Conceptos

FENOMENOS INTERFACIALES

Jesús Ruiz-Cabello Osuna

La superficie tiene una energía excesiva

Hay un potencial molecular no
compensado sobre la superficie

1

La tensión superficial es una fuerza por unidad
de longitud

 ∂w 
γ =
 ∂A 

L
Fuerza: 2Lγ
Unidades γ: [N/m]

Película de jabón

€

ds

Fuerza: mg [N, Newton]
• La tensión superficial tiene dirección
• La mayor parte delos líquidos tienen una tensión
superficial entre 0.015 y 0.050 N·m-1. El agua es 0.073.
• La tensión superficial disminuye con la temperatura

Energía libre superficial
•  Mover una molécula desde una de las capas
internas hacia la superficie necesita una energía
que se realiza contra la fuerza de la tensión
superficial
•  Cuanto mayor superficie de un líquido, mayor
número de moléculas coneste exceso de
energía potencial
•  Si la superficie del líquido aumenta, la energía
del líquido aumenta
•  Como esta energía es proporcional al tamaño de
la superficie, se denomina energía libre
superficial

2

¿Superficie? - Desfavorable
•  Hay un potencial molecular no
compensado sobre la superficie
•  La formación de una superficie viene
acompañada de un aumento de la
energía libre (Δ GΩ> 0)
•  Por tanto la formación de una
superficie es siempre desfavorable
desde un punto de vista
termodinámico

Tensión superficial e interfacial
•  La tensión superficial (σ o γ) - aumento en
energía libre como resultado de la formación de
1 unidad (cm2, m2) de superficie

γ =

€

 ∂w   ∂G 
=
;
 ∂A   ∂A  p,T

γ > 0 (¡siempre positiva!)

•  La formación de superficie cuadrada Δ Aresulta
en aumento de la variación de energía libre Δ G:

ΔGΩ = γ ⋅ ΔA > 0
Se habla de tensión interfacial cuando las dos fases son líquidas, y de
tensión superficial cuando una de las fases es gaseosa

€
3

Diferencias de presión a través de las
interfases curvas
• Energía libre superficial es el trabajo realizado para
aumentar el área superficial--> W = γ·∆A
• Para una burbuja de radio r, laenergía libre superficial es
4πr2 γ (4πr2 es área de una burbuja esférica)
• La burbuja tiende a encogerse de forma que su radio
disminuye dr adoptando la forma esférica de mínima relación
superficie/volumen, disminuyendo su r hasta el equilibrio. La
energía libre superficial es 4πγ(r-dr)2
• Si se encoje la burbuja, la energía libre superficial es: W =
4π·γ ·(r-dr)2=4πγr2-8πγdr+4πγ(dr)2
• dr espequeño comparado con r, y puede despreciarse

Diferencias de presión a través de las interfases curvas

• El cambio en la energía libre superficial es por tanto: 8π
γrdr
• Oponiéndose a este cambio hay un término energético
igual pero con signo cambiado que depende de la
diferencia de presión, ∆P, a través de la pared de la burbuja
• La presión es fuerza por unidad de área, luego el cambio
detrabajo para disminuir el radio dr: W = ∆P·4πr2·(-dr)
• En el equilibrio, debe ser igual al cambio en energía
superficial: -8π γrdr=-∆P·4πr2·dr

dr
r

4

Diferencias de presión a través de las interfases curvas
Ecuación de Young-Laplace
∆P= 2γ/r
Que es la ecuación básica de los fenómenos
superficiales. ∆P es positivo porque la presión dentro de
la gota es siempre mayor que en el exteriory tanto mayor
cuanto menor es r
dr
r

Medida de la tensión superficial
Técnica del anillo de adhesión o del anillo
Fuerza externa
x

Levantamiento del anillo

x

fT

Fuerza

f ⋅ β (factor de corrección)
Anillo de Pt/Ir
Tensión superficial
γ o σ = T
2 ⋅ {circunferencia del anillo}
Ese factor de corrección introducido por
Harkins, es función de las dimensiones del
anillo

€

5Medida de la tensión superficial II
Método del ascenso capilar
La fuerza de adhesión entre las moléculas del líquido y la pared capilar es
mayor que la fuerza de cohesión en el líquido, se dice que el líquido “moja” la
pared capilar (coeficiente de esparcimiento, o de extensión)

2r

El componente vertical hacia arriba de la fuerza
resultante de la tensión superficial del líquido en
cualquier...