented, where a particular isotherm and surface chemical potential equations are obtained. Two basic parameters allow us to characterize the surface in this region: the hydrophobic effect and the maximum surfactant concentration; these parametersconfirm Traube’s rule. When the linear behavior is present in the whole composition range, according to the Raoult Law, there is no difference between both bulk and surface region concentrations.

Figura 1. Compartimentos y áreas superficiales presentes en un sistema líquido y entre dos líquidos inmiscibles.

Introducción El estudio del comportamiento de solutos con acti vidad superficial(abatimiento de la tensión superficial del disolvente) o tensoactivos, permite conocer la relación entre las propiedades de la superficie y las propiedades del disolvente (Rosen, 1989). La Ecuación de Adsorción de Gibbs es la expresión termodinámica fundamental en el estudio de tensoactivos, que cuantifica la adsorción o concentración de solutos en la superficie de contacto entre fases (interfaselíquido/gas o líquido/líquido), mediante la variación de la tensión superficial con respecto a la concentración de soluto (figura 1). La región diluida o de régimen a dilución infinita del tensoactivo representa la zona de mayor sensibilidad, ya que es máximo el efecto de la concentración del tensoactivo sobre la tensión superficial del disolvente. Ésta es la mejor región para el análisis de lasinteracciones soluto-disolvente, de donde se pueden obtener las características moleculares y estructura les de la región superficial. El comportamiento de diferentes sistemas en esta zona permite evaluar la actividad superficial y estructura de superficie de tensoactivos en la superficie (Rosen, 1989).
1 Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México. 04510, México, D.F. Correoelectrónico: omeollin@servidor.unam.mx; jgraciaf@servidor.unam.mx Recibido: 7 de abril de 2003; aceptado: 18 de julio de 2003. 1

En el presente trabajo se muestra que en esta región diluida, las moléculas se comportan como un gas ideal bidimensional. Dicha región se rige por dos parámetros fundamentales: uno que mide el efecto hidrofóbico (grado de migración bulto-superficie) y otro que indica laestructura del material adsorbido. Con esta información se obtiene el potencial químico de la superficie, la isoterma de adsorción corres pondiente y la energía libre estándar de adsorción, que fundamenta la Regla de Traube (1891). Estos parámetros son de importancia en la teoría y tecnología de emulsiones, alimentos y coloides, así como en la nanotecnología, biomedicina, farmacología, pinturas, etcétera(Shah, 1997). Desarrollo Utilizamos la ecuación de Gibbs-Duhem expresada estrictamente para la región superficial ó inhomogénea, comprendida entre dos fases fluidas (líquido-vapor ó líquido-líquido), donde las propiedades correspondientes a esta zona serán denotadas por el superíndice (*) S ∗ dT − V ∗ dP + adσ + ∑ni∗ d µi = 0 (1)

donde S* corresponde a la entropía de superficie, V* al volumende la capa superficial, a es el área superficial y n∗ el número de moles de las diferentes i especies constituyentes de la superficie. Las variables intensivas habituales: temperatura T, presión P y
Educación Química 14[4]

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potenciales químicos µi, son uniformes en la región superficial y en las fases volumétricas o del bulto. El parámetro σ es la...