Tension superficial

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Tension superficial

  1. 1. Módulo IITensión superficial
  2. 2. Las superficies líquidas ¿Se deforman?
  3. 3. TENSIÓN SUPERFICIAL
  4. 4. Experiencias en las que semanifiesta la tensión superficial
  5. 5. (A) (B)Anillo de alambre con un bucle flexible de hilo,introducido en una disolución de jabón: (A) antes y (B)después de perforar la película superficial del interiordel bucle
  6. 6. EN EL ESQUEMA DE LAFIGURA AL ALAMBREMOVIL DE PESO W1 SE LECUELGA UN CUERPO DEPESO W2.SIN EMBARGO SECOMPRUEBA QUE ELALAMBRE NO SE CAE¿CÓMO LO EXPLICA?
  7. 7. • El alambre deslizante horizontal está en equilibrio bajo la acción de la fuerza superficial Fγ dirigida hacia arriba y de la tracción hacia abajo, w1+w2. Fγ = γ x 2 L L
  8. 8. Fγ = γ x perímetro F MÁX.La extracción de un anillo de longitud L, de unainterfase, requiere que se efectúe una fuerza F opuestaa la fuerza de tensión superficial Fγ. Este método seutiliza corrientemente para medir la tensión superficial.
  9. 9. • ¿Cuáles son las características de la Fuerza de Tensión Superficial?
  10. 10. • Tangente a la superficie de la interfase• Se opone a la fuerza deformante tendiendosiempre a disminuir el área de la interfase• Se aplica en todo el perímetro de lasuperficie deformada• Depende fundamentalmente, de lanaturaleza de las superficies en contacto
  11. 11. Efecto de la tensión superficial• La tensión superficial tiene como principal efecto el disminuir en lo posible la energía acumulada en las interfases. Por ejemplo, un líquido en ausencia de gravedad adopta la forma esférica, que es la que tiene menor relación área / volumen.
  12. 12. Definición del coeficiente de Tensión Superficial El coeficiente de tensiónsuperficial (γ) es el trabajo (W)necesario para aumentar en unaunidad el área de una superficielíquida.
  13. 13. • El trabajo dW necesario para aumentar el área de una superficie líquida en la cantidad dA, es proporcional a ese incremento dW α dA• y la constante de proporcionalidad o trabajo por unidad de área, es el COEFICIENTE de TENSIÓN SUPERFICIAL dW = γ dA γ = dW/dAUnidades: ergio/cm2 o dina/cm
  14. 14. El valor de γ depende de:• la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del líquido. De esta forma, cuanto mayores sean las fuerzas de cohesión en el líquido mayor será su tensión superficial.• la naturaleza de los medios en contacto
  15. 15. ∀ γ disminuye con la temperatura; el aumento de la agitación térmica redunda en una mayor energía de las moléculas que en mayor proporción tienen la posibilidad de contrarrestar las fuerzas intermoleculares de cohesión.∀ γ disminuye con la la presión; especialmente cuando una de las interfases es gaseosa.
  16. 16. Valores experimentales del coeficiente de tensión superficial Líquido en contacto con aire Temperatura (ºC) oeficientede tensión Superficial (dinas/cm C Agua 0 75,6 Agua 20 72,8 Agua 60 66,2 Agua 100 58,9 Aceite de oliva 20 32,0 Alcohol etílico 20 22,3 Benceno 20 28,9 Disolución de jabón 20 25,0 Glicerina 20 63,1 Mercurio 20 465,0 Tetracloruro de carbono 20 26,8 Helio -269 0,1 Neón -247 5,2 Oxígeno -193 15,7
  17. 17. CONTACTO ENTRE FASES
  18. 18. A Situación A: Fase sólida: Vidrio Fase gaseosa: Aire Fase líquida: Agua Agua Situación B: B Fase sólida: Vidrio Fase gaseosa: AireMercurio Fase líquida: Mercurio ¿Cuáles son las diferencias entre estas dos situaciones? ¿Cómo se explican?
  19. 19. (a) (b) (c)La superficie de un líquido, en la proximidad de una pared sólida,se curva diferente según sean las relaciones entre la tensiónsuperficial sólido-vapor γSV , sólido-líquido γSL y líquido-vapor γLV
  20. 20. ¿Cuándo un líquido “MOJA” o “NO MOJA”la superficie de un sólido?
  21. 21. ÁNGULO DE CONTACTO Es el ángulo “que contiene al líquido”. Seforma entre la superficiedel sólido y la tangentea la interfase líquido-gas en el punto de contacto entre las tres fases(pasando por el líquido)
  22. 22. ÁNGULOS DE CONTACTO Líquido Pared Ángulo de Contacto Vidrio de sosa y cal 5° Vidrio de plomo 6°45´α-bromonaftaleno (C10H7Br) Pirex 20°30´ Cuarzo fundido 21° Vidrio de sosa y cal 29°Ioduro de metileno (CH2I2) Vidrio de plomo 30° Pirex 29° Cuarzo fundido 33° Agua Parafina 107° Mercurio Vidrio de sosa y cal 140°
  23. 23. ¿Qué es una BURBUJA? ¿Qué es una POMPA? ¿cómo debe ser la presióninterna respecto de la presión externa para que existan?
