- definició
- Definició en funció de la feina i l'energia
- Equació i unitats de tensió interfacial
- Mesura de la tensió interfacial
- Mètode de la placa Wilhelmy
- Mètode de l'anell de Du Nouy
- Mètode de la gota pendent
- Mètode de la gota giratòria
- referències
La tensió interfacial (γ) és la força neta per unitat de longitud que s'exerceix en la superfície de contacte entre una fase (sòlida o líquida) i una altra (sòlida, líquida o gasosa). La força neta és vertical a la superfície de contacte i està dirigida cap a l'interior de les fases.
Quan una de les fases és un gas se li sol cridar tensió superficial. Les fases en contacte són immiscibles, és a dir, no es poden dissoldre entre si per formar una solució. La regió de contacte entre les fases és una superfície geomètrica de separació anomenada interfase. La tensió interfacial es deu a les forces intermoleculars presents a la interfase.
Forces entre molècules d'un líquid en contacte amb l'aire
La tensió interfacial juga un important paper en molts fenòmens i processos interfacials com per exemple en l'elaboració d'emulsions i en la producció de petroli.
definició
Les propietats de la interfície no són iguals a les propietats a l'interior de les fases en contacte, a causa que es manifesten diferents interaccions moleculars perquè en aquesta regió hi ha molècules que pertanyen tant a una fase com a l'altra.
Les molècules a l'interior d'una fase interactuen amb molècules veïnes, les quals tenen propietats similars. En conseqüència, la força neta interior és nul·la perquè les interaccions atractives i repulsives són iguals en totes les direccions possibles.
Les molècules que són a la superfície entre les dues fases estan envoltades de molècules d'una mateixa fase però també de molècules veïnes de l'altra fase.
En aquest cas, la força neta no és nul·la, i està dirigida cap a l'interior de la fase en la qual hi ha major interacció. El resultat és que l'estat d'energia de les molècules en la superfície és més gran que l'estat d'energia en el si de la fase.
La força neta que actua cap a l'interior per unitat de longitud al llarg de la interfase és la tensió interfacial. A causa d'aquesta força les molècules de forma espontània tendeixen a minimitzar l'energia minimitzant l'àrea superficial per cada unitat de volum.
Definició en funció de la feina i l'energia
Per atraure una molècula des de l'interior cap a la superfície cal que les forces que actuen sobre la molècula superin la força neta. En altres paraules, es requereix realitzar treball per augmentar la superfície interfacial.
Força necessària per augmentar la regió interfacial. (Https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)
Mentre més gran és la força neta intermolecular més gran és el treball a realitzar i més gran és l'entrada d'energia. És per això que la tensió interfacial també es defineix en funció de la feina o en funció de l'energia, com s'esmenta a continuació:
La tensió interfacial és el treball necessari per crear una unitat d'àrea en la interfase. Així mateix, la tensió interfacial es defineix com l'energia lliure requerida per unitat d'àrea creada.
Equació i unitats de tensió interfacial
L'equació de la tensió interfacial en funció de la força neta intermolecular és:
γ = F / 2l
La raó per la qual disminueix la tensió interfacial és que a l'augmentar la temperatura augmenta l'energia cinètica per l'augment en el moviment tèrmic de les molècules.
Mesura de la tensió interfacial
Hi ha diferents mètodes de mesura experimental de la tensió interfacial, entre els quals es pot escollir el que més convingui d'acord a les propietats característiques de les fases en contacte i de les condicions experimentals.
Entre aquests mètodes es mencionen mètode de la placa Wilhelmy, el mètode de l'anell de Du Nouy, el mètode de la gota pendent, i el mètode de la gota giratòria.
Mètode de la placa Wilhelmy
Consisteix en mesurar la força cap avall que exerceix la superfície d'una fase líquida sobre una placa d'alumini o de vidre. La força neta exercida sobre la placa és igual a el pes més la força de tensió. El pes de la placa s'obté mitjançant una microbalança sensible a la torsió unida a la placa mitjançant un dispositiu.
Mètode de l'anell de Du Nouy
En aquest mètode es mesura la força per separar la superfície d'un anell metàl·lic d'una superfície líquida assegurant que abans de mesurar, l'anell estigui completament submergit en el líquid. La força de separació és igual a la tensió interfacial i es mesura utilitzant una balança d'alta precisió.
Mètode de la gota pendent
Aquest mètode es fonamenta en mesurar la deformació d'una gota penjant d'un capil·lar. La gota es manté en equilibri mentre està penjant a causa de que la força de tensió iguala el pes de la gota.
L'allargament de la gota és proporcional a el pes de la gota. El mètode es fonamenta en determinar la longitud d'allargament de la gota a causa del seu pes.
Mètode de la gota pendent
Mètode de la gota giratòria
El mètode de la gota giratòria és molt útil per mesurar tensions interfacials molt baixes que s'apliquen a el procés de producció d'emulsions i microemulsions.
Consisteix a col·locar una gota d'un líquid menys dens dins d'un tub capil·lar ple d'un altre líquid. La gota es sotmet a una força centrifuga deguda a un moviment de rotació, amb gran velocitat, que allarga la gota en l'eix i s'oposa a la força de tensió.
La tensió interfacial s'obté a partir de les dimensions de la forma geomètrica de la gota, estant deformada, i de la velocitat de rotació.
referències
- Tadros, T F. Applied Surfactants. Berkshire, UK: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co, 2005.
- van Oss, C J. Interfacial Forces in Aqueous Mitjana. Florida, US: Taylor & Francis Group, 2006.
- Figura, L i Teixeira, A A. Food Physics: Physical Properties - Measurement and Applications. Germany: Springer, 2007.
- Anton de Salager, R E. Tensió Interfacial. Mèrida: FIRP - Universitat dels Andes, 2005.
- Speight, J G. Handbook of Petroleum Product Analysis. New Jersey, US: Jhon Wiley & sons, 2015.
- Adamson, AW i Gast, A P. Physical Chemistry of Surfaces. US: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
- Blunt, M J. Multiphase Flow in Permeable Mitjana: A Pore-Scale Perspective. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2017.