  24. 24. • Sabemos que la Fuerza de Tensión superficial trata de disminuir la superficie de la interfase: tiende a colapsar la pompa o burbuja• La Fuerza que se opone a la anterior e impide el colapso es la originada por la diferencia de presiones entre el interior y el exterior.• Será necesario realizar trabajo para lograr un incremento del tamaño de la pompa∆P = F / A ∆P = F. l / A . l ∆P = dW / dVy dado que γ = dW / dA ∆P / γ = dA /dV
  25. 25. • Si V = 4/3 π r3 y A = 4 π r2• dV = 4 π r2 dr y dA = 8π r dr ∆P = dA = 8π r dr = 2 γ dV 4 π r2 dr r ∆P = 2γ LEY DE LAPLACE r para gotas o burbujas
  26. 26. Ley de Laplace∆P = 4γ∆P = para pompas de r solución jabonosa∆P = γ Ley de Laplace∆P = r para superficies cilíndricas
  27. 27. ¿Qué sucede cuando se abre la válvula?A simple vista se observa que la pompa más grande crece y la más pequeña seachica aún más. La presión en la pompa más grande es inicialmente menor, por lo tanto el aire fluye de la pequeña a la grande. El equilibrio se alcanza cuando las presiones internas se igualan. Entonces las curvaturas de las dos pompas deben ser iguales. Sólo se observará un casquete de la esfera de la derecha.
  28. 28. Las pompas siempre tratan de minimizar la superficie para un volumen dado
  29. 29. Apliquemos Laplace en estas dos situaciones:¿Los sistemas están en equilibrio o evolucionarán dealgún modo?
  30. 30. Ascenso y descenso capilar
  31. 31. 2.γ ∆P = R 2.γ P1=P2+ R 1 P2+ρ.h=P3 θ P3=P4 2 P3≅P4 ⇒P5≅P1 ≅P4=P3 5 3 2.γ 3 4 P2+ =P2+ ρ.h R 2.γ =ρ.h RR = radio del menisco
  32. 32. 2γ = ρ h R RR = radio del menisco rr = radio del capilar 2 γ cos θ cos θ = r / R =h ρ r Ley de Jurin
  33. 33. Tenemos un objeto y una Apoyamos el objeto sobre un interfase líquido gas líquido Fγ β β Fγ Gas Objeto sujetado Líquido P Vemos que el sistema se encuentra en equilibrio. Por lo tanto: ΣFγ(y) = P Σ Fγ cosβ = P γ perímetro cosβ = P Para un objeto dado P/ perim = k, por lo tanto el producto γ cos β debe ser constante e igual a k si el equilibrio es vertical.La modificación de γ o de β conducirá a un cambio del equilibrio original y,consecuentemente, a la generación de nuevos equilibrios caracterizados porotras relaciones P/ perim.
  34. 34. Compare la situación: 1 con 2 y 1 con 3Qué cambió y qué no al pasar de 1 a 2 ó 3 ???
  35. 35. Barómetro de Fortín h0 = ht – 0.123 t + c
  36. 36. Corrección por capilaridad ht Flecha h´t f = ht – h`t Tabla de Kholraush
  37. 37. ¿Qué son los tensioactivos?:Son sustancias que al disolverse en undeterminado líquido, inciden sobre latensión superficial del mismomodificando el coeficiente de tensiónsuperficial del sistema.
  38. 38. Hay tensioactivos queAumentan el γDisminuyen el γ
  39. 39. Aplicaciones de los tensioactivos:Dentro de ellos, los que disminuyen elcoeficiente de tensión superficial (tambiéndenominados surfactantes) se utilizan eninnumerables aplicaciones: •productos de limpieza •Industrias:Farmacéuticas , agro- alimenticias, cosméticas, metalúrgicas, textiles, petroleras, de pinturas y polímeros, etc.
  40. 40. Agentes tensioactivos surfactantestienden a formar estructuras establesLas cabezas polares seorientan hacia el mediohidrofílico y las regiones nopolares se ponen en Regióncontacto entre si. De este hidrofóbicamodo proveen un pequeñovolumen hidrofóbico en unmedio acuoso. Entre elloslos de cadena hidrofóbica Micelano muy larga formanmicelas.
  41. 41. Los de cadena hidrofóbica más larga como fosfolípidos o ácidos grasos tienden a formar liposomas que según el método de obtención pueden ser: Bicapas lipídicas queUnilamelares proveen un volumen hidrofílico encerrado en capas lipofílicas Multilamelares
  42. 42. Aplicaciones farmacéuticasEl proceso de micelación juega un rol importante en laelaboración de preparaciones farmacéuticas, ya que elmedio que proporcionan, facilita la disolución de otroscompuestosEn cosmética y farmacia seincorporan principiosactivos a liposomas los quedebido a su estructuralipofílica favorecen laabsorción
  43. 43. Micelas biológicasDurante la digestión seproduce la micelación de loslípidos dietarios parafavorecer su absorción Ácidos Sales grasos biliares triglicéridos Otras estructuras micelares son las lipoproteínas séricas fisiológicas (LDL, HDL, etc) fosfolípido apoproteína colesterol s triglicéridoss
  44. 44. Surfactante biológico en los pulmones
  45. 45. RESPIRACIÓN

